感知矿山物联网架构

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1、感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网架构感知矿山物联网架构特征及标准问题特征及标准问题中国矿业大学物联网中国矿业大学物联网(感知矿山感知矿山)研究中心研究中心徐州市物联网产业发展研究中心徐州市物联网产业发展研究中心2010年年 9 月月感知矿山物联网感知矿山物联网1.煤矿基本系统简介煤矿基本系统简介2.感知矿山物联网应用模型及网络架构感知矿山物联网应用模型及网络架构3.感知矿山物联网主要特征感知矿山物联网主要特征 4.有关标准建设及建设问题有关标准建设及建设问题5.中国矿业大学物联网中国矿业大学物联网(感知矿山感知矿山)研究中心研究中心感知矿山物联网感知矿山物联网1、煤矿基本系统简介、煤

2、矿基本系统简介感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网其他其他辅助系助系统通风通风排水排水供电供电供压供压安监安监压力压力防火防火降尘降尘煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提升机、辅助运输、系统等；升机、辅助运输、系统等；煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤尘等；排水、通风、供电、供压水及煤尘等；排水、通风、供电、供压感知矿山物联网感知矿山物联网1井下主干网井下主干网2调调度室度室设备设备与大屏与大

3、屏3主井提升系主井提升系统统4副井提升系副井提升系统统5井下主煤流运井下主煤流运输输系系统统6井下井下辅辅助运助运输输系系统统7采煤工作面系采煤工作面系统统8矿矿井井选选煤厂集控系煤厂集控系统统9地面矸石皮地面矸石皮带带机运机运输输系系统统10井下各斜井提升系井下各斜井提升系统统11掘掘进进工作面系工作面系统统12地面地面变电变电所系所系统统13井下中央井下中央变电变电所系所系统统14其他峒室其他峒室变电变电所所15采区采区变电变电所所16通通风风机房控制机房控制17压风压风系系统统18井下水井下水泵泵房自房自动动控制控制19井下供水系井下供水系统统20安全安全监测监测系系统统21束管系束管系

4、统统22瓦斯抽放站自瓦斯抽放站自动动控制控制23矿压监测矿压监测系系统统24调调度度电话电话25矿矿井无井无线线通信系通信系统统26井下人井下人员员定位系定位系统统27考勤系考勤系统统28工工业电视业电视系系统统29制冷站自制冷站自动动控制系控制系统统30锅锅炉房系炉房系统统31日用消防水日用消防水泵泵房系房系统统32矿矿井雨水井雨水泵泵房系房系统统33污污水水处处理理监监控系控系统统34防防灭灭火系火系统统35能源能源计计量与管理系量与管理系统统36IP电话电话感知矿山物联网感知矿山物联网电力监测系统电力监测系统电力监测系统电力监测系统1 1 1 1 号变电站号变电站号变电站号变电站井下系统

5、井下系统井下系统井下系统地面系统地面系统地面系统地面系统2 2 2 2 号变电站号变电站号变电站号变电站洗煤厂集控系统洗煤厂集控系统洗煤厂集控系统洗煤厂集控系统井上运输集控系统井上运输集控系统井上运输集控系统井上运输集控系统胶带机集控系统胶带机集控系统胶带机集控系统胶带机集控系统井下环境安全监测系统井下环境安全监测系统井下环境安全监测系统井下环境安全监测系统排水监测系统排水监测系统排水监测系统排水监测系统多套系统共存多套系统共存多套系统共存多套系统共存 系统总体复杂系统总体复杂系统总体复杂系统总体复杂 没有冗余没有冗余没有冗余没有冗余 信息孤岛信息孤岛信息孤岛信息孤岛 子系统孤岛子系统孤岛子系

6、统孤岛子系统孤岛 备品备件多备品备件多备品备件多备品备件多 维护人员多维护人员多维护人员多维护人员多 维护工作量大维护工作量大维护工作量大维护工作量大感知矿山物联网感知矿山物联网冲击地压事故冲击地压事故瞬间感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网电磁幅射监测系统电磁幅射监测系统便携式矿用四通道声发射仪便携式矿用四通道声发射仪便携式矿用四通道声发射仪便携式矿用四通道声发射仪在线式矿用双通道声发射仪在线式矿用双通道声发射仪在线式矿用双通道声发射仪在线式矿用双通道声发射仪声发射感知探头声发射感知探头声发射感知探头声发射感知探头感知矿山物联网感知矿山物联网有限空间的无线通信问题有限空间

