基于物聯(lián)網(wǎng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)在鹿鳴尾礦庫的應(yīng)用

孫占研，林長林

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司，遼寧丹東118002）

基于物聯(lián)網(wǎng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)在鹿鳴尾礦庫的應(yīng)用

孫占研，林長林

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司，遼寧丹東118002）

尾礦庫安全的在線監(jiān)測是防止重大事故發(fā)生有效保障人民的生命財產(chǎn)安全和生態(tài)安全重要途徑。本文詳細介紹了鹿鳴尾礦庫監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳的多種通訊方式，以及選擇各種回傳方式的依據(jù)，進一步說明了系統(tǒng)在智慧礦山建設(shè)中的重要性。

尾礦庫；安全監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)；智慧礦山

隨著我國尾礦庫數(shù)量的日益增多，尾礦庫的安全問題也是更為被人們關(guān)注。尾礦庫管理的完善是保障人民財產(chǎn)安全的重要舉措。鹿鳴尾礦庫是剛剛建成投入使用的新尾礦庫，地形較為復(fù)雜，使用單一的通訊方式已經(jīng)滿足不了信號穩(wěn)定傳輸?shù)男枨?，而且鹿鳴礦業(yè)公司正在加大發(fā)展數(shù)字化礦山的力度，因此建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)的尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)極有必要。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對鹿鳴尾礦庫庫水位、浸潤線、干灘長度、降雨量、庫區(qū)實時視頻等重要數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、統(tǒng)一管理。目前，已經(jīng)投入使用，并穩(wěn)定運行了5個月，為了監(jiān)測鹿鳴尾礦庫安全啟導(dǎo)了重要作用。

1 現(xiàn)場概況

伊春鹿鳴鉬礦采選工程尾礦庫位于黑龍江省伊春市鹿鳴林場內(nèi)。包括1＃尾礦庫和2＃尾礦庫，均為二等庫，總服務(wù)年限51年（含建設(shè)期）。1＃尾礦庫位于紅旗崗溝北側(cè)（紅旗崗北溝），2＃尾礦庫位于興安林場東南側(cè)（興安東南溝）。

1＃尾礦庫由兩個緊挨的山谷組成，分別為溝谷Ⅰ、溝谷Ⅱ，兩溝谷由中間山梁隔開，山梁中部有一豁口連通兩溝谷，總匯水面積為7.50km2，各自匯水面積大致相等，溝谷出口標高為400m，山丘頂部標高為610m，主溝長度為2.90km，平均坡降7.24%。1＃尾礦庫庫容42 900萬m3，服務(wù)年限32年。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

鹿鳴尾礦庫的在線安全監(jiān)測系統(tǒng)是智慧礦山的重要組成部分，系統(tǒng)按照設(shè)計主要分為現(xiàn)場安全監(jiān)測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信系統(tǒng)回傳至數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，經(jīng)過處理分析，最后形成各項可用數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾種重要的監(jiān)測指標：

1）庫水位監(jiān)測

鹿鳴尾礦庫水位監(jiān)測點位置位于溢流井附近，當監(jiān)測點庫水位發(fā)生變化時，庫水位采集模塊將實時的庫水位數(shù)據(jù)通過GPRS方式回傳至遠端的服務(wù)中心，服務(wù)中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件在判斷庫水位超過預(yù)警值時，發(fā)出報警信號，并且形成短信報警發(fā)送至相關(guān)工作人員。

2）降雨量監(jiān)測

降雨量數(shù)據(jù)主要用于監(jiān)測汛期時的降水情況，系統(tǒng)通過安裝在調(diào)度值班室房頂?shù)挠炅坑?，直接將雨量?shù)據(jù)通過網(wǎng)線直接匯總至服務(wù)中心，當雨量超過預(yù)警值時形成報警信號。

