物聯(lián)網(wǎng)技術下的智慧礦山研究

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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，根據(jù)協(xié)議連接特定設備與互聯(lián)網(wǎng)，在交換信息的基礎上，保證實現(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)字化為基礎層，系統(tǒng)可以精準采集煤礦企業(yè)的開采數(shù)據(jù)，并進行網(wǎng)絡傳輸、精準集成以及可視化展現(xiàn)，屬于信息技術、通信技術、3S技術以及物聯(lián)網(wǎng)技術的總集成。礦山智慧系統(tǒng)主要包括基礎網(wǎng)絡平臺、礦山工業(yè)自動化系統(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煤礦智慧礦山關鍵技術

2.1系統(tǒng)跟蹤技術

為了提高煤礦井下開采的安全性，應利用系統(tǒng)跟蹤技術進行實施跟蹤與動態(tài)監(jiān)控。受通信技術等因素的影響，煤礦企業(yè)無法及時解決井下開采問題，此時井上工作人員則可以利用智慧礦山的動態(tài)監(jiān)控與實施跟蹤技術處理，提高了開采效率。同時，還可以在井下開采風險預測工作中應用此技術，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遇到炸藥、雷管等危險用品，通過實時監(jiān)控可以保證安全開采。且監(jiān)控工作分為兩部分，一是運輸設備的實時監(jiān)測，包括軌道車及無軌膠輪車等；二是運輸環(huán)境的實時監(jiān)測，實現(xiàn)動態(tài)控制。在檢測井下運輸掘進環(huán)境與跟蹤情況時，工作人員主要利用以下技術展開，一是本文分析了物聯(lián)網(wǎng)技術下智慧礦山的建設，指出了構建的關鍵技術與網(wǎng)絡架構，其中感知層收集相關數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡層傳輸數(shù)據(jù)，并在應用層進行分析，以實時監(jiān)測礦井下的開采狀態(tài)。通過使用智慧礦山系統(tǒng)，可以更好的分析設備的運行狀態(tài)，并進行動態(tài)監(jiān)控，在遠程修復故障的基礎上，保證煤礦的開采效率。GPS技術，又被成為全球定位系統(tǒng)，使用時更多與GIS技術聯(lián)用，以將信息及時傳遞至井上開采過程，實時監(jiān)控井下目標。二是RFID技術，可以實時監(jiān)控井下開采與運輸情況，各傳感器主要負責收集掘進與運輸信息，并利用GPRS技術將信息傳遞至井上部位，保證煤礦各個開采環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控。

2.2GPS技術

GPS技術指的全球定位系統(tǒng)，其主要基于衛(wèi)星導航完成監(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，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上，將反饋信號傳輸至信號接收機，實現(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，并將其轉化為參數(shù)信息。

2.3GIS技術

GIS技術主要基于空間數(shù)據(jù)庫建立，利用計算機技術，并融合系統(tǒng)相關理論知識，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，以實時監(jiān)控地面控制中心與井下開采環(huán)境。常用的GIS技術包括以下幾個方面，一是組件式開發(fā)工具，以計算機技術為基準，具備標準接口，較易與開發(fā)平臺實現(xiàn)重組。此技術靈活性較強，開發(fā)環(huán)境為Windoic、平臺。二是集成式開發(fā)工具，包括GIS軟件的各項功能模式，具備強大的輸入與輸出功能，可以實現(xiàn)自我開發(fā)與利用。三是模塊開發(fā)工具，在運行GIS系統(tǒng)時以模塊化形式進行，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)絡技術完善GIS技術，更好的增強自身跨平臺與可擴展性能。

2.4GPRS通信技術

GPRS技術主要利用分組交換技術進行了更新與改進，將GlobalSystemforMobileCommunication實現(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)動保證井上與井下的實時聯(lián)動，從而建立智慧礦山。

3智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)架構

智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要被分為感知層、網(wǎng)絡層以及應用層等三部分。一是感知層，包括RFID標簽、RFID感應器、目標布置傳感器、監(jiān)測位置、環(huán)境攝像頭、收集地理信息的GPS設備等，根據(jù)礦山的實際開采情況進行合理分布。二是網(wǎng)絡層，其可以將下游感知層采集的各種信息進行無損、快速傳輸，實現(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)進行，架設無線網(wǎng)絡。隨著信息技術的快速發(fā)展，全國范圍內(nèi)開始廣泛使用2G、3G、4G、5G等技術，為煤礦開采信息的收集與傳輸提供了高效的運行模式，也為智慧礦山的建設工作提供了更多可行性依據(jù)。三是應用層，在物聯(lián)網(wǎng)架構中屬于數(shù)據(jù)輸出層面，可以直觀反應物聯(lián)網(wǎng)的應用效果，保證智慧礦山的建設效果。在建設智慧礦山監(jiān)控系統(tǒng)時，工作人員應以物聯(lián)網(wǎng)為基礎，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)的實時監(jiān)測，還應引入無線網(wǎng)絡技術，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)的實時運行狀態(tài)，依據(jù)反饋信息做好遠程故障的修復工作，根據(jù)智慧礦山的實際情況建立綜合一體化的運行構架。

4智慧礦山的發(fā)展建議

當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。但實際運行中也存在一定不足，智慧礦山部分子系統(tǒng)的建設時間較早，技術不夠成熟，多系統(tǒng)無法實現(xiàn)兼容，且部分煤礦企業(yè)并未認識到智慧礦山建立的長期性與持續(xù)性。對此，應由以下幾個方面進行完善。一是煤礦企業(yè)在建設智慧礦山時應做到合理規(guī)劃統(tǒng)一，嚴格制定技術規(guī)范并落實。同時，預留數(shù)據(jù)接口，為新系統(tǒng)的應用提供條件。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。三是在建設與運行智慧礦山的過程中引入新型思想與技術管理理念，采用新技術不斷提高系統(tǒng)的運行水平。比如可以利用4G網(wǎng)絡技術升級井下系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻傳輸、語音通話以及移動辦公等，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建立井下綜合監(jiān)測系統(tǒng)，替代當前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在豐富信息數(shù)據(jù)的基礎上，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期間合理做好業(yè)務人員與技術人員的深度融合，與實施單位共同優(yōu)化智慧礦山系統(tǒng)的建設流程，培養(yǎng)更多的高素質人才。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，相關工作人員還應深化管理力度，嚴格落實管理機制與責任，合理維護智慧礦山系統(tǒng)與各接入子系統(tǒng)，保證正常運行。

5結語

當前物聯(lián)網(wǎng)技術被廣泛應用至污染控制、智能電網(wǎng)、遠程醫(yī)療以及智能交通等多個領域。且隨著科學技術的快速發(fā)展，智慧礦山建設期間也開始引入物聯(lián)網(wǎng)技術，以提高煤礦的開采效率，促進煤礦開采行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

作者：張慧明 單位：山西西山煤電貿(mào)易有限責任公司