基于物联网技术的感知矿山应用研究

矿山安全生产自动化面临着感知手段单一、缺乏泛在感知网络等问题,在已有感知矿山理论的基础上,将物联网技术全面引入到矿山应用当中;通过系统阐述感知矿山特征、平台框架、关键技术以及逻辑结构,利用物联网感知手段多样,实现泛在感知的特点;提出人员监测及内壁巷道位移监测的应用模型;对物联网技术目前面临的发展困境及在矿山当中推广面临的问题进行了探讨,以期物联网技术在矿山领域能够得到良好应用。     

感知矿山建设经验

通过我们项目组在同煤集团铁峰煤业公司感知矿山建设的经验以及期间取得的成果,我们进行了切合实际的总结和概括,从而提出来感知矿山建设的四点经验,希望能为煤炭企业感知矿山建设提供借鉴和帮助,从而能加快煤炭行业的感知矿山建设的步伐,提供煤炭企业的信息化水平。     

感知矿山建设规划研究

感知矿山建设是物联网核心技术在煤炭企业中应用的尝试,是一项复杂的系统工程,因此需要对感知矿山建设进行总体规划、分步实施,本文结合感知矿山建设实践将整个建设阶段划分为整合阶段、拓展延伸阶段和升华阶段,并对各阶段的主要建设内容进行分析。     

物联网与感知矿山专题讲座之四——感知矿山物联网与煤炭行业物联网规划建设

指出感知矿山物联网M2M平台应为应用层服务提供开放的接口,适应完善安全避险"六大系统"、领导带班下井、煤矿灾害监测的需求;给出了煤炭行业物联网的四层结构,指出感知矿山物联网建设是整个煤炭行业物联网建设的重点,其它层次以煤矿安全管理和资源管理为主,并分析了矿业集团级、省级、国家级煤炭行业物联网的应用方式;提出了煤炭行业物联网建设需要注意的问题。     

物联网与感知矿山专题讲座之二——感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化

论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华;在数字矿山三层模型的基础上,给出了感知矿山模型;明确提出感知矿山的核心问题是"三个感知",即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。     

矿山物联网体系及其应用

随着矿山企业的不断发展,现有的信息化和自动化系统已经难以满足矿山企业的生产需要。矿山物联网概念的提出,可以解决现有矿山企业的信息化、自动化难题,实现矿山企业的全面感知、智能控制和综合管理,在一定程度上解决现有产品只流于表面主体功能需求,而细节方面较差的问题,消除矿山企业的"信息孤岛"现象。     

感知矿山物联网愿景与发展趋势

给出了矿山物联网的愿景,即实现矿山物与物相连,减少甚至消除监测盲区,运用云计算和大数据技术提取有用的监测信息,真正实现本质安全矿山;从技术和服务模式2个方面梳理了矿山物联网的发展趋势,阐述了雾计算技术、网络分形结构、矿山物体的本体描述与知识化、云计算与大数据技术等概念及其在矿山物联网中的应用与发展,对协同工作模式和购买服务模式进行了展望。     

物联网与感知矿山专题讲座之三——感知矿山物联网的特征与关键技术

指出了感知矿山物联网是在煤矿综合自动化基础上的延伸和扩展应用,因而,感知矿山物联网在很大程度上有别于综合自动化系统;由于煤矿应用的特点,感知矿山物联网与目前地面物联网应用也有一些不同之处;介绍了感知矿山物联网的特征,它主要表现在多系统综合应用、感知层开放、应用平台开放和适合构建逻辑子系统等几个方面;分析了感知层、网络层、应用层的关键技术和跨层的公共技术;给出了感知矿山物联网的开放性要求和标准建设。该文对更好地理解感知矿山物联网的建设具有一定的参考价值。     

物联网与感知矿山专题讲座之一——物联网基本概念及典型应用

介绍了物联网的发展、基本概念、体系结构、标准及典型应用,同时指出了目前物联网应用中存在的问题,提出在感知矿山物联网建设中不能照搬地面应用模式,以避免出现新的信息孤岛和子系统问题孤岛。该文讨论的内容是理解将在本刊连续发表的"物联网与感知矿山"系列文章的基础。     

矿山物联网顶层设计

介绍了矿山物联网技术发展现状和产业发展模式,指出矿山物联网顶层设计的目的是从国家安全生产监管的全局进行感知矿山总体设计,实现矿山物联网物与物相联,并明确矿山物联网的服务本质。探讨了矿山物联网的发展趋势:关键技术不断突破,服务承载模式逐步显现,政府与企业共促发展。阐述了矿山物联网发展重点领域:核心关键技术突破,包括微型化智能装置及能量捕获技术,矿山覆盖网络、通信与灾后重建技术,云计算、大数据及安全生产管理技术,矿山语义与虚拟化技术,安全、隐私与可信网络技术;5S应用,即感知人员、感知灾害、感知设备、感知矿区、感知管理;云服务体系构建;标准化建设。提出了矿山物联网保障措施及建设路线。     

加快矿山物联网建设

总结了"十二五"期间国家安全生产监督管理总局在推动矿山物联网建设方面所开展的工作及取得的成果,明确了"十三五"期间矿山物联网建设方面的重点布局。指出为提升安全生产监管能力和煤矿企业的事故防范能力,应加快矿山物联网建设;在矿山物联网建设过程中应进一步完善矿山物联网顶层设计,结合矿山物联网云平台建设与大数据技术,实现矿山行业安全生产形势预测。     