7、的无线通信问题轨道运输巷轨道运输巷皮带运输巷皮带运输巷感知矿山物联网感知矿山物联网采煤工作面感知矿山物联网感知矿山物联网2 2 感知矿山物联网感知矿山物联网应用模型与网络架构应用模型与网络架构感知矿山物联网感知矿山物联网物联网三层应用架构物联网三层应用架构感知矿山物联网感知矿山物联网统统一一数数据据仓仓库库平平台台生生产产安安全全管理决策应用层管理决策应用层数据仓库数据仓库信息处理信息处理信息挖掘信息挖掘信息融合信息融合各种监测监控应用平台各种监测监控应用平台信息集成与信息集成与MES感知与控制层感知与控制层骨干网平台骨干网平台办公自动化办公自动化专家决策支持系统专家决策支持系统设备运行管理设

8、备运行管理三维仿真及三维仿真及VR经营管理经营管理生产计划与接续管理生产计划与接续管理生产保障管理生产保障管理考勤与劳资考勤与劳资安全生产信息管理安全生产信息管理生产监控调度指挥生产监控调度指挥通信通信系统系统工作工作面面胶带胶带运输运输提升提升系统系统井下井下供电供电井下井下排水排水地面地面供电供电供压供压系统系统通风通风系统系统水处水处理统理统束管束管监测监测安全系统安全系统生产系统生产系统供电系统供电系统多媒体业务多媒体业务瓦斯瓦斯抽放抽放防灭防灭火火人员人员监测监测选煤选煤厂厂锅炉锅炉房房井下井下降温降温给水给水系统系统统统一一网网络络传传输输平平台台地理信息系统地理信息系统视频视频系

9、统系统感知矿山物联网应用模型感知矿山物联网应用模型感知矿山物联网应用模型感知矿山物联网应用模型感知网感知网调度网调度网企业网企业网内网内网外网外网安全安全监测监测安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控安全生产监控感知层网络平台感知层网络平台感知矿山物联网感知矿山物联网总体设计总体设计分步实施分步实施感知矿山物联网感知矿山物联网3 3 感知矿山物联网主要特征感知矿山物联网主要特征感知矿山物联网感知矿山物联网MEMS传感及传感及分布式传感技术分布式传感技术无线传输与自无线传输与自组网技术组网技术统一数据描

10、述统一数据描述灾害风险评价灾害风险评价实时避灾方案实时避灾方案个人安全环境个人安全环境感知感知等等等等感知矿山物联网感知矿山物联网作为物联网应用的一个重要领域，作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山感知矿山”是通是通过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化，打造本整体及相关现象的可视化、数字化及智能化，打造本质安全型矿井。质安全型矿井。 感知矿山建设的核心内容感知矿山建设的核心内容三个三个感知感知感知矿山灾害风险，实现灾害的预警预报。感知矿山灾害风险，实现灾害的预警预报。感知矿山设备工作健康状况，实现预

11、知维修感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网目前物联网的应用还处在早期应用阶段。目前物联网的应用还处在早期应用阶段。典型应用如上海推进物联网产业发展十大应用示典型应用如上海推进物联网产业发展十大应用示范工程：环境监测、智能安防、智能交通、物流范工程：环境监测、智能安防、智能交通、物流管理、楼宇节能管理、智能电网、医疗、精准控管理、楼宇节能管理、智能电网、医疗、精准控制农业、世博园区、应用示范区和产业基地。制农业、世博园区、应用示范区和产业基地。早期应用的典型特

12、征就是功能单一、网络独立、早期应用的典型特征就是功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准。数据私有、缺乏标准。感知矿山物联网感知矿山物联网尽管这些系统大都以Internet为骨干传输网络，但是：无线覆盖的感知层网络是各行其是，长此以往，随着物联网应用系统越来越多，势必会出现同一地区存在多个无线感知网络，而相互之间不能共用，形成子系统孤岛。当前地面物联网应用中存在的问题当前地面物联网应用中存在的问题缺乏统一数据平台，私有数据不能在系统间充分利用等尴尬局面。缺乏统一的应用平台，各种应用均是各自独立的平台。造成重复投资、资源浪费，形成新的信息孤岛。感知矿山物联网感知矿山物联网为什么这种问题还未引起人们

