1 學號： 104220118 湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術學院 畢業(yè) 論文 題 目 物聯(lián)網(wǎng) 技術在煤礦 中的應用 系 物流信息系 專 業(yè) 物流信息技術 班 級 物信 1001 班 姓 名 指導教師 楊立雄 2012 年 12 月 1 日 摘 要 本文 以 煤礦 為研究目標，針對 煤礦 環(huán)境的實時感知、緊急救治等問題展開研究，提出了解決方案：為每個 煤礦井下員工 植入多個傳感器，利用傳感器、地理信息系統(tǒng)和定位系統(tǒng)感知 煤礦井下 狀況和地理信息， 無線傳輸網(wǎng)絡（ 和加密算法有效結(jié)合將信息傳輸給指揮中心，指揮中心根據(jù) 煤礦的井下 實際情況更準確地制定 救援 方案，以便 準確及時的進行相應處理。 近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的興起，將會引起第三次信息化發(fā)展浪潮。由于物聯(lián)網(wǎng)具有全面感 知、可靠傳送和智能處理等特點，已在公共安全、工業(yè)監(jiān)測、智能交通、環(huán)境保護、家庭醫(yī)療等多個領域取得了應用。在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是工業(yè)乃至更多行業(yè)信息化過程中一個比較現(xiàn)實的突破口。 關鍵字 ： 物聯(lián)網(wǎng)；產(chǎn)量監(jiān)測；安全監(jiān)控；救援系統(tǒng) ；系統(tǒng)方案 目 錄 第一章 物聯(lián)網(wǎng)的概述 . 1 聯(lián)網(wǎng)的定義與發(fā)展 . 1 聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) . 1 第二章 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術 . 3 用層的相關技術 . 3 絡層的相關技術 . 3 知層的相關技術 . 4 第三章 當前煤礦安全生產(chǎn)存在的突出問題 . 5 業(yè)技術管理薄弱 . 5 生產(chǎn)管理觀念落后 . 5 全培訓工作不到位 . 5 制不完善，政府監(jiān)管力度不夠 . 5 全入落實不到投位 . 6 第四章 物聯(lián)網(wǎng)技術在煤礦中的應用 . 7 聯(lián)網(wǎng)在煤礦產(chǎn)量監(jiān)測中的問題 . 7 聯(lián)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 . 8 礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在的問題 . 8 礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在的分析 . 8 聯(lián)網(wǎng)在煤礦井下救援系統(tǒng)中的應用 . 9 第五章 煤礦安全與物聯(lián)網(wǎng) . 10 國煤礦發(fā)生的事故情況 . 10 國煤炭工業(yè)生產(chǎn)方式 . 10 炭行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)的五大需求 . 11 聯(lián)網(wǎng)改善煤炭行業(yè)現(xiàn)有信息化局限性 . 11 第六章 煤礦安全生產(chǎn)的系統(tǒng)方案設計 . 13 總結(jié) . 15 致謝 . 16 參考文獻 . 17 1 第一章 物聯(lián)網(wǎng)的概述 聯(lián)網(wǎng)的定義與發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng) 就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別 (置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。 1999 年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議提出了，“傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇 ”。 2003 年，美國技術評論提出傳感網(wǎng)絡技術將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g之首。 2005 年 11 月 17 日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（ ，國際電信聯(lián)盟（ 布了 聯(lián)網(wǎng)報告 2005：物聯(lián)網(wǎng)，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。報告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術（ 傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將到更加廣泛的應用。 根據(jù) 描述，在物聯(lián)網(wǎng)時代，通過在各種各樣的日常用品上嵌 入一種短距離的移動收發(fā)器，人類在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度，從任何時間任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物和物與物之間的溝通連接。 