感知矿山物联网架构特征及标准问题
基于物联网技术的智慧矿山分析
78 /矿业装备 MINING EQUIPMENT基于物联网技术的智慧矿山分析1 物联网智慧矿山概述物联网又被称为传感网，借助红外传感器、全球定位系统以射频识别等技术，根据协议连接特定设备与互联网，在交换信息的基础上，保证实现智能化识别、定位、监控及管理。
智能矿山主要以矿山数字化为基础层，系统可以精准采集煤矿企业的开采数据，并进行网络传输、精准集成以及可视化展现，属于信息技术、通信技术、3S 技术以及物联网技术的总集成。
矿山智慧系统主要包括基础网络平台、矿山工业自动化系统、安全监控系统、矿山数据库、地理信息可视化集成平台以及生产技术管理系统等，保证了煤矿企业的安全高效开采。
2 煤矿智慧矿山关键技术2.1 系统跟踪技术为了提高煤矿井下开采的安全性，应利用系统跟踪技术进行实施跟踪与动态监控。
受通信技术等因素的影响，煤矿企业无法及时解决井下开采问题，此时井上工作人员则可以利用智慧矿山的动态监控与实施跟踪技术处理，提高了开采效率。
同时，还可以在井下开采风险预测工作中应用此技术，以降低煤矿开采事故的发生几率。
比如在煤矿开采期间会遇到炸药、雷管等危险用品，通过实时监控可以保证安全开采。
且监控工作分为两部分，一是运输设备的实时监测，包括轨道车及无轨胶轮车等；二是运输环境的实时监测，实现动态控制。
在检测井下运输掘进环境与跟踪情况时，工作人员主要利用以下技术展开，一是本文分析了物联网技术下智慧矿山的建设，指出了构建的关键技术与网络架构，其中感知层收集相关数据信息，网络层传输数据，并在应用层进行分析，以实时监测矿井下的开采状态。
通过使用智慧矿山系统，可以更好的分析设备的运行状态，并进行动态监控，在远程修复故障的基础上，保证煤矿的开采效率。
□ 张慧明 山西西山煤电贸易有限责任公司 山西太原 030053GPS 技术，又被成为全球定位系统，使用时更多与GIS 技术联用，以将信息及时传递至井上开采过程，实时监控井下目标。
物联网时代建设全面感知矿山
3、物联网时代的全面感知矿山系统结构
通过我们到国外的考察，以及与德国贝克公司、 通过我们到国外的考察，以及与德国贝克公司、德国 鲁尔集团（RAG）和德国PSI公司的合作过程中，我们发现， 鲁尔集团（RAG）和德国PSI公司的合作过程中，我们发现， PSI公司的合作过程中 发达国家矿井之所以达到很高的自动化程度， 发达国家矿井之所以达到很高的自动化程度，根本原因是 现场采用了大量的传感器、可靠的控制元件， 现场采用了大量的传感器、可靠的控制元件，使控制系统 能够采集基础设备完备的状态信息以及现场工作人员的相 关信息， 关信息，能够对设备的运行状况以及人员相关信息进行全 方位检测，从而大幅提高了现场设备的可靠性， 方位检测，从而大幅提高了现场设备的可靠性，保障了人 员安全，增加了效率和效益。 员安全，增加了效率和效益。
1、公司在高瓦斯和煤与瓦斯突出的井工条件下成功建成的被中 央媒体誉为“中国第一对数字化矿井”的刘庄煤矿， 央媒体誉为“中国第一对数字化矿井”的刘庄煤矿，是我公司 建设全面感知矿山的初次实践
刘庄煤矿综合自动化控制系统的建设是公司进行全面感 知矿山建设的初次尝试，在很多方面取得了重大突破。 知矿山建设的初次尝试，在很多方面取得了重大突破。刘庄 煤矿自动化建设通过工业以太网、 现场总线、OPC以及其它 煤矿自动化建设通过工业以太网 、 现场总线 、 OPC 以及其它 开放性通讯技术的应用，在统一的监控平台上实现了对矿井 开放性通讯技术的应用， 供电、提升、通风、排水、运输、采煤工作面、选煤厂监控 供电、提升、 通风、 排水、 运输、采煤工作面、 人员定位、 环境监测、GIS系统等 24类60余个子系统的信 系统等24 、 人员定位 、 环境监测 、 GIS 系统等 24 类 60 余个子系统的信 息集成。 息集成。
感知型矿山物联网
隔不 离同 到子 访系 示统 意 图 VLAN
网络建设实施步骤
光纤施工布线图的绘制 地面光缆的敷设、入户保护 井下光缆敷设、上挂钩 光缆终端盒、ODF安装 地面光缆光纤的接续与熔接 井下光缆光纤的接续与熔接 光纤的测试 光纤跳线的安装 网络设备安装
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一、安全生产监测监控
建立一套完善的数据采集系统，该主要用于实 时采集生产矿井的进尺、产量、微震、水文、瓦斯、 粉尘、矿压、火区、视频、人员位置和设备状态等 信息，并可通过可视化图表和声光报警的方式在计 算机屏幕上显示正常生产和灾变时期的各种信息。
数据采集系统是决策人员和决策系统的眼睛和耳 朵。 例如：通过瓦斯监测系统，人们可以在地面监测 室、甚至与互联网连接的任何一台计算机上看到各矿 任一个瓦斯探头所在位置的瓦斯浓度及其变化情况， 也通过历史数据和分析图表了解瓦斯涌出量的变化规 律，出现异常时系统还可以进行声光报警，也可以通 过手机短信及时告诉每一位相关人员
主要系统
实现目标
可以大幅度降低人 的劳动强度，提高生产 效率，更重要的通过无 人化达到真正的本质安
全。
三、矿山数据仓库和矿山地理信息系统
矿山数据仓库是利用数字化的手段，通过大型网
络技术和数据库技术，把矿山的所有资源数据（地质数据、 测量数据、生产数据、经营数据、实时监测和人工采集数据、 图形数据和多媒体数据等）进行规范化后存入到相应的数据 库中，并提供快速查询和调用功能，为各种应用提供信息服 务。
”
工业环网组网结构
矿山以太环网拓朴图
网络设备选型
设计核心环网采用2台赫思曼MACH 4000系列交 换机中MACH 4002-24G-L3P全千兆交换机
物联网矿山工程方案
