学文网【摘 要】针对目前煤矿安全监测的复杂程度，将感知物联网技术运用于矿山建设是煤矿行业的一重要课题。物联网的构建能够真正实现真实矿山的可视化、数字化与智能化，为此本文介绍了感知物联网关键技术，阐述了感知矿山物联网主要建设内容，为基于物联网的感知矿山建设提供理论指导。
【关键词】感知矿山；物联网、自动化；模块
引言
基于安全管理需要，随计算机技术发展形成的感知物联网模型逐渐被运用到矿山建设与生产中，感知物联网模型建立是在数字矿山、矿山综合自动化建设已有工作的基础上进行的，与两者存在密切的联系。但感知物联网技术特征又不同于数字矿山与矿山综合自动化，也不是在两者基础上的简单升级。它是利用各种感知手段，将矿山地理环境、地质条件、生产过程、矿山建设、安全管理、产品加工等内容直接反应在物联网之中，构成人与人、物与物、人与物的网络，从而实现了真实矿山整体的可视化、数字化与智能化，保障了矿山生产安全，促进了矿山自然环境的生态良性循环。
1 感知物联网关键技术
感知矿山物联网关键技术包含网络层技术、感知层技术、应用层技术与公共技术四方面的内容。
1.1 网络层关键技术
作为感知矿山物联网干网的网络传输平台以及用来实现各种数据信息集成的网络应用平台是网络层的2个子层。前者通过工业以太网技术、M2M技术以及其他技术，能够将感知的信息实时、无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，因此，需要进一步研究传感器网络与移动通信网络技术、工业控制以太网技术。后者通过统一数据描述、统一数据仓库、数据中间件技术、虚拟逻辑系统构建等，构成服务支撑平台，为应用层各种服务提供开放的接口。应用平台是将服务与网络元素解耦的核心，也是能够提供方便、快捷部署逻辑子系统的关键所在。M2M技术的核心就在于能为服务商或第三方提供方便的接入服务，它也是感知矿山物联网区别于综合自动化的关键点之一。
1.2 感知层关键技术
感知矿山物联网的感知层包括数据采集技术与接入技术2个子层，数据采集技术子层实现3个感知内容，即感知矿山灾害风险、感知矿山设备工作健康状况、感知矿工周围安全环境。感知层接入技术了层主要是为各种分布式、移动传感器、RFID以及其它生产与安全设备提供接入主干网的环境，主要分为有线接入和无线接入2种方式。有线接入可以是综合自动化系统采用的通过子系统接入方式，也可以是分布式接入方式。无线接入基本是分布式接入。
1.3 应用层关键技术
应用层分为2个内容：一是综合自动化中的内容，即对矿山各生产安全子系统的实时监控，保障矿山的正常运行。或称作矿山MES层，包括在调度指挥控制中心以太网上设计多台操作员站，用于监控子系统：如综采工作面监控子系统、主运输集控子系统、地面供电监控子系统、井下供电监控子系统等，以及对煤矿生产过程的优化管理。另一个是高层应用，即管理决策与应用，这主要是各种软件应用模块。矿山及相关现象的信息在中间层得到提升后，目的是为了利用这些信息去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营的全过程，保证矿山经济的可持续增长，保证矿山自然环境的生态稳定。
1.4 公共技术
公共技术不属于矿山物联网技术的某个特定层面，它与物联网技术架构的三层都有关系，它包括公共中间件技术、标识与解析技术、安全技术以及各层的规范和标准等。
2 感知矿山物联网主要建设内容
2.1 感知矿山物联网模块
感知矿山物联网建设从总体上来说可分为以下7大模块。
1）骨干网建设。包括井上、井下1000MB高速工业以太网和调度指挥控制中心工业以太网建设；调度指挥中心软硬件建设，增加相应的集群服务器、1000MB工业以太网设备。
2）感知网建设。利用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与1000MB工业以太网相结合的无线自组网系统。
3）人员感知。集成现有安全监测、人员定位系统，研发新型基于无线覆盖的移动双向数据信息终端。
