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。     

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。     

物联网在感知矿山建设中的应用研究

目前的矿山建设研究主要以感知矿山建设为重,是在矿山建设中应用广泛受国家和各行各业的企业关注的物联网技术,主要是为了让相关单位全面感知矿山的生产和安全.感知矿山建设模型,是在对物联网发展历程的深刻研究,对可视化管理理论的深入学习的基础上,仔细分析了感知矿山建设的主要内容和建设步骤后提出来的,这为物联网与感知矿山建设的联合提供了坚实的理论基础.     

煤矿信息化建设回顾与展望

从煤矿信息化的定义出发,回顾了煤矿信息化建设经历的单机(系统)自动化、综合自动化、矿山物联网、智能矿山、感知矿山等阶段的特征、典型问题及具有代表性的解决方案,指出:单机(系统)自动化矿山仅能够对单一设备或单一系统进行简单控制,属于煤矿信息化建设的初级阶段;综合自动化矿山实现了多系统间的自动化控制,解决了信息孤岛问题,属于煤矿信息化建设的中级阶段;物联网矿山、智能矿山分别实现了人与人、人与物和物与物相联及深度相联,感知矿山实现了矿山信息与状态的认知与知识集成,属于煤矿信息化建设的高级阶段。梳理了煤矿信息化、数字化、虚拟化和智慧化之间的关系,指出:煤矿信息化包括矿山数字化、虚拟化和智慧化的所有内容;物理矿山、数字矿山、虚拟矿山通过物的集成、数据集成和语义集成形成一个完整的闭合体,智慧矿山是该闭合体的核心。分析了目前煤矿信息化建设在感知层、网络层、平台层、应用层存在的主要问题,探讨了煤矿信息化技术的发展趋势:自治设备大量涌现;煤矿透明化与精准控制;边缘计算与云平台协同;智能APP大量涌现。     

煤炭企业感知矿山建设思路应用分析

基于同煤集团铁峰煤业公司感知矿山项目的建设经验,本文提出了以信息化标准体系和虚拟化数据中心为基础,以综合自动化、工程数字化和管理信息化为支撑,以可视化集成平台为导向来实现感知矿山的建设思路,并对两大基础、三化建设和可视化集成平台的具体功能建设情况进行了系统介绍。经过铁峰公司建设实际效果分析,论证了本文提出的感知矿山建设思路的可行性和重要意义。     

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。     

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。     

智慧矿山重要特征与实现途径

分析了矿山信息化建设现状和存在的问题,总结了智慧矿山区别于自动化矿山、信息化矿山、数字化矿山等矿山概念的重要特征:透彻感知、深度互联、高度智能;提出了智慧矿山的实现途径:制定智慧矿山技术规范和标准,实行矿山信息的全面数字化,研发和推广先进智能化技术与装备,开发智慧决策应用。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

感知矿山建设价值研究

随着信息化时代的到来,煤炭企业信息化建设积极开展起来,各个集团及其下属子公司煤矿企业等都加快了建设煤炭企业信息化的步伐。本文通过对煤炭企业感知矿山建设的意义、必要性和效益的研究,来阐述煤炭企业感知矿山建设的重要价值从而为其提供切合实际的理论依据和参考。     

智慧矿山基本内涵、核心问题与关键技术

归纳了智慧矿山基本内涵,即具备对矿山的主动感知能力、自动分析能力及快速处理能力,数字矿山是智慧矿山的基础和依托,无人矿山是智慧矿山的高级阶段和终极目标;指出了智慧矿山待解决的三大核心问题,即矿山状态深度感知、矿山数据深度挖掘及矿山安全生产与管理决策支持;分析了智慧矿山所依托的三大关键技术,即煤矿物联网技术、煤矿大数据技术及煤矿智能决策支持技术。     

智能化矿山通信接口与协议技术规范研究

目前矿山智能化建设存在接口协议不统一、易形成新的“信息孤岛”等问题,导致矿山数据融合共享难度大,难以实现智能化矿山高质量发展。分析指出矿山智能化建设的关键问题在于缺乏规范统一的数据采集、传输与共享标准;按照核心规范、应用规范、运维规范,设计了智能化矿山通信接口与协议技术体系;提出了智能化矿山通信接口与协议模型,定义了该模型的感知层、传输层、应用层;构建了智能化矿山设备模型,对通信接口进行形式化描述;将智能化矿山数据分为感知数据、文本数据和音视频数据,定义了3种数据的报文结构;根据目前矿山设备、技术应用情况和发展方向,将智能矿山数据采集方式分为设备直接采集、协议转换采集、系统中转采集,给出了3种数据采集方式的适用场景,并描述了感知数据、文本数据、音视频数据的采集和传输过程。智能化矿山通信接口与协议技术规范全域覆盖矿山数据融合通信的整个过程,旨在为智能化矿山数据采集、传输、融合、共享提供统一的接口方式和通信协议规范,实现矿山各系统之间的互联互通。     

