趙倩　陳默　章京　王祎鵬

摘 要：煤礦安全生產(chǎn)是當前全社會關(guān)注的焦點問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)礦用設(shè)備“物物相連”的綜合智能感知，是一種全新的礦山安全生產(chǎn)管理模式。本文探討了基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) RFID 礦山本質(zhì)安全 智能監(jiān)控 智慧礦山

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0035-04

Abstract：Mine safety production is the current focus of the whole society. Realization of mining equipment comperhensive IntelliSense by using “The Internet of Things” technology to achieve “pbjects connected with each others”is a creative modle in mine safety production management.This paper discusses the design and implementation of Mine Intrinsic Safety Web of Things which based on equipment safety Aesthesia.

Key Words：Internet of Things；RFID；Mine Intrinsic Safety；Intelligent monitoring；Intelligent mine

1 概述

1.1 背景

人們普遍認為煤炭屬于高危險行業(yè)，發(fā)生事故是必然的，但是如果從業(yè)人員在工作中處處按照標準、規(guī)程作業(yè)，把事故發(fā)生率降到最低、甚至實現(xiàn)零事故，那么礦山發(fā)生事故就是偶然的，而不發(fā)生事故是必然的，這就是一般意義上的“礦山本質(zhì)安全”。礦山本質(zhì)安全的實現(xiàn)不僅要靠管理，還需要依靠先進的科學(xué)技術(shù)手段，科技手段和管理手段已并列成為支撐礦山企業(yè)安全水平的兩大基礎(chǔ)。

隨著我國科技興安戰(zhàn)略的逐步深入，對礦山安全生產(chǎn)工作和安全信息化水平提出了新的、更高的要求，目前我國安監(jiān)部門正以科技興安戰(zhàn)略為牽引，以大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為契機，全面推進礦山安全生產(chǎn)信息化建設(shè)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在源頭防范、事故預(yù)防等方面的技術(shù)支撐作用，通過各種感知、信息傳輸與智能處理等先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)管理的可視化、數(shù)字化及智能化，實現(xiàn)從監(jiān)測監(jiān)控向“超前感知”方向發(fā)展，從被動式安全向主動式安全轉(zhuǎn)變。

目前基于設(shè)備安全感知開展礦山本安物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已具備了較好基礎(chǔ)。自1990年起我國對礦用設(shè)備就實施了安全標志管理制度，礦用產(chǎn)品安全標志管理已成為貫徹國家安全生產(chǎn)法律法規(guī)、標準規(guī)范的有力手段，強化安全生產(chǎn)源頭管理和過程控制的有力措施。礦山企業(yè)也具有相當?shù)脑O(shè)備管理意識，大型礦山企業(yè)均制定了一系列的規(guī)章制度，這些都為基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)條件。

1.2 基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.2.1 基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的概念

在礦山本質(zhì)安全中，物指的就是設(shè)備、設(shè)施等硬件，是礦山生產(chǎn)力的重要組成部分，是礦山企業(yè)進行生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)備、設(shè)施等硬件狀況的好壞，將直接影響礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)。我國因設(shè)備原因?qū)е碌牡V山安全生產(chǎn)事故的比例一直居高不下，這就要求國家監(jiān)管部門、礦山企業(yè)需要從源頭管控上將物的不安全狀態(tài)消滅在萌芽階段。物的不安全狀態(tài)包括設(shè)計、制造和使用三個階段，消除物的不安全狀態(tài)就要從以上三個方面著手解決。

因此，基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)是充分借助RFID技術(shù)、自動控制、通訊、計算機技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，把礦用設(shè)備的生產(chǎn)、采購、使用、維修、報廢等環(huán)節(jié)集成在一起作為一個整體進行監(jiān)控與管理，利用前端多途徑設(shè)備感知和后臺大規(guī)模信息智能處理的方式，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺將礦用設(shè)備“物物相連”的綜合智能感知系統(tǒng)，是一種新的礦用設(shè)備管理模式?；谠O(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的提出，是從強調(diào)以技術(shù)為核心到強調(diào)以技術(shù)為安全生產(chǎn)服務(wù)為核心的一種轉(zhuǎn)變。

1.2.2 基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的特征

基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備三個特征：一是全面感知，即利用RFID、傳感器等技術(shù)隨時隨地獲取礦用產(chǎn)品的信息；二是可靠傳遞，通過各種網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將礦用產(chǎn)品的信息實時準確地傳遞出去；三是智能處理，即利用云計算，模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對礦用產(chǎn)品實施智能化的管理?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，可以真正地實現(xiàn)礦用安標設(shè)備“產(chǎn)、運、發(fā)、用、修、廢”全生命周期環(huán)節(jié)上的信息化和自動化，建立礦用產(chǎn)品使用安全隱患排查、整治、監(jiān)測、預(yù)防、監(jiān)控一體化的管理模式，從而達到礦用設(shè)備管理精細化、使用安全合理的目的。（見圖1）