2009 年月日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領袖舉行了一次“圓桌會議”，作為僅有的兩名代表之一，首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎設施。 2009 年 2 月 24 日消息， 中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群在 2009壇上公布了名為“智慧的地球”的最新策略。 聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)的價值在于讓物體 也擁有了“智慧”，從而實現(xiàn)人與物、物與物之間的溝通。 由于物聯(lián)網(wǎng)的基礎在于感知、互聯(lián)和智能的疊加，因此 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)大致被公認有 3 個層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是用于傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡層，最上面則是與行業(yè)需求相結(jié)合的應用層。 2 應用層 智能交通 環(huán)境檢測 工業(yè)監(jiān)控 服務平臺 信息開放平臺 公共中間件 網(wǎng)絡層 專用網(wǎng) 遠程控制 知層 中間件技術 傳播技術 信息處理技術 感器 二維碼 1聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 其中，感知層包括二維碼標簽和識讀器、 簽和讀寫器、攝像頭、 感器、終端、傳感器網(wǎng)絡等，主要是識別物體，采集信息。網(wǎng)絡層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡、網(wǎng)絡管理中心、信息中心和信息處理中心等，將感知層獲取的信息傳遞和處理。應用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化。在各層之前，信息不是單向傳遞的，可有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，這其中關鍵是物品的信息，包括在特定應用系統(tǒng)范圍內(nèi)能唯一標識物品的識別碼和物品的靜態(tài)與動態(tài)信息。此外，軟件和集成電路技術都是各層所需的關 鍵技術。 3 第二章 物 聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術 用層的相關技術 應用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力和目的。 應用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，作出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應用和服務。解決了信息處理和人機界面的問題。 應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口， 物聯(lián)網(wǎng)的應用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），查詢型（智能檢索、遠程抄表），控制型（智能交通、智能家居、路燈控制），掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。 物聯(lián)網(wǎng)應用層所需要的關鍵技術包括 務研究、云計算等。務現(xiàn)階段通過結(jié)合通信技術、自動控制技術和軟件智能處理技術，實現(xiàn)對機器設備信息的自動獲取和自動控制。 術的目標就是使所有機器設備都具備連網(wǎng)和通信能力，其核心理念就是網(wǎng)絡一切。云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展。云計算由于具有強大的處理能力、存儲能力、帶寬和極高的性價比，很自然就會成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，也是應用層能提供眾多服務的基礎。物聯(lián)網(wǎng)應用提供統(tǒng)一的服務交付平臺， 它可以為各種不同的 物聯(lián)網(wǎng)應用提供海量的計算和存儲資源，還可以 提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式和數(shù)據(jù)處理方法。利用云計算大大簡化了應用的交付過程，降低交付成本，并能提高處理效率。同時，物聯(lián)網(wǎng)也將成為云計算最大的用戶，促使云計算取得更大的商業(yè)成功。 絡層的相關技術 網(wǎng)絡層 是 由各種私有網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。 是對現(xiàn)有網(wǎng)絡的融合和擴展，以實現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能。 