物联网矿山工程方案随着科技的发展和进步，物联网技术在各行各业得到了广泛的应用，而矿山工程也可以通过物联网技术来实现更高效、更安全的管理和运营。
下面我将为大家介绍一个物联网矿山工程方案。
一、方案概述二、系统架构1.传感器网络：在矿山工程的各个关键位置和设备上布置传感器节点，用于实时采集环境参数、设备运行状态等数据，并通过无线网络传输到数据中心。
2.数据采集与处理：数据中心负责接收传感器节点发送的数据，并进行数据采集、预处理和分析。
对异常数据和报警信号进行实时处理和响应。
3.云计算：将采集到的数据存储到云端数据库，并通过云计算技术进行数据分析和挖掘，提供决策支持和应用服务。
同时，可以实现数据的可视化展示和实时监测。
4.移动通信：通过手机应用和短信告警等方式，实现对矿山工程的远程监控和管理。
管理人员可以通过手机随时查看矿山工程的各项数据和报警信息，及时采取相应的措施。
三、系统功能1.矿山环境监测：通过传感器网络实时监测矿山工程的环境参数，包括温度、湿度、氧气浓度等。
一旦超过设定的安全阈值，系统会自动报警，以便采取应急措施，确保职工的安全。
2.设备运行状态监测：通过传感器网络监测关键设备的运行状态，包括温度、振动、电流等。
当设备出现异常时，系统会自动报警，并提供相关信息以便维修人员及时处理。
3.人员安全管理：通过移动通信技术，实现对矿工的定位和监控。
管理人员可以通过手机应用实时查看矿工的位置和状态，出现异常情况时可以及时采取救援措施。
4.预测和预警：通过云计算技术对历史数据进行分析和挖掘，建立模型，预测矿山环境和设备运行的趋势，提前发现问题并采取措施，避免事故的发生。
5.数据管理和决策支持：通过云计算技术对大量的数据进行存储、管理和分析，提供实时监测和可视化展示，为管理人员提供决策支持和参考。
四、系统优势1.提高安全性：通过实时监测和报警系统，可以及时发现矿山工程的异常情况，并采取相应的措施，减少事故的发生。
物联网与感知矿山专题讲座之四_感知矿山物联网与煤炭行业物联网规划建设
第1期 2011年1月工矿自动化Industry and M ine A ut omatio nNo.1 Jan.2011专题讲座文章编号:1671-251X(2011)01-0105-04物联网与感知矿山专题讲座之四感知矿山物联网与煤炭行业物联网规划建设张申, 丁恩杰, 徐钊, 华钢(中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州 221008)摘要:指出感知矿山物联网M 2M 平台应为应用层服务提供开放的接口,适应完善安全避险"六大系统"、领导带班下井、煤矿灾害监测的需求;给出了煤炭行业物联网的四层结构,指出感知矿山物联网建设是整个煤炭行业物联网建设的重点,其它层次以煤矿安全管理和资源管理为主,并分析了矿业集团级、省级、国家级煤炭行业物联网的应用方式;提出了煤炭行业物联网建设需要注意的问题。
关键词:物联网;感知矿山;M 2M 平台;安全避险;六大系统 中图分类号:TD655 文献标识码:APart IV of Lecture of Int ernet of Thing s and Sensor M inePlan and Construction of Internet of T hings o f Sensor M ine and Co al EnterpriseZH AN G Shen, DING En jie, XU Zhao, H U A Gang(Internet of T hings (Sensor Mine)Research Center o f CU MT.,Xuzhou 221008,China)Abstract :T he paper pointed o ut that M2M platform of Internet o f thing s of sensor m ine should provide open interfaces for serv ices of application lay er and suit to requirem ents of perfecting "six sy stems"fo r safe act of rescue,leader s g oing into m ine and disaster m onito ring of coal mine.It g av e fo ur layer str ucture o f Internet of things of co al enterprise,pointed o ut that construction o f Internet of things of senso r mine is a key o f construction of Internet of things of w hole coal enter prise and main functio ns of the other layers sho uld be safety and resource manag em ent o f co al m ine,and analy zed applicatio n mo des of Inter net o f thing s o f coal enterprise of mining g roup,prov ince and the state.A t last,it proposed problems w hich need pay ing attentio n to in construction of Internet of thing s of sensor mine.Key words :Internet of things,sensor mine,M2M platform,safe act o f rescue,six sy stems 收稿日期:2010-12-16作者简介:张申(1957-),男,江苏兴化人,教授,博士,现主要从事煤矿通信方面的研究工作。
