傳統(tǒng)礦山井下信息平臺(tái)往往是根據(jù)某一項(xiàng)需求(如視頻監(jiān)控、人機(jī)定位、語(yǔ)音通訊、環(huán)境測(cè)控、井下自動(dòng)化設(shè)備測(cè)控等)建設(shè)相關(guān)的獨(dú)立信息系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)協(xié)議和接口規(guī)范無(wú)法統(tǒng)一，系統(tǒng)之間不能聯(lián)動(dòng)，整合困難，大多既無(wú)法滿足礦、集團(tuán)、政府主管部門對(duì)于礦山行業(yè)生產(chǎn)過程的全面數(shù)據(jù)共享和決策支撐，也無(wú)法滿足礦山行業(yè)安全管理的需求。

　　目前井下數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用有線傳輸，針對(duì)礦山不斷掘進(jìn)的特點(diǎn)，有線網(wǎng)絡(luò)難以快速部署和移動(dòng)部署，生產(chǎn)管理部門無(wú)法即時(shí)了解第一線的信息，不能為第一線的生產(chǎn)、安全、調(diào)度提供有效的支撐。

　　隨著數(shù)字化礦山的深化，急需建立基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化礦山管理支撐平臺(tái)，形成能夠?yàn)樗猩a(chǎn)管理、安全管理環(huán)節(jié)提供即時(shí)反映一線生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全面有效的數(shù)據(jù)共享和運(yùn)營(yíng)決策支撐平臺(tái)。

　　本項(xiàng)目目標(biāo)是完成基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下安全避險(xiǎn)綜合信息系統(tǒng)，使其能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性，為礦山安全管理和生產(chǎn)過程控制提供統(tǒng)一的管理和決策支持平臺(tái)。通過對(duì)整體礦山各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析, 最終實(shí)現(xiàn)并提供人員車輛定位管理、IP調(diào)度指揮系統(tǒng)、井下智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)、緊急撤離廣播系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、礦山虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及其他工業(yè)控制應(yīng)用，建立物聯(lián)網(wǎng)在礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與接口規(guī)范。

　　建設(shè)需求

　　· 人員(車輛)定位：實(shí)現(xiàn)礦井下主要生產(chǎn)區(qū)域及主運(yùn)輸巷、主通風(fēng)巷精確連續(xù)定位;實(shí)現(xiàn)井下通行車輛精確連續(xù)定位;

　　· 語(yǔ)音通訊：實(shí)現(xiàn)井下固定點(diǎn)有線語(yǔ)音通訊，實(shí)現(xiàn)主生產(chǎn)區(qū)WIFI全覆蓋，實(shí)現(xiàn)井下無(wú)線通訊;

　　· 調(diào)度指揮：實(shí)現(xiàn)井下人員語(yǔ)音、短信調(diào)度，井下車輛語(yǔ)音調(diào)度;

　　· 視頻監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)井下固定數(shù)字視頻監(jiān)控、井下WIFI覆蓋區(qū)域移動(dòng)視頻采集;

　　· 生產(chǎn)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)固定位置一氧化碳、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)井下安全人員手持設(shè)備無(wú)線實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè);

　　· 斜坡道交通信號(hào)管制：井下斜坡道無(wú)軌運(yùn)輸交通信號(hào)管制系統(tǒng);

　　· 可擴(kuò)展應(yīng)用：通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)、排水自動(dòng)化系統(tǒng)、供電自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、有軌運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)等。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的井下安全避險(xiǎn)綜合信息系統(tǒng)是工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)、zigbee無(wú)線定位無(wú)線數(shù)傳技術(shù)、WIFI無(wú)線通訊技術(shù)、VOIP語(yǔ)音通訊技術(shù)、地理信系統(tǒng)技術(shù)、管理信息系統(tǒng)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等多方面融合在一起的綜合信息平臺(tái)，將為礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)全面感知和礦井生產(chǎn)調(diào)度指揮實(shí)現(xiàn)可視化、自動(dòng)化、信息化管理，實(shí)現(xiàn)物網(wǎng)相連-感知礦山。

　　系統(tǒng)主要有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、人機(jī)定位子系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)子系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)幾個(gè)子系統(tǒng)組成。

