礦山物聯網系統技術與安全淺析

王乾屹

摘要：我國煤炭儲存形式多樣且復雜，煤礦開采和挖掘設備落后，自動化水平普遍較低，需要長時間井下作業的人仍然很多，對于生產安全監控網絡和相應的安全檢測系統的應用也不成熟不規范，再加上缺乏管理經驗，使得生產成本高，達不到理想的安全生產。與此同時對于現今煤礦綜合自動化的應用，僅僅是將眾多子系統聯接到了總體網絡上，實現的基本還是原來各分立的子系統的功能，沒有實現1+1>2。而運用物聯網技術就可以幫助我們深入改善和解決這一系列問題，從而實現互聯網與自動控制和網絡系統的高度融合，并引進“感知物聯”的理念實現可控，可信，可管，可直觀實時監控的更安全更高效的安全監控網絡和礦山物聯系統。

關鍵字：礦山物聯網 安防系統 感知物聯網 綜合一體化

物聯網的定義

隨著2010年溫家寶總理在政府工作報告附錄中首次對物聯網進行了比較權威和詳盡的解釋，物聯網這個快速發展的新興科技逐步走入的大眾的視線并帶動了新一輪的科技進步?！拔锫摼W是指通過信息傳感設備，按照約定的協議，把需要聯網的物品與網絡連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤監控和管理的一種網絡，它是在網絡基礎上的延伸和擴展應用”。然而對于這個概念的定義，在此又不單一的對于互聯網來規定，而是需要聯網的系統和物體，同時強調物聯網是網絡的延伸和擴展應用。這樣能夠更好的適應和配合當前物聯網的發展趨勢和要求。

現今國內煤礦物聯網系統技術

我國煤炭資源豐富，勞動力廉價，在國際市場競爭中本應占有優勢，但是我國煤炭儲存形式多樣且復雜，煤礦開采和挖掘設備落后，自動化水平普遍較低，需要長時間井下作業的人仍然很多，對于生產安全監控網絡和相應的安全檢測系統的應用也不成熟不規范，再加上缺乏管理經驗，使得生產成本高，達不到理想的安全生產。全國煤礦事故死亡人數居高不下，百萬噸死亡率大大高于世界主要產煤國家平均水平，嚴重影響了煤炭工業的可持續發展和社會的穩定。

不過隨著國家對于煤礦等重要資源開采項目的高度重視，政府對于煤礦開采技術開發的大力支持，煤礦企業在各種安全監控、生產監控系統方面的加大投入，對保證礦山的安全和正常生產起到了重要作用。然而以目前的形式距離我們理想的安全生產，可控、可信的安全監控網絡體系還需要時間去嘗試和實踐。在目前的裝備和技術水平下，無法根除各種安全隱患，礦山災害時有發生。

現有的安全生產監測監控系統，由于生產廠商和系統建設時期不同，各個系統之間沒有統一的通信協議和接入技術，系統之間的數據結構差異很大，呈現多源性和異構性。

國內現有的煤礦安全監控系統主要以聯網監測為主構架，由監測終端、監控中心站、通訊接口裝置、井下分站、傳感器組成，主要方式是在礦井下固定地點安裝各種適應的監測傳感器，再通過長電纜將收集整合到的數據傳到地上的監控中心站。然而很顯然這樣的系統存在弊端，真正參與項目，我們不難發現其布線難度大、環境適應性低、維護成本高等問題。

物聯網安防系統技術的改進與實現

目前隨著物聯網研究的不斷深入，例如視頻識別技術、Zigbee等物聯網技術應用于煤礦安全管理中已經成為了完善和提高物聯網安全監控系統新的突破方向。具體的研究層次可以分為 1、根據工作頻域由高到低將射頻識別標簽 分為低頻段（30KHz-300KHz），中高頻段（3MHz-30MHz）和超高頻段與微波段（例如433MHz，2.45GHz，5.8GHz）。

這一先進的理念運用在國外已經得到成功運用， 2008年多媒體和信息技術國際會議上有學者發表了一篇煤礦物聯網系統的論文。該系統由發射器和接受器組成。礦工帶有發射機，一旦事故發生，救援使用接收器來同UHF頻段的發射機溝通，通過觀察接收到的信號水平來判斷方向。這個無線電模塊采用內置低噪聲放大器，數字濾波器，匹配網絡，RSSI 和DDS+PLL頻率合成技術。這個系統使用433 MHz工作頻率，以提高滲透性，高衍射性和長距離識別。

前不久，美國國家標準和技術研究院無線通信技術小組就進行了一個多跳網絡自動部署的可行性研究，他們采用實時測量鏈路，并考慮移動多徑衰落環境以及無線電物理層的特點。原型系統是基于900 MHz Tinos支持低速率數據的應用。

而在國內，也不斷有基于物聯網的多維融合以增強礦山安全開采，并進一步實現安全可信的監控網絡體系。2011年8月 國資委聯手中國移動實現用物聯網技術提升煤礦安全水平。項目命名為“E礦山”。其通過手機可以實時監控礦井安全生產狀況，井下瓦斯濃度超標情況，手機會隨機收到告警短信，如果沒有在限定時間內處理，系統將自動發起語音呼叫?！癊礦山”是將物聯網技術、移動通信技術。GPS定位技術與礦山現有信息化系統緊密融合，集成礦井人員定位、安全數據檢測、視頻監控、重點工程管理、生產日報、安全預警、信息發布等七大功能模塊，實現了用手機等無線終端實時掌握煤礦企業“產、運、銷”等環節信息，并對企業進行拽屁會調度的一套信息管理系統。

基于感知物聯網的礦山綜合自動化的實現與應用

對于礦山物聯網系統技術我們提到也接觸過很多概念，如數字礦山、礦山綜合自動化、信息化礦山、智能礦山等?！案兄V山”是在綜合了這些概念的基礎上，更加真實和全面地描述礦山系統與安全狀況。那對于綜合一體化又作何解釋呢，綜合自動化實現了將煤礦各種監測監控子系統整合到一個平臺里，實現了煤礦生產與安全系統的網絡化監控，同時這為感知礦山的實現和應用打下了良好的基礎。但這樣簡單的整合和宏觀的聚集對于礦山網絡系統的價值沒得到應有的提升，最重要的是沒有給礦山安全帶來明顯的改善。以太網發明人之一邁特卡夫曾預測網絡的價值是與聯網的設備數的平方成正比。煤礦綜合自動化將眾多子系統聯接到了總體網絡上，實現的基本還是原來各分立的子系統的功能，沒有實現1+1>2。而對于物聯網這個本身就是基于統一網絡，物聯網本身就是要在GIS（地理信息系統）和GPS（全球定位系統）下實現定位的應用，我們通過它就可以進一步提升綜合自動化和網路系統的互補運用，進而實現1+1>2,實現了控制與網絡一體化的應用。

利用物聯網應用平臺技術，提高集成信息的價值；利用移動感知技術，提高煤礦安全信息的感知能力。。利用物聯網技術進一步完善礦山綜合自動化，使其更加適應礦山的真正需要。這正像國內知名網絡專家曾說的那樣“物聯網應用是在互聯網應用的基礎上不斷發展和強大的”，來進一步豐富和擴展互聯網的應用。這是感知礦山物聯網系統技術的優勢和真正價值所在。

【參考文獻】

中國礦業大學物聯網研發中心 礦山感知系統工程設計方案

安防知識網 煤礦行業物聯網技術初步應用