智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)新工煤業(yè)有限公司 山西 033000）

社會的不斷進(jìn)步使得人們對生活水平的要求越來越高，人們已經(jīng)基本滿足了自己的衣食需求，所以對生活的安全性的要求也提高了，但是礦區(qū)工人的工作環(huán)境并不安全，他們希望能夠通過智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高自己工作的安全性，讓工作變得更加智能化、科學(xué)化。礦山資源在我國占有重要的地位，但是現(xiàn)如今的礦區(qū)安全技術(shù)比較差，安全事故經(jīng)常發(fā)生，礦山井下定位技術(shù)是智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，這樣就可以減少安全事故的發(fā)生。

1.智慧礦山研究現(xiàn)狀

根據(jù)我國煤礦的現(xiàn)狀來看，在以前，經(jīng)常發(fā)生比較嚴(yán)重的事故，造成了大量的人員傷亡。后來，礦山事故逐漸減少，特別是2011年以來，很少發(fā)生重大的事故，這與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用脫不開關(guān)系。隨著信息化時(shí)代的到來，礦山的管理以及生產(chǎn)等正在趨于智能化、信息化以及專業(yè)化。如今，大多企業(yè)主要對礦山系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，也就是對礦山周邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與整理，對環(huán)境和機(jī)器的運(yùn)行提供一個(gè)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。其次，還會對設(shè)備運(yùn)行的轉(zhuǎn)臺等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測以及對人員進(jìn)行安全檢測。最后，還會對一些關(guān)鍵的步驟進(jìn)行輔助，比如，會對關(guān)鍵的信息進(jìn)行提前的預(yù)警以及建立相關(guān)的救援措施，從而保證工作人員的安全。智慧礦山主要是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的精準(zhǔn)采集?？傊?，智慧礦山的構(gòu)建可以提升煤礦的生產(chǎn)和管理水平，使得礦山的采集效率提升，還可以對礦山中的隱患進(jìn)行排除，從而保證工作人員的安全，為相關(guān)的企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.礦山井下定位研究現(xiàn)狀

(1)無線射頻識別技術(shù)

這種技術(shù)主要是基于識別芯片的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，可以直接的通過無線電信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別以及讀寫，不需要人員進(jìn)行接觸。在2012年，由Rabaey等人提出魯棒定位算法，并引入置信度等來提高定位的精確性，之后，由王亞琴等人根據(jù)RFID技術(shù)作為核心，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與井下人員監(jiān)測定位系統(tǒng)。該技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)了對工作人員進(jìn)行定位、監(jiān)測和預(yù)警。在智慧礦山中，下井的工作人員必須佩戴相應(yīng)的遠(yuǎn)距離作業(yè)卡，該卡每隔一段時(shí)間就會向中心發(fā)送佩戴人員的位置信息等，使得井下工作人員的地理位置被隨時(shí)監(jiān)測，從而保證工作人員的安全。雖然無線射頻識別技術(shù)的成本比較低，但是它所受的限制也比較大，比如說環(huán)境對其的影響較大，并且定位的精度相對來說比較低。

(2)指示定位技術(shù)

該種技術(shù)主要是通過接收機(jī)測量信號平均強(qiáng)度，然后計(jì)算信號點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離。該技術(shù)主要是根據(jù)接受信號的強(qiáng)度來指示定位技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于井下工作人員的定位中。該定位技術(shù)與無線射頻識別技術(shù)相比更加的精確，但是它同樣容易受到環(huán)境的影響，使得數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。該技術(shù)也經(jīng)歷了多年的發(fā)展，從2012年由Leu J等人根據(jù)RSSI指紋和足跡提出的定位算法起，到如今的根據(jù)高斯濾波的分段求解路徑損耗因子和環(huán)境參量因子的RSSI巷道定位算法，使得定位更加的準(zhǔn)確。該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)井下的具體情況來制定使用方案，需要對井下的具體情況進(jìn)行，了解井下地理位置接受信號的強(qiáng)度，從而使得該技術(shù)能夠發(fā)揮出最大的作用。

(3)到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)

礦山產(chǎn)業(yè)是一種較為特殊的產(chǎn)業(yè)，其井下充滿了復(fù)雜性，所以保證井下工作人員的安全是首要的重點(diǎn)。為了確保對井下的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，必須對井下進(jìn)行精確的定位，從而保證工人的安全。而到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)主要是指在各個(gè)接收站搜集信號點(diǎn)發(fā)出的信號，從而對時(shí)間到達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，最后再匯總到定位處理中心，中心再對信號點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算，也就是說利用信號點(diǎn)發(fā)送的信號到不同接受點(diǎn)的時(shí)間差的方法來對信號進(jìn)行測距和定位。將這種技術(shù)應(yīng)用于井下定位，可以很好控制井下的突發(fā)狀況，在井下工作的過程中，能夠及時(shí)的發(fā)出指令，從而方便安全作業(yè)。在危機(jī)發(fā)生之前，可以有效的組織人員進(jìn)行撤離，從而最大程度的保證井下人員的生命安全。

(4)TD-SCDMA系統(tǒng)定位技術(shù)

