傳統(tǒng)礦山井下信息平臺往往是根據某一項需求(如視頻監(jiān)控、人機定位、語音通訊、環(huán)境測控、井下自動化設備測控等)建設相關的獨立信息系統(tǒng)，系統(tǒng)建設技術平臺、數據協(xié)議和接口規(guī)范無法統(tǒng)，系統(tǒng)之間不能聯(lián)動，整合困難，大多既無法滿足礦、集團、政府主管部門對于礦山行業(yè)生產過程的全面數據共享和決策支撐，也無法滿足礦山行業(yè)安全管理的需求。

　　目前井下數據傳輸網絡多采用有線傳輸，針對礦山不斷掘進的特點，有線網絡難以快速部署和移動部署，生產管理部門無法即時了解第一線的信息，不能為第一線的生產、安全、調度提供有效的支撐。

　　隨著數字化礦山的深化，急需建立基于物聯(lián)網的數字化礦山管理支撐平臺，形成能夠為所有生產管理、安全管理環(huán)節(jié)提供即時反映一線生產現場的全面有效的數據共享和運營決策支撐的平臺。

　　本項目目標是完成基于物聯(lián)網的礦山井下安全避險綜合信息系統(tǒng)，使其能夠利用物聯(lián)網技術的先進性，為礦山安全管理和生產過程控制提供統(tǒng)一的管理和決策支持平臺。通過對整體礦山各類數據的存儲和分析, 最終實現并提供人員車輛定位管理、IP調度指揮系統(tǒng)、井下智能交通信號控制系統(tǒng)、緊急撤離廣播系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、生產過程控制系統(tǒng)、礦山虛擬現實系統(tǒng)及其他工業(yè)控制應用，建立物聯(lián)網在礦山行業(yè)物聯(lián)網應用標準化及數據傳輸協(xié)議與接口規(guī)范。

　　建設需求

　　人員(車輛)定位：實現礦井下主要生產區(qū)域及主運輸巷、主通風巷精確連續(xù)定位;實現井下通行車輛精確連續(xù)定位;

　　語音通訊：實現井