感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 特征及標(biāo)準(zhǔn)問題 中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng) (感知礦山 )研究中心 徐州市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心 2010年 9 月 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 1.煤礦基本系統(tǒng)簡介 2.感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 3.感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要特征 4.有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)及建設(shè)問題 5.中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng) (感知礦山 )研究中心 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 1、煤礦基本系統(tǒng)簡介 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 其他輔助系統(tǒng) 通風(fēng) 排水 供電 供壓 安監(jiān) 壓力 防火 降塵 煤礦生產(chǎn)涉及的系統(tǒng)多，戰(zhàn)線長，綜采設(shè)備、綜掘設(shè)備、膠帶運(yùn)輸、提升機(jī)、輔助運(yùn)輸、系統(tǒng)等； 煤礦生產(chǎn)還要面對復(fù)雜的地質(zhì)條件、礦山壓力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤塵等；排水、通風(fēng)、供電、供壓 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 1 井下主干網(wǎng) 2 調(diào)度室設(shè)備與大屏 3 主井提升系統(tǒng) 4 副井提升系統(tǒng) 5 井下主煤流運(yùn)輸系統(tǒng) 6 井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng) 7 采煤工作面系統(tǒng) 8 礦井選煤廠集控系統(tǒng) 9 地面矸石皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng) 10 井下各斜井提升系統(tǒng) 11 掘進(jìn)工作面系統(tǒng) 12 地面變電所系統(tǒng) 13 井下中央變電所系統(tǒng) 14 其他峒室變電所 15 采區(qū)變電所 16 通風(fēng)機(jī)房控制 17 壓風(fēng)系統(tǒng) 18 井下水泵房自動控制 19 井下供水系統(tǒng) 20 安全監(jiān)測系統(tǒng) 21 束管系統(tǒng) 22 瓦斯抽放站自動控制 23 礦壓監(jiān)測系統(tǒng) 24 調(diào)度電話 25 礦井無線通信系統(tǒng) 26 井下人員定位系統(tǒng) 27 考勤系統(tǒng) 28 工業(yè)電視系統(tǒng) 29 制冷站自動控制系統(tǒng) 30 鍋爐房系統(tǒng) 31 日用消防水泵房系統(tǒng) 32 礦井雨水泵房系統(tǒng) 33 污水處理監(jiān)控系統(tǒng) 34 防滅火系統(tǒng) 35 能源計量與管理系統(tǒng) 36 IP電話 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 電力監(jiān)測系統(tǒng) 1 號變電站 井下系統(tǒng) 地面系統(tǒng) 2 號變電站 洗煤廠集控系統(tǒng) 井上運(yùn)輸集控系統(tǒng) 膠帶機(jī)集控系統(tǒng) 井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng) 排水監(jiān)測系統(tǒng) 多套系統(tǒng)共存 系統(tǒng)總體復(fù)雜 沒有冗余 信息孤島 子系統(tǒng)孤島 備品備件多 維護(hù)人員多 維護(hù)工作量大 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 沖擊地壓事故 瞬間 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 電磁幅射監(jiān)測系統(tǒng) 便攜式礦用四通道聲發(fā)射儀 在線式礦用雙通道聲發(fā)射儀 聲發(fā)射感知探頭 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 有限空間的無線通信問題 軌道運(yùn)輸巷 皮帶運(yùn)輸巷 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 采煤工作面 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用模型與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)三層應(yīng)用架構(gòu) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 統(tǒng) 一 數(shù) 據(jù) 倉 庫 平 臺 生 產(chǎn) 安 全 管理決策應(yīng)用層 數(shù)據(jù)倉庫 信息處理 信息挖掘 信息融合 各種監(jiān)測監(jiān)控應(yīng)用平臺 信息集成與 MES 感知與控制層 骨干網(wǎng)平臺 辦公自動化 專家決策支持系統(tǒng) 設(shè)備運(yùn)行管理 三維仿真及 VR 經(jīng)營管理 生產(chǎn)計劃與接續(xù)管理 生產(chǎn)保障管理 考勤與勞資 安全生產(chǎn)信息管理 生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度指揮 通信 系統(tǒng) 工作 面 膠帶 運(yùn)輸 提升 系統(tǒng) 井下 供電 井下 排水 地面 供電 供壓 系統(tǒng) 通風(fēng) 系統(tǒng) 水處 理統(tǒng) 束管 監(jiān)測 安全系統(tǒng) 生產(chǎn)系統(tǒng) 供電系統(tǒng) 多媒體業(yè)務(wù) 瓦斯 抽放 防滅 火 人員 監(jiān)測 選煤 廠 鍋爐 房 井下 降溫 給水 系統(tǒng) 統(tǒng) 一 網(wǎng) 絡(luò) 傳 輸 平 臺 地理信息系統(tǒng) 視頻 系統(tǒng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型 