2 礦用設(shè)備管理的基礎(chǔ)及現(xiàn)狀及管理需求

2.1 我國礦用產(chǎn)品執(zhí)行安全標志管理制度的情況

為徹底改變我國煤礦礦用產(chǎn)品的安全管理狀況，我國自1990年起對煤礦用設(shè)備、材料、儀器儀表執(zhí)行安全標志管理制度，為保障這一制度的實施，原能源部、原煤炭部、原國家經(jīng)貿(mào)委、國家煤礦安全監(jiān)察局制定了一系列的管理規(guī)定。自1990年煤礦礦用產(chǎn)品執(zhí)行安全標志管理制度以來，安全標志已成為鑒別合格產(chǎn)品和使用安全產(chǎn)品的重要依據(jù)。煤礦礦用產(chǎn)品執(zhí)行安全標志管理制度，為煤礦安全生產(chǎn)起到了十分重要的作用，自1992年以來煤礦的多起重特大惡性事故中，未發(fā)現(xiàn)一例是由已獲安全標志的產(chǎn)品造成的，安全標志管理制度在煤礦用產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)和煤礦用戶中有很高的權(quán)威地位。endprint

2.2 礦用設(shè)備管理中遇到的問題

2.2.1 礦用設(shè)備未實現(xiàn)全生命周期管理，無法為監(jiān)管監(jiān)察提供全流程數(shù)據(jù)支撐

近年來全國各地、各礦山相繼建設(shè)本省、本市、本地區(qū)、本行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)示范工程，這些示范工程容易出現(xiàn)建設(shè)范圍較小、建設(shè)內(nèi)容不統(tǒng)一、信息交互較少或沒有信息交互等問題，這不僅不一定能滿足生產(chǎn)管理的需要，同時也不利于監(jiān)管部門統(tǒng)一監(jiān)管。

礦用設(shè)備全生命周期的環(huán)節(jié)包括設(shè)備生產(chǎn)、設(shè)備采購、設(shè)備運輸、設(shè)備倉儲、設(shè)備使用、設(shè)備維護、設(shè)備報廢等環(huán)節(jié)。雖然目前各方資料、文獻和改建工程中都提到礦用設(shè)備全生命周期管理，但因沒有牽頭部門監(jiān)管，各部門只關(guān)注自身管理的數(shù)據(jù)，沒有形成真正的礦用設(shè)備全生命周期環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)閉環(huán)，不能有效的監(jiān)管部分提供監(jiān)管及決策數(shù)據(jù)。

2.2.2 礦用設(shè)備安全管理標志的真?zhèn)坞y辨

目前礦用設(shè)備安全管理標志，均為銅質(zhì)金屬標牌，易被復(fù)制造假，礦山企業(yè)采購、檢驗部門難以有效判斷安標設(shè)備的真實性，可能導(dǎo)致假冒安標產(chǎn)品投入到礦山使用中，埋下安全隱患。

2.2.3 礦用設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)備質(zhì)量監(jiān)管信息非閉環(huán)管理

目前在礦用設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)中設(shè)備質(zhì)量監(jiān)管，信息獲取非閉環(huán)管理，有些取得安全標志的生產(chǎn)單位，擅自降低產(chǎn)品生產(chǎn)標準、降低生產(chǎn)條件或修改產(chǎn)品設(shè)計，不按安全標志管理規(guī)定從事煤礦礦用設(shè)備的生產(chǎn)，監(jiān)察部門無法及時在生產(chǎn)環(huán)節(jié)獲取這類不合格產(chǎn)品信息，使得不合格礦用設(shè)備流入市場，造成不安全隱患，極易導(dǎo)致事故發(fā)生。

2.2.4 對礦山企業(yè)使用非標設(shè)備缺乏技術(shù)手段監(jiān)管

個別礦山企業(yè)對某些安標設(shè)備識別度不夠，或使用國家明令淘汰和禁用的礦用設(shè)備，不重視安標產(chǎn)品與普通產(chǎn)品差異，采購無安全標志的產(chǎn)品，導(dǎo)致使用不合格產(chǎn)品引發(fā)重大事故。而監(jiān)管部門沒有技術(shù)手段及時有效獲取礦山企業(yè)采購、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，難以發(fā)現(xiàn)個別礦山企業(yè)使用非標設(shè)備進行生產(chǎn)。

