引言

煤礦安全生產水平的提升，能夠改善勞動環(huán)境，減少煤礦安全生產中的各種不安全因素，預防傷亡事故發(fā)生，從而確保煤礦生產運作的順利進行。智能化運作作為煤礦安全技術應用的熱點，已經逐步被應用到煤礦的安全生產管理中。

物聯(lián)網技術隨著信息化建設的深入，已成為世界各國經濟科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一，同樣也是我國信息技術創(chuàng)新的重點突破方向。物聯(lián)網是利用感知技術、網絡技術、人工智能及自動化技術，并集成應用，建立起一個人與物對話的智慧世界。

煤礦物聯(lián)網智能系統(tǒng)是繼數(shù)字煤礦、自動化煤礦等概念后的升華，本文基于煤礦安全生產實際情況，提出了基于物聯(lián)網的智能煤礦應用模型，然后對模型中的系統(tǒng)關系進行分析，最后給出了智能煤礦的完整架構圖，從而實現(xiàn)動態(tài)的監(jiān)視并控制煤礦安全運作的全過程。

1我國煤礦企業(yè)智能化建設中存在的問題

雖然我國煤礦安全生產已取得了很大的進步，但是與國外比較，總體水平還比較低，煤礦先進技術的應用還有較大差距，特別是信息化產品的應用，仍需要進一步的提高。

物聯(lián)網技術在我國已經逐步得到應用，但是經過對煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)其中存在著很多的問題。主要問題如下：

缺乏統(tǒng)一的標準和接口?，F(xiàn)有的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)各成體系，并沒有統(tǒng)一的接口及標準，從而使得系統(tǒng)之間沒法正常通信，數(shù)據漏報。

缺少共享平臺。不能夠為第三方提供統(tǒng)一的接入平臺。

學科交叉研究不夠。地質、水文、災害機理、系統(tǒng)集成等多學科的研究融合深度不夠。

應用層面的信息融合缺失。各個應用系統(tǒng)之間的信息融合及聯(lián)動、決策融合缺失。

缺乏泛在的感知網絡。缺乏統(tǒng)一的地下無線覆蓋感知網絡，地下存在著很大部分的感知盲區(qū)。

設備落后及老化。感知元件單一，設備落后，不能適應復雜的井下環(huán)境。

聯(lián)動效率低下。在煤礦事故發(fā)生以后，省及地方聯(lián)合應急效率低下，搶險救災、安全救護及捜救效果差。

2煤礦物聯(lián)網智能體系模型設計

針對上述問題，本文提出了一種煤礦安全生產物聯(lián)網智能系統(tǒng)，其設計共分為四個層次，分別是感知與控制層、數(shù)據集成層、管理決策應用層、信息展示層，具體設計如圖1所示。

感知與控制層作為傳統(tǒng)物聯(lián)網研究的熱點，相對其他層次已經比較成熟。感知與控制層一共設計了四個系統(tǒng)，分別是安全系統(tǒng)、生產系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和生產調度系統(tǒng)。安全系統(tǒng)包括安全監(jiān)測、井下排水、通風、防滅火、束管監(jiān)測、瓦斯抽放、人員考勤和人員監(jiān)控；生產系統(tǒng)包括工作面、提升系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)、供壓系統(tǒng)、水處理、選煤廠鍋爐房、井下降溫及給水系統(tǒng);供電系統(tǒng)包括地面與地下供電；生產調度系統(tǒng)包括無線通信系統(tǒng)、調度通信系統(tǒng)、信息監(jiān)控系統(tǒng)和大屏幕顯示系統(tǒng)。

數(shù)據集成層是新型煤礦物聯(lián)網系統(tǒng)的數(shù)字化集成中心,主要由工業(yè)級實時數(shù)據庫和關系型數(shù)據庫組成。工業(yè)級實時數(shù)據庫包含了數(shù)據分析、聯(lián)動控制策略庫、故障診斷庫和專家?guī)欤魂P系型數(shù)據庫主要包含管理基礎庫、組織機構庫、業(yè)務標準庫和專家知識庫。

管理決策層作為企業(yè)的智能管理層，分為生產智能分析和商務智能分析兩部分。生產智能分析中心主要運作包括計劃目標管理、物資管理、運銷管理、工程項目管理、能源管理、機電設備管理、通風設計分析和安全管理；商務智能分析中心主要運作包括全面預算管理、財務管理、人力資源管理、固定資產管理、煤質管理、精細化管理、生產調度管理和三維數(shù)字開采管理。