TD-SCDMA矿用无线通信系统在“感知矿山”中的物联网应用
C ommun icatio ns World Weekly2011（第五届）移动互联网国际研讨会大唐电信矿用通讯行业解决方案引入物联网的概念、技术和设备，首次将T D -SC D M A 技术运用于煤矿井下，与大唐电信自主研发的K T 151矿用通讯系统有机结合，提升了矿用通讯系统的内容，提高了企业管理的效率和全面性。
TD-SCDMA 矿用无线通信系统在“感知矿山”中的物联网应用大唐电信科技股份有限公司矿用无线通讯系统作为矿山信息通信系统的重要组成部分，在现代化大中型矿山企业中正扮演着越来越重要的角色。
矿用无线通讯系统具有通信(话音通信、数字分组通信)、调度(电话调度、会议汇接)、控制及信息采集等功能，应用于矿山的生产调度、指挥和单位内部通信。
同时，随着矿山企业自动化水平的不断提高对通信设备的要求也越来越高，有线通信向有/无混合通信发展已成为大势所趋。
采用T D -S C D M A 技术，提供3G 数据业务大唐电信通过自身TD 网络、芯片设计与制造、终端应用、信息安全等领域的优势，推动物联网产业发展，协助客户积极探索新环境下的业务应用。
通过TD 技术、感知层技术与新型应用的有效结合，利用TD-SC DM A 特有的高频谱利用率、大容量性，更将充分满足矿山企业的物与物互联，并与矿山生产的工业化和信息化相结合。
针对物联网产业涉及的应用层、网络层和传感层，大唐电信在I D 、G SM 工业模块、3G 终端模块、3G 工业模块、TD 网络终端设备、无线宽带等领域积累了雄厚的技术储备，目前提供面向物联网应用的感知层芯片和模块、网络层无线移动通信端到端解决方案及应用层行业应用软件。
根据用户的实际要求，大唐电信自主研发的K T151矿用无线通讯系统采用我国自主知识产权的3G 移动技术——TD-SCDM A 技术，组建井下无线专网，实现井上、井下的移动通信。
除了提供传统的语音、短消息等业务外，还可提供可视电话、视频监控、宽带数据接入等3G 业务，同时通过智能调度交换机实现有线、无线通讯网络的统一号码管理、一体调度及统一网管，不仅能够满足单矿井无线通讯应用需求，也能满足大型矿业集团多矿井组网漫游的需要，可为矿山行业用户提供整体解决方案，提高企业的管理水平和生产效率。
工业物联网的架构和技术特点
工业物联网的架构和技术特点随着科技的不断进步和工业生产方式的不断升级，工业物联网在新技术、新模式的推动下被广泛应用。
工业物联网是指通过传感器、物联网网关和云平台等技术手段，实现智能互联和可视化的工业生产模式。
这篇文章将从实际应用和技术特点两个角度，介绍工业物联网的架构和技术特点。
一、工业物联网的架构工业物联网的整体架构可以分为三层，分别是感知层、网络层和应用层。
1. 感知层感知层负责采集物理信号，即将生产设备中产生的各类数据汇聚到一起，通过各种传感器、执行器和测量设备等实现数据采集和采集结果的处理。
在这一层中，数据处理技术性要求较高，需要对数据进行多次采集、传输和处理，以确保数据的准确性和可靠性。
而且，在感知层中，需要考虑数据的性能和安全性。
特别是在工业生产的场景下，大量的数据需要采集、处理和传输，往往需要花费大量的带宽和高速网络。
因此，感知层必须具备高速、高稳定性的网络连接和储存能力。
2. 网络层网络层是连接感知层和应用层的中间件，对接感知层的数据管理和应用层的数据传输。
在网络层中，需要运用各种通讯协议、数据格式进行数据传输、处理和存储等操作。
同时，作为数据传输的枢纽，网络层需要具备灵活性和安全性，以应对各种网络异常与安全威胁。
为了达到这个目标，网络层部署了安全协议、防火墙和虚拟专用网络等网络安全技术手段。
因此，网络层的架构和技术手段极为重要。
3. 应用层应用层是工业物联网的应用集成层，也是工业物联网中最核心的部分。
在应用层中，采用各种技术手段，将安全的数据流、运行日志和操作流水等数据与企业管理的相关信息进行整合。
这样，无论是制造业、物流业还是仓库业都可以快速实现数字化管理，提高生产效率。
因此，应用层对工业物联网的完善和实用的关系极为紧密，必须采用先进的技术手段和在此基础上不断地进行尝试和更新。
二、工业物联网的技术特点工业物联网在应用层面上，实现了对工业设备、人员和环境的实时监测和管理。
这种模式，无论是在设备的自动化控制效率、资源利用率和生产运营效率方面都有全面的提升。
物联网在矿山的应用
物联网在矿山的应用0 引言徐州铁矿集团吴庄铁矿是江苏省首家物联网试点单位。
“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。
其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
1 感知矿山基本概念与特征“感知矿山” 通过全面感知，对井下人员（人员定位、无线通讯）、设备（综合自动化）、环境（安全监控）等全面感知，并通过网络实现全面覆盖，同时还具有直观形象的应用，通过3DGIS矿区全息展示，来全面感知矿山。
矿山物联网是指构成矿山中人与人、人与物和物与物互联的网络。
具体来说是包括矿工、矿井设备以及矿井环境等信息在内的可感知互联网络。
自动化矿井、信息化矿山、智能矿山、数字矿山、矿山综合自动化、矿山管控一体化等都是矿山信息化的概念，而矿山物联网提出“感知矿山”，是对矿山信息化所有概念提法的综合与升华。
