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1建設(shè)目標(biāo)

（1）以地測(cè)、工程數(shù)據(jù)（即3DGIS）為基礎(chǔ)，自動(dòng)生成三維的地形、井巷工程立體圖、三維鉆孔、地層立體圖；在礦井采掘立體圖中三維顯示生產(chǎn)信息、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)信息：瓦斯、CO等有害氣體的三維分布、安全與生產(chǎn)設(shè)備的三維分布及其運(yùn)行狀態(tài)，主扇、局扇、風(fēng)門、采煤機(jī)、皮帶、水泵、壓風(fēng)機(jī)、水位等，井上、下視頻監(jiān)控圖像，將礦井地面與地下的真實(shí)全貌（包含生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)）完整地展現(xiàn)出來(lái)。（2）建立統(tǒng)一的開灤集團(tuán)礦山物聯(lián)網(wǎng)信息支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以光纖環(huán)網(wǎng)為骨干，以無(wú)線通訊和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線為支撐的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通與無(wú)縫聯(lián)接；對(duì)開灤集團(tuán)當(dāng)前安全生產(chǎn)和自動(dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)備進(jìn)行集成改造；依照“物網(wǎng)合一”的原則要求，對(duì)孤立系統(tǒng)和業(yè)務(wù)進(jìn)行有機(jī)整合，創(chuàng)建礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、信息融合和聯(lián)動(dòng)控制。經(jīng)過以上目標(biāo)建設(shè)，為災(zāi)后應(yīng)急救援系統(tǒng)提供更好的支持。

2礦山物聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

礦山物聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。礦山物聯(lián)網(wǎng)骨干是以礦山物聯(lián)網(wǎng)控制分站為核心的光纖環(huán)網(wǎng)。通過控制分站的各種智能通訊接口，光纖環(huán)網(wǎng)能夠聯(lián)接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，接入WLAN、無(wú)線傳感網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線等終端感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和無(wú)縫聯(lián)接，為礦山物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸支撐平臺(tái)。礦山物聯(lián)網(wǎng)各融合業(yè)務(wù)通過礦山物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，共享物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，不用擔(dān)心異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信問題。通過礦山物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合功能，各業(yè)務(wù)只傳送自己所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容，而不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延和可靠性等問題，這些均由礦山物聯(lián)網(wǎng)及其組網(wǎng)傳輸算法來(lái)自適應(yīng)配置完成。

3實(shí)施方案

根據(jù)開灤集團(tuán)礦山物聯(lián)網(wǎng)示范平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線，首先需要建立統(tǒng)一的礦山物聯(lián)網(wǎng)傳輸平臺(tái)，然后梳理當(dāng)前的應(yīng)用系統(tǒng)，將當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信方式各異的各分立系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)整合和數(shù)據(jù)無(wú)縫聯(lián)接。建設(shè)開灤集團(tuán)礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合信息平臺(tái)及其綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控、綜合數(shù)字通訊、綜合定位管理、緊急避險(xiǎn)、安全預(yù)警與應(yīng)急救援指揮等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

3.1礦山三維地理圖礦山新的三維工況如圖2所示。根據(jù)三維地理數(shù)據(jù)自動(dòng)產(chǎn)生礦上主巷道。在三維地理圖實(shí)時(shí)顯示全礦井井下人員總數(shù)、井下不同分站的人員分布，區(qū)域人員分布。在三維地理圖上標(biāo)注傳感器、基站、攝像頭位置，并能通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)查詢。通過三維地理信息系統(tǒng)形象展示礦井巷道布置、生產(chǎn)系統(tǒng)路線以及臨時(shí)路線，通過測(cè)量?jī)x自動(dòng)錄入三維地理數(shù)據(jù)。

3.2礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合信息平臺(tái)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比如圖3所示。將傳統(tǒng)光纖以太網(wǎng)核心設(shè)備，包括交換機(jī)、路由器和網(wǎng)關(guān)，更換為中科院自主研發(fā)和擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦山物聯(lián)網(wǎng)控制分站，連接光纜形成光纖環(huán)網(wǎng)，建立礦山物聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)。礦山物聯(lián)網(wǎng)控制分站除了具有光纖接口之外，還能夠連接WLAN、無(wú)線傳感網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，并且具有終端設(shè)備接入能力，能夠承載礦山綜合業(yè)務(wù)。通過在礦井主要地點(diǎn)部署礦山物聯(lián)網(wǎng)控制分站，對(duì)井下作業(yè)地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)覆蓋，承載礦山業(yè)務(wù)，包括安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、數(shù)字廣播、無(wú)線通信、定位管理、安全預(yù)警、避險(xiǎn)救災(zāi)等。在完成了礦山物聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的前提下，為了建立礦山物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)礦山物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)職能，還需要實(shí)施必要的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議算法，完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合和業(yè)務(wù)融合功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的支撐。這樣，通過信息整合，統(tǒng)一地面各系統(tǒng)中心站計(jì)算機(jī)的顯示控制界面，有效減少后期接入系統(tǒng)的軟件建設(shè)費(fèi)用。

3.3綜合通訊系統(tǒng)將井下數(shù)字廣播、井下有線電話、井下無(wú)線數(shù)字通信和井下多媒體調(diào)度，按照業(yè)務(wù)相關(guān)性融合“綜合數(shù)字通訊系統(tǒng)”。開灤集團(tuán)礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合通訊系統(tǒng)如圖4所示。

