鲍士水
（安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001）
摘 要：随着物联网技术的快速发展及矿山资源的日益枯竭，结合生产的实际需要，构建基于物联网的智慧矿山综合监控系统，对矿区范围的矿井通风、井下排水系统及选矿实施监测和自动化调度，实现管控一体化、综合调度，以保证矿山开采的需求。为此，本文对基于物联网的智慧矿山综合监控系统进行分析研究，在综合监控系统下，既可以有效解决自动化设备的故障诊断，也可以加强井下设备、人员及各个生产环节的协同管理。
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关键词 ：物联网；智慧矿山；综合监控系统；应用研究
中图分类号：TD76文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）03-0131-02
煤矿开采是一项长期的、复杂的系统工程，面对现有煤矿井下开采人员、设备及生产环节的管理，随着物联网技术的普及与应用，建立基于物联网的矿山综合监控系统，具有十分重要的意义。同时，在物联网技术基础上，构建全覆盖物联网监控系统，这样在新的管控平台下，实现了智能控制、确保了工作人员的安全，同时也实现了井下无人化作业，有利于提高工作效率。
1 物联网概述
物联网也被称为物物相连的互联网，以互联网为支撑，在协议的基础上，通过融合全球定位技术、无线射频技术、红外线技术来实现远程监控和管理。将物联网技术应用于智慧矿山体系建设中，打破了原有矿山开采中信息孤岛的问题，与原有的矿山监控系统相比，建立基于物联网的智慧矿山监控系统，具有较大的优势，既可以及时做出灾害预警，也实现了智能化、自动化控制，对提高煤率和作业效率具有重要作用。通过设置各种传感器设备及自动识别设备，及时感知井下电子机械设备、电缆及瓦斯的变化，通过物联网将各种信息及时传递给监控人员，监控人员对传输的信息进行及时处理，为安全生产提供了系统性保障。
2 基于物联网的矿山监控系统结构组成
如图1所示，表示基于物联网技术的矿山综合监控系统，主要融合传感器技术、自动化信息技术及通信技术，通过在现有自动化、数字化建设基础上，实现物联网的融合转换和过渡衔接，以互联网为支撑，以协议为保障，通过网络协议的转换，实现了与工业以太网的相互衔接，并构建了适应矿井安全生产的物联网传输系统。在这种监控模式下，实现了人员的安全管理，同时也实现了安全生产及设备的实时监控及故障诊断等。
3 基于物联网的矿山监控系统的实现
3.1 预警软件平台
结合物联网的理论知识和构建思想，利用智能化系信息处理技术构建智慧矿山预警软件平台，实现矿山数据自动采集系统的构件，集成矿井环境产生的历史，并建立数据库。这样在完整的数据库中，可以对矿井所发生事故的内在机理进行研究。以专家经验为基础，以国家颁布的法律法规为依据，通过建立煤矿安全专家知识库来实现矿井安全智能化故障诊断，利用智能化信息处理实现矿井动态预警，从而构建基于物联网的智慧矿山预警软件平台[3]。
3.2 智慧矿山安全生产综合监控系统高速传输平台
基于煤矿工业以太网骨干网络的智慧矿山安全生产综合监控系统高速传输系统的建立，主要融合了宽带无线技术和传感器技术，构建了适应矿井安全生产的新一代有线或无线的混合结构的物联网传输系统。与此同时，采用以太网+CAN现场总线的形式，开发并建立了基于防爆工业以太网、带宽为10/100/1000Mbps的矿井综合信息传输网络平台，实现了各个监控子系统和自动化系统的介接入和信息共享。在物联网理论基础上，建立智慧矿山综合监控系统，实现了各个子系统的和各个功能模块建立，主要包括井上部分、井下部分及管理应用平台等，如井下主煤流运输系统、井下主排水监控系统、通风机监控系统、供电监控系统、防灭火系统、无线通信系统、井下人员管理系统等。