該技術(shù)主要是在原有的基礎(chǔ)上，利用信號點(diǎn)的時(shí)間提前量TA來測量信號點(diǎn)與基站之間的距離。這種定位的方法主要是利用現(xiàn)有的參數(shù)，計(jì)算信號點(diǎn)與接受點(diǎn)之間的距離，在將最終的數(shù)據(jù)匯總到檢測中心，然后再通過算法得出最終端的確切位置。這種技術(shù)的成本相對來說比較低，并且精確度與上文幾種相比較高。如今，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展較為迅速，使得現(xiàn)代傳感器得到了很大的進(jìn)步。隨著傳感網(wǎng)絡(luò)在礦山中的應(yīng)用，相關(guān)領(lǐng)域的專家將其應(yīng)用于礦山工作人員定位中。這種技術(shù)可以解決無線信號沖突的問題，利用信號偵測器等實(shí)現(xiàn)對工作人員的精準(zhǔn)定位。這幾種定位方式都對基站接受及發(fā)送信號的能力有著很高的要求，而且井下的環(huán)境較為復(fù)雜，溫度和濕度都會對這幾種定位方式產(chǎn)生一定的影響，使得信號無法被接受，從而無法定位工作人員的具體位置。但是，通過一些人的努力，逐漸構(gòu)建了預(yù)測井下人員模型的方法，可以很大程度的保證井下工作時(shí)的安全。

3.智慧礦山建設(shè)的展望

(1)在規(guī)劃和設(shè)計(jì)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上逐步實(shí)驗(yàn)

我國礦山的類型較多，不同的類型存在著自身的特點(diǎn)，所以需要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對礦山進(jìn)行智能管理，根據(jù)礦山類型的不同，比如規(guī)模差異、開采方式等來進(jìn)行調(diào)整。另外，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人應(yīng)該對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用重視起來，并且在企業(yè)內(nèi)展開培訓(xùn)，提升企業(yè)全體員工的思想水平。對于系統(tǒng)中的子系統(tǒng)接入，企業(yè)可以采用承包的方式，從而將各個(gè)子系統(tǒng)中的問題交給承包商來解決。智慧礦山是一個(gè)比較系統(tǒng)的工程，所以應(yīng)該在規(guī)劃和設(shè)計(jì)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上進(jìn)行逐步實(shí)驗(yàn)，從而保證礦山內(nèi)工作人員的安全。

(2)重視建設(shè)的同時(shí)重視應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是一種非常先進(jìn)的技術(shù)，與當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的潮流相吻合，將其應(yīng)用于礦山中可以有效的減少礦山的建設(shè)成本。物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)在于應(yīng)用，在建設(shè)智慧礦山的過程中，不能只重視建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)，更應(yīng)該將其靈活的應(yīng)用于礦山中。目前很多礦山在建成物聯(lián)網(wǎng)之后，并沒有發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)的真正作用。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)被有效應(yīng)用之后，將會實(shí)現(xiàn)礦山的智能化管理，從而實(shí)現(xiàn)綠色、高效的開采，通過物聯(lián)網(wǎng)，可以對礦山的動(dòng)態(tài)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長。

(3)應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)引起重視

為了對智慧礦山建設(shè)的成本進(jìn)行有效的控制，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)人必須對標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)引起重視。首先應(yīng)該實(shí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保證礦山建設(shè)的規(guī)范性。另外作為一個(gè)開放性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，應(yīng)該給如今的“智慧礦山”系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的接入端口，從而方便用戶對現(xiàn)有平臺進(jìn)行增加、刪除、接入等。還需要對如今的“智慧礦山”的關(guān)鍵技術(shù)、平臺等創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而打通產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)對于礦山物聯(lián)網(wǎng)來說是非常重要的一點(diǎn)，除了可以控制成本以外，還可以優(yōu)化對礦山的控制和運(yùn)行管理，節(jié)省大量的人力，從而為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行與管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧礦山中的應(yīng)用，將會使礦山的運(yùn)作模式發(fā)生巨大的變化，使得礦山的運(yùn)作模式從組織轉(zhuǎn)向具體，并且使得礦山的傳統(tǒng)管理方式轉(zhuǎn)化為更加先進(jìn)的管理方式。各個(gè)子系統(tǒng)的操作由最初不同地點(diǎn)的各個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)施，比如說膠帶的操作由膠帶隊(duì)進(jìn)行處理，而物聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)智能管理最終由監(jiān)控室進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)行。而對于管理各地區(qū)團(tuán)隊(duì)的職能與工作的方式，需要基于物聯(lián)網(wǎng)方式，進(jìn)行綜合考慮，并且需要相關(guān)企業(yè)召開例會進(jìn)行討論，從而找到最合適的方法對各地區(qū)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管理。

4.結(jié)束語

隨著時(shí)代的發(fā)展，煤炭能源成為我國的重要能源，是我國能源的主要支柱之一。然而煤炭的開采環(huán)境卻非常的復(fù)雜，特別是在井下，存在很多的不可控制因素，極容易使得工作人員出現(xiàn)生命安全。為了貫徹安全生產(chǎn)的目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用非常重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用于礦山中，一方面使得礦山的開采趨于智能化，從而提升開采的效率；另一方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下生產(chǎn)工作人員實(shí)時(shí)定位，準(zhǔn)確了解他們的位置信息，很大程度的保證了井下工作人員的生命安全。企業(yè)還應(yīng)該提升員工的物聯(lián)網(wǎng)意識，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以得到有效的應(yīng)用，從而提升礦山的智能管理水平，為創(chuàng)建智慧礦山打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。