3）壩體形變監(jiān)測

壩體形變數(shù)據(jù)是利用GPS衛(wèi)星的靜態(tài)監(jiān)測技術(shù)，GPS接收機在接收到壩體形變監(jiān)測點坐標后，傳送至現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置，鹿鳴尾礦庫的壩體形變數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋點對點的方式回傳至服務(wù)中心的數(shù)據(jù)分析軟件，根據(jù)多種數(shù)據(jù)模型計算、分析，最終形成形變結(jié)果，存入數(shù)據(jù)服務(wù)器中，當形變數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時，形成預(yù)警信號。

4）浸潤線監(jiān)測

在壩體上設(shè)置多個測壓管裝置，在測壓管裝置內(nèi)安裝有傳感器，傳感器通過現(xiàn)場將數(shù)據(jù)傳送至現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置中，數(shù)據(jù)采集裝置將浸潤線數(shù)據(jù)同壩體位置數(shù)據(jù)一起通過點對點無線傳輸方式回傳至服務(wù)中心的數(shù)據(jù)分析軟件，數(shù)據(jù)分析軟件根據(jù)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建出浸潤線的分布圖，根據(jù)浸潤線狀態(tài)自動判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)出警報［5］。

5）干灘數(shù)據(jù)監(jiān)測

在干灘中安裝多個測試干灘斜率的傳感器通過光纖傳送至數(shù)據(jù)采集裝置，視頻監(jiān)控抓取回的壩體圖片，再通過點對點方式將相關(guān)數(shù)據(jù)回傳至服務(wù)中心的數(shù)據(jù)分析軟件進行圖像分析，從而計算出灘頂高程，結(jié)合庫水位得到干灘長度，當干灘長度超過預(yù)警值時自動形成報警信息。

6）視頻監(jiān)測

為了實時掌控尾礦庫庫區(qū)的情況和運行狀況以及，鹿鳴尾礦庫，在多個重要位置安裝有高清攝像頭，并且通過點對點傳輸及光纖實時傳送至調(diào)度室。

系統(tǒng)實施后，現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的通信方式實時傳送到監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)，監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)計算分析與評價預(yù)報，對不安全因素進行及時報告，從而采取相應(yīng)措施，達到防患于未然［1-4］。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計

鹿鳴尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)是在多種通訊方式的基礎(chǔ)上建設(shè)的，保證了網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性，健壯性。鹿鳴尾礦庫庫水位觀測點地處位置不易于架設(shè)光纖和無線點對點回傳，壩上寬度較窄，鋪設(shè)光纖在筑壩時較容易被破壞也不適合架設(shè)光纖，視頻點可能需要經(jīng)常移動且需要回傳視頻圖像不適合架設(shè)光纖或是GPRS［6］。

在鹿鳴尾礦庫主要數(shù)據(jù)回傳采用多種通訊結(jié)合回傳，主要如下：

1）選廠數(shù)據(jù)服務(wù)中心與尾礦庫現(xiàn)場采集裝置之間由于距離較遠，且傳輸數(shù)據(jù)量較大故在選場于尾礦庫間鋪設(shè)光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。

2）在尾礦庫各個傳感器和現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯集中心之間，采用無線網(wǎng)絡(luò)進行通信，其中庫水位采集處直視效果差，采用無線點對點傳輸信號強度達不到要求，故采用繞射能力較好的GPRS通訊。

3）在傳輸視頻監(jiān)控圖像時由于實時畫面質(zhì)量的要求較高，視頻監(jiān)控點分布比較分散而且變動位置的情況較多但是視頻點安裝胡位置大多又較為開闊，故采用點對點無線回傳信息［7］。

4）通信部分是尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，負責(zé)現(xiàn)場整個安全監(jiān)測部分與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸和各級監(jiān)控中心的逐級數(shù)據(jù)傳輸。

3 系統(tǒng)實際應(yīng)用情況

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用效果

鹿鳴尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)使用GPS高精度定位系統(tǒng)、實現(xiàn)壩體位移監(jiān)測水平、沉降相關(guān)報表查詢打印功能和報警功能以及雨量、庫水位、浸潤線等多種監(jiān)測數(shù)據(jù)；視頻控制裝置實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)遠程控制，實現(xiàn)遠程視頻信號的同步傳輸與控制，