2.2.5 礦山企業(yè)安標設(shè)備老舊，未按要求定期檢測、校驗

目前我國部分礦山企業(yè)所使用的安標設(shè)備是在20世紀八九十年代投入使用的。雖然已經(jīng)有部分國有大中型煤礦對這些設(shè)備進行了升級改造，安裝了新一代數(shù)字化的礦用設(shè)備，但大多數(shù)煤礦還在使用老式的設(shè)備和機器，如果不定期、按時進行設(shè)備的檢查和維護就容易造成安全事故。

2.2.6 無法全面掌握礦用設(shè)備維護信息和狀態(tài)信息，難以做到有效監(jiān)督

隨著煤礦開采機械化程度的提高，設(shè)備種類、型號增多，規(guī)格加大，對設(shè)備使用情況日常維護和修理提出了更高的要求，目前設(shè)備使用情況主要存在以下問題。

（1）設(shè)備狀況信息獲取不及時：礦山企業(yè)對老舊設(shè)備狀態(tài)信息隱報、瞞報，監(jiān)管部門不能及時獲取上述信息不及時，不能及時處理，是發(fā)生事故隱患。

（2）設(shè)備檢修不到位：設(shè)備陳舊再加上煤礦職工整體素質(zhì)不高，沒有按規(guī)定時間進行檢查、檢修，日常維護保養(yǎng)，所以對設(shè)備的檢查維修只能是哪壞修哪。

2.2.7 缺少礦山設(shè)備故障預(yù)知手段

因為缺少有效的預(yù)知手段，又由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，造成設(shè)備的故障率都比較高，而設(shè)備一旦發(fā)生故障，再去維修或者是定期去維修，都會造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。目前礦山所采用的機械設(shè)備管理的好壞、安全設(shè)施配備是否齊全、設(shè)備維護及設(shè)備運行情況好壞等都沒有較先進技術(shù)手段進行提前預(yù)知，不能在事故沒發(fā)生時就發(fā)現(xiàn)并處理。

2.3 礦用設(shè)備安全管理的需求

2.3.1 源頭管理，隱患排查

通過基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，加強對礦用產(chǎn)品安全許可標志的有效防偽和深度管理，防止可能給煤礦安全帶來隱患的產(chǎn)品進入煤礦生產(chǎn)過程，從礦用設(shè)備的源頭上防止煤礦災(zāi)害的發(fā)生。

依托礦用設(shè)備安全標志，利用先進傳感設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)獲取設(shè)備生產(chǎn)信息和運行狀態(tài)信息，以人工隱患排查為主，系統(tǒng)自動排查為輔的方式，為礦山企業(yè)和政府部門提供綜合檢查、專業(yè)檢查、季節(jié)性檢查、節(jié)假日檢查、日常檢查等多種隱患排查手段。對排查出來的事故隱患，根據(jù)隱患等級、類別登記、建檔，詳實分析，并采取有針對性的措施及時處置，保障煤礦工人的生命安全與健康，促進煤礦安全生產(chǎn)。

2.3.2 有效跟蹤，掌握流向

礦用設(shè)備從生產(chǎn)、采購、運輸、使用、維修、報廢所經(jīng)歷的全部過程都應(yīng)納入監(jiān)管流程，對設(shè)備由生產(chǎn)開始直到設(shè)備報廢的整個過程開展管理，形成礦用設(shè)備的全生命周期有效跟蹤和管理。從設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)開始采集生產(chǎn)基礎(chǔ)信息，約束生產(chǎn)企業(yè)嚴格按照標準生產(chǎn)，避免企業(yè)降低生產(chǎn)條件或修改產(chǎn)品設(shè)計，不按安全標志管理規(guī)定從事煤礦礦用產(chǎn)品的生產(chǎn)。通過安全標志RFID標簽控制安標設(shè)備生產(chǎn)總量，確保每臺設(shè)備全生命周期都在安監(jiān)局監(jiān)管范圍內(nèi)。

2.3.3 超前感知，防患未然

由于礦山環(huán)境復(fù)雜，造成設(shè)備的故障率比較高，而設(shè)備一旦發(fā)生故障再去維修會造成較大的經(jīng)濟損失，同時還可能造成人員傷亡使礦山蒙受巨大損失。為切實加強礦山企業(yè)的設(shè)備事故管理，必須通過對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測和診斷，及早了解設(shè)備故障癥兆，實行預(yù)防維修，做到防患于未然，最大限度地減少設(shè)備事故，提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)周期和可靠性，以期實現(xiàn)設(shè)備全生命周期最經(jīng)濟、最高效的目標。在提高安全程度的基礎(chǔ)上做到“預(yù)測、預(yù)知、預(yù)警、預(yù)報、預(yù)防”，實現(xiàn)設(shè)備的超前感知。

