基于物联网的矿用应急救援装备管理信息系统_王吉龙

图 5 多阅读器—标签干扰示意图
3． 2 应急救援装备的组网与互联互通 感知设备获取的应急救援装备信息的传输需要
利用工业以太网技术、煤矿移动通信技术、矿用应急 通信技术以及 M2M 技术等，把感知到的应急救援装 备信息实时、无障碍、高可靠性、高安全性地传输到 数据服务器与应用层。该系统涉及无线传感网络、 矿用应急通信网络以及矿山骨干网络等传输平台， ·48·
［3］ 于景邨． 矿井瞬变电磁法勘探［M］． 徐州： 中国矿业大学 出版社，2007．
［4］ 杨海燕． 矿用多匝小回线源瞬变电磁场数值模拟与分布 规律研究［D］． 徐州： 中国矿业大学，2010．
［5］ 胡博． 矿井瞬变电磁场数值模拟的边界元法［D］． 徐州： 中国矿业大学，2010．
［6］ 岳建华，杨海燕，胡搏． 矿井瞬变电磁法三维时域有限差 分数值模拟［J］． 地球物理学进展，2007，22（ 6） ： 1904 － 1909．
4 结束语
探索了一种利用物联网技术实现煤矿应急救援 物资管理信息化系统的可行方法，并开发了一套矿 用应急救援装备管理信息系统。该系统实现了应急 救援装备信息感知、处理以及应急救援装备的信息 化管理等，一方面可辅助工作人员进行应急救援装 备日常维护管理； 另一方面可以提高矿井灾害事故 应急处理能力，保障应急响应及时和抢救工作迅速 有效开展，减少和降低事故发生时所造成的人身伤 害和财产损失。另外，该系统为煤矿应急救援装备 的管理和应急响应能力的提升提供了一种新型的信 息化、智能化平台。
基于煤矿现有的网络环境，结合物联网的相关 技术，开发了一套矿用应急救援装备管理信息系统， 以实现矿山应急救援装备数字化、高效化管理。
1 系统组成及原理
基于物联网技术的矿用应急救援装备管理信息 系统，主要由附着在救援设备上的 RFID 有源电子标 签、矿用 RFID 阅读器、矿用应急通信网络设备、数据 服务器、计算服务器、监控计算机、矿用应急救援装 备管理软件等组成，见图 1。
最后，系统应用功能的实现： 每件应急救援装备 都附加了有源 RFID 电子标签，相应地在仓库、矿井 各入口处设置 RFID 阅读器。应急救援装备在通过 阅读器信号覆盖范围时，阅读器即可通过货物上的 电子标签获得救援装备的信息。仓库内、矿井内、仓 库出口和矿井出口处也设置一定数量的 RFID 阅读 器，以追踪救援装备在矿井下的信息、库内的信息、 出库时的信息以及从井下到地面的信息等，实现对 应急救援装备从入库、入井开始的自动识别、定位、 库存、使用、维护、出库、报废等全部作业过程的信息 化管理与跟踪［5］。
基于数据的应用
中间件
数据缓冲区
实时数据库
数据接收模块
数据过滤模块
图 3 软件平台
最低层为数据过滤模块和数据接收模块。数据 过滤模块主要根据事先设置的过滤配置信息采集用 户所关心的原始数据，以缓解服务器压力，便于用户 的数据分析。数据接收模块主要接收感知层获取到 的各种救援装备传感数据。
数据缓冲区用来临时缓冲传感器感知的数据， 中间件从缓冲区中取出数据，并调用实时数据处理 模块，按照一定的存储格式将数据存储到实时数据 库和关系数据库中。实时数据库用来解决由传感器 感知的海量数 据 的 存 储 问 题，实 时 数 据 库 的 并 发 性和实时性特点保证了数据的完整性、实时性和可 靠性。
如何利用这几个网络平台将应急救援设备信息实时 可靠地传输到网络层以及应用层，这也是该系统需 要解决的一个关键技术问题。 3． 3 应急救援装备的信息化管理
首先，该系统围绕物联网“全面感知、可靠传送、 智能处理”三项功能的实现，综合利用传感技术、多 传感器融合技术、矿山无线通信及嵌入式系统，完成 应急救援装备 信 息 的 采 集 与 预 处 理，并 把 信 息 通 过 矿山应急通信网络或者矿山骨干网传输到信息中心。
收稿日期： 2012 － 03 － 30； 2012 － 08 － 14 修订 基金项 目： 中 煤 科 工 集 团 重 庆 研 究 院 自 立 重 点 项 目 （ 2012ZDXM09） 作者简介： 王吉龙（ 1983—） ，男，山东日照人，硕士，工程 师，主要研究方向为矿山应急救援通信、物联网技术的应用。 E － mail： WangJL1103@ 163． com。
2012 年 10 月
矿业安全与环保
第 39 卷第 5 期
基于物联网的矿用应急救援装备管理信息系统
王吉龙，宋 文，邢春超，孙启龙
（ 中煤科工集团重庆研究院 应急救援技术研究所，重庆 400700）
摘要： 结合物联网技术、计算机网络技术和数据库技术等，解决应急救援装备的感知和射频识别、组
网与互联互通等问题，开发出一套矿用应急救援装备管理信息系统。当煤矿发生事故时，借助此系统可
其次，利用 Client / Server 网络结构以及 ADO 控 件（ ActiveX Data Object） 访问远程 SQL Server 关系 数据库，以实现监控过程信息对数据库内容的实时 更新。为适应矿山数字化和信息化的要求，在应急 救援装备管理中心的监控端，将监控与信息管理集 成为一体，融合矿山网络和 Internet / Intranet 技术，实 现矿山网络与 TCP / IP 信息网络的无缝连接。系统 采用基于互联网的客户端 / 服务器 3 层网络结构，监 控中心既可实时获取现场的信息数据，又能实现应 急救援信息资源的共享。