2 感知矿山的系统结构感知矿山的系统主要由硬件系统和软件系统组成，硬件系统是物联系统的躯干，是支撑系统运行的基础，完成数据采集、传输、存储和显示等功能；软件系统是物联系统的中枢神经，完成数据的综合集成、控制、处理、决策参考以及辅助的人员定位、三维GIS、设备控制、生产报表等功能。
1）数据采集设备层数据采集设备层主要用于采集各类物理量、标识、音频、视频数据。
该层设备主要包括各种形式的传感器、语音、视频设备。
2）网络层实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送。
3）应用层应用层利用综合视频显示平台、调度电话、广播系统等实现对各类数据的综合显示、存储和处理；3 感知矿山硬件建设1）工业以太环网为提高矿山生产能力和安全生产管理水平，多数矿山已安装或即将建设多种自动化系统，如：提升自动化系统、排水自动化系统、皮带运输自动化系统、通风自动化系统、供电自动化系统、工业电视系统等。
浅析智慧矿山物联网
浅析智慧矿山物联网摘要:论述了矿山物联网的特征，它主要表现在多系统综合应用、感知层开放、应用平台开放和适合构建逻辑子系统等几个方面;分析了感知层、网络层、应用层的关键技术和跨层的公共技术;矿山物联网建设模型，是在对物联网发展历程的深刻研究,对可视化管理理论的深入学习的基础上,仔细分析了感知矿山建设的主要内容和建设步骤后提出来的,这为物联网与感知矿山建设的联合提供了坚实的理论基础。
明确提出感知矿山的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报；感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障；感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。
感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。
关键词：矿山;物联网；体系构架；感知灾害征兆;感知环境;感知设备健康状况0引言我国一直以来都把煤炭作为主要能源,但是煤炭在我国存储的地理条件复杂，煤矿生产主要靠人工，生产安全监控管理的设备和技术管理都比较落后，应用技术的功能单一,管理不到位，造成煤矿生产的成本高，安全隐患大。
煤矿中先用的安全监控系统，其生产商与生产时期差异很大,各系统间的通信协议等技术不统一,数据结构之间也存在很大的区别，表现为多元化和异构性.近年来我国政府和企业对于矿山的安全监测不断加强重视，这为矿山的正常生产和安全保障发挥了重要作用。
但是就目前的监管设备和技术水平低下的情况下，安全隐患无法根除，矿山灾难还是不时地发生，需要一种实时地连续的监控预警系统。
在这样的前提下，“矿山物联网"这一系统就出现了，它的产生主要基于自动化、信息化和数字化的前期准备建设，在此基础上,运用网络和各种遥感设备，将矿山更加具体全面的呈现在人们面前。
但煤矿生产中正需要的就是对移动施工过程的监控，而物与物的链接通常需要的是大范围内的无线网能力,要运用网络来对矿山进行分布式的感知。
“矿山物联网"的建设是将瓦斯等传感器、电缆、电气设备等与宽带、芯片当作是一个整体的系统的基础设施,运用泛感知技术对在参与煤矿生产的人员、基础设施和机器进行实时有效的监管和控制。
感知矿山物联网架构特征及标准问题ppt
当前地面物联网应用中存在的问题
•尽管这些系统大都以Internet为骨干传输网络，但是：
➢ 无线覆盖的感知层网络是各行其是，长此以往，随着物联网应用系统越来越 多，势必会出现同一地区存在多个无线感知网络，而相互之间不能共用，形 成子系统孤岛。
➢ 缺乏统一数据平台，私有 数据不能在系统间充分利 用等尴尬局面。
产
网
生产保障管理
生产计划与接续管理
专家决策支持系统
统
安
办公自动化
考勤与劳资
一
全
地理信息系统
数
调度网
络安全生产监控Fra bibliotek安全生产监控
传
安全生产监控
内网
输
感知网
数据仓库 信息处理 信息挖掘 信息融合 各种监测监控应用平台
骨干网平台 感知层网络平台
信息集成与MES
安全生产监控
据
安全生产监控
仓
安全生产监控
库
感知与控制层
19 井下供水系统 20 安全监测系统 21 束管系统 22 瓦斯抽放站自动控制 23 矿压监测系统 24 调度电话 25 矿井无线通信系统 26 井下人员定位系统 27 考勤系统 28 工业电视系统 29 制冷站自动控制系统 30 锅炉房系统 31 日用消防水泵房系统 32 矿井雨水泵房系统 33 污水处理监控系统 34 防灭火系统 35 能源计量与管理系统 36 IP电话
多套系统共存
• 系统总体复杂 • 没有冗余 • 信息孤岛 • 子系统孤岛 • 备品备件多 • 维护人员多 • 维护工作量大
电力监测系统 1 号变电站
洗煤厂集控系统
2 号变电站
井上运输集控系统 胶带机集控系统
地面系统 井下系统
矿山开采的物联网技术
例
某大型矿山的物联网技术实践
实现自动化监测
通过物联网技术，该大型矿山实现了对矿体 、设备、环境等关键参数的实时监测，有效 预防了安全事故的发生。
提高生产效率
通过物联网技术，该大型矿山实现了对采矿、选矿 、运输等环节的智能化管理，提高了生产效率。
降低运营成本
通过物联网技术，该大型矿山实现了对设备 维护、能源消耗等成本的精细化管理，降低 了运营成本。
优化调度
通过物联网技术，可以实时获取 矿山资源分布、矿床厚度、矿石 品位等信息，优化采矿计划和调 度，提高开采效率。
自动化控制
物联网技术可以实现矿山开采设 备的自动化控制，减少人工干预 ，降低操作误差，提高生产效率 。
提升安全保障
实时监测