2.3.4 科學(xué)查處，完善標準

基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)的建立，加強技術(shù)裝備、人力升級，實現(xiàn)事故排查、發(fā)現(xiàn)、處理、查處的科學(xué)化、自動化、及時化。確保在事故發(fā)生后使用科學(xué)手段快速發(fā)現(xiàn)事故原因，并快速響應(yīng)處理。對事故相關(guān)信息（發(fā)生原因、發(fā)生地點、發(fā)生時間、處理方式、事故印象等）進行有效整合、處理記錄到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)根據(jù)大量的事故數(shù)據(jù)，對事故進行分類處理。針對不同類型的事故總結(jié)相應(yīng)教訓(xùn)、處理方式。對于因管理漏洞的產(chǎn)生的事故，管理部門可通過系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)、信息等資料完善現(xiàn)有法律、法規(guī)及標準，為預(yù)防事故、事故處理提供法律依據(jù)。endprint

3 國內(nèi)外現(xiàn)狀

3.1 徐州“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程

2011年9月，徐州夾河礦成功建設(shè)我國首個“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程，工程的主要建設(shè)內(nèi)容包括礦井信息化改造和礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與千兆工業(yè)英特網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)，通過設(shè)備工況監(jiān)測監(jiān)控、災(zāi)害環(huán)境信息監(jiān)測、人員定位、機車管理、語音通信、工業(yè)電視等，形成完善的無線感知平臺。

3.2 南非采礦業(yè)利用RFID技術(shù)管理礦用設(shè)備

作為南非最大的電子公司之一Allied Electronics公司的分公司，Willard Batteries公司，通過為礦燈配備RFID標簽，可以對礦燈的使用以及維護情況進行跟蹤。該技術(shù)也能夠跟蹤使用者以及他們的進出礦井情況（見圖2）。

3.3 澳大利亞利用RFID提高采礦業(yè)安全水平

“NL科技”（NL Technologies）是加拿大一家專業(yè)礦業(yè)地下照明與數(shù)字通信設(shè)計制造商，它準備利用433 MHz主動式RFID標簽追蹤和管理地下作業(yè)的礦工和車輛。NL科技采用的主動式RFID標簽利用礦工戴著的用于礦帽頂燈供電的電池供電，每個標簽的唯一識別碼在NT科技開發(fā)的“北部數(shù)字照明軟件套裝”（Northern Light Digital Software Suite）中與各自的礦帽燈關(guān)聯(lián)。這種標簽也可以安裝在礦井內(nèi)的運輸車輛上，用以監(jiān)控車輛的位置。

3.4 ACT申請美國產(chǎn)品煤安認證欲在采礦業(yè)大展拳腳

Active Control Technology Inc；ACT）正向美國煤礦安全和健康工作組（MSHA）申請ActiveMine產(chǎn)品的煤安認證。ActiveMine是一套完全無線化（Wi-Fi）網(wǎng)絡(luò)的煤礦雙向通訊和定位系統(tǒng)。ACT已正式向MSHA申請他們有源RFID Wi-Fi標簽的煤安認證。RFID Wi-Fi標簽是ActiveMine系統(tǒng)組成部分，ActiveMine系統(tǒng)用于精確、實進追蹤人員或資產(chǎn)。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

總體架構(gòu)的設(shè)計思想遵循平臺化、組件化設(shè)計理念，通過在底層軟硬件環(huán)境上搭建構(gòu)件化軟件平臺，系統(tǒng)平臺向應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)服務(wù)和通用的應(yīng)用服務(wù)，可實現(xiàn)安監(jiān)部門的信息系統(tǒng)橫向聯(lián)動，系統(tǒng)管理與業(yè)務(wù)應(yīng)用的無縫集成，提高基礎(chǔ)設(shè)施的標準化，消除信息溝通的空間障礙，以統(tǒng)一的門戶平臺為用戶提供服務(wù)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)信息化服務(wù)的集中式協(xié)調(diào)調(diào)度和分布式管理運作的目的（見圖3）。

4.2 業(yè)務(wù)信息流設(shè)計（見圖4）

安標設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)向安標中心申請安標授權(quán)，安標中心向生產(chǎn)企業(yè)提供授權(quán)及電子芯片。生產(chǎn)企業(yè)完成授權(quán)標簽制作和RFID信息關(guān)聯(lián)，并把管理信息傳輸至數(shù)據(jù)中心。同時安裝安標標簽的設(shè)備生產(chǎn)、采購、運輸、倉儲、發(fā)放、報廢全生命周期管理信息傳輸數(shù)據(jù)中心并與安標標簽上的RFID進行信息關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成信息傳輸至巡檢系統(tǒng)作為手動巡檢及智能巡檢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。巡檢后數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，以備信息統(tǒng)計、查詢，決策支持。數(shù)據(jù)中心通過將采集的數(shù)據(jù)進行上傳同步，完成一次采集多部門共享。

