煤矿物联网研究中的问题及其方向

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1、煤矿物联网研究中的问题及其方向　　引言　　　　物联X从1995年提出理念至今已经发展了近20年。　　2009年至今是物联X技术高速发展的年代，特别是2014年，世界物联X从研究与发明阶段转为市场推广应用阶段。据IDC（InterDataCenter,互联X数据中心）预测，到2020年世界上与X络相连的智能装置的数量将达到260亿（不包括PCs、平板电脑和智能），物联X产品与服务的市场增加值可达19000亿[1].从20世纪90年代至今，煤矿自动化先后经历了单机自动化、综合自动化和煤矿物联X3个阶段的发展。虽然物联X技术在煤矿行业的

2、研究与应用已经取得了一定成果，但是国内外关于煤矿物联X没有一个统一的定义，很多概念与煤矿物联X相混淆。在国内，使用较多的概念有数字矿山、感知矿山、智能矿山、智慧矿山、煤矿物联X等。在国外，多以煤矿无线传感X络为主。在中国，吴立新等[2-4]较早提出了数字矿山的概念。实际上该概念与信息化矿山、矿山综合自动化等概念趋于一致。张申等[5-8]比较全面地给出了感知矿山的定义，指出感知矿山是在综合了上述概念基础上，更加具体、全面、动态、详尽地描述真实矿山。从对矿山的描述层次上来说，煤矿物联X是融合了真实物理矿山、数字矿山和虚拟信息矿山三者为

3、一体的综合体，如图1所示。　　1煤矿物联X研究现状　　　　近些年，国内外相关科研人员针对物联X技术在煤矿领域的应用做了很多研究，并取得了一定成果。下面分别从体系架构、感知层、传输层、应用层及工程应用方面，对煤矿物联X的国内外研究现状进行总结。　　1.1国内煤矿物联X研究现状　　　　在体系架构研究方面，吴立新等指出应利用物联X技术建设数字矿山集成平台、矿山自动化系统、井下精确定位与导航系统以及采矿环境的智能感知系统。张申等[6]提出感知矿山建设的核心问题为3个感知:感知矿山灾害风险，实现各种灾害事1安全保障；感知矿山设备工作健康状况

4、，实现预知维修。张申等[9]在分析煤矿综合自动化的基础上，提出釆用物联X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X是一种开放式平台，且该平台体现在结构性平台和服务性平台2个方面。解海东等[10]在分析智能矿山建设现状的基础上，提出了一种基于物联X的5层智能矿山体系架构方案，并提出了基于该架构的智能矿山应用体系，指出该体系可用于指导煤矿企业建设矿山物联X系统。张科利等[11]提出了智能生产系统概念，在物联X技术的基础上，提出了一个弹性的智能生产系统。张长江等[12]指出将物联X技术应用到矿山，可以

5、实现矿井的全面感知、智能控制和综合管理，并能较好地消除矿山企业存在的信息孤岛现象。孙彦景等[13]提出构建动态感知煤矿灾害状况、设备健康状态、人员安全环境的煤矿安全生产物联协同X络系统。　　在感知层研究方面，丁恩杰等[14]研制了具有矿工定位、周围环境信息感知及双向通信功能的智能信息终端。王继水等[15]针对矿山实际需求，应用物联X技术，通过建立基于ZigBee技术的无线传感器X络，实现矿山环境的在线实时监测。李继云[16]、张春辉[17]分别就矿山物联X节点和数据采集终端进行了研究和设计，对矿山物联X硬件设备的开发和设计有一定的

6、参考和指导作用。　　在传输层研究方面，邵国强[18]针对常用的矿井2M、低功耗X络与通信、能量捕获等技术。　　（2）基于大数据的矿山安全生产云服务平台。　　研究基于大数据时空行为分析等技术，提供高可靠、高扩展、高存取性能的多矿山大数据存储模式。基于大数据分析的矿山灾害孕育、演化及突发的全过程反演，实现矿山安全生产环境的透明化,在煤矿灾害的早期发现与预防领域实现突破。通过构建的基于云计算的统一服务平台，实现矿山安全生产信息的跨区域实时远程监测与共享服务。该方面主要涉及云计算（包括雾或微云）、大数据与物联X的聚合、数据发现与搜索等技术

7、。　　（3）安全性。如何解决煤矿物联X的安全与隐私保护问题，是物联X发展进程中重要兼必要环节。　　该方面主要涉及传感器X络安全、RFID安全、核心X安全、移动通信接入安全、无线接入安全、数据处理安全、数据存储安全、云安全、安全管理等技术。　　4结语　　　　中国经济目前已进入转型阶段，从追求GDP转变为可持续的科学发展。煤炭行业必须走科学发展的道路，由单纯追求产量的粗放式开发转变为安全、高效、绿色的科学开发，并最终形成矿山生态环境。　　在该过程中，传感器或装置将由智能型转变为智慧型。煤矿物联X提供了对矿山物理世界从感到知再到智慧的技

8、术，是实现科学开发煤矿和安全生产的重要手段。与其他行业的物联X一样，煤矿物联X的发展还存在诸多问题需要解决，如缺乏低功耗智能传感器及装置、矿井环境能量捕获技术、数据与X络安全方法、公共服务平台以及煤矿物联X相关标准等，涉及嵌入式智能传感技术、安全性