矿山物联网系统的建设范文

1建设目标

（1）以地测、工程数据（即3DGIS）为基础，自动生成三维的地形、井巷工程立体图、三维钻孔、地层立体图；在矿井采掘立体图中三维显示生产信息、实时动态的监测信息：瓦斯、CO等有害气体的三维分布、安全与生产设备的三维分布及其运行状态，主扇、局扇、风门、采煤机、皮带、水泵、压风机、水位等，井上、下视频监控图像，将矿井地面与地下的真实全貌（包含生产、设备运行状态）完整地展现出来。（2）建立统一的开滦集团矿山物联网信息支撑平台，实现以光纤环网为骨干，以无线通讯和工业现场总线为支撑的异构网络互联互通与无缝联接；对开滦集团当前安全生产和自动化系统及其设备进行集成改造；依照“物网合一”的原则要求，对孤立系统和业务进行有机整合，创建矿山物联网综合业务支撑平台，实现各业务子系统之间的数据共享、信息融合和联动控制。经过以上目标建设，为灾后应急救援系统提供更好的支持。

2矿山物联网拓扑结构

矿山物联网拓扑结构如图1所示。矿山物联网骨干是以矿山物联网控制分站为核心的光纤环网。通过控制分站的各种智能通讯接口，光纤环网能够联接异构网络，接入WLAN、无线传感网、工业现场总线等终端感知设备，实现全网内的数据互联互通和无缝联接，为矿山物联网各应用子系统提供统一的网络传输支撑平台。矿山物联网各融合业务通过矿山物联网信息平台进行数据通信，共享物联网数据，不用担心异构网络的通信问题。通过矿山物联网的数据融合功能，各业务只传送自己所需的数据内容，而不必关心网络带宽、时延和可靠性等问题，这些均由矿山物联网及其组网传输算法来自适应配置完成。

3实施方案

根据开滦集团矿山物联网示范平台的建设目标和技术实现路线，首先需要建立统一的矿山物联网传输平台，然后梳理当前的应用系统，将当前系统结构和通信方式各异的各分立系统进行业务整合和数据无缝联接。建设开滦集团矿山物联网综合信息平台及其综合监测监控、综合数字通讯、综合定位管理、紧急避险、安全预警与应急救援指挥等业务子系统。

3.1矿山三维地理图矿山新的三维工况如图2所示。根据三维地理数据自动产生矿上主巷道。在三维地理图实时显示全矿井井下人员总数、井下不同分站的人员分布，区域人员分布。在三维地理图上标注传感器、基站、摄像头位置，并能通过点击鼠标查询。通过三维地理信息系统形象展示矿井巷道布置、生产系统路线以及临时路线，通过测量仪自动录入三维地理数据。

3.2矿山物联网综合信息平台传统互联网和物联网拓扑结构对比如图3所示。将传统光纤以太网核心设备，包括交换机、路由器和网关，更换为中科院自主研发和拥有完全自主知识产权的矿山物联网控制分站，连接光缆形成光纤环网，建立矿山物联网骨干网络。矿山物联网控制分站除了具有光纤接口之外，还能够连接WLAN、无线传感网和工业现场总线，并且具有终端设备接入能力，能够承载矿山综合业务。通过在矿井主要地点部署矿山物联网控制分站，对井下作业地点实现覆盖，承载矿山业务，包括安全监测监控、数字广播、无线通信、定位管理、安全预警、避险救灾等。在完成了矿山物联网骨干网络基础设施建设的前提下，为了建立矿山物联网业务支撑平台，实现矿山物联网的层次结构职能，还需要实施必要的物联网协议算法，完成异构网络数据融合和业务融合功能，实现对矿山物联网业务的支撑。这样，通过信息整合，统一地面各系统中心站计算机的显示控制界面，有效减少后期接入系统的软件建设费用。

3.3综合通讯系统将井下数字广播、井下有线电话、井下无线数字通信和井下多媒体调度，按照业务相关性融合“综合数字通讯系统”。开滦集团矿山物联网综合通讯系统如图4所示。

3.4应急救援指挥系统在矿山物联网平台上的安全评估、预警与应急救援指挥系统，通过综合安全监测监控系统、综合数字通讯系统、综合定位系统获得数据，按照预先数据挖掘得到的对象模型对井下或某个区域的安全状况进行综合分析评估，并根据安全评估、预警分析结果，通过物联网的“综合数字通讯系统”，第一时间、自动将预警或报警信息以语音、图像、文字、报警指令等方式发送到广播、报警器、紧急避险路线指示器，以及相关管理人员、井下作业人员的“物联网”手持机上，并按照应急预案向矿内相关业务部门和矿外相关协作单位通报。开滦集团矿山物联网安全预警与应急救援指挥系统如图5所示。（1）建立应急救援指挥平台和决策支持系统，注重加强应急队伍、应急装备的建设。当遇到紧急状况时，迅速启动应急救援预案。同时，全面利用应急救援资源，包括有专家支持的应急技术系统；利用计算机图形处理技术、多数据融合技术、三维虚拟再现技术进行模块化设计的应急救援系统。通过此系统可以及时开展对所有矿井井下危险场所人员合理、及时的避灾路线引导。（2）在社会应急资源中做到对上级应急救援部门的地理位置标注，并对行车路线进行动态展示。应急资源管理中，对救援队、消防队、医院、井上、井下应急装备库的物资装备做到规范科学管理，保障在突发事件中各类应急资源的合理调配和及时到位。（3）建立健全矿区应急救援预案实时显示系统。调度中心能实时在大屏显示矿区各单位、各类应急救援预案（如水、火、瓦斯、煤尘、顶板等应急救援预案），为应急救援提供有力支撑。（4）集团公司及二级单位应急救援平台应共享集成，包括应急专家库、应急队伍、应急装备及其他应急资源。建立由相关专业领导、技术人员组成的应急专家库，专家库包括各专家工作单位、专业情况、联系方式等，实时掌握专家的信息。当出现应急险情时，各专业专家能够及时到位，并能寻求国内、国际专家远程救援的技术支撑。建立应急救援队伍库，应急救援队伍库包括矿山救援组、医疗救护组、武装保卫组等，实现组织与联系方式的动态接合。建立应急救援装备库。调度矿区所有应急救援物资、装备，对矿区内的救援物资、装备进行统一编码，及时掌握各单位物资、装备的动态数量及库存情况。（5）将各矿手持无线视频信号集成到应急救援平台。当井下发生紧急状况时，现场通过手持无线视频装备进行记录，并传输到调度中心，调度中心根据视频记录进行救援决策。（6）通过三维GIS（地理信息系统）建立矿区电子图库。建立矿区区域地质图、矿井井上井下对照图、采掘工程平面图、井下避灾路线图。在此基础上，通过数据挖掘、智能推理和专家决策系统，实现应急救援预案推演、应急救援方案智能辅助决策和动态应急避险路线的计算与指示，从而为应急救援提供有力保障。

4结语

开滦集团根据矿山物联网示范平台的建设目标和技术实现路线，建立了统一的矿山物联网传输平台，并梳理正在使用的应用系统，将系统结构和各分立系统进行了业务整合和数据无缝联接，从而建设了矿山物联网综合信息平台及其综合监测监控、综合数字通讯、综合定位管理、紧急避险、安全预警与应急救援指挥等业务子系统，推动了企业智能化、自动化管理水平。

作者：周红军郭继如何莉单位：开滦集团信息与控制中心