物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧礦山研究

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1物聯(lián)網(wǎng)智慧礦山概述

物聯(lián)網(wǎng)又被稱為傳感網(wǎng)，借助紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)以射頻識別等技術(shù)，根據(jù)協(xié)議連接特定設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)，在交換信息的基礎(chǔ)上，保證實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)控及管理。智能礦山主要以礦山數(shù)字化為基礎(chǔ)層，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)采集煤礦企業(yè)的開采數(shù)據(jù)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸、精準(zhǔn)集成以及可視化展現(xiàn)，屬于信息技術(shù)、通信技術(shù)、3S技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的總集成。礦山智慧系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺、礦山工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦山數(shù)據(jù)庫、地理信息可視化集成平臺以及生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)等，保證了煤礦企業(yè)的安全高效開采。

2煤礦智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)

2.1系統(tǒng)跟蹤技術(shù)

為了提高煤礦井下開采的安全性，應(yīng)利用系統(tǒng)跟蹤技術(shù)進(jìn)行實(shí)施跟蹤與動(dòng)態(tài)監(jiān)控。受通信技術(shù)等因素的影響，煤礦企業(yè)無法及時(shí)解決井下開采問題，此時(shí)井上工作人員則可以利用智慧礦山的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與實(shí)施跟蹤技術(shù)處理，提高了開采效率。同時(shí)，還可以在井下開采風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測工作中應(yīng)用此技術(shù)，以降低煤礦開采事故的發(fā)生幾率。比如在煤礦開采期間會(huì)遇到炸藥、雷管等危險(xiǎn)用品，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控可以保證安全開采。且監(jiān)控工作分為兩部分，一是運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括軌道車及無軌膠輪車等；二是運(yùn)輸環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制。在檢測井下運(yùn)輸掘進(jìn)環(huán)境與跟蹤情況時(shí)，工作人員主要利用以下技術(shù)展開，一是本文分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧礦山的建設(shè)，指出了構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中感知層收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)，并在應(yīng)用層進(jìn)行分析，以實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井下的開采狀態(tài)。通過使用智慧礦山系統(tǒng)，可以更好的分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在遠(yuǎn)程修復(fù)故障的基礎(chǔ)上，保證煤礦的開采效率。GPS技術(shù)，又被成為全球定位系統(tǒng)，使用時(shí)更多與GIS技術(shù)聯(lián)用，以將信息及時(shí)傳遞至井上開采過程，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下目標(biāo)。二是RFID技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控井下開采與運(yùn)輸情況，各傳感器主要負(fù)責(zé)收集掘進(jìn)與運(yùn)輸信息，并利用GPRS技術(shù)將信息傳遞至井上部位，保證煤礦各個(gè)開采環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2GPS技術(shù)

GPS技術(shù)指的全球定位系統(tǒng)，其主要基于衛(wèi)星導(dǎo)航完成監(jiān)測，分為地面控制、空間衛(wèi)星以及信號接收等部分。一是地面控制部門，檢測站、控制站以及天線等均屬于組成部分，可以集中處理空間中的衛(wèi)星信息，并將其推送至信號接收機(jī)，具備中間紐帶的作用。二是空間衛(wèi)星部分，包括備用衛(wèi)星與工作衛(wèi)星，在地球各個(gè)軌道面均勻分布，將采集的信息反饋至地面控制系統(tǒng)。三是接收信號，處理與呈現(xiàn)GPS監(jiān)測信息，以更好的識別待測衛(wèi)星，在分析控制信息的基礎(chǔ)上，將反饋信號傳輸至信號接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)與地面控制系統(tǒng)的信息交換，期間地面信息站系統(tǒng)還可以有效監(jiān)測衛(wèi)星與天線的變化距離，并將其轉(zhuǎn)化為參數(shù)信息。

2.3GIS技術(shù)

GIS技術(shù)主要基于空間數(shù)據(jù)庫建立，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，并融合系統(tǒng)相關(guān)理論知識，合理規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保證特定目標(biāo)的合理跟蹤。監(jiān)測過程中，系統(tǒng)主要完成GPS衛(wèi)星地理位置信息的收集工作，并將其反饋至GIS電子地圖庫，之后傳輸至系統(tǒng)監(jiān)控平臺，以實(shí)時(shí)監(jiān)控地面控制中心與井下開采環(huán)境。常用的GIS技術(shù)包括以下幾個(gè)方面，一是組件式開發(fā)工具，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基準(zhǔn)，具備標(biāo)準(zhǔn)接口，較易與開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)重組。此技術(shù)靈活性較強(qiáng)，開發(fā)環(huán)境為Windoic、平臺。二是集成式開發(fā)工具，包括GIS軟件的各項(xiàng)功能模式，具備強(qiáng)大的輸入與輸出功能，可以實(shí)現(xiàn)自我開發(fā)與利用。三是模塊開發(fā)工具，在運(yùn)行GIS系統(tǒng)時(shí)以模塊化形式進(jìn)行，且不同模塊由不同GIS系統(tǒng)組成，保證了二次開發(fā)與利用效果。四是網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具，地理信息系統(tǒng)主要借助Internet平臺建立，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完善GIS技術(shù)，更好的增強(qiáng)自身跨平臺與可擴(kuò)展性能。