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層能夠把感知層感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性的進行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤 其是長距離的傳輸問題。這些數(shù)據(jù)可以通過移動通信網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)、小型局域網(wǎng)等網(wǎng)絡傳輸。 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層所需要的關鍵技術包括長距離有線和無線通信技術、網(wǎng)絡技術等。網(wǎng)絡層將綜合使用 2G/3G、有線寬帶、 通信技術，實現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。 同時，網(wǎng)絡層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術是實現(xiàn) 4 以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術。 知層的相關技術 感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、 二維碼標簽、 簽和讀寫器、攝像頭、 感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)獲識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。 感知層一般包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)近距離傳輸兩部分。即首先通過傳感器、攝像頭等設備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過藍牙、紅外、 業(yè)現(xiàn)場總線等短距離有線或無線傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)。 感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、中低速無線或有線近距離傳輸技術等。具體來說，感知層綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、智能組網(wǎng)技術及無線通信技術、分布式信息處 理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中繼方式將所感知信息傳送到接入層的基站節(jié)點和接入網(wǎng)關，最終到達用戶終端，從而真正實現(xiàn)“無處不在”的物聯(lián)網(wǎng)的理念。 5 第三章 當前煤礦安全生產(chǎn)存在的突出問題 業(yè)技術管理薄弱 隨著高能耗行業(yè)的投資熱度及全球性的能源緊缺，使得近幾年的煤炭供應特別緊張，在煤炭行業(yè)逐漸市場化的情況下，煤炭價格在需求激增的刺激下必然急劇上漲。在巨大的經(jīng)濟利 益的驅(qū)動下，加快煤礦的生產(chǎn)是必然趨勢。但由于前幾年煤炭行業(yè)不 景氣，許多企業(yè)管理人員、技術人員和一線有經(jīng)驗的工人流失嚴重， 造成現(xiàn)在的煤礦技術人才非常缺乏，導致一些煤礦忽視生產(chǎn)技術管理，采掘布置嚴重不合理，采掘失調(diào)嚴重。一些突出礦井、水害嚴重的礦井和煤塵具有爆炸危險性的礦井，采取的防突、防治水和防塵措施也缺乏針對性等等。 生產(chǎn)管理觀念落后 現(xiàn)行安全生產(chǎn)管理在煤礦企業(yè)管理中還沒有得到足夠的重視，一些煤礦管理人員不完全執(zhí)行煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。沒有真正處理好安全、生產(chǎn)、效益之間的關系，沒有認識到安全生產(chǎn)管 理也能創(chuàng)造效益與利潤，沒有理解安全生產(chǎn)管理與企業(yè)可持續(xù)發(fā)展之間的關系。例如，采掘接替緊張時，采用非正規(guī)工作面開采；不使用防爆設備；瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)作為應付檢查的工具，探頭隨意布置等等。 全培訓工作不到位 煤礦行業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)偏低，很多工人沒有經(jīng)過專業(yè)的操作技能和安全知識培訓。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)民工在煤礦從業(yè)人員中總體比例達到 48%左右，其中在采掘一線的比例達到了 90%左右。這些人員文化水平普遍比較低，沒有專業(yè)技術，心理上也缺乏主人翁意識和集體觀念，不能適應高強度的集約化、機械化的采煤作業(yè)。 制不完善 ，政府監(jiān)管力度不夠 政府職能部門對煤礦生產(chǎn)的責任監(jiān)管所產(chǎn)生的問題，主要是監(jiān)管機構(gòu)的設置和權(quán)力配置存在一定的失衡，對權(quán)力運用過程中的監(jiān)督機制也不健全?