基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下安全避險(xiǎn)綜合信息系統(tǒng)

　　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)，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)決策支撐的平臺(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，如（圖1）所示。。

　　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，滿足未來擴(kuò)容延伸需求;

　　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)走向說明：井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)布設(shè)采用雙環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，

　　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，如（圖3）所示。

　　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)制造就穩(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：（此部分有點(diǎn)奇怪，不是采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)嘛，為什么又需要采用銅線等接入呢？）

　　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。