智慧礦山物聯網技術發展及應用

李 垚

（河南中平煤電有限責任公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

對于礦區的工作人員而言，各項操作存在風險，為了避免產生安全事故，將物聯網（Internet of Things，IoT）技術應用在智慧礦山建設工作中，在各項工作具有較強的智能化和科學化特征之后，使礦山資源最大程度上發揮作用。智慧礦山IoT技術種類較多，礦區井下定位技術是其中非常關鍵的一種技術，具體包括無線射頻識別技術、指示定位技術、達到時間差定位技術、時分同步碼分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）系統定位技術。通過將物聯網技術應用在智慧礦山建設中，形成完善的指揮生產體系，最大程度上保證遠程感知、監測、控制等多項工作有序開展，進而實現智能化管理目標。

1 智慧礦山物聯網技術概述

智慧礦山主要將地理信息系統、物聯網技術作為技術保障，充分利用現代企業管理與網絡通信、計算機、自動化控制結合方式，形成具有多層級分布特征的網絡體系，在保證礦山安全生產工作中的智能化控制、數據信息集成等多項操作高效落實之后，保證礦山生產效率和安全符合標準要求。物聯網技術與其他技術進行對比具有一定的創新性，通過結合多種新型技術做好設備監控和信息采集工作，保證智能化感知、識別、管理等多項工作有序開展[1]。實際上，物聯網技術中結合了多種高新科技，在科學合理地連接網絡和各種傳感器之后，實現計算機、物與人之間的信息同步共享與互通互聯目標。

礦山物聯網技術目前被廣泛應用在智慧礦山建設中，主要應用物聯網技術與實際需要管理的對象進行連接，如既要廣泛收集數據信息，也要構建完善的網絡體系，通過高效落實管理控制工作，提高管控效率和質量。將礦山物聯網技術與其他多種先進技術和裝置進行結合，主要目的是將礦山自動化和安全系統集成到一個綜合平臺上，為后續做好礦山自動化、環境監控工作提供保障，既能對各種類型的信息進行統一管理和分析，也能在智能系統的輔助下進行信息決策，制定具有針對性和有效性的解決方案。

2 智慧礦山井下定位技術

2.1 無線射頻識別技術

此類技術主要將識別芯片的非接觸式自動識別技術作為依據，在充分發揮應用價值之后利用無線電信號，完成數據識別和讀寫工作，具有不需要人員與之接觸的特征。如魯棒定位法算法被廣泛應用，為了進一步提高定位精準性，科學合理地引入置信度，后續還要充分應用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，結合物聯網技術對井下人員監測定位?，F階段，我國科學技術水平不斷提高，無線射頻識別技術創新發展，既能對工作人員的所在位置進行定位，也能做好監測和預警工作。

除此之外，智慧礦山建設工作至關重要。為了防止產生安全事故，要求下井的工作人員嚴格按照標準要求佩戴遠距離作業卡，該卡每隔一段時間可以向中心發送佩戴人員的位置信息，這樣便于實時監測井下工作人員的地理位置，對于保障工作人員的安全具有重要作用。在實際應用無線射頻識別過程中不會產生較多支出，但是該項技術的應用效果極易受到影響，如環境因素的影響比較大，極易降低定位精準可靠性。

2.2 指示定位技術

指示定位技術通過接收機對信號平均強度進行測量，之后還要對信號點、接收點兩個關鍵點之間的距離進行計算[2]。通常狀況下，指示定位技術人員將實際接收信號的強度作為依據進行定位，現階段該項技術被廣泛應用在井下工作人員定位工作中。將指示定位技術與無線射頻識別技術進行對比，可知其定位結果的精準性更高，但是具體應用過程中也存在一些弊端，如極易受到環境因素的影響，無形中就會使數據產生較大的波動。指示定位技術經過長時間的發展，具體表現為依據接收信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）指紋和足跡提出的定位算法起，到現階段依據高斯濾波分段求解路徑損耗因子、環境產量因子的RSSI巷道定位算法，使定位結果變的非常準確[3]。通常狀況下，在使用指示定位過程中依據具體狀況制定相應的使用措施，不僅要確定井下地理位置接收信號的具體強度，也要保證指示定位充分發揮作用。