，F(xiàn)行的權(quán)力運行中產(chǎn)生了監(jiān)管部門的失職、瀆職、腐敗等現(xiàn)象 ,存在著煤炭行業(yè)管理部門收受賄賂，投資入股等現(xiàn)象，對管轄范圍內(nèi)的煤礦大開綠燈，同時對一些安全事故進行包庇和掩護，對一些重大事故存在隱瞞欺騙和弄虛作假行為。另外部分企業(yè)安全管理體系和規(guī)章制度不健全，安全投入、勞動用工、 6 設備管理、教育培訓、技術和現(xiàn)場管理、領導干部帶班下井等一系列安全管理制度沒有落實到實處，違章指 揮、違章作業(yè)、違反勞動紀律現(xiàn)象大量存在。 全 入落實不到 投位 我國煤礦儲量大、分布廣，但大都屬于地下開采，瓦斯?jié)舛雀?，因此開采難度較大，技術要求高。煤炭賦存的特點決定了我國煤礦生產(chǎn)成本高，而很多煤礦設備落后、安全設施不完善，煤炭企業(yè)集中上收的安全技措費，由于缺乏有效監(jiān)督，這些費用不能足額提取與應用，給安全生產(chǎn)埋下了隱患。 7 第四章 物聯(lián)網(wǎng)技術在煤礦中的應用 煤礦安全生產(chǎn)關系到人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，各級政府一貫重視煤礦安全生產(chǎn)問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產(chǎn)工作。由于煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，工作場所黑暗狹窄、人員集中、采掘工作面隨時移動、地質(zhì)條件的變化使移動的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和新問題，如不及時采取相應的有效措施，可能會導致重大災害事故，這就給安全工作帶來了困難。如何加強煤礦安全生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化成為煤礦企業(yè)關心的問題。由于物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳送和智能處理等特點，已在公共安全、工業(yè)監(jiān)測、智能交通、環(huán)境保護、家庭醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、 智能圖書館、郵政等多個領域取得了應用。將物聯(lián)網(wǎng)應用于煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)過程中，不僅可以提高煤礦生產(chǎn)過程中的安全、減少人員傷亡、快速準確地對被困人員的定位等，并可以推動煤礦行業(yè)的信息化。以下就物聯(lián)網(wǎng)在煤礦生產(chǎn)中的部分應用前景進行分析與展望。 聯(lián)網(wǎng)在煤礦產(chǎn)量監(jiān)測中的 問題 煤礦產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)由煤礦產(chǎn)量監(jiān)測終端、省市網(wǎng)絡中心產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫、查詢統(tǒng)計軟件、數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)組成。在礦級網(wǎng)絡中心將產(chǎn)量監(jiān)控器直接接入 絡，采用智能數(shù)據(jù)自動上傳功能及傳輸格式協(xié)議。市級網(wǎng)絡中心通過數(shù)據(jù)采集傳輸軟件實時接受各礦數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理存入其產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫，并向市級等相關單位傳送數(shù)據(jù)。省級網(wǎng)絡中心通過數(shù)據(jù)采集傳輸軟件實時接受各礦數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理存入其產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫，并向省級等相關單位傳送數(shù)據(jù)。省級網(wǎng)絡中心通過數(shù)據(jù)采集軟件實時接收各市級數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理存入其產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫。 基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)訪問子系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由稱重傳感器、變送器組成；數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)主要由控制器組成；數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)訪問子系統(tǒng)主要由計算機網(wǎng)絡設備組成。 