物联网技术可以对矿山环境进行 实时监测，包括空气质量、温湿 度、噪音等，及时发现并预警安
物联网技术在矿山开采中的应用前景
01
02
03
提高生产效率
通过物联网技术对矿山设 备和人员进行实时监控和 调度，可以提高生产效率 ，降低能耗和资源浪费。
保障安全
物联网技术可以实时监测 矿山环境和设备状态，及 时发现安全隐患，减少事 故发生。
促进智能化发展
物联网技术是矿山智能化 发展的重要支撑，能够推 动矿山产业的升级和转型 。
国际先进矿山的物联网技术应用
1 2 3
实现全面数字化
国际先进矿山已经全面应用物联网技术，实现了 从采矿、选矿、运输到安全监管、设备维护等环 节的数字化管理。
提高决策效率
国际先进矿山通过物联网技术实时采集和分析数 据，为决策者提供了更加科学和准确的决策依据 ，提高了决策效率。
促进可持续发展
国际先进矿山应用物联网技术，实现了对资源的 高效利用和环境的保护，促进了可持续发展。
矿山开采的动态安全态势感知与分析
建立完善的数据存储和备份机制， 确保数据的完整性和可追溯性。
态势评估与预测
1 2 3
态势评估方法
根据矿山开采的特点和安全要求，采用合适的评 估方法对矿山的安全态势进行评估，如层次分析 法、模糊综合评价法等。
预测模型
利用历史数据和实时数据构建预测模型，对矿山 的安全态势进行预测，提前发现潜在的安全隐患 和风险。
安全态势感知技术可以与其他智能化技术相结合，如大数 据分析、人工智能等，进一步提高矿山安全管理的智能化 水平，提升矿山的生产效率和安全性。
研究不足与展望
01
虽然动态安全态势感知技术取得了一定的成果，但在实际 应用中仍存在一些问题，如传感器精度、稳定性、可靠性 等方面仍有待提高。
02
目前的安全态势感知技术主要集中在监测和预警方面，对 于安全风险评估和预测方面的研究仍需加强。
01
定期检查设备
对矿山的各种设备进行定期检查 ，确保其安全可靠，防止因设备 故障导致的安全事故。
培训员工
02
03
制定安全规程
定期对矿山员工进行安全培训， 提高员工的安全意识和应对突发 情况的能力。
制定详细的安全规程，规范员工 的行为，防止因操作不当导致的 安全事故。
安全控制策略
实时监测
通过各种传感器和监控设备，实时监测矿山 内的各种数据，如空气质量、温度、压力等 ，及时发现异常情况。
矿山管理存在漏洞，可 能导致安全事故发生。
环境风险
自然灾害
矿山可能遭受地震、洪水等自然灾害的影响，需要采取相应防护 措施。
大气污染
采矿过程中可能产生粉尘、废气等污染物，对大气环境造成影响。
水体污染
采矿过程中产生的废水可能对周边水体造成污染，需要处理后排放 。
智慧矿山物联网整体解决方案
数据处理与分析能力挑战及解决方案
数据处理挑战
智慧矿山物联网产生大量数据，如何高效、准确地处理和分析这些数据是一个重要挑战。
解决方案
采用高效的数据处理和分析技术，如分布式计算、大数据分析等，提高数据处理和分析能力；建立数据挖掘和分 析模型，对数据进行深度挖掘和分析，提取有价值的信息；采用可视化技术，将数据分析结果以直观的方式呈现 给用户。
02 预警系统
根据监测数据，建立预警系统，及时发现潜在的 安全隐患，并采取相应的措施加以处理。
03 数据追溯
通过物联网技术，实现数据的实时采集、传输和 处理，为事故原因追溯提供有力支持。
资源优化配置
资源管理
通过物联网技术，实现对矿山资源的实时监控和 管理，包括矿石、设备、人员等。
优化调度
根据生产需求和资源状况，进行优化调度，提高 资源利用效率。
智慧矿山物联网实施案例与
05
Байду номын сангаас
效果评估
实施案例介绍
案例一
某大型煤炭企业智慧矿山物联网建设。 该企业通过引入智慧矿山物联网整体解 决方案，实现了矿山生产过程的自动化 、信息化和智能化。具体包括矿井通风 、排水、供电、运输等系统的远程监控 和自动化控制，以及矿山资源的高效利 用。
VS
案例二
某露天矿山的智慧矿山物联网建设。该企 业通过引入智慧矿山物联网整体解决方案 ，实现了采矿设备的远程监控和自动化控 制，以及矿山资源的高效利用。同时，该 方案还为矿山的安全生产提供了有力保障 。
网络通信与设备兼容性挑战及解决方案
网络通信挑战
智慧矿山物联网需要实现设备之间的互联互通，如何保证网络通信的稳定性和可靠性是一个重要挑战 。
解决方案
感知矿山物联网架构特征及标准问题
平
安全系统
生产系统
供电系统
多媒体业务
平
安全 井下 通风
工作 胶带 提升
地面 井下
通信 视频
监测 排水 系统
面
运输 系统
供电 供电
系统 系统
台
束管 监测
瓦斯 抽放
防灭 火
水处 理统
供压 系统
选煤 厂
台
人员
锅炉 井下 给水
监测
房
降温 系统
总体设计 分步实施
3 感知矿山物联网主要特征
•MEMS传感及 分布式传感技术
•感知矿山物联网一定要打破物联网应用初期那种 功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准的现状. •真正按物联网所要求的开放、标准、物与物互联 的方式. •采用适当的矿山物联网模型架构，规范应用模式， 统一数据描述方式，加强标准建设. •按照统一规划，整体设计，分步实施的原则进行。
•在物联网地面应用初期阶段，其应用层平台同样也基 本是单功能平台，数据平台通常也是采用普通的数据库， 数据描述方法和格式相对简单。
• 动态与静态兼容。矿山生产与安全数据从每 天只需几个的静态数据到动态要求很高的振 动、语音、视频。
• 统一的数据描述方法。用元数据技术为上述 对象及数据提供统一的数据描述方法，制定 统一的数据结构；
• 统一的数据仓库平台。根据元数据信息共享 系统的结构、模块和特点 ,实现分布式数据 组织与管理、分布式数据共享、分布式数据 快速索引机制以及跨平台数据访问，为信息 融合、信息挖掘提供良好的数据平台；