4.3 系統(tǒng)部署設(shè)計（見圖5）

4.4 安標設(shè)備傳感網(wǎng)設(shè)計

傳感器是各種信息系統(tǒng)獲取信息的重要途徑。通過RFID，感知查詢設(shè)備的基本信息；如設(shè)備的使用壽命、使用環(huán)境指標等）；通過一系列專業(yè)感知設(shè)備；如溫度傳感器等）監(jiān)測設(shè)備的運行環(huán)境；通過攝像頭、相機等視圖工具實時查看設(shè)備的運行狀況。通過全方位建立感知系統(tǒng)，為監(jiān)管人員做出合理決策提供依據(jù)。

由礦區(qū)內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、安監(jiān)專網(wǎng)、安監(jiān)局內(nèi)網(wǎng)組成安標設(shè)備監(jiān)管數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)安標設(shè)備在生產(chǎn)、運輸、使用、存儲、報廢的全生命周期中產(chǎn)生的設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備采購信息、物流倉儲信息、運行狀態(tài)信息、運行環(huán)境信息、設(shè)備報廢信息的共享和傳遞。為礦區(qū)安全保障系統(tǒng)和安標設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)等提供網(wǎng)絡(luò)支撐。當發(fā)生礦難或因其它原因?qū)е聻?zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)無法聯(lián)通時，通過衛(wèi)星通訊等技術(shù)進行信息傳輸，保障安監(jiān)工作及應(yīng)急救援工作的順利進行（見圖6）。

4.5 應(yīng)用支撐服務(wù)平臺設(shè)計

安標設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要包括安標設(shè)備信息基礎(chǔ)庫和基礎(chǔ)運行支撐平臺。應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要基于以下幾點建立：

（1）安全保障體系和標準規(guī)范體系的建立；

（2）數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)，“云存儲+云計算”模式；

（3）與已建應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同。

4.6 應(yīng)用方案設(shè)計

基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)利用礦用設(shè)備安全標志管理制度，以礦用設(shè)備安全標志為技術(shù)紐帶，對獲得安全標志的礦用產(chǎn)品加上RFID電子標簽，并將安全標志信息與產(chǎn)品進行關(guān)聯(lián)，從而形成礦用產(chǎn)品的唯一電子標識。通過此電子標識打通安標設(shè)備生產(chǎn)、采購、倉儲、使用、維修、報廢的全生命周期管理，通過RFID、視頻、多媒體傳感等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對重要礦用安標設(shè)備的有效巡檢和智能監(jiān)測，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)、維修和保養(yǎng)的掌控。利用數(shù)據(jù)挖掘、三維GIS等信息技術(shù)實現(xiàn)多種模式的安標設(shè)備狀態(tài)展示及數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)礦用產(chǎn)品使用事故的隱患排查、整治、監(jiān)測、預(yù)警的綜合性管理，為監(jiān)管部門、中介機構(gòu)、礦山企業(yè)等用戶提供有效服務(wù)。

5 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當前我國大力推廣的智能監(jiān)控技術(shù)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，該項技術(shù)在礦用設(shè)備安全管理中的廣泛應(yīng)用將能夠有效地解決我國煤礦安全生產(chǎn)中的問題，實現(xiàn)對礦用設(shè)備安全從監(jiān)測監(jiān)控向“超前感知”的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)從被動式安全向主動式安全的轉(zhuǎn)變，全面提高我國煤礦安全生產(chǎn)的信息化管理水平。

參考文獻

[1] 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山安全生產(chǎn)模型研究[J].信息工程，2012（10）.

[2] 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦智能安全管理系統(tǒng)研究[J].價值工程，2012（5）.endprint

3 國內(nèi)外現(xiàn)狀

3.1 徐州“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程

2011年9月，徐州夾河礦成功建設(shè)我國首個“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程，工程的主要建設(shè)內(nèi)容包括礦井信息化改造和礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與千兆工業(yè)英特網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)，通過設(shè)備工況監(jiān)測監(jiān)控、災(zāi)害環(huán)境信息監(jiān)測、人員定位、機車管理、語音通信、工業(yè)電視等，形成完善的無線感知平臺。

3.2 南非采礦業(yè)利用RFID技術(shù)管理礦用設(shè)備

作為南非最大的電子公司之一Allied Electronics公司的分公司，Willard Batteries公司，通過為礦燈配備RFID標簽，可以對礦燈的使用以及維護情況進行跟蹤。該技術(shù)也能夠跟蹤使用者以及他們的進出礦井情況（見圖2）。