4）设备感知。对井上、井下各生产及辅助系统的远程监控，减少井下操作人员；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修。
5）灾害感知。除常规的安全监测系统外，特别是对危害矿山安全的如冲击地压、煤与瓦斯突出、突水、火灾等灾害预兆信息进行感知。
6）应用平台建设。包括融合矿山异构协议，融合矿山实时数据库，融合矿山历史数据库，数据的实时监测与实时报警，历史监测数据的查看、统计、分析，视频、音频联动，统计，用户管理，权限体系等。应用平台中应该包括矿山GIS及3DVR软件。
7）应用系统。包括煤矿灾害预警与防治、煤矿供应链管理、煤矿安全隐患排查、煤矿安全生产监控与决策管理、办公自动化和应急预案管理等。
2.2 感知矿山物联网建设
感知矿山物联网建设的几大模块可分为以下4类：开放的网络平台、“3个感知”、集成的应用平台与应用系统。
（1）矿山物联网开放的网络平台
首先是开放的感知层，感知层网络分为有线感知网络，如各种工业总线接入的传感器与执行器等。这里主要讨论无线感知层网络。虽然许多煤矿引入多种系统（如人员定位系统、无线视频系统等），但由于缺少统一规划，因此不能实现物与物的相联，也就不能称之为真正意义上的物联网。真正的物联网在感知层要开放，统一规划，各种服务所需的底层设备能方便地接入到感知层网络里来。
其次是主干传输网络，矿山综合自动化系统中使用的1000MB工业以太网能适应感知矿山物联网大部分的需求，但目前看来，至少有2个方面需要增加功能。①IPv4可能需要向IPv6转变，这是因为物与物相联时，对IP地址的消耗是巨大的。②全网同步授时问题，现在的煤矿1000MB工业以太网是一个没有时间标识的网络，而物联网在许多应用中都需要全局参考时间。对于低端应用，NTP或SNTP可满足需要，而对于时间精度要求高的应用，则需要PTP同步授时协议。
（2）感知矿山物联网建设的核心
矿山物联网的核心问题主要就是矿山安全问题。感知矿山物联网建设涉及的内容和系统很多，非常容易陷入某个具体技术或某个具体应用而偏离核心，达不到物联网整体集成的效果。因此，从矿山物联网的顶层设计到实施方案，从关键技术突破到示范工程，应始终围绕“3个感知”这个核心，即人员感知、设备感知、灾害感知。
（3）矿山物联网应用平台
主要解决的是各种应用中公共的信息处理。如数据描述、数据通信接口、数据仓库、中间件、报警处理、报表、人机接口HMI等。这样一个开放的应用平台使第三方的服务不需要考虑过多的基础数据处理方式，而专注于自己擅长的服务。因此，这样一个开放的平台将会成为一个多学科共用的平台。而在煤矿综合自动化建设中重硬平台、轻软平台，没有形成一个开放的应用平台，使得第三方的服务很难做到网络里来。
（4）矿山物联网的应用系统
矿山物联网的应用很多，但所有的应用均不应当是***的。有了一个开放的网络平台和一个开放的应用平台，各个专业均可围绕“3个感知”将其专业化的服务方便地提供到物联网中。
3 结束语
感知矿山物联网是物联网的一个重要应用方面，其标准必须符合国家有关物联网标准建设的框架体系。感知矿山物联网标准建设应作为国家物联网标准建设中的一个应用子集，进入总体物联网标准建设体系中。由于感知矿山物联网是一个开放、服务应用的网络，因此，需要重点加强感知矿山物联网元描述语言及规范研究，加强矿山物联网关键技术协议与规范、平台软件开发环境、开发工具、核心框架与中间件构造、标准化等关键技术研发， 应提出与煤炭有关物联网的行业标准。
参考文献：
[1]张申，赵小虎.论感知矿山物联网与矿山综合自动化[J].煤炭科学技术，2012（01）.
[2]王吴宜.基于煤矿企业的矿山物联网应用技术研究[J].中国煤炭，2012（02）.
[3]袁志金.矿山物联网体系及其应用[J].煤矿机械，2013（02）.
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