多套系统共存
• 系统总体复杂 • 没有冗余 • 信息孤岛 • 子系统孤岛 • 备品备件多 • 维护人员多 • 维护工作量大
电力监测系统 1 号变电站
浅析面向大数据的感知矿山物联网
摘要:随着物联网在矿山生产中的广泛应用，传统的数据存储、分析技术已经难以适应当前实时处理大量各类数据的需求。
为此，如何在大数据环境下进行感知矿山物联网中的研究应用已是一个不可回避的话题。
关键词:感知矿山物联网大数据传感器4V1大数据的定义大数据的概念比较抽象，目前业界的专家学者对其概念还没有一个统一的说法。
维基百科对大数据的定义是：大数据是指利用常用软件工具来获取、管理和处理数据所耗时间超过可容忍时间的数据集[1]。
IDC的定义：大数据一般会涉及两种或两种以上数据形式。
它要收集超过100TB 的数据，并且是高速、实时数据流；或者是从小数据开始，但数据每年会增长60%以上[2]。
虽然两个定义各执一词，但是大数据的特点略见端倪，至少我们知道大数据是数字时代的产物，而并非一种新的技术或新的产品。
[3-4]国家近年来重点关注煤矿安全，我国煤炭行业信息化基础依然薄弱，国内多个大型煤炭企业正在探索建设“感知矿山”系统，通过研究煤矿物联网技术，解决煤矿安全标志准用产品和矿用关键设备全程跟踪监管等问题，以全面提升煤矿安全保障能力。
2感知矿山物联网中的大数据在煤矿实现综合自动化之前，大多数矿井仅仅通过监控系统或工业电视进行环境监测，数据采集量极为有限[5]。
综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段，对提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。
而感知矿山物联网出现以后，除去扩容环境监测监控系统和数字化工业电视，数据监视及数据采集量还需要进一步扩展到井下的瓦斯浓度、温度、风压以及井上井下变电所各个开关的电压、电流、功率因数值，通风机的运行监控值，井下泵房中泵及水位运行值，井下胶带运输的监控参数等。
于是，传感器实时采集数据铺天盖地，导致矿井原始数据爆炸式增长。
矿山感知系统以矿井综合自动化信息平台为主体，采用矿用光纤工业以太环网和工业现场总线等技术共同构建综合数字化信息传输平台。
三维空间是数据爆炸的发生地，其表象涉及三个方面：一是同一类型数据量的急速增大；二是数据增长持续加速；三是不断涌现新数据类型，并呈现多样性发展趋势。
物联网与感知矿山专题讲座之一_物联网基本概念及典型应用
第10期 2010年10月工矿自动化Industr y and M ine A utomationNo.10 Oct.2010专题讲座文章编号:1671-251X(2010)10-0104-05物联网与感知矿山专题讲座之一物联网基本概念及典型应用张申, 丁恩杰, 徐钊, 华钢(中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州221008)摘要:介绍了物联网的发展、基本概念、体系结构、标准及典型应用,同时指出了目前物联网应用中存在的问题,提出在感知矿山物联网建设中不能照搬地面应用模式,以避免出现新的信息孤岛和子系统问题孤岛。
该文讨论的内容是理解将在本刊连续发表的 物联网与感知矿山!系列文章的基础。
关键词:物联网;感知矿山;体系结构;核心技术;标准体系;典型应用 中图分类号:TD655 文献标识码:APart ∀of Lecture of Internet of Things and Sensor M ineBasic Concept of Internet of T hings and Its Ty pical ApplicationZH ANG Shen, DING En jie, XU Zhao, H UA Gang(Internet o f Thing s (Sensor M ine)Research Center of CUM T.,Xuzhou 221008,China)Abstract :The paper introduced development,basic concept,hierarchy str ucture,standards and typical application abo ut Internet o f thing s and indicated main problems ex isting in applicatio n of Inter net of thing.Meanw hile,it proposed that the application mo del o f surface Internet of thing s could not be copied in construction o f Internet o f thing of sensor mine,so as to av oid pro blems of new info rmation island and subsystem island.The co ntent of the paper is fo r understanding series papers o f Inter net of T hings and Senso r M ine w hich w ill be contiuously published in journal Industr y and Mine Auto matio n.Key words :Inter net of thing s,sensor mine,hierarchy str ucture,key technolog y,standard hierarchy,ty pical application 收稿日期:2010-09-13作者简介:张申(1957-),男,江苏兴化人,教授,博士,现主要从事煤矿通信方面的研究工作。