2.4GPRS通信技術(shù)

GPRS技術(shù)主要利用分組交換技術(shù)進(jìn)行了更新與改進(jìn)，將GlobalSystemforMobileCommunication實(shí)現(xiàn)終端到終端的無線連接。井下檢測系統(tǒng)主要利用GPS技術(shù)收集開采地理信息，并將其集中至電子地圖庫系統(tǒng)，通過GPRS的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)保證井上與井下的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，從而建立智慧礦山。

3智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要被分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層等三部分。一是感知層，包括RFID標(biāo)簽、RFID感應(yīng)器、目標(biāo)布置傳感器、監(jiān)測位置、環(huán)境攝像頭、收集地理信息的GPS設(shè)備等，根據(jù)礦山的實(shí)際開采情況進(jìn)行合理分布。二是網(wǎng)絡(luò)層，其可以將下游感知層采集的各種信息進(jìn)行無損、快速傳輸，實(shí)現(xiàn)中樞神經(jīng)的作用。在以往煤礦開采過程中，各煤礦信息傳遞主要利用局域網(wǎng)進(jìn)行，架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，全國范圍內(nèi)開始廣泛使用2G、3G、4G、5G等技術(shù)，為煤礦開采信息的收集與傳輸提供了高效的運(yùn)行模式，也為智慧礦山的建設(shè)工作提供了更多可行性依據(jù)。三是應(yīng)用層，在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中屬于數(shù)據(jù)輸出層面，可以直觀反應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用效果，保證智慧礦山的建設(shè)效果。在建設(shè)智慧礦山監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，工作人員應(yīng)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，合理處理傳輸協(xié)議，組建物聯(lián)網(wǎng)的信息編碼，保證礦山信息的便捷溝通。為了保證煤礦井下生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，還應(yīng)引入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將采集的開采信息反饋至信息處理中心，以合理分析系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，依據(jù)反饋信息做好遠(yuǎn)程故障的修復(fù)工作，根據(jù)智慧礦山的實(shí)際情況建立綜合一體化的運(yùn)行構(gòu)架。

4智慧礦山的發(fā)展建議

當(dāng)前基于智慧礦山的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)在各煤礦中廣泛使用，提高了煤礦的開采效率。但實(shí)際運(yùn)行中也存在一定不足，智慧礦山部分子系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)間較早，技術(shù)不夠成熟，多系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)兼容，且部分煤礦企業(yè)并未認(rèn)識到智慧礦山建立的長期性與持續(xù)性。對此，應(yīng)由以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善。一是煤礦企業(yè)在建設(shè)智慧礦山時(shí)應(yīng)做到合理規(guī)劃統(tǒng)一，嚴(yán)格制定技術(shù)規(guī)范并落實(shí)。同時(shí)，預(yù)留數(shù)據(jù)接口，為新系統(tǒng)的應(yīng)用提供條件。二是健全完善各接入子系統(tǒng)，在豐富信息來源的基礎(chǔ)上，發(fā)揮智慧礦山的集成作用，通過綜合分析與智慧判斷將子系統(tǒng)集成于統(tǒng)一的管理界面，真正發(fā)揮智慧礦山的綜合效益。三是在建設(shè)與運(yùn)行智慧礦山的過程中引入新型思想與技術(shù)管理理念，采用新技術(shù)不斷提高系統(tǒng)的運(yùn)行水平。比如可以利用4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)升級井下系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻傳輸、語音通話以及移動(dòng)辦公等，為井下工作人員提供安全的通訊環(huán)境。也可以利用光纖傳感技術(shù)建立井下綜合監(jiān)測系統(tǒng)，替代當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在豐富信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，保證采集手段的安全性，提高煤礦的開采效率。四是在智慧礦山建設(shè)期間合理做好業(yè)務(wù)人員與技術(shù)人員的深度融合，與實(shí)施單位共同優(yōu)化智慧礦山系統(tǒng)的建設(shè)流程，培養(yǎng)更多的高素質(zhì)人才。五是智慧礦山各子系統(tǒng)在企業(yè)中分屬不同部門管理，在建成智慧礦山系統(tǒng)后，相關(guān)工作人員還應(yīng)深化管理力度，嚴(yán)格落實(shí)管理機(jī)制與責(zé)任，合理維護(hù)智慧礦山系統(tǒng)與各接入子系統(tǒng)，保證正常運(yùn)行。

5結(jié)語

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用至污染控制、智能電網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及智能交通等多個(gè)領(lǐng)域。且隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智慧礦山建設(shè)期間也開始引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以提高煤礦的開采效率，促進(jìn)煤礦開采行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

作者：張慧明 單位：山西西山煤電貿(mào)易有限責(zé)任公司