借助于物联网的无线网络技术，将无线传感器网络研究拓展到地下，在不同的矿井部分构建煤矿无线传感网络系统关键技术，构建高效率、低成本的分布式煤矿监测预警信息系统，实现煤矿井下瓦斯实时监测、应急处理、人员跟踪等功能，为煤矿瓦斯灾害预警系统提供网络支持平台。然而，对于基于IP的煤矿通信系统和抢险救灾无线音视频传输系统的建立，利用新一代的无线网络激素和，实现了煤矿井下无线传输系统音视频建立，有效解决了应急处理过程中地面与地下无法进行音视频通信的难题。
3.3 基于物联网的自动化及监控系统
对于矿井安全生产监控子系统，采用基于PLC控制技术和全分布式控制来实现的，并通过多功能综合接入网的功能，实现了多种有线或无线矿井安全生产系统、多种类型的分站接入功能和生产自动化系统功能，达到了自动化系统综合监控的目的。然而，对于远程监控系统的建立，主要利用采掘设备遥感遥控技术来实现的，通过对矿井的相关参数实现在线监测、可视化技术及信号控制的整合，实现了远程可视化控制和监测。另外，对于基于无线传感器技术的煤矿井下风网监控系统，实现了矿井瓦斯灾害风险的实时监测，优化了变频自动调控，提高了矿井智能监测水平，有效控制了瓦斯灾害事故的发生。
3.4 人员跟踪定位系统
对于人员定位及危险区域移动目标检测与跟踪系统的建立，主要采用射频识别技术，并采用双频点短波率，实现了嵌入式微处理器的设计及全双工通信。通过人员跟踪定位系统的建立，具有作用距离远、适应能力强、便于网络连接的优点。为了有效对矿井危险区域目标进行检测与跟踪，利用计算机视觉、人工智能等相关技术，实现了智能视觉监控在矿井中的应用，突破矿井视频监控从事后的控制，改为事前预、实时事件驱动的监控方式，实现了基于视频报警联动的煤矿综合自动化系统。
4 物联网的应用
建立基于物联网的智慧矿山综合监控系统，实现了对矿井生产相关环节的通信与控制，也实现了煤矿井下抢险救灾的无线音视频通信系统[7]。在物联网技术基础上，实现了智慧矿山综合监控系统的建设，可以应用于监控检测、规划设计、生产调度和综合管理等多个领域，也可以实现井下人员定位、紧急避险及环境监控等多个方面，实现了无人化作业和自动化监控的功能。其中，在智能生产方面，在生产作业环节过程中，通过物联网，可以对采煤机、输送带等进行实时管理和控制，并且可以将相关机械设备的相关参数及时上传至物联网控制中心，实现了实时调度和管理；在智能监控方面，通过各类传感器设备及监控设备的综合使用，可以将矿井环境数据及时传递至地面管理人员，如瓦斯、人员数量及风压等，自动判断工作环境和自发启动应急预案，实现了自动化的预警防范，消除了安全隐患。
5 总结
结合物联网的概念和思想，建立基于物联网技术的智慧矿山综合健康系统，并建立安全生产监控子系统，通过物联网，实现安全、高可靠性、实时的综合监控和协同管理。将各类无线传感器、生产过程、信息智能处理等安全生产的全过程与矿井生产的所有环节融合为统一的整体，对煤矿井下进行在线监测，实现无人化作业和自动化监控的功能，确保智慧矿山综合监控系统得到广泛应用，充分发挥物联网技术在煤矿井下生产中的作用。
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参考文献：
（1）贾少毅。基于物联网的矿井三维可视化监控系统应用研究[J]。煤炭科学技术，2012（09）：85-89.
（2）张科利，任长忠。基于物联网的智慧矿山的智能生产系统展望[J]。中国矿业，2012（S1）：76-79+130.
（3）张旭平，赵甫胤，孙彦景。基于物联网的智慧矿山安全生产模型研究[J]。煤炭工程，2012（10）：123-125.
（4）张胜英，王烟军，宋若臣。智慧矿山物联网的构建和应用研究[J]。山东行政学院学报，2013（05）：62-64.