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

　　結(jié)合礦山實(shí)際情況，整個(gè)系統(tǒng)采用多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)，它包含工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、無(wú)線水平通訊子系統(tǒng)、無(wú)線綜合分站幾個(gè)主要部分。

　　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)

　　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為整個(gè)礦山的核心網(wǎng)絡(luò)，承載礦山所有工業(yè)自動(dòng)化、視頻監(jiān)控、人機(jī)定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)的大流量傳輸。

　　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的布設(shè)滿足以下幾個(gè)設(shè)計(jì)條件。

　　1.工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)應(yīng)滿足千兆數(shù)據(jù)帶寬，滿足井下各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸需求，且預(yù)留足夠的擴(kuò)容余量。

　　2.覆蓋所有提升系統(tǒng)、生產(chǎn)中段馬頭門、風(fēng)機(jī)房、采區(qū)變電所、炸藥庫(kù)、泵房等重要樞紐及機(jī)電設(shè)備場(chǎng)所(與地表生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合形成全礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng))。

　　3.預(yù)留接口，滿足未來(lái)擴(kuò)容延伸需求。

　　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)走向說(shuō)明：井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)布設(shè)采用雙環(huán)網(wǎng)架構(gòu)所示。

　　無(wú)線水平通訊子系統(tǒng)

　　對(duì)于各生產(chǎn)中段水平主巷及斜坡道采用無(wú)線綜合分站進(jìn)行覆蓋，每隔若干米布設(shè)一個(gè)分站，實(shí)現(xiàn)WIFI和zigbee雙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

　　無(wú)線水平通訊系統(tǒng)采用國(guó)際領(lǐng)先的無(wú)線技術(shù)，無(wú)線分站是采用最新的WIFI無(wú)線技術(shù)和一個(gè)zigbee定位模塊。由于該產(chǎn)品有兩個(gè)光纖模塊，整個(gè)無(wú)線骨干核心網(wǎng)采用“背靠背”的二層透明接力方式，組成了一條有線與無(wú)線混合的水平通訊鏈路，帶寬高，系統(tǒng)延時(shí)小，運(yùn)行穩(wěn)定的無(wú)線骨干鏈路，可以承受各種諸如環(huán)境采集，人員定位，語(yǔ)音通訊、視頻監(jiān)控等應(yīng)用。

　　無(wú)線分站組網(wǎng)的特點(diǎn)有：透明傳輸機(jī)制造穩(wěn)定高速的無(wú)線鏈路;完善的冗余設(shè)計(jì);無(wú)線手機(jī)的無(wú)縫漫游;特殊極化天線的使用;同步NTP自維護(hù)機(jī)制;動(dòng)態(tài)TDD(時(shí)分雙工);雙向動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)制;可調(diào)節(jié)ACK時(shí)延(ACK Timeout);OFDM技術(shù)。

　　無(wú)線綜合分站自愈環(huán)技術(shù)：無(wú)線基站支持對(duì)環(huán)路的自動(dòng)檢測(cè)和倒換，無(wú)線鏈路兩端或多段接入礦區(qū)已經(jīng)建成的工業(yè)光纖以太環(huán)網(wǎng)，無(wú)線鏈路與工業(yè)光纖以太網(wǎng)絡(luò)形成環(huán)或相切環(huán)，當(dāng)無(wú)線鏈路中出現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可立即倒換鏈方向，保證系統(tǒng)業(yè)務(wù)不中斷，整個(gè)無(wú)線鏈路每臺(tái)設(shè)備都可作為光纖接入點(diǎn)，保障系統(tǒng)有效可靠運(yùn)行，且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)業(yè)務(wù)不受任何影響。

　　采場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)接入：對(duì)于采場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入，考慮到采場(chǎng)采掘周期短，環(huán)境復(fù)雜，易刮碰。如采用光纜接入方案設(shè)備投入大、施工周期長(zhǎng)、維護(hù)困難且無(wú)法回收再利用。本系統(tǒng)對(duì)于采場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)接入采用銅線接入方法。

　　方案一：如采場(chǎng)內(nèi)僅實(shí)現(xiàn)人員(設(shè)備)定位，采用CAN總線通訊方式，采用兩根銅線將定位器串接布設(shè)至采場(chǎng)。