13、足够的重视。为什么这种问题还未引起人们足够的重视。一是由于目前尚处于物联网应用的早期阶段，处一是由于目前尚处于物联网应用的早期阶段，处于应用试点和经验积累阶段；于应用试点和经验积累阶段；二是由于地面单功能应用系统相对较大，如公共二是由于地面单功能应用系统相对较大，如公共智能交通信息系统，覆盖几种不同的交通工具，智能交通信息系统，覆盖几种不同的交通工具，数十条线路，数百辆车及数千个站台，系统相对数十条线路，数百辆车及数千个站台，系统相对独立是可以理解和接受的。独立是可以理解和接受的。但这种模式显然不能复制到感知矿山物联网应用但这种模式显然不能复制到感知矿山物联网应用中。中。 感知矿山物联网感知矿

14、山物联网标准先行标准先行 应用先行之争应用先行之争这是一个先有鸡还是先有蛋之争这是一个先有鸡还是先有蛋之争感知矿山物联网感知矿山物联网煤矿生产与安全系统多达数十种煤矿生产与安全系统多达数十种.由由不不同同厂厂商商提提供供，其其数数据据格格式式、通通信信方方式式与与协协议议、自自动动化化水水平平均均各各不相同。不相同。这么多种系统主要均布置在巷道里这么多种系统主要均布置在巷道里然然而而每每种种子子系系统统中中待待监监测测与与控控制制的的对对象象并并不不象象地地面面那那样样多多，如如矿矿井井交交通通系系统统通通常常只只有有几几辆辆车车，矿矿井井主主运运输输皮皮带带系系统统只只有有几几条条皮皮带带，

15、排排水水系统只有两三个泵房等等。系统只有两三个泵房等等。感感知知矿矿山山物物联联网网应应用用是是针针对对多多种种功功能能系系统统实实现现的的监监测测、控控制制与与管管理理一体化的系统。一体化的系统。显显然然，象象地地面面应应用用那那样样为为这这些些子子系系统统分分别别建建设设单单一一功功能能的的感感知知层层网网络，在狭窄的巷道空间里形成数十套感知层网络是不合适的。络，在狭窄的巷道空间里形成数十套感知层网络是不合适的。感知矿山物联网感知矿山物联网感感知知矿矿山山物物联联网网一一定定要要打打破破物物联联网网应应用用初初期期那那种种功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准的现状功能单一、网络独立、数据

16、私有、缺乏标准的现状.真真正正按按物物联联网网所所要要求求的的开开放放、标标准准、物物与与物物互互联联的方式的方式.采采用用适适当当的的矿矿山山物物联联网网模模型型架架构构，规规范范应应用用模模式式，统一数据描述方式，加强标准建设统一数据描述方式，加强标准建设.按照统一规划，整体设计，分步实施的原则进行。按照统一规划，整体设计，分步实施的原则进行。 感知矿山物联网感知矿山物联网在物联网地面应用初期阶段，其应用层平台同样也基在物联网地面应用初期阶段，其应用层平台同样也基本是单功能平台，数据平台通常也是采用普通的数据库，本是单功能平台，数据平台通常也是采用普通的数据库，数据描述方法和格式相对简单。

17、数据描述方法和格式相对简单。而感知矿山物联网应用层需要对各种不同系统的数据而感知矿山物联网应用层需要对各种不同系统的数据进行信息融合，除用于对矿山各种生产与安全子系统的进行信息融合，除用于对矿山各种生产与安全子系统的监测与控制外，还用于对矿山安全生产形势评估、煤矿监测与控制外，还用于对矿山安全生产形势评估、煤矿灾害预警与防治、煤矿安全隐患排查、矿山资源环境控灾害预警与防治、煤矿安全隐患排查、矿山资源环境控制及评价等，实现对整个矿山的优化管理与安全动态跟制及评价等，实现对整个矿山的优化管理与安全动态跟踪。踪。因此，必须对应用层平台及数据平台进行统一考虑与因此，必须对应用层平台及数据平台进行统一考

18、虑与设计。设计。各个子系统的监控功能宜采用模块化方式，可任意加各个子系统的监控功能宜采用模块化方式，可任意加入或退出应用平台。入或退出应用平台。 感知矿山物联网感知矿山物联网有关标准建设问题有关标准建设问题感知矿山物联网感知矿山物联网感知层综合业务服务。无线覆盖网络必须能感知层综合业务服务。无线覆盖网络必须能为井下所有移动物体提供感知服务，包括各为井下所有移动物体提供感知服务，包括各种设备、人员、环境及工况监测等等，真正种设备、人员、环境及工况监测等等，真正实现物与物相联；实现物与物相联；移动代理与服务发现。随着感知层应用的扩移动代理与服务发现。随着感知层应用的扩大，多个系统共同组成物与物相联