系統(tǒng)工作原理如下：前端傳感器將采集的煤炭產(chǎn)量電信 號通過變送器送入控制器，控制器中的應用程序根據(jù)設定的算法計算出煤炭的實際重量，并保存到控制器中，通過控制器以太網(wǎng)接口，通過 P 協(xié)議每隔設置的時間從控制器中取出所寄存的重量，并通過以太網(wǎng)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心，成功后刪除控制器中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理中心接收到重量數(shù)據(jù)后，保存數(shù)據(jù)到相應的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)處理中心提供各種接口給各個訪問子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。 8 聯(lián)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在的問題 我國大多數(shù)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題不容忽視，主要有以下問題： （ 1）煤礦井下作業(yè) 遠離地面，地形復雜、環(huán)境惡劣，與地面人員間溝通不便、不及時，地面人員難以及時動態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況； （ 2）煤礦事故發(fā)生后，搶險救災、安全救護的效率低，搜救效果差； （ 3）大部分煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控設備落后且老化，不能很好地適應井下環(huán)境，不能很好滿足煤礦安全生產(chǎn)需要； （ 4）現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)各成體系，沒有統(tǒng)一標準和接口，造成了監(jiān)測工程中數(shù)據(jù)漏報、系統(tǒng)間無法正常通信等問題，導致安全隱患的出現(xiàn)。 礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在的 分析 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的安全監(jiān)控，包括對礦井 空氣中有害或危險成分（如甲烷、一氧化碳等）的監(jiān)測，礦井空氣質(zhì)量狀態(tài)（如風速、負壓、溫度等）的監(jiān)測，以及通風設備運行狀態(tài)（如設備開停等）的監(jiān)測，并且在緊急情況下能夠使煤礦井下的一些電器設備斷電，停止運轉(zhuǎn)。 當前我國煤礦行業(yè)信息化水平比較低，信息技術應用不平衡。井下連采工作面由于設備較多、各設備隨機獨立作業(yè)，造成互相之間信息不溝通，更難以實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡管理，從而限制了礦井自動化網(wǎng)絡技術對該地區(qū)的輻射，這在一定程度上制約著煤礦安全生產(chǎn)工作。 基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，可以對井下環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)進行采集，并 把采集到的參數(shù)實時送往井上的計算機進行顯示、控制和超限報警等處理。 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井監(jiān)控系統(tǒng)可分為井下和井上兩部分，井下部分主要是利用傳感器對礦井內(nèi)的溫度、濕度和瓦斯氣體含量等信息采集，然后通過路由的方式經(jīng)過各個節(jié)點傳送到基站；井上部分主要負責接收從基站傳輸過來的數(shù)據(jù)，通過各監(jiān)測子系統(tǒng)進行處理、分析，以曲線、圖形或報表等形式顯示數(shù)據(jù)；并支持各種查詢統(tǒng)計功能。 所以 根據(jù)煤炭企業(yè)生產(chǎn)管理需求與現(xiàn)狀，將系統(tǒng)業(yè)務分為人員定位與管理、設備定位與管理、車輛 /機車的定位與管理、危險品流向與運輸監(jiān)控與管理四個子系統(tǒng)，以物流與 安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)平臺為核心，以無線 /有線一體化調(diào)度通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應急通信系統(tǒng)為輔助通信系統(tǒng)，與安全監(jiān) 9 測監(jiān)控系統(tǒng)、綜合自動化等系統(tǒng)相結(jié)合。 聯(lián)網(wǎng)在煤礦井下救援系統(tǒng)中的應用 近年來，隨著對煤炭需求的高速需求，煤炭工業(yè)也得到很大發(fā)展，但是煤礦重大、特大事故時有發(fā)生，仍未實現(xiàn)對災害事 故的有效控制。事故發(fā)生后，準確判斷井下生產(chǎn)作業(yè)人員的受困位置、遇險人員撤退路線、井下的環(huán)境監(jiān)測情況以及及時準確地制定救援方案，這對事故的救援是十分重要的，也是十分緊迫的任務。 基于物聯(lián)網(wǎng)的人員定位系統(tǒng)主要由無線信息采集網(wǎng)絡和以太網(wǎng)有線網(wǎng)絡組成。無線網(wǎng)絡可以覆蓋整個巷道，進行人員信息的采集和傳輸；有線網(wǎng)絡主要進行數(shù)據(jù)在井上的傳輸和處理。