　　方案二：如采場(chǎng)內(nèi)需要實(shí)現(xiàn)視頻、語(yǔ)音通訊、廣播、定位、緊急報(bào)警、CO監(jiān)測(cè)等綜合應(yīng)用，則采用電話線ADSL方式配合礦山井下智能終端實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)接入。

　　人機(jī)定位子系統(tǒng)

　　在井上信息管理中心注冊(cè)身份卡，其個(gè)人資料和識(shí)別號(hào)都儲(chǔ)存在監(jiān)控主機(jī)內(nèi)，在礦井巷道的進(jìn)出口、交叉道口、工作面、重要硐室、危險(xiǎn)場(chǎng)合(如盲巷)、地面主要進(jìn)出口等位置安裝了無(wú)線基站。

　　當(dāng)攜帶身份卡的作業(yè)人員進(jìn)入基站檢測(cè)范圍，或從基站附近通過時(shí)，基站可以將相關(guān)人員的身份等信息讀出并傳送到信息中心。信息中心計(jì)算機(jī)將收到的信息綜合處理后顯示在屏幕上，同時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備隨時(shí)查閱。通過以太網(wǎng)連接到信息中心的各種終端客戶機(jī)，都可以通過瀏覽器來(lái)訪問人員和車輛的定位信息。

　　人機(jī)定位管理功能

　　實(shí)現(xiàn)在某一時(shí)刻或某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的人員車輛的靜態(tài)查詢和動(dòng)態(tài)查詢，包括狀態(tài)分布查詢，某個(gè)指定人員車輛的移動(dòng)軌跡查詢，歷史信息回饋等，所示。

　　靜態(tài)查詢

　　狀態(tài)分布查詢：井上信息中心系統(tǒng)，結(jié)合井下地圖，可以顯示某一時(shí)刻，在指定區(qū)域內(nèi)的工作人員車輛的數(shù)量和位置分布情況;

　　人員車輛位置查詢：結(jié)合井下地圖，信息中心可以定位在某一時(shí)刻，目標(biāo)人員車輛在井下的具體位置。

　　動(dòng)態(tài)查詢

　　移動(dòng)軌跡查詢：結(jié)合井下地圖，井上信息中心系統(tǒng)可以針對(duì)某個(gè)指定人員車輛，動(dòng)態(tài)定位其在井下活動(dòng)的軌跡路線;

　　歷史信息回放：井上信息中心可以查詢某一歷史時(shí)刻或某一時(shí)間段內(nèi)，井下作業(yè)人員車輛的活動(dòng)情況。

　　考勤管理功能

　　出入統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)下井人員入井時(shí)間、升井時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì);對(duì)所有出入礦井的人員身份、時(shí)間進(jìn)行記錄，并顯示是否遲到/早退。

　　井下崗位考勤：能實(shí)時(shí)對(duì)各單位人員下井班數(shù)、班次、遲到、早退等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分類統(tǒng)計(jì);能實(shí)時(shí)對(duì)井下各監(jiān)測(cè)區(qū)域工作人員的數(shù)量和分布情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。能自動(dòng)匯總、存儲(chǔ)、自動(dòng)生成報(bào)表和打印以上各信息。數(shù)據(jù)支持實(shí)時(shí)查詢，隨時(shí)可查詢單獨(dú)人員、班組、井、礦領(lǐng)導(dǎo)或公司領(lǐng)導(dǎo)下井情況。

　　出井異常報(bào)告：該功能可以記錄那些出井異常的人員。人員在井下時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)有出井異常報(bào)警，并形成報(bào)告，報(bào)告包括出井異常人員的基本信息，入井時(shí)間，在井下滯留時(shí)間，方便管理。

　　車輛定位

　　車輛安裝車載定位終端：實(shí)現(xiàn)車輛快速實(shí)時(shí)定位;實(shí)現(xiàn)人車靠近報(bào)警;實(shí)現(xiàn)人員上下車綁定判斷。