3.3 澳大利亞利用RFID提高采礦業(yè)安全水平

“NL科技”（NL Technologies）是加拿大一家專業(yè)礦業(yè)地下照明與數(shù)字通信設(shè)計制造商，它準備利用433 MHz主動式RFID標簽追蹤和管理地下作業(yè)的礦工和車輛。NL科技采用的主動式RFID標簽利用礦工戴著的用于礦帽頂燈供電的電池供電，每個標簽的唯一識別碼在NT科技開發(fā)的“北部數(shù)字照明軟件套裝”（Northern Light Digital Software Suite）中與各自的礦帽燈關(guān)聯(lián)。這種標簽也可以安裝在礦井內(nèi)的運輸車輛上，用以監(jiān)控車輛的位置。

3.4 ACT申請美國產(chǎn)品煤安認證欲在采礦業(yè)大展拳腳

Active Control Technology Inc；ACT）正向美國煤礦安全和健康工作組（MSHA）申請ActiveMine產(chǎn)品的煤安認證。ActiveMine是一套完全無線化（Wi-Fi）網(wǎng)絡(luò)的煤礦雙向通訊和定位系統(tǒng)。ACT已正式向MSHA申請他們有源RFID Wi-Fi標簽的煤安認證。RFID Wi-Fi標簽是ActiveMine系統(tǒng)組成部分，ActiveMine系統(tǒng)用于精確、實進追蹤人員或資產(chǎn)。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

總體架構(gòu)的設(shè)計思想遵循平臺化、組件化設(shè)計理念，通過在底層軟硬件環(huán)境上搭建構(gòu)件化軟件平臺，系統(tǒng)平臺向應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)服務(wù)和通用的應(yīng)用服務(wù)，可實現(xiàn)安監(jiān)部門的信息系統(tǒng)橫向聯(lián)動，系統(tǒng)管理與業(yè)務(wù)應(yīng)用的無縫集成，提高基礎(chǔ)設(shè)施的標準化，消除信息溝通的空間障礙，以統(tǒng)一的門戶平臺為用戶提供服務(wù)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)信息化服務(wù)的集中式協(xié)調(diào)調(diào)度和分布式管理運作的目的（見圖3）。

4.2 業(yè)務(wù)信息流設(shè)計（見圖4）

安標設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)向安標中心申請安標授權(quán)，安標中心向生產(chǎn)企業(yè)提供授權(quán)及電子芯片。生產(chǎn)企業(yè)完成授權(quán)標簽制作和RFID信息關(guān)聯(lián)，并把管理信息傳輸至數(shù)據(jù)中心。同時安裝安標標簽的設(shè)備生產(chǎn)、采購、運輸、倉儲、發(fā)放、報廢全生命周期管理信息傳輸數(shù)據(jù)中心并與安標標簽上的RFID進行信息關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成信息傳輸至巡檢系統(tǒng)作為手動巡檢及智能巡檢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。巡檢后數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，以備信息統(tǒng)計、查詢，決策支持。數(shù)據(jù)中心通過將采集的數(shù)據(jù)進行上傳同步，完成一次采集多部門共享。

4.3 系統(tǒng)部署設(shè)計（見圖5）

4.4 安標設(shè)備傳感網(wǎng)設(shè)計

傳感器是各種信息系統(tǒng)獲取信息的重要途徑。通過RFID，感知查詢設(shè)備的基本信息；如設(shè)備的使用壽命、使用環(huán)境指標等）；通過一系列專業(yè)感知設(shè)備；如溫度傳感器等）監(jiān)測設(shè)備的運行環(huán)境；通過攝像頭、相機等視圖工具實時查看設(shè)備的運行狀況。通過全方位建立感知系統(tǒng)，為監(jiān)管人員做出合理決策提供依據(jù)。

由礦區(qū)內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、安監(jiān)專網(wǎng)、安監(jiān)局內(nèi)網(wǎng)組成安標設(shè)備監(jiān)管數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)安標設(shè)備在生產(chǎn)、運輸、使用、存儲、報廢的全生命周期中產(chǎn)生的設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備采購信息、物流倉儲信息、運行狀態(tài)信息、運行環(huán)境信息、設(shè)備報廢信息的共享和傳遞。為礦區(qū)安全保障系統(tǒng)和安標設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)等提供網(wǎng)絡(luò)支撐。當發(fā)生礦難或因其它原因?qū)е聻?zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)無法聯(lián)通時，通過衛(wèi)星通訊等技術(shù)進行信息傳輸，保障安監(jiān)工作及應(yīng)急救援工作的順利進行（見圖6）。

4.5 應(yīng)用支撐服務(wù)平臺設(shè)計

安標設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要包括安標設(shè)備信息基礎(chǔ)庫和基礎(chǔ)運行支撐平臺。應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要基于以下幾點建立：