2.3 到達時間差定位技術

礦山產業具有一定的特殊性，主要因為礦井下的環境比較復雜，所以要保障井下工作人員安全。為了全面掌握井下作業具體狀況，非常關鍵的一項工作就是做好井下定位工作。到達時間差定位技術主要內容是指在各個接收站搜集信號點具體發出的信號，完成時間到達數據搜集工作，在匯總到定位處理中心之后，中心需要充分發揮作用精準計算信號點的具體位置。在細致分析這些內容的基礎上，了解到可以通過利用信號點發送到不同接收點的時間差方法，高效落實信號測距和定位工作。為了保證井下定位工作有序開展，將到達時間差定位技術應用其中，既能對井下的突發狀況進行嚴格管控，也能使工作人員在井下操作時第一時間發出指令，對于提高井下作業的安全有效性具有重要作用。不僅如此，在危機發生之前需要結合實際狀況做好人員組織工作及時撤離，這樣能夠為井下工作人員提供安全環境，對于降低安全事故發生概率具有重要作用。

2.4 TD-SCDMA系統定位技術

TD-SCDMA系統定位技術主要將原有狀況作為依據，充分利用信號點的時間提前量TA，對信號點和基站二者之間具體的距離進行測量[4]。在深入研究這種方法之后，不難發現主要就是對現有的參數進行高效利用，在保證信號點、接收點二者之間距離計算結果具有精準可靠性的基礎上，按照標準步驟將數據匯總到檢測中心，后續還要選用相應算法精準確定最終端的具體位置。將TD-SCDMA系統定位技術與其他類型的定位技術進行比較，就會發現該項技術的應用成本比較低，并且最終獲取的定位結果更加精準可靠。

現階段，我國物聯網技術水平顯著提高，為現代傳感器更新升級提供技術保障。礦山作業過程中非常注重應用傳感網絡，如將TD-SCDMA系統定位技術應用在礦山工作人員定位工作中，能夠有效解決無線信號沖突方面的問題，甚至還可以在信號偵測器的輔助下獲取精準的工作人員位置信息。井下環境比較復雜，應用TD-SCDMA系統定位技術對井下工作人員位置進行定位，極易受到濕度和溫度等因素的影響，產生無法接收信號的問題。如果沒能及時認識到這項問題的嚴重性采取針對性措施，就會發生難以精準定位井下工作人員位置的現象。為了防止產生更加嚴重的問題，需要充分利用各項資源積極構建井下工作人員模型，優化安全井下操作環境，保障井下工作人員人身安全。

3 物聯網技術在智慧礦山建設中的應用要點

3.1 構建完善的智能物流系統，保證礦山生產工作穩步開展

礦山生產期間會涉及多個環節，爆破作業是其中不能忽視的一個環節。在實際開展爆破工作期間，不可避免地會使用諸多爆炸物，而爆炸物是引發安全事故的一種關鍵性因素?；诖耍绻胍乐巩a生損失和危險事故，就要將爆炸物流量管控工作放在重要位置，如高效利用物聯網技術，保證實際構建的智能物流系統具有完善性，這樣便于利用RFID識別技術、二維碼識別技術，做好爆炸物流量感控工作。不僅如此，通過將上述兩種技術與車輛管理系統、人員定位系統進行全面結合，既能做好爆炸物數量統計工作，也能識別爆炸物接收人員，這樣在準確記錄爆炸物具體使用狀況之后，防止因為“爆炸物管理工作缺乏科學合理性”引發礦山事故。

3.2 構建礦山生產實時監控系統，保證智能化管理工作高效開展

井下采礦作業是礦山生產中非常關鍵的一項工作，不僅作業風險比較大，而且風險隱患較多。如果實際操作中沒能及時發現和排除安全隱患，就會引發更加難以解決的問題，甚至還會對礦山生產和管理效益造成影響[5]。因此，為了保證智慧礦山建設工作有序開展，將物聯網技術應用其中，并制定完善的技術應用方案，在高效落實實時監控系統構建工作同時，對礦山生產的具體狀況進行監控。這樣不僅可以第一時間發現異常，也能及時解決問題，避免產生嚴重的經濟損失。

此外，為了保證實際構建的礦山生產實時監控系統具有有效性，就要有效結合RFID、無線局域網、智能數字傳感器，如在對井下設備運行狀況、井下環境、井下工作人員的具體狀況進行實時監測期間，主要使用激光傳感器、紅外傳感器、射頻傳感器等設備，同時還要高效應用接口技術保證智慧網絡建設工作有序開展。圖1為礦山智能化管理體系，在按照標準流程做好各項工作之后，不僅可以為后續開展智慧礦山決策工作提供保障，也能為礦山生產調度工作高效開展提供保障，這是現階段提高礦山智能化水平的關鍵性措施。

4 結 論

在實際開展智慧礦山建設工作時將物聯網技術應用其中，在滿足安全生產要求的基礎上做好井下工作人員定位工作，保證礦山智能化開采工作高效開展。與此同時，通過選用具有針對性的定位技術，精準獲取位置信息，使井下工作人員始終處于安全工作狀態，便于創造更多經濟效益和社會效益。