井下人員定位的過程如下： 井下人員佩戴系統(tǒng)的信息采集節(jié)點，該節(jié)點定時發(fā)出存在信息，由分布于巷道的路由器節(jié)點接收，并根據(jù)信號強度判斷其位置。井下人員的位置相關信息由路由節(jié)點或若干 路由節(jié)點（跳傳）傳至接入節(jié)點，再由接入節(jié)點傳入以太網(wǎng)，從而達到實時判知人員位置的目的。通過網(wǎng)絡將人員位置參數(shù)實時地傳輸?shù)矫旱V井下救援系統(tǒng)，能夠進行實時監(jiān)測，并在危險情況下及時報警并及時通知井下作業(yè)人員，事故發(fā)生后，可以輔助快速制定救援方案，減少人員的傷亡。同時，可為井下人員佩戴不同的傳感器，對礦工的健康參數(shù)進行監(jiān)控，及時獲知礦工的生理特征，提前進行疾病的診斷和預防，并且實時傳送到相關的醫(yī)療保健中心，如果有異常，準確及時的進行相應處理。 410 第五章 煤礦安全與物聯(lián)網(wǎng) 煤炭工業(yè)是關系國家經(jīng)濟命脈的重要基礎產(chǎn)業(yè)，支 撐著國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展。煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中一直占 70%以上，按照目前的能源消費標準，根據(jù)專家的預測，到 2020年，能源消費總量將高達 30億噸到 32億噸標準煤。 國煤礦發(fā)生的事故 情況 我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)方式 目前，我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)方式比較落后，主要表現(xiàn)在： 1、 產(chǎn)能不足、經(jīng)濟效益差、產(chǎn)業(yè)集中度低、增長方式粗放。 2、 技術落后、生產(chǎn)力水平低、資源開采利用率低、環(huán)境污染嚴重、產(chǎn)品單一、產(chǎn)業(yè)鏈條短，以及安全狀況不好、職業(yè)危害嚴重等。 3、 在安全、資源和環(huán)保等方面的壓力也越來越大 。 我國是世界第一大煤炭生產(chǎn)與消費國，但與世界先進采煤國家相比，我國煤炭工業(yè)人才和科技含量存在明顯差距：而美國投入的煤炭科研經(jīng)費相當于其煤炭銷售額的 我國國有重點煤礦采掘機械化程度為 其中綜合機械化程度為 而發(fā)達國家的相應指標則接近或達到 11 100%；此外，我國科技進步對煤炭生產(chǎn)和經(jīng)濟增長的貢獻率不足 40%。 煤炭企業(yè)信息化分為安全生產(chǎn)信息化和經(jīng)營管理信息化，其中安全生產(chǎn)信息化包括安全生產(chǎn)監(jiān)控（重大危險源辨識、預警 、預案與救災）、安全生產(chǎn)管控（生產(chǎn)系統(tǒng)運行狀態(tài)）和生產(chǎn)組織管理（計劃、人員、設備管理）；經(jīng)營管理信息化包括供應鏈管理、內(nèi)部運行管理和營銷鏈管理。 目前的信息手段只能進行初步的信息采集和處理，無法實現(xiàn)智能決策分析。利用物聯(lián)網(wǎng)的感知系統(tǒng)可實現(xiàn)對人、物、環(huán)境三個要素的有效監(jiān)控和檢測，超前預防事故。從而 間斷性檢查 ”向 “連續(xù)實時監(jiān)控 ”的轉(zhuǎn)變，從認為判斷向智能分析的轉(zhuǎn)變，以及應急救援由事后反應向自動響應的轉(zhuǎn)變。 煤炭行業(yè) 對物聯(lián)網(wǎng)的五大需求 中國物聯(lián)網(wǎng)的標準仍在制定中，相關技術并未發(fā)展成熟；大部分的業(yè) 務仍然是數(shù)據(jù)采集應用的擴展，要在安全生產(chǎn)中實現(xiàn)更加 “智能 ”和 “物與物對話 ”，需要進一步做好如下基礎工作： 1、 生產(chǎn)大量性能可靠、價格低廉、能耗較低、精度較高、適合煤礦井下環(huán)境和規(guī)范的智能傳感器件。 2、 建設分布式、可移動、自組網(wǎng)的信息采集平臺，研究礦山復雜環(huán)境下無線傳感網(wǎng)技術、局部地區(qū)發(fā)生災害后的網(wǎng)絡重構(gòu)技術。 3、 開展礦山復雜環(huán)境下的安全信息獲取技術、安全信息識別與處理技術、礦井災害預警預報等關鍵前沿技術的研究。 4、 對人員安全環(huán)境感知技術與終端設備、生命探測技術進行研究，拓展一些物聯(lián)網(wǎng)技術，用以對采掘、 提升、運輸、通風、排水、供電等關鍵生產(chǎn)設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。 5、 制定真正適合于煤炭行業(yè)安全發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術標準。 物聯(lián)網(wǎng)改善 煤炭行業(yè) 現(xiàn)有信息化局限性 1、 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性：傳統(tǒng)解決方案只是采用視頻監(jiān)控，但仍不能完全保障礦井安全，存在監(jiān)控盲區(qū)。 物聯(lián)網(wǎng)解決方案在井上、井下安裝不同類型的納米級傳感器，對聲音、頻率、圖像等信息進行監(jiān)控。 2、 井下人員定位系統(tǒng)的局限性：傳統(tǒng)定位系統(tǒng)受電源、井下信號等因素影響，定位效 12 果并不顯著，且維護成本高。 