（1）安全保障體系和標準規(guī)范體系的建立；

（2）數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)，“云存儲+云計算”模式；

（3）與已建應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同。

4.6 應(yīng)用方案設(shè)計

基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)利用礦用設(shè)備安全標志管理制度，以礦用設(shè)備安全標志為技術(shù)紐帶，對獲得安全標志的礦用產(chǎn)品加上RFID電子標簽，并將安全標志信息與產(chǎn)品進行關(guān)聯(lián)，從而形成礦用產(chǎn)品的唯一電子標識。通過此電子標識打通安標設(shè)備生產(chǎn)、采購、倉儲、使用、維修、報廢的全生命周期管理，通過RFID、視頻、多媒體傳感等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對重要礦用安標設(shè)備的有效巡檢和智能監(jiān)測，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)、維修和保養(yǎng)的掌控。利用數(shù)據(jù)挖掘、三維GIS等信息技術(shù)實現(xiàn)多種模式的安標設(shè)備狀態(tài)展示及數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)礦用產(chǎn)品使用事故的隱患排查、整治、監(jiān)測、預(yù)警的綜合性管理，為監(jiān)管部門、中介機構(gòu)、礦山企業(yè)等用戶提供有效服務(wù)。

5 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當前我國大力推廣的智能監(jiān)控技術(shù)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，該項技術(shù)在礦用設(shè)備安全管理中的廣泛應(yīng)用將能夠有效地解決我國煤礦安全生產(chǎn)中的問題，實現(xiàn)對礦用設(shè)備安全從監(jiān)測監(jiān)控向“超前感知”的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)從被動式安全向主動式安全的轉(zhuǎn)變，全面提高我國煤礦安全生產(chǎn)的信息化管理水平。

參考文獻

[1] 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山安全生產(chǎn)模型研究[J].信息工程，2012（10）.

[2] 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦智能安全管理系統(tǒng)研究[J].價值工程，2012（5）.endprint

3 國內(nèi)外現(xiàn)狀

3.1 徐州“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程

2011年9月，徐州夾河礦成功建設(shè)我國首個“感知礦山”物聯(lián)網(wǎng)示范工程，工程的主要建設(shè)內(nèi)容包括礦井信息化改造和礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與千兆工業(yè)英特網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)，通過設(shè)備工況監(jiān)測監(jiān)控、災(zāi)害環(huán)境信息監(jiān)測、人員定位、機車管理、語音通信、工業(yè)電視等，形成完善的無線感知平臺。

3.2 南非采礦業(yè)利用RFID技術(shù)管理礦用設(shè)備

作為南非最大的電子公司之一Allied Electronics公司的分公司，Willard Batteries公司，通過為礦燈配備RFID標簽，可以對礦燈的使用以及維護情況進行跟蹤。該技術(shù)也能夠跟蹤使用者以及他們的進出礦井情況（見圖2）。

3.3 澳大利亞利用RFID提高采礦業(yè)安全水平

“NL科技”（NL Technologies）是加拿大一家專業(yè)礦業(yè)地下照明與數(shù)字通信設(shè)計制造商，它準備利用433 MHz主動式RFID標簽追蹤和管理地下作業(yè)的礦工和車輛。NL科技采用的主動式RFID標簽利用礦工戴著的用于礦帽頂燈供電的電池供電，每個標簽的唯一識別碼在NT科技開發(fā)的“北部數(shù)字照明軟件套裝”（Northern Light Digital Software Suite）中與各自的礦帽燈關(guān)聯(lián)。這種標簽也可以安裝在礦井內(nèi)的運輸車輛上，用以監(jiān)控車輛的位置。

3.4 ACT申請美國產(chǎn)品煤安認證欲在采礦業(yè)大展拳腳

Active Control Technology Inc；ACT）正向美國煤礦安全和健康工作組（MSHA）申請ActiveMine產(chǎn)品的煤安認證。ActiveMine是一套完全無線化（Wi-Fi）網(wǎng)絡(luò)的煤礦雙向通訊和定位系統(tǒng)。ACT已正式向MSHA申請他們有源RFID Wi-Fi標簽的煤安認證。RFID Wi-Fi標簽是ActiveMine系統(tǒng)組成部分，ActiveMine系統(tǒng)用于精確、實進追蹤人員或資產(chǎn)。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

總體架構(gòu)的設(shè)計思想遵循平臺化、組件化設(shè)計理念，通過在底層軟硬件環(huán)境上搭建構(gòu)件化軟件平臺，系統(tǒng)平臺向應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)服務(wù)和通用的應(yīng)用服務(wù)，可實現(xiàn)安監(jiān)部門的信息系統(tǒng)橫向聯(lián)動，系統(tǒng)管理與業(yè)務(wù)應(yīng)用的無縫集成，提高基礎(chǔ)設(shè)施的標準化，消除信息溝通的空間障礙，以統(tǒng)一的門戶平臺為用戶提供服務(wù)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)信息化服務(wù)的集中式協(xié)調(diào)調(diào)度和分布式管理運作的目的（見圖3）。

