物聯網背景下當代M2M技術在礦區環境數字化中的應用分析

程紅英

摘要：本文探討了物聯網概述下的M2M技術，研究分析了利用M2M技術構建礦山環境數字化系統總體設計及基本功能。

關鍵詞：物聯網;M2M技術;礦區環境;系統設計

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0232-02

0 引言

十三五以來，我國在很多領域開始大力推動信息和工業化融合，并利用信息技術改造傳統產業，打造工業技術“4.0”。煤炭工業是一個高度密集的技術產業，具有多種職業合作。它的信息一直伴隨著行業的發展并起到了作用巨大的作用。數字礦上是煤礦信息的更高階段，是信息網絡的科學建模和數字化。通過互動發展應用需求和技術創新，基于物聯網技術在礦井環境數字化人員安全調度，環境通風安全調度方面具有非常廣闊的應用前景。

1 物聯網概述下的M2M技術概述

物聯網的核心技術是機器之間的互聯互通，即M2M （Machine To Machine）。M2M是所有增強機器設備通信和網絡能力技術的統稱。物聯網（IOT），正如其名稱所暗示的那樣，是互聯網進行物體連接的技術。目前，基于技術需求，物聯網技術由三個層級構成[1]。

（1）第一層是感知層，這層的主要特征是利用識別技術對物體（或者設備）進行感知，類似于人體的皮膚，對對象的信息進行采集。（2）網絡層，這層的主要特征類似于人類的大腦，可以對信息進行有效的處理，并對特性的信號做出預測和判斷。（3）應用層，是目前互聯網技術向物聯網技術發展的重要層級，即物聯網的深度融合和專業的行業技術，結合行業需求，實現行業情報。

2 利用M2M技術構建礦山環境數字化系統總體設計及基本功能

2.1 總體設計

礦井環境數字化是對實際煤礦的虛擬表達，可以收集煤炭的天然和人類信息。人們可以查詢虛擬機并與之互動。礦井環境數字化在本質上分為兩層：（1）數字化固有的礦井信息，即與空間位置直接相關的固定信息。例如地面地形，地下地質，采礦方案和完成地下工程等，根據3D全面詳盡地描繪礦山和礦體協調組織“數字挖掘”。（2）在上述基礎上再次嵌入所有相關信息（即相對變更信息間接與尺寸位置有關，如儲備，安全，電子設備，人員，生產，技術，營銷等。）形成更加重要，多維的數字化礦。

基于M2M技術的礦井環境數字化是專門針對管理采礦地質信息信息、危險信息和生產信息開發的。一旦系統建立后，所有采礦設計都可以提前模擬采礦進度的動態結果，包括發掘隱藏的安全故障，可以消除大多數隱藏的安全麻煩。隨著采礦生產的發展，監控系統和監控系統返回的各種動態數據可以實時使用通過分析巖體變形，瓦斯突出，突水洪水等危險因素模型庫和系統提供的方法庫，提前預測各種安全隱患，提前改善不安全因素，同時，要特別地監測更大的危險區域，為不可避免的情況，快速啟動相應的應急預案。如果必須要進行危險區域生產作業，可啟用遠程設備啟動，不需要人員現場啟動。

物聯網支持的礦井環境數字化是將影響煤礦安全的因素生產作為數據收集源，包括礦山地質，礦井壓力，水文，天然氣，火災，灰塵，提升，運輸等，通過本地光纖網，GPRS / CDMA通信網等傳輸方法，數據自動采集設備（如傳感器），即可實時采集海量數據到信息管理中心數據庫，包括地應力監測數據、地震監測數據、故障檢測結果、水文監測信息、氣體信息（濃度、壓力、含量）、通風監測數據和礦工定位信息等;最后，根據數據的組織和科學管理數據模型等過程，然后使用豐富的商業軟件，使用智能識別、數據融合、移動計算，云計算技術實現協同智能化測量管理，用于采礦設計，供電計算，人員指揮和其他方面。