物聯(lián)網(wǎng)解決方案利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將礦井分割成若干區(qū)域， 在每個區(qū)域都安裝 描傳感器，用來掃描該區(qū)域內(nèi)正在活動的 通過數(shù)據(jù)傳輸單元轉(zhuǎn)向儲存單元保存相關信息。 3、 安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)的局限性：現(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)功能單一、傳輸范圍窄，不能對緊急狀況自動做出反應。 物聯(lián)網(wǎng)解決方案通過智能傳感器對瓦斯?jié)舛取⑴棚L量等進行監(jiān)控，當出現(xiàn)超限時，切斷可能區(qū)域的電源，自動啟動應急預案。 4、 井下道岔管理的局限性：目前大多數(shù)井下交通采用手動道岔，危險系數(shù)高，極易發(fā)生事故，現(xiàn)有自動道岔系統(tǒng)存在各種缺陷，可靠性不足。 物聯(lián)網(wǎng)解決方案運用物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)井下智能交通，系統(tǒng)自動調(diào)整道岔 ，等道岔調(diào)整完畢后，給車輛予以反饋，車輛方可運行。 5、 煤質(zhì)分析系統(tǒng)的局限性：傳統(tǒng)做法是只分析煤的灰分、水分和重量，但是對于煤中的化學成分分析得不夠，或存在分析不夠精確的問題，特別是煤的含硫量是煤質(zhì)及價格的重要指標，如系統(tǒng)不能作出準確的分析，則會導致煤質(zhì)的不確定。 物聯(lián)網(wǎng)解決方案將傳感器安裝于煤傳輸帶上，通過發(fā)射 線對煤的成分進行感應，將數(shù)據(jù)精確地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，對煤的所有化學成分通過系統(tǒng)的設定可以準確全面地了解。 13 第六章 煤礦安全生產(chǎn) 的 系統(tǒng)方案設計 針對以上問題，本文提出一種煤礦安 全生產(chǎn)物聯(lián)系統(tǒng)，按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一接口與標準的要求進行設計，其設計分成三個層次，分別是感知層、網(wǎng)絡層、應用層，如 下 圖所示。 6礦安全生產(chǎn)物聯(lián)系統(tǒng)整體模型 感知層主要由傳感器組成，將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通過通訊模塊傳送至控制計算機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測與采集。感知層包括： 1）傳感器等數(shù)據(jù) 采集設備，如地面井口、煤臺、井下等場所安裝的視頻監(jiān)控和傳感設備； 2）數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關之前的傳感器網(wǎng)絡，包括礦井傳感設備的數(shù)據(jù)接入、傳輸和匯總。 網(wǎng)絡層通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，實現(xiàn)物體信息實時準確地傳輸與交互。網(wǎng)絡層采用三級架構(gòu)，即煤礦企業(yè)、市級分控中心、省級監(jiān)控中心，以 “ 分級監(jiān)管，分級響應 ”的機制，搭建煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)控監(jiān)管。網(wǎng)絡層包括： 1）礦井監(jiān)控數(shù)據(jù)的上傳； 2）煤礦企業(yè)的數(shù)據(jù)專線； 3）省監(jiān)控中心以及煤炭集團、市分控中心的寬帶數(shù)據(jù)專線。應用層利用云計算、模式識別等各種 智能計算技術，對海量數(shù)據(jù)與信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制，包括遠程監(jiān)測與控制、煤礦安全事故應急指揮、信息上傳與共享等。應用層包括： 1）主機與存儲系統(tǒng)建設； 2）煤礦企業(yè)、市級、省級監(jiān)控 14 中心顯示、調(diào)度、指揮系統(tǒng)； 3 ） 煤礦企業(yè)上報信息的標準化工作； 4）門戶網(wǎng)站及安全系統(tǒng)建設。按照以上設計，整體網(wǎng)絡圖如圖 2 所示，實現(xiàn)以下目標： 6礦安全生產(chǎn)物聯(lián)系統(tǒng)網(wǎng)絡圖 （ 1）煤礦井下瓦斯、風速、設備開停等運轉(zhuǎn)情況的適時監(jiān)測、分析和控制，同時將以上監(jiān)測數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、光纖光纜傳送到各級煤炭安全生產(chǎn)管理部門； （ 2）煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察監(jiān)管動態(tài)管理，實時了解煤礦的安全生產(chǎn)工作狀態(tài)，隨時掌握煤礦的有關安全技術工作參數(shù)（包括安全技術參數(shù)、安全監(jiān)察監(jiān)管要求數(shù)據(jù)）的情況，各煤礦點能夠?qū)?