　　報(bào)警/尋呼功能

　　特有的雙向報(bào)警/尋呼功能，管理中心可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況給井下人員發(fā)送尋呼指令，通知井下人員緊急撤離或聯(lián)絡(luò)調(diào)度中心;同時(shí)井下人員在遇到特殊情況的時(shí)候，可以通過報(bào)警按鈕和調(diào)度人員進(jìn)行報(bào)警。雙向報(bào)警/尋呼功能方便了井下人員和調(diào)度人員的溝通，使管理變的更方便，更人性化。

　　通訊聯(lián)絡(luò)子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)充分利用井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、地表辦公網(wǎng)和井下WIFI網(wǎng)絡(luò)，并充分考慮現(xiàn)有的辦公和生產(chǎn)調(diào)度電話系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了WIFI手機(jī)、固定IP電話、語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的IP電話、辦公電話、生產(chǎn)調(diào)度電話的互聯(lián)互通。

　　礦外電話包括手機(jī)可以直接聯(lián)系到礦區(qū)井下。只要取得授權(quán)，即可實(shí)現(xiàn)井下WIFI手機(jī)與固定電話與礦外電話、任意手機(jī)的聯(lián)系。

　　通過IP調(diào)度平臺(tái)將全礦所有電話系統(tǒng)互聯(lián)互通，為礦區(qū)的生產(chǎn)調(diào)度指揮提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和語(yǔ)音保障。

　　WIFI手機(jī)無(wú)縫漫游技術(shù)

　　為了解決無(wú)線手機(jī)的漫游問題，我們?yōu)樗袩o(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備建立了統(tǒng)一的無(wú)線客戶端共享平臺(tái)，利用這種共享平臺(tái)機(jī)制，無(wú)線手機(jī)的注冊(cè)資料只保留在其接入的無(wú)線基站上，一舉解決了無(wú)線手機(jī)注冊(cè)資料同時(shí)存于多臺(tái)基站設(shè)備上而引起的手機(jī)成功無(wú)法注冊(cè)的問題。

　　另一方面，為了保證這個(gè)無(wú)線客戶端信息共享平臺(tái)運(yùn)作正常，為每臺(tái)基站設(shè)備定制了客戶端輪詢機(jī)制。每臺(tái)基站每隔一個(gè)時(shí)刻會(huì)對(duì)其無(wú)線客戶端接入表中的設(shè)備進(jìn)行輪詢，檢查是否每臺(tái)客戶端的實(shí)時(shí)狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)客戶端已經(jīng)處于非活動(dòng)狀態(tài)，即表明該客戶端已經(jīng)離開了本基站的服務(wù)范圍，則會(huì)將其從表中剔除，并通知其他設(shè)備。利用這兩種方法，井下實(shí)現(xiàn)無(wú)線語(yǔ)音漫游才變得可能。經(jīng)過對(duì)設(shè)備配置的優(yōu)化，目前足以保障整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)縫漫游，運(yùn)動(dòng)中通話不中斷、不卡頓等功能。

　　監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)

　　根據(jù)工業(yè)以太網(wǎng)及水平網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以隨時(shí)搭建在井下工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之上。視頻監(jiān)控：采用數(shù)字一體化攝像機(jī)，不需要再另行布設(shè)視頻線纜，及視頻服務(wù)器。將IP攝像機(jī)直接接入到工業(yè)環(huán)網(wǎng)、WIFI的網(wǎng)絡(luò)接口上即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心的視頻監(jiān)控功能。

　　CO、風(fēng)速等傳感器可可以方便的接入到定位讀卡器的RS485接口上，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降乇韺?shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

　　結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過上述結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)方式，一套復(fù)雜的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下安全避險(xiǎn)綜合信息系統(tǒng)被清晰的劃分為四個(gè)子系統(tǒng)。同時(shí)，各子系統(tǒng)間分工協(xié)作、相互依托緊密聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)既能滿足井下安全避險(xiǎn)的需要，又可以適應(yīng)未來(lái)礦山的拓展需求。未來(lái)在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)接入更多不同用途、功能的傳感器及相應(yīng)的服務(wù)器和功能模塊后，此系統(tǒng)就可以變身為一套集安全管理、人員管理、生產(chǎn)管理、物資管理、決策分析于一體的礦山綜合管理信息平臺(tái)。

　　(本文作者現(xiàn)任職于上海萬(wàn)物通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司)