环境监测感知层硬件设计_感控一体异构融合的矿山物联网应用技术_[共8页]
![环境监测感知层硬件设计_感控一体异构融合的矿山物联网应用技术_[共8页]](https://img.taocdn.com/s3/m/e49aa868f121dd36a22d8290.png)
165数据，再通过3G 网络接入Internet ，最终将监测数据传输到数据库中，节点布局如图7-28所示。
图7-27固定汇聚节点在监测区域的布局图7-28 移动汇聚节点在监测区域的布局7.6.2 环境监测感知层硬件设计1．矿山环境监测特点（1）点多面广、地形复杂。
矿区环境多为山区丘陵地貌，海拔相对较高、地形起伏较大，监测难度相对较大。
（2）矿山环境信息特点显著。
矿山环境数据源丰富、数据量大、数据类型众多、数据结构复杂，而且矿山数据具有重要的经济价值，大量数据如果得不到及时收集、整理、保存、分析，一旦丢失，造成数据信息资源及经济浪费。
（3）信息采集周期较长。
由于监测手段限制，传统矿山环境信息的获取主要依靠人力取得，信息获取周期较长，不利于矿山环境信息的及时更新。
（4）信息发布相对迟缓。
传统矿山环境信息的发布主要依靠相关部门将信息编辑成册，出版发行，公众对信息的获取相对迟缓，不利于信息的广泛应用。
通过对传统矿山环境信息监测的特点分析，可以知道传统监测手段存在许多不足之处，需要在无线监测网络、远程传输控制、大范围监测、快速信息发布等方面进行改进和弥补。
166上述分析的ZigBee无线传感器技术具有多节点、低功耗、低成本的特点，能够适应复杂地形的信息监测，满足矿山环境监测的野外工作性质需要。
智能传感器具有高敏感性、高精度、多类型等特点，监测终端节点通过外接不同类型的传感器，以实现不同对象的信息参数采集。
基于3G 的远程数据采集技术具有实时性、远程操控的特点，能够及时地获取远程数据、控制采集设备，满足矿山环境监测的实时性需求。
GIS技术以空间数据为操作对象，能够实现矿山信息的三维可视化显示。
基于C/S模式的工作方式，服务器端完成信息数据的存储管理功能，客户端完成数据处理、表示及用户接口功能，用户通过客户端向服务器端提交请求，由服务器端提供服务并响应用户请求，实现矿山环境信息的查询、统计分析等功能，用户访问便捷、安全性高，使得公众能够及时有效地获取监测信息，满足矿山环境监测信息发布的时效性需求。
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➢ 造成重复投资、资源浪费， 形成新的信息孤岛。
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•为什么这种问题还未引起人们足够的重视。 • 物联网应用：早期应用试点和经验积累阶段； • 地面单功能应用系统相对较大，如公共智能交 通信息系统，覆盖数十条线路，数百辆车及数 千个站台，系统相对独立是可以理解和接受的。
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按真正物联网概念集成所面临的主要问题
•感知矿山物联网一定要打破物联网应用初期那种 功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准的现状. •真正按物联网所要求的开放、标准、物与物互联 的方式. •采用适当的矿山物联网模型架构，规范应用模式， 统一数据描述方式，加强标准建设. •按照统一规划，整体设计，分步实施的原则进行。
•各个子系统的监控功能宜采用模块化方式，可任意加入或 退出应用平台。
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3 感知矿山物联网 应用模型与网络架构
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物联网三层应用架构
企业信息化三层架构
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感知矿山物联网应用模型
企业网
生产监控调度指挥
安全生产信息管理
管理决策应用层
外网
统
三维仿真及VR 经营管理
生
一
设备运行管理
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感知矿山物联网架构 特征及标准问题
中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心 徐州市物联网产业发展研究中心 2010年 9 月
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1.煤矿基本系统简介 2.感知矿山物联网主要特征 3.感知矿山物联网应用模型及网络架构 4.有关标准建设问题 5.中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心
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当前地面物联网应用中存在的问题
•尽管这些系统大都以Internet为骨干传输网络，但是：
➢ 无线覆盖的感知层网络是各行其是，长此以往，随着物联网应用系统越来越 多，势必会出现同一地区存在多个无线感知网络，而相互之间不能共用，形 成子系统孤岛。