系統(tǒng)結(jié)合了GPRS，無線點對點，光纖多種傳輸方式相結(jié)合將相關(guān)數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)中心。實現(xiàn)了各項尾礦庫監(jiān)測指標的匯總、比對及預(yù)警功能，軟件界面友好，直觀如圖1所示。

系統(tǒng)自上線運行以來運行穩(wěn)定，操作簡單，能夠直觀的監(jiān)測尾礦庫各項指標獲得了各使用部門的一致認可。

3.2 監(jiān)測指標

鹿鳴尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)過半年的穩(wěn)定運行，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠。監(jiān)測點精度如下：

1）浸潤線精度：尾礦庫浸潤線傳感器監(jiān)測精度小于10mm。

2）表面位置精度：尾礦庫表面位置GPS水平精度小于5mm，垂直精度小于8mm。

3）降雨量精度：雨量計精度小于0.1mm。

圖1 壩體位移圖Fig.1 Dam displacement

4）庫水位精度：庫水位傳感器監(jiān)測精度小于10mm。

3.3 通信指標

通信指標是整個系統(tǒng)的重中之重，以下是任意選取3條鏈路所做測試結(jié)果見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)測試表Table 1 Network test table

通過測試說明：

1）無線點對點傳輸視頻，壩體位移、浸潤線等數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)情況穩(wěn)定Ping值小于20ms，網(wǎng)絡(luò)丟包率小于1%。

2）光纖連接選廠數(shù)據(jù)服務(wù)中心與尾礦庫現(xiàn)場采集裝置，Ping值小于20ms，網(wǎng)絡(luò)丟包率小于1%。

4 結(jié)語

鹿鳴尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺，以物聯(lián)網(wǎng)、云平臺方式可靠的監(jiān)測尾礦庫的安全狀況，可實時在線動態(tài)的掌握尾礦庫的安全現(xiàn)狀，很好的解決了尾礦庫安全監(jiān)控處于的被動的狀態(tài)。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用也為鹿鳴礦業(yè)建設(shè)智能礦山、智慧礦山打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］陳善剛，蘇 軍，袁子清，等.尾礦庫安全在線監(jiān)測技術(shù)探討［J］.有色金屬（選礦部分），2011（3）：64-67.

［2］門永生，柴建設(shè).我國尾礦庫安全現(xiàn)狀及事故防治措施［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009（1）：48-52.

［3］丁長州，陳剛?cè)A，秦 斌.尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.中國科技博覽，2011（18）：99-100.

［4］李輝.尾礦庫安全監(jiān)測技術(shù)的探討［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010（11）：110-112.

［5］李 亮，褚雪松.浸潤線深度對尾礦壩穩(wěn)定性分析的影響研究［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011（11）：20-23.

［6］劉 強，崔 莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用［J］.計算機科學(xué)，2010（6）：1-4.

［7］雷 霆，譚卓英.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的尾礦庫監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)［J］.金屬礦山，2014（1）：125-128.

Application of safety monitoring system based on internet of things in Luming tailings pond

SUN Zhanyan，LIN Changlin
（Dandong Dongfang Measurement ＆Control Technology Co.，Ltd.，Dandong Liaoning 118002，China）

Online safety monitoring of tailings pond is an important way to prevent major accidents and safeguarding the people＇s life and property safety and ecological security.This paper introduces a variety of data communication mode，and the basis of how to choose a variety of data return method in Luming tailings pond，and also shows the importance of system in the wisdom of mine construction.

tailings pond；safety monitoring；internet of things；intelligent mine

TD76

Α

1671-4172（2015）03-0089-03

孫占研（1989-），男，助理工程師，軟件工程專業(yè)，主要從事數(shù)字礦山方面研發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.03.020