感知網(wǎng) 調(diào)度網(wǎng) 企業(yè)網(wǎng) 內(nèi)網(wǎng) 外網(wǎng) 安全 監(jiān)測 安全生產(chǎn)監(jiān)控 安全生產(chǎn)監(jiān)控 安全生產(chǎn)監(jiān)控 安全生產(chǎn)監(jiān)控 安全生產(chǎn)監(jiān)控 安全生產(chǎn)監(jiān)控 感知層網(wǎng)絡(luò)平臺 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 總體設(shè)計 分步實施 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 3 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要特征 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) MEMS傳感及分布式傳感技術(shù) 無線傳輸與自組網(wǎng)技術(shù) 統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述 災(zāi)害風(fēng)險評價 實時避災(zāi)方案 個人安全環(huán)境感知 等等 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，“感知礦山”是通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智能化，打造本質(zhì)安全型礦井。 感知礦山建設(shè)的核心內(nèi)容 三個 感知 感知礦山災(zāi)害風(fēng)險，實現(xiàn)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報。 感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修 感知礦工周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用還處在早期應(yīng)用階段。 典型應(yīng)用如上海推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十大應(yīng)用示范工程：環(huán)境監(jiān)測、智能安防、智能交通、物流管理、樓宇節(jié)能管理、智能電網(wǎng)、醫(yī)療、精準(zhǔn)控制農(nóng)業(yè)、世博園區(qū)、應(yīng)用示范區(qū)和產(chǎn)業(yè)基地。 早期應(yīng)用的典型特征就是功能單一、網(wǎng)絡(luò)獨立、數(shù)據(jù)私有、缺乏標(biāo)準(zhǔn)。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 盡管這些系統(tǒng)大都以 Internet為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，但是： 無線覆蓋的感知層網(wǎng)絡(luò)是各行其是，長此以往，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)越來越多，勢必會出現(xiàn)同一地區(qū)存在多個無線感知網(wǎng)絡(luò)，而相互之間不能共用，形成子系統(tǒng)孤島。 當(dāng)前地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在的問題 缺乏統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，私有數(shù)據(jù)不能在系統(tǒng)間充分利用等尷尬局面。 缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用平臺，各種應(yīng)用均是各自獨立的平臺。 造成重復(fù)投資、資源浪費(fèi)，形成新的信息孤島。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 為什么這種問題還未引起人們足夠的重視。 一是由于目前尚處于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的早期階段，處于應(yīng)用試點和經(jīng)驗積累階段； 二是由于地面單功能應(yīng)用系統(tǒng)相對較大，如公共智能交通信息系統(tǒng)，覆蓋幾種不同的交通工具，數(shù)十條線路，數(shù)百輛車及數(shù)千個站臺，系統(tǒng)相對獨立是可以理解和接受的。 但這種模式顯然不能復(fù)制到感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)先行 應(yīng)用先行之爭 這是一個先有雞還是先有蛋之爭 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 煤礦生產(chǎn)與安全系統(tǒng)多達(dá)數(shù)十種 . 由不同廠商提供 ， 其數(shù)據(jù)格式 、 通信方式與協(xié)議 、 自動化水平均各不相同 。 這么多種系統(tǒng)主要均布置在巷道里 然而每種子系統(tǒng)中待監(jiān)測與控制的對象并不象地面那樣多 ， 如礦井交通系統(tǒng)通常只有幾輛車 ， 礦井主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)只有幾條皮帶 ， 排水系統(tǒng)只有兩三個泵房等等 。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是針對多種功能系統(tǒng)實現(xiàn)的監(jiān)測 、 控制與管理一體化的系統(tǒng) 。 顯然 ， 象地面應(yīng)用那樣為這些子系統(tǒng)分別建設(shè)單一功能的感知層網(wǎng)絡(luò) ， 在狹窄的巷道空間里形成數(shù)十套感知層網(wǎng)絡(luò)是不合適的 。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)一定要打破物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用初期那種功能單一 、 網(wǎng)絡(luò)獨立 、 數(shù)據(jù)私有 、 缺乏標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀 . 真正按物聯(lián)網(wǎng)所要求的開放 、 標(biāo)準(zhǔn) 、 物與物互聯(lián)的方式 . 采用適當(dāng)?shù)牡V山物聯(lián)網(wǎng)模型架構(gòu) ， 規(guī)范應(yīng)用模式 ，統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述方式 ， 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè) . 