19、的大，多个系统共同组成物与物相联的WSN网网络，这些系统可能是由多个厂商来实现的。络，这些系统可能是由多个厂商来实现的。因此需要解决如标准化、服务发现、移动因此需要解决如标准化、服务发现、移动Agent等问题，使感知矿山从开始就向着标准等问题，使感知矿山从开始就向着标准化的方向发展，有利于化的方向发展，有利于M2M设备层的移动。设备层的移动。感知矿山物联网感知矿山物联网动态与静态兼容。矿山生产与安全数据从每动态与静态兼容。矿山生产与安全数据从每天只需几个的静态数据到动态要求很高的振天只需几个的静态数据到动态要求很高的振动、语音、视频。动、语音、视频。统一的数据描述方法。用元数据技术为上述统一的

20、数据描述方法。用元数据技术为上述对象及数据提供统一的数据描述方法，制定对象及数据提供统一的数据描述方法，制定统一的数据结构；统一的数据结构；统一的数据仓库平台。根据元数据信息共享统一的数据仓库平台。根据元数据信息共享系统的结构、模块和特点系统的结构、模块和特点 ,实现分布式数据实现分布式数据组织与管理、分布式数据共享、分布式数据组织与管理、分布式数据共享、分布式数据快速索引机制以及跨平台数据访问，为信息快速索引机制以及跨平台数据访问，为信息融合、信息挖掘提供良好的数据平台；融合、信息挖掘提供良好的数据平台；感知矿山物联网感知矿山物联网统一规划、总体设计统一规划、总体设计分步实施、逐步完善分步实

21、施、逐步完善感知矿山物联网感知矿山物联网中国矿业大学物联网中国矿业大学物联网(感知矿山感知矿山)研究中心简介研究中心简介感知矿山物联网感知矿山物联网采取采取“政产学研政产学研”结合的方结合的方式式感知矿山物联网感知矿山物联网研究了感知矿山物联网的基本概念、主要特征、应用模型、网络架构、关研究了感知矿山物联网的基本概念、主要特征、应用模型、网络架构、关键技术、核心内容等感知矿山物联网建设的主要问题。键技术、核心内容等感知矿山物联网建设的主要问题。提供感知矿山物联网整体解决方案。按感知矿山的整体概念进行统筹规划、提供感知矿山物联网整体解决方案。按感知矿山的整体概念进行统筹规划、总体设计、分步实施，

22、避免出现重复投资、自动化孤岛和信息孤岛等现象。总体设计、分步实施，避免出现重复投资、自动化孤岛和信息孤岛等现象。提供综合业务服务感知层网络。无线覆盖网络为井下所有移动物体提供感提供综合业务服务感知层网络。无线覆盖网络为井下所有移动物体提供感知服务，包括各种设备、人员、环境及工况监测等等；知服务，包括各种设备、人员、环境及工况监测等等；提供矿山异构系统提供矿山异构系统M2M解决方案。解决矿山子系统异构互联问题，解决如解决方案。解决矿山子系统异构互联问题，解决如标准化、服务发现、移动标准化、服务发现、移动Agent等问题，使感知矿山从开始就向着标准化等问题，使感知矿山从开始就向着标准化的方向发展。

23、的方向发展。提供矿山主干网与移动网络三网合一解决方案。矿山生产与安全数据从每提供矿山主干网与移动网络三网合一解决方案。矿山生产与安全数据从每天只需几个的静态数据到动态要求很高的振动、语音、视频。天只需几个的静态数据到动态要求很高的振动、语音、视频。提供感知矿山应用平台。包括矿山提供感知矿山应用平台。包括矿山MES监控平台，各种物联网应用平台，监控平台，各种物联网应用平台，数据平台的设计与实现。数据平台的设计与实现。 感知矿山物联网感知矿山物联网万钢部长万钢部长在物联网中心指导工作在物联网中心指导工作万钢部长表示，感知矿山万钢部长表示，感知矿山是解决煤矿安全的一个很是解决煤矿安全的一个很好的方向，很有创意，这好的方向，很有创意，这是解决国家长远发展与近是解决国家长远发展与近期问题的的很好的举措；期问题的的很好的举措； 感知矿山物联网感知矿山物联网谢谢谢谢Q&A中国矿业大学物联网中国矿业大学物联网(感知矿山感知矿山)研究中心研究中心张申张申 13305213518 徐钊徐钊 13605204451请各位批评指正请各位批评指正