感知矿山自动化建设

通过同煤集团铁峰煤业公司感知矿山建设,我们尤其针对自动化方面的基础行建设情况进行了重点介绍,通过建设经验为煤炭企业感知矿山的自动化建设提供可靠的意见,从而加快感知矿山的建设速度,为感知矿山建设奠定良好的自动化基础。     

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。     

论矿山物联网的结构性平台与服务性平台

分析了目前煤矿综合自动化存在的主要问题,提出需采用物联网技术及其平台性来实现矿山物理世界的实时控制、精确管理和科学决策;指出矿山物联网的3层架构决定了矿山物联网是一种开放式平台,且该平台体现为结构性平台和服务性平台;提出矿山物联网的结构性平台应具有开放的感知层平台、开放的主干传输平台以及开放的应用基础平台;根据目前煤矿实际需求,介绍了矿山物联网服务性平台中的分布式监测监控底层服务平台、为第三方提供公共服务的平台、多学科协同工作平台以及云服务平台;最后指出结构性平台可确保服务性平台的有效实施,服务性平台有利于矿山不同专业在同一个公共平台上协同工作,形成一种新的基于物联网的协同工作模式,同时有利于将各种不同的应用服务集成到矿山物联网中,推动矿山安全生产所需服务的专业化发展。     

人工智能技术在矿山智能化建设中的应用初探

介绍了人工智能技术的相关概念、发展概述及其在煤炭行业发展中的应用,指出目前人工智能技术在矿山应用只是点状结合和浅度结合,没有实现人工智能技术和矿山某个生产或管理系统层面的深度融合。概述了智能矿山的发展历程,指出智能矿山是人工智能技术、大数据技术、物联网技术和矿山实体的深度融合体,利用智能通信、智能控制和智能计算技术实现数字化矿山的计算、处理,构建数字孪生矿山,通过数字孪生矿山和物理矿山的智能交互演化,达到对煤矿安全、高效、绿色的生产控制。构建了将人工智能技术和矿山深度融合的包括设备层、智能层、应用层的智能矿山三层构架:应用层处于智能矿山的最高层,其中的数字孪生矿山子层相当于“数字大脑”,实现矿山最高层次的智能控制;智能层中的智能体要求子系统不仅仅是应用人工智能技术处理子系统所产生的数据,而是从架构上就要将智能计算、智能通信、智能控制融为一体。展望了智能矿山建设的发展趋势:智能化矿山需要加强人工智能技术和矿山融合度的深入研究,将现有的基于人工智能的故障检测、诊断及超前干预技术应用到机器人系统中,智能计算、智能通信、智能控制融合的巡检机器人将是最早能推广的井下智能体之一;智能化矿山需要进一步加强复杂巨系统建模技术的研究,只有建立了矿山的复杂巨系统模型,才能实现采矿活动和环境的协同互动,实现采煤活动的精准控制,复杂巨系统模型的缺乏将是未来智能矿山建设亟需解决的问题。     

矿山分布式分级自治系统设计

针对矿山管理系统对精准开采、异构性、分布性、自治性、数据驱动性等特性的需求,提出了一种基于矿山信息物理融合系统的矿山分布式分级自治系统。该系统由智慧感控层、信息传输层、统一调度层、模型描述层和管控应用层5个层级组成:智慧感控层的感控节点可实现对人、机、环的泛在感知、控制和调节;信息传输层将骨干网络和子网络相结合、有线网络与无线网络相结合,可提高数据传输的可靠性,减少"信息孤岛"的产生;统一调度层可实现系统语义和系统时间的统一,提高了数据利用效率;模型描述层可实现对矿山整体的数字描绘;管控应用层接入矿山应用系统,可降低矿山应用系统的开发难度,提高矿山管理的智慧性。该系统具有可靠性、协同性和自治性,为实现矿山精准开采、无人值守和少人作业提供了技术支撑。     

基于情境感知的智慧矿山服务系统研究

随着矿山信息化技术的快速发展,信息系统的种类和数量日益增多,但其服务对象主要限于管理人员,落后的信息管理模式使得绝大多数一线矿工难以获得及时的信息服务,无法有效预防各类安全隐患,造成信息资源的极大浪费.针对以上问题,结合煤矿自身的行业特点,将情境感知技术引入到智慧矿山的建设中,构建了一个基于情境感知的智慧矿山服务系统,通过情境信息采集、情境信息推理、服务配置模型等关键步骤,能够实时感知井下矿工的情境需求,提供更加智能化的业务服务或服务组合,并能实现对煤矿遗留信息系统的充分利用以及更全面的互联互通.最后,通过仿真环境下的测试说明了构建该服务系统的过程以及实施情境感知服务的效果,并对可能存在的各种潜在问题进行了讨论.