最顶层为应 用 层，通 过 感 知 层 感 知 的 应 急 救 援 装备实时数据，将监测数据关系化后通过网络实时 上传到应用服务平台，应用服务平台对感知实时数 据进行计算分析，并开展相关管理应用。系统功能 模块如图 4 所示，包括应急救援装备库存状态查询， 装备的库存、使用、维护、报废全过程跟踪，装备位置 查询、定期校验提醒、使用年限到期告警、装备非授 权出库告警和系统管理等。利用此平台可以辅助应 急指挥中心或临时指挥基地进行有效的救援资源调
以完成应急救援装备的高效调度，以提高矿井灾害事故应急处理能力，保障应急响应的及时性和抢救工
作迅速有效地开展。
关键词： 物联网； 应急救援； 装备； 射频识别； 管控
中图分类号： TD77 + 4
文献标志码： B
文章编号： 1008 － 4495（ 2012） 05 － 0046 － 03
通过物联网技术在矿山应急救援装备管理中的 应用，实现矿山应急救援装备的智能化、科学化管理 与调度，在矿山应急救援装备日常维护管理过程中， 可以高效地管理应急救援装备； 在煤矿事故发生时， 通过合理、科学地调度应急救援装备，可以提高救援 效率，最大限度地降低人员伤亡、财产损失［1 － 4］。
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2012 年 10 月
矿业安全与环保
第 39 卷第 5 期
度和力量分配，指导应急救援，协助事故调查，提高 救援效率，降低灾害事故人员伤亡和财产损失等。
图 4 系统功能模块
3 主要关键技术
3． 1 应急救援装备的感知和射频识别 感知和射频识别是矿用应急救援装备管理信息
系统的基础，其技术也是物联网的核心技术。由于 多个应急救援装备携带的 RFID 标签同时无线接入 和读写是存在碰撞冲突的，可能会出现一个标签同 时被多个阅读器覆盖读写，也可能出现一个阅读器 同时覆盖阅读多个标签。第 1 种情况属于多阅读 器—标签干扰问题，如图 5 所示。后一种情况也是 实际中最容易出现的情况。阅读器读写标签时类似 于无线电广播方式，多个标签同时接收 1 个阅读器 发出的信息。多个标签同时将各自数据传送给阅读 器的通信称为多路接入，容易出现 RF 干扰和碰撞， 目前有 4 种不同的方法来解决该问题： 时分多路法、 频分多路法、空分多路法以及码分多路法。现在比 较成熟的就是“ALOHA 防冲突算法”，使用该算法可 以有效地解决电子标签之间的信息碰撞问题。
［7］ 姜志海，岳建华，刘树才． 多匝重叠小回线装置形式的矿 井瞬变电磁观测系统［J］． 煤炭学报，2007，32（ 11） ： 1152 － 1156．
掘进工程中大力推广应用。
参考文献：
［1］ 张怀军，李好，胡运兵． 应用矿井直流电法探测煤矿巷道 前方含水体［C］/ / 煤矿安全应用技术 2011 年全国煤矿 安全学 术 年 会 论 文 集． 徐 州： 中 国 矿 业 大 学 出 版 社， 2011．
［2］ 强建科，阮百尧，周俊杰，等． 煤矿巷道直流三极法超前 探测的可行性［J］． 地球物理学进，2011，26（ 1） ： 320 － 326．
图 8 上下扇形探测视电阻率等值线图
探测完成之后，矿方钻探发现在掘进头前方 60 m 附近有径流性地下水，后来掘进到 60 ～ 70 m 也发现 底板渗水较为严重。这也充分说明本次地质解释成 果准确可靠。
3 结语
目前，矿井瞬变电磁法理论研究有待深入，尤其 是在其全空间三维正演模拟和反演计算分析方面。 由于早期接收到的信号易受现场机电设备或一次场 的干扰，当数据采集质量不高时，采用先进的数据处 理方法就显得尤为重要，故数据处理方法也需深入 研究。矿井瞬变电磁法具有较多独特优势： 仪器轻 便、现场操作简单快捷、不受现场狭小空间的限制、 可以实现任意方向探测的需要，基本上不影响煤矿 正常施工、生产等其他工作。通过实例还说明该方 法探测结果准确、可靠，值得在煤矿井下或其他地下
该系统通过附着在应急救援装备上的智能节点 （ 有源 RFID 电子标签） 感知应急救援装备信息并通 过自行组网、无线的方式传递到上层矿用 RFID 阅读 器，由 RFID 阅读器将收集到的感应数据通过矿用应 急通信网络或者矿山骨干网，将感应数据存储到数 据服务器中进行数据处理，数据服务器将感知信息 先存储为实时数据，然后关系映射为关系数据，并存 储到关系数据库中； 部署在监控中心或者现场救援
网络层主要负责矿用应急救援装备管理系统的 传输，建立在矿用应急通信网络和矿山骨干网络之 上（ 在井下网络通信正常时可不需要矿用应急通信 网络） ，主要包括实时数据存储、网络管理等功能。 网络层将接收到的感知层的各类型数据，通过矿用 应急通信网络和矿山骨干网络将其传输至对应的数 据处理中心，交由应用层进行处理。