➢ 缺乏统一数据平台，私有 数据不能在系统间充分利 用等尴尬局面。
•但这种模式显然不能复制到感知矿山物联网应用 中。
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•煤矿生产与安全系统多达数十种，这些多种系统主要布置在巷道里 •由不同厂商提供，其数据格式、通信方式与协议、自动化水平均各 不相同。 •然而每种子系统中待监测与控制的对象并不象地面那样多，如矿井 交通系统通常只有几辆车，矿井主运输皮带系统只有几条皮带，排水 系统只有两三个泵房等等。 •显然，象地面应用那样为这些子系统分别建设单一功能的感知层网 络，在狭窄的巷道空间里形成数十套感知层网络是不合适的。 •感知矿山物联网应用是针对多种功能系统实现的监测、控制与管理 一体化的系统。
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1、煤矿基本系统简介
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煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提 升机、辅助运输、系统等；
煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下 水及煤尘等；排水、通风、供电、供压
通风
排水
供电
供压
安监
压力
防火
其他辅助系统
降尘
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•目前物联网的应用还处在早期应用阶段。
•典型应用如上海推进物联网产业发展十大应用示 范工程：环境监测、智能安防、智能交通、物流 管理、楼宇节能管理、智能电网、医疗、精准控 制农业、世博园区、应用示范区和产业基地。
•早期应用的典型特征就是功能单一、网络独立、 数据私有、缺乏标准。
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多套系统共存
• 系统总体复杂 • 没有冗余 • 信息孤岛 • 子系统孤岛 • 备品备件多 • 维护人员多 • 维护工作量大
电力监测系统 1 号变电站
洗煤厂集控系统
2 号变电站
井上运输集控系统 胶带机集控系统
地面系统 井下系统
井下环境安全监测系统 排水监测系统
感知矿山物联网 冲击地压事故
1 井下主干网 2 调度室设备与大屏 3 主井提升系统 4 副井提升系统 5 井下主煤流运输系统 6 井下辅助运输系统 7 采煤工作面系统 8 矿井选煤厂集控系统 9 地面矸石皮带机运输系统 10 井下各斜井提升系统 11 掘进工作面系统 12 地面变电所系统 13 井下中央变电所系统 14 其他峒室变电所 15 采区变电所 16 通风机房控制 17 压风系统 18 井下水泵房自动控制
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•感知矿山物联网应用层需要对各种不同系统的数据进行信 息融合，除用于对矿山各种生产与安全子系统的监测与控 制外，还用于对矿山安全生产形势评估、煤矿灾害预警与 防治、煤矿安全隐患排查、矿山资源环境控制及评价等， 实现对整个矿山的优化管理与安全动态跟踪。
•因此，必须对应用层平台及数据平台进行统一考虑与设计。
瞬间
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电磁幅射监测系统
便携式矿用四通道声发射仪
在线式矿用双通道声发射仪 声发射感知探头
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有限空间的无线通信问题
轨道运输巷 皮带运输巷
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采煤工作面
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2 感知矿山物联网主要特征
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•MEMS传感及 分布式传感技术 •无线传输与自 组网技术 •统一数据描述 •灾害风险评价 •实时避灾方案 •个人安全环境 感知 •等等
19 井下供水系统 20 安全监测系统 21 束管系统 22 瓦斯抽放站自动控制 23 矿压监测系统 24 调度电话 25 矿井无线通信系统 26 井下人员定位系统 27 考勤系统 28 工业电视系统 29 制冷站自动控制系统 30 锅炉房系统 31 日用消防水泵房系统 32 矿井雨水泵房系统 33 污水处理监控系统 34 防灭火系统 35 能源计量与管理系统 36 IP电话
产
网
生产保障管理
生产计划与接续管理
专家决策支持系统统安 Nhomakorabea办公自动化
考勤与劳资
一
全
地理信息系统
数
调度网
络
安全生产监控
感知矿山物联网
作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山”是通 过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山 整体及相关现象的可视化、数字化及智能化，打造本 质安全型矿井。
感知矿山建设的核心内容
三个感知
•感知矿山灾害风险，实现灾害的预警预报。 •感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修 •感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障