基于物联网的矿用应急救援装备管理信息系统_王吉龙

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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
应用层是矿用应急救援装备管理系统的最顶层 模块,主要实现传感器数据的关系存储、查询、分析、 挖掘、理解,以及基于感知数据的应用和决策,其中 基于云计算的分布式数据处理技术是应用层的主要 技术。 2. 2 软件平台
基于物联网技术的矿用应急救援装备管理系统 软件架构的基本设计理念是基于面向对象的模块化 设计思想,运用了多线程以及基于云计算的分布式 处理技术等,如图 3 所示。
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
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。
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]。
2 系统体系及软件架构
2. 1 系统体系架构 基于物联网技术的矿用应急救援装备管理系统
体系架构分感知层、网络层和应用层 3 层,如 图 2 所示。
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矿业安全与环保
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图 2 系统体系架构
感知层是矿用应急救援装备管理系统的基础, 主要用来获取各种应急救援装备的传感数据,数据 感知是物联网的核心。感知层的各个节点为智能传 感节点,智能节点感知信息并通过自行组网传递到 上层矿用 RFID 阅读器,由 RFID 阅读器将收集到的 感应数据通过网络层提交到应用层进行处理。感知 层主要通过安装在仓库或井下的矿用救生舱、避难 硐室中的压风自救装置、灭火器、呼吸器等救援设备 上面的 RFID 电子标签,获取应急救援装备的数字化 信息。
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。
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·
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矿业安全与环保
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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
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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。
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图 1 系统描述
指挥调度中心的应急救援装备管理信息系统软件平 台对关系数据库中的数据进行分析处理,并开展应 急救援装备管理以及应急救援方案的应用等。在矿 山事故应 急 救 援 过 程 中,通 过 该 系 统,可 以 迅 速 查 找、定位、调用现有的应急救援装备,开展应急救援 工作。另外,该系统可以辅助相关工作人员完成矿 山应急救援装备日常管理和维护等工作。
[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.
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。
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。
[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.
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。
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.
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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]。
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
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。
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2012 年 10 月
矿ຫໍສະໝຸດ Baidu安全与环保
第 39 卷第 5 期
上下扇形探测视电阻率等值线见图 8,综合分 析可知,掘进头前方 90 m 范围内,设计巷道的顶板 上方和底板下方岩土含水量差别较大,顶板上方含 水量较大,底板下方岩土含水量相对较小,推测该区 域巷道顶板上方地层含水量较大,可能存在径流性 的地下水。
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。
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