3.4應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)在礦山物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的安全評(píng)估、預(yù)警與應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，通過綜合安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、綜合數(shù)字通訊系統(tǒng)、綜合定位系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，按照預(yù)先數(shù)據(jù)挖掘得到的對(duì)象模型對(duì)井下或某個(gè)區(qū)域的安全狀況進(jìn)行綜合分析評(píng)估，并根據(jù)安全評(píng)估、預(yù)警分析結(jié)果，通過物聯(lián)網(wǎng)的“綜合數(shù)字通訊系統(tǒng)”，第一時(shí)間、自動(dòng)將預(yù)警或報(bào)警信息以語(yǔ)音、圖像、文字、報(bào)警指令等方式發(fā)送到廣播、報(bào)警器、緊急避險(xiǎn)路線指示器，以及相關(guān)管理人員、井下作業(yè)人員的“物聯(lián)網(wǎng)”手持機(jī)上，并按照應(yīng)急預(yù)案向礦內(nèi)相關(guān)業(yè)務(wù)部門和礦外相關(guān)協(xié)作單位通報(bào)。開灤集團(tuán)礦山物聯(lián)網(wǎng)安全預(yù)警與應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)如圖5所示。（1）建立應(yīng)急救援指揮平臺(tái)和決策支持系統(tǒng)，注重加強(qiáng)應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急裝備的建設(shè)。當(dāng)遇到緊急狀況時(shí)，迅速啟動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案。同時(shí)，全面利用應(yīng)急救援資源，包括有專家支持的應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)；利用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)、三維虛擬再現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)急救援系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)可以及時(shí)開展對(duì)所有礦井井下危險(xiǎn)場(chǎng)所人員合理、及時(shí)的避災(zāi)路線引導(dǎo)。（2）在社會(huì)應(yīng)急資源中做到對(duì)上級(jí)應(yīng)急救援部門的地理位置標(biāo)注，并對(duì)行車路線進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。應(yīng)急資源管理中，對(duì)救援隊(duì)、消防隊(duì)、醫(yī)院、井上、井下應(yīng)急裝備庫(kù)的物資裝備做到規(guī)范科學(xué)管理，保障在突發(fā)事件中各類應(yīng)急資源的合理調(diào)配和及時(shí)到位。（3）建立健全礦區(qū)應(yīng)急救援預(yù)案實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。調(diào)度中心能實(shí)時(shí)在大屏顯示礦區(qū)各單位、各類應(yīng)急救援預(yù)案（如水、火、瓦斯、煤塵、頂板等應(yīng)急救援預(yù)案），為應(yīng)急救援提供有力支撐。（4）集團(tuán)公司及二級(jí)單位應(yīng)急救援平臺(tái)應(yīng)共享集成，包括應(yīng)急專家?guī)臁?yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急裝備及其他應(yīng)急資源。建立由相關(guān)專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員組成的應(yīng)急專家?guī)欤瑢＜規(guī)彀ǜ鲗＜夜ぷ鲉挝弧I(yè)情況、聯(lián)系方式等，實(shí)時(shí)掌握專家的信息。當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急險(xiǎn)情時(shí)，各專業(yè)專家能夠及時(shí)到位，并能尋求國(guó)內(nèi)、國(guó)際專家遠(yuǎn)程救援的技術(shù)支撐。建立應(yīng)急救援隊(duì)伍庫(kù)，應(yīng)急救援隊(duì)伍庫(kù)包括礦山救援組、醫(yī)療救護(hù)組、武裝保衛(wèi)組等，實(shí)現(xiàn)組織與聯(lián)系方式的動(dòng)態(tài)接合。建立應(yīng)急救援裝備庫(kù)。調(diào)度礦區(qū)所有應(yīng)急救援物資、裝備，對(duì)礦區(qū)內(nèi)的救援物資、裝備進(jìn)行統(tǒng)一編碼，及時(shí)掌握各單位物資、裝備的動(dòng)態(tài)數(shù)量及庫(kù)存情況。（5）將各礦手持無(wú)線視頻信號(hào)集成到應(yīng)急救援平臺(tái)。當(dāng)井下發(fā)生緊急狀況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)通過手持無(wú)線視頻裝備進(jìn)行記錄，并傳輸?shù)秸{(diào)度中心，調(diào)度中心根據(jù)視頻記錄進(jìn)行救援決策。（6）通過三維GIS（地理信息系統(tǒng)）建立礦區(qū)電子圖庫(kù)。建立礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖、礦井井上井下對(duì)照?qǐng)D、采掘工程平面圖、井下避災(zāi)路線圖。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)挖掘、智能推理和專家決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援預(yù)案推演、應(yīng)急救援方案智能輔助決策和動(dòng)態(tài)應(yīng)急避險(xiǎn)路線的計(jì)算與指示，從而為應(yīng)急救援提供有力保障。

4結(jié)語(yǔ)

開灤集團(tuán)根據(jù)礦山物聯(lián)網(wǎng)示范平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線，建立了統(tǒng)一的礦山物聯(lián)網(wǎng)傳輸平臺(tái)，并梳理正在使用的應(yīng)用系統(tǒng)，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各分立系統(tǒng)進(jìn)行了業(yè)務(wù)整合和數(shù)據(jù)無(wú)縫聯(lián)接，從而建設(shè)了礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合信息平臺(tái)及其綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控、綜合數(shù)字通訊、綜合定位管理、緊急避險(xiǎn)、安全預(yù)警與應(yīng)急救援指揮等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，推動(dòng)了企業(yè)智能化、自動(dòng)化管理水平。

作者：周紅軍郭繼如何莉單位：開灤集團(tuán)信息與控制中心