矿山物联网标准建设的思考

讨论了矿山物联网标准建设的重要意义,对物联网建设中普遍存在的争议——是标准先行还是应用先行进行了剖析,分析了我国矿山物联网标准建设的现状与发展趋势。对矿山物联网顶层设计中的标准体系规划进行了简要解读,举例分析了哪些是涉及面广的标准,哪些是具体应用的标准。指出矿山物联网标准立项建设时应根据具体情况和标准的内容,灵活掌握标准先行还是应用先行。以网络层时间同步标准为例说明了矿山物联网标准应具有适应性和可扩展性。     

物联网技术在金属矿山的应用思考

分析了中国金属矿山物联网建设存在的问题,提出了构建适应中国金属矿山特点的金属矿山物联网生态体系的理念,指出金属矿山物联网生态体系是实现矿山安全、高效、绿色、可持续发展的必然之路。介绍了国内外金属矿山物联网技术的发展现状。给出了金属矿山物联网生态体系的技术内涵及其架构,并从方案设计及系统建设,生产作业及数据应用,系统维护、优化控制及升级改造等环节阐述了金属矿山物联网生态体系建设的要点。     

区块链技术在矿山物联网中的应用研究

针对矿山物联网中数据传输和存储过程中存在易丢失和被篡改等问题,将区块链技术应用于矿山物联网的数据传输与存储中。构建了以数据层、传输层、共识层为核心的矿山私有区块链架构;设计了基于共识模块和数据区块的矿山物联网数据传输与存储防护方案;应用实用拜占庭容错(PBFT)算法设计了数据共识过程,通过在分布式结构化P2P网络每2个节点间设置共识模块并优化P2P协议,实现了矿山数据安全性共识。测试结果表明,私有区块链的应用保证了矿山物联网数据的准确传输和可靠存储。     

煤矿物联网的设计与应用分析

介绍了煤矿物联网感知层、网络层和应用层的设计方案;指出煤矿物联网建设过程中的关键技术为物联网标志体系、综合通信基站、井下分布式传感技术、异构网络的互联互通,并提出了相应的解决方案;分析了煤矿物联网在安全生产和管理、综合多媒体通信、矿用设备和物资监管等方面的具体应用。     

基于跨层设计的矿山物联网感知层协作网络寿命优化

为了满足矿山物联网感知层服务质量（ QoS）的要求,采用一种基于跨层设计的无线协作通信机制,在Nakagami-m衰落信道中,通过物理层自适应调制编码（ AMC）和链路层混合自动重传请求（ HARQ）协议跨层设计,研究无线通信网络的HARQ协作机制,推导出协作传输系统的总能耗表达式,建立跨层优化模型。基于贪婪策略的思想,提出一种网络寿命最大化的功率分配算法（ NLMPAA）,在保证误码率指标的前提下,在最大功率的约束范围内,对功率矩阵进行优化,使网络寿命最大化。仿真结果表明：基于协作机制的网络寿命明显优于非协作机制网络,本文提出的NLMPAA可以延长网络寿命20%以上。     

矿山物联网服务承载平台与矿山购买服务

矿山综合自动化系统由于没有考虑容纳第三方的服务,逐步显露出系统封闭、标准不一、信息应用困难、对矿山技术人员要求高等问题,阻碍了其发展。明确了矿山物联网的本质为服务承载平台,矿山物联网应具有相应的公共服务能力,包括基于位置的服务、基于时间的服务、基于信息的服务、基于云的服务、基于大数据的服务、基于语义的服务等,重点论述了矿山物联网应具备的服务能力和矿山购买服务,指出这些服务能力会随着技术和需求的发展而不断充实与增加,使矿山物联网逐步向智慧矿山迈进。     

面向矿山安全物联网的光纤传感器

针对矿山安全监测系统中传统电子传感器存在的精度低、可靠性差、维护工作量大、有监控盲区等问题,提出采用光纤传感器与无线传感器构建煤矿人、机、环多维度、多参数、大容量监测系统;介绍了光纤传感器在矿山安全监测系统中的应用优势,重点介绍了激光光谱分析气体传感器、光纤光栅物理量传感器、光纤分布式温度传感器等矿用传感器的工作原理;以煤矿安全监控系统中的激光甲烷传感器、矿山微震监测系统中的光纤加速度传感器及采空区火灾监测预警系统中的光纤分布式温度传感器为例,介绍了矿用光纤传感器在矿山安全物联网中的应用情况。     

物联网感知层安全性研究综述

物联网的大规模应用离不开安全性的保障。感知层在物联网体系结构中处于底层,承担信息感知的重任。感知层的安全问题是物联网安全与互联网安全主要的差别所在,是物联网安全的重点。针对物联网感知层的安全架构、感知层的安全威胁进行了分析总结;从无线射频识别（ RFID）安全、无线传感器网络安全两个方面总结了近年来物联网感知层的安全性研究成果;提出了RFID安全和无线传感器网络安全的未来研究方向;给物联网安全领域的研究者提供一定的参考。