按照統(tǒng)一規(guī)劃 ， 整體設(shè)計 ， 分步實施的原則進(jìn)行 。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 在物聯(lián)網(wǎng)地面應(yīng)用初期階段，其應(yīng)用層平臺同樣也基本是單功能平臺，數(shù)據(jù)平臺通常也是采用普通的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)描述方法和格式相對簡單。 而感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要對各種不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合，除用于對礦山各種生產(chǎn)與安全子系統(tǒng)的監(jiān)測與控制外，還用于對礦山安全生產(chǎn)形勢評估、煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治、煤礦安全隱患排查、礦山資源環(huán)境控制及評價等，實現(xiàn)對整個礦山的優(yōu)化管理與安全動態(tài)跟蹤。 因此，必須對應(yīng)用層平臺及數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行統(tǒng)一考慮與設(shè)計。 各個子系統(tǒng)的監(jiān)控功能宜采用模塊化方式，可任意加入或退出應(yīng)用平臺。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)問題 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 感知層綜合業(yè)務(wù)服務(wù)。無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)必須能為井下所有移動物體提供感知服務(wù)，包括各種設(shè)備、人員、環(huán)境及工況監(jiān)測等等，真正實現(xiàn)物與物相聯(lián)； 移動代理與服務(wù)發(fā)現(xiàn)。隨著感知層應(yīng)用的擴(kuò)大，多個系統(tǒng)共同組成物與物相聯(lián)的 WSN網(wǎng)絡(luò)，這些系統(tǒng)可能是由多個廠商來實現(xiàn)的。因此需要解決如標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、移動Agent等問題，使感知礦山從開始就向著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，有利于 M2M設(shè)備層的移動。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 動態(tài)與靜態(tài)兼容。礦山生產(chǎn)與安全數(shù)據(jù)從每天只需幾個的靜態(tài)數(shù)據(jù)到動態(tài)要求很高的振動、語音、視頻。 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方法。用元數(shù)據(jù)技術(shù)為上述對象及數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方法，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺。根據(jù)元數(shù)據(jù)信息共享系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模塊和特點 ,實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)組織與管理、分布式數(shù)據(jù)共享、分布式數(shù)據(jù)快速索引機(jī)制以及跨平臺數(shù)據(jù)訪問，為信息融合、信息挖掘提供良好的數(shù)據(jù)平臺； 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 統(tǒng)一規(guī)劃、總體設(shè)計 分步實施、逐步完善 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng) (感知礦山 ) 研究中心簡介 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 采取“政產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的方式 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 研究了感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、主要特征、應(yīng)用模型、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、核心內(nèi)容等感知礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的主要問題。 提供感知礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案。按感知礦山的整體概念進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、總體設(shè)計、分步實施，避免出現(xiàn)重復(fù)投資、自動化孤島和信息孤島等現(xiàn)象。 提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)感知層網(wǎng)絡(luò)。無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)為井下所有移動物體提供感知服務(wù)，包括各種設(shè)備、人員、環(huán)境及工況監(jiān)測等等； 提供礦山異構(gòu)系統(tǒng) M2M解決方案。解決礦山子系統(tǒng)異構(gòu)互聯(lián)問題，解決如標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、移動 Agent等問題，使感知礦山從開始就向著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。 提供礦山主干網(wǎng)與移動網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一解決方案。礦山生產(chǎn)與安全數(shù)據(jù)從每天只需幾個的靜態(tài)數(shù)據(jù)到動態(tài)要求很高的振動、語音、視頻。 提供感知