基于M2M技術構建礦井環境數字化，可以實現在所有時間和所有采礦區域對地面和地下物體進行透明管理——氣候，地形，采礦水文，建筑，道路，橋梁，地面設施和地下煤層，斷層，裂縫，坍塌柱，水，氣和各種地下工程和地下設施得到控制，使整個礦區從設計，生產到管理層可以很好地被檢測與管理，設備可靠性、抗災能力、生產效率和生產安全性大大提高。此外，基于M2M技術構建礦井環境數字化，不僅為所有工作人員創造了安全舒適的工作環境，更重要的是將整個礦井變成“透明管理單元”。指揮人員在電腦屏幕上將看到目前為止所有的內容，如果添加虛擬現實設備，他可以到達“場景”隨時可以在“場景”作業和命令的任何角落。

2.2 具體設計及基本功能

礦井環境數字化建設由數據采集和傳輸網絡層構成，信息顯示層，數據存儲層（數據庫），系統配置層（DBA），核心應用程序層，數據挖掘層，決策命令層和WEB操作平臺，并實現信息共享和各種業務的完全無縫集成[2]。

第一層是指數據采集和傳輸。這一層的主要構件包括主服務器、交換機等設備，在煤礦地下，為了有效的進行數據溝通，需要搭配以太網和現場數據傳輸網絡，并配備路由器。在礦井地面上方，由于信息傳輸相對容易，所以可以采用多種形式進行信息傳輸，傳輸的方式和接入的方式可以選擇無線或者有線，接口的標準化可以保證數字化的質量穩步提升。在此基礎上，需要第二層結構，即信息顯示。這一層的主要設備包括LED組成的大熒幕，顯示設備等，在很多的工業系統中，顯示設備應用已經非常廣泛，但是需要強調的是，信息顯示的相關設備在近兩年更新較快，已經出現很多移動式顯示設備，電視和投影設備，這些設備的合理應用可以有效加快系統的數字化建設。第三層，是對第一層的信息收集，也就是構建信息收集存儲層。這一層主要是通過服務器建設相應的數據庫，主要用于信息收集和存儲。第四層，系統的配置層，即DBA，此級別是高級管理員操作級別。主要的功能是編碼管理，定義報告格式等。在應用層方面，本系統主要設置了核心應用層及挖掘層，主要的功能是對數字化平臺的數字挖掘，并對多種系統（技術、安全等系統）進行統一管理，此外，在這一層，主要是對各個系統的協同進行統一調用，這關系到整體數字化建設的效果。最后一層是決策命令及WEB操作平臺：通過DBA WEB發布設置，實現遠程操作互聯網和信息管理，主要針對集團公司，省，國家等優秀部門等用戶。主要包括效益分析等，其效果代表了數字挖掘建設的成敗。整體結構層次結構與各系統之間的關系，協同運作主要通過數據庫關聯字段和圖形文件關聯層。

3 結語

綜上所述，在信息產業技術發展的第十三個五年計劃綱要中，融合寬帶無線移動通信網絡和物聯網是最重要的發展方向，是我國信息化、工業化的快速融合的有力武器。M2M的存在是為了增強機器設備通信和網絡能力。基于物聯網技術中的M2M技術的礦井環境數字化建設有煤礦數據采集，遠程監控，和安全生產信息管理等模塊，不僅適用于地下和地下工作人員創造安全舒適的工作環境，也大大提高了煤炭防災能力和生產效率。

參考文獻

[1] 孫權.煤礦井下機電設備的物聯網監測系統開發及研究[J].工程建設與設計，2019（9）：179-182.

[2] 劉振華，徐緒堪.基于物聯網的煤礦機電設備智能管理平臺設計[J].工礦自動化，2019（4）：101-104+108.

Application and Analysis of Contemporary M2M Technology in Digitalization of Mining Area Environment under the Background of Internet of Things

CHENG Hong-ying

（Shaanxi Fashion Engineering University， Xi'an Shaanxi? 712046）

Abstract：This paper discusses M2M technology under the outline of the Internet of Things， and studies and analyses the overall design and basic functions of mining environment digitization system based on M2M technology.

Key words：Internet of Things; M2M technology; mining environment; system design