企業(yè)展示層主要是通過企業(yè)展示網絡來展示企業(yè)的相關信息。

煤礦物聯(lián)網架構的自上而下的四個層級分工明細又相互協(xié)作，各個層級間共用同一的數(shù)據倉庫，并通過工業(yè)以太網和企業(yè)管理網實現(xiàn)聯(lián)通。

3煤礦物聯(lián)網智能體系架構設計

通過對煤礦物聯(lián)網體系模型的研究，已經構建了比較完整的物聯(lián)網智能體系。結合煤礦實際情況，以及物聯(lián)網技術中的信息采集、識別與協(xié)同、信息融合、預警、傳感器網絡等技術,設計出了一個比較完整的煤礦物聯(lián)網信息架構體系，其完整的網絡架構圖如圖2所示。

圖2所示的物聯(lián)網構架圖在集成礦山“三個感知”核心（即感知環(huán)境、感知人員、感知設備）的基礎上，融入了生產監(jiān)控與管理決策系統(tǒng)，并在云服務平臺的基礎上，將安全智能分析（包括物資管理、生產管理、工程項目管理等）和商務智能分析（包括人力資源管理、財務管理等）完美地結合在一起，在很大程度上提高了礦山整體的智能化運作。

在此煤礦物聯(lián)網智能體系架構設計中，要求：煤礦系統(tǒng)各類信息都能夠融入骨干網絡進行傳輸；針對各個監(jiān)控子系統(tǒng)建立虛擬的專用網，從而保障各個子系統(tǒng)能夠相對獨立的運作；建立一個統(tǒng)一網絡的多子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過網絡傳輸各科室及局部中心數(shù)據；可實現(xiàn)數(shù)據流量的有效控制；系統(tǒng)具有熱插拔結構、模塊化，進而實現(xiàn)煤礦的不間斷生產、維修、維護；系統(tǒng)進行統(tǒng)一的編程組態(tài)，降低煤礦用戶對專業(yè)知識的要求，提高系統(tǒng)應用效率;建立豐富的網絡診斷和管理功能,以便于對故障進行分類和設備維修等。

4煤礦物聯(lián)網智能體系建設的主要內容

通過以上對煤礦物聯(lián)網智能體系模型及架構的研究，可以確定煤礦物聯(lián)網智能體系主要建設內容包括井下傳感器感知系統(tǒng)、設備健康感知系統(tǒng)、災害感知系統(tǒng)、感知網絡傳輸系統(tǒng)、感知礦山信息聯(lián)動系統(tǒng)、生產監(jiān)控指揮系統(tǒng)、運銷管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)等。在系統(tǒng)結果圖的基礎上，結合物聯(lián)網技術，分析研究得各主要建設子系統(tǒng)關系如圖3所示。

5煤礦物聯(lián)網智能體系技術研究的新方向

在最新的信息技術發(fā)展政策及措施的指引下，通過研究構建起來的煤礦物聯(lián)網智能體系在感知、傳輸、共享、處理、應用等領域都取得了一定的創(chuàng)新型研究成果，為提高煤礦物聯(lián)網持續(xù)的創(chuàng)新能力鞏固了基礎。

在本文的物聯(lián)網架構設計的基礎上，在日后的實際應用中，需注意四個方面的研究。

首先要提升感知技術水平，加強人工智能技術的應用，通過把模式識別等智能技術與傳感器技術的結合，提高礦山感知的可靠性、準確性及合理性。

其次要推進傳感技術的突破，從而實現(xiàn)高并發(fā)、大容量、多元化信息的傳輸，以提高傳輸網絡的承載能力，進而實現(xiàn)煤礦物聯(lián)網在礦山各系統(tǒng)中的真正應用。

然后要加強處理技術的研究，以解決復雜、異構物體間的連接方式和信息的交互處理難題，在智能工業(yè)、智能商務等領域實現(xiàn)突破。

最后就是需鞏固共性基礎研究，使物聯(lián)網更好地應用到企業(yè)的安全生產、精細及動態(tài)的管理中去，提高生產與業(yè)務的創(chuàng)新,以實現(xiàn)礦山各系統(tǒng)的智慧。

6結語

本文通過對煤礦物聯(lián)網智能體系模型設計，清晰地展示煤礦物聯(lián)網智能體系的結構關系，并在此基礎上指導煤礦物聯(lián)網架構的構建。本方案將系統(tǒng)工程技術、信息技術、感知技術、智能技術、計算機技術、控制理論技術等融合到物聯(lián)網建設中，從而為智慧礦山的建設奠定了豐富的理論技術基礎，最終提高了礦山智能化建設的科學性、安全性及先進性，加快我國新型智慧礦山建設的進度和步伐。

20211027_61795587aab81__基于物聯(lián)網的煤礦智能體系設計