4.2 業(yè)務(wù)信息流設(shè)計（見圖4）

安標設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)向安標中心申請安標授權(quán)，安標中心向生產(chǎn)企業(yè)提供授權(quán)及電子芯片。生產(chǎn)企業(yè)完成授權(quán)標簽制作和RFID信息關(guān)聯(lián)，并把管理信息傳輸至數(shù)據(jù)中心。同時安裝安標標簽的設(shè)備生產(chǎn)、采購、運輸、倉儲、發(fā)放、報廢全生命周期管理信息傳輸數(shù)據(jù)中心并與安標標簽上的RFID進行信息關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成信息傳輸至巡檢系統(tǒng)作為手動巡檢及智能巡檢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。巡檢后數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，以備信息統(tǒng)計、查詢，決策支持。數(shù)據(jù)中心通過將采集的數(shù)據(jù)進行上傳同步，完成一次采集多部門共享。

4.3 系統(tǒng)部署設(shè)計（見圖5）

4.4 安標設(shè)備傳感網(wǎng)設(shè)計

傳感器是各種信息系統(tǒng)獲取信息的重要途徑。通過RFID，感知查詢設(shè)備的基本信息；如設(shè)備的使用壽命、使用環(huán)境指標等）；通過一系列專業(yè)感知設(shè)備；如溫度傳感器等）監(jiān)測設(shè)備的運行環(huán)境；通過攝像頭、相機等視圖工具實時查看設(shè)備的運行狀況。通過全方位建立感知系統(tǒng)，為監(jiān)管人員做出合理決策提供依據(jù)。

由礦區(qū)內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、安監(jiān)專網(wǎng)、安監(jiān)局內(nèi)網(wǎng)組成安標設(shè)備監(jiān)管數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)安標設(shè)備在生產(chǎn)、運輸、使用、存儲、報廢的全生命周期中產(chǎn)生的設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備采購信息、物流倉儲信息、運行狀態(tài)信息、運行環(huán)境信息、設(shè)備報廢信息的共享和傳遞。為礦區(qū)安全保障系統(tǒng)和安標設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)等提供網(wǎng)絡(luò)支撐。當發(fā)生礦難或因其它原因?qū)е聻?zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)無法聯(lián)通時，通過衛(wèi)星通訊等技術(shù)進行信息傳輸，保障安監(jiān)工作及應(yīng)急救援工作的順利進行（見圖6）。

4.5 應(yīng)用支撐服務(wù)平臺設(shè)計

安標設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要包括安標設(shè)備信息基礎(chǔ)庫和基礎(chǔ)運行支撐平臺。應(yīng)用支撐服務(wù)平臺主要基于以下幾點建立：

（1）安全保障體系和標準規(guī)范體系的建立；

（2）數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)，“云存儲+云計算”模式；

（3）與已建應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同。

4.6 應(yīng)用方案設(shè)計

基于設(shè)備安全感知的礦山本安物聯(lián)網(wǎng)利用礦用設(shè)備安全標志管理制度，以礦用設(shè)備安全標志為技術(shù)紐帶，對獲得安全標志的礦用產(chǎn)品加上RFID電子標簽，并將安全標志信息與產(chǎn)品進行關(guān)聯(lián)，從而形成礦用產(chǎn)品的唯一電子標識。通過此電子標識打通安標設(shè)備生產(chǎn)、采購、倉儲、使用、維修、報廢的全生命周期管理，通過RFID、視頻、多媒體傳感等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對重要礦用安標設(shè)備的有效巡檢和智能監(jiān)測，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)、維修和保養(yǎng)的掌控。利用數(shù)據(jù)挖掘、三維GIS等信息技術(shù)實現(xiàn)多種模式的安標設(shè)備狀態(tài)展示及數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)礦用產(chǎn)品使用事故的隱患排查、整治、監(jiān)測、預(yù)警的綜合性管理，為監(jiān)管部門、中介機構(gòu)、礦山企業(yè)等用戶提供有效服務(wù)。

5 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當前我國大力推廣的智能監(jiān)控技術(shù)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，該項技術(shù)在礦用設(shè)備安全管理中的廣泛應(yīng)用將能夠有效地解決我國煤礦安全生產(chǎn)中的問題，實現(xiàn)對礦用設(shè)備安全從監(jiān)測監(jiān)控向“超前感知”的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)從被動式安全向主動式安全的轉(zhuǎn)變，全面提高我國煤礦安全生產(chǎn)的信息化管理水平。

參考文獻

[1] 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山安全生產(chǎn)模型研究[J].信息工程，2012（10）.

[2] 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦智能安全管理系統(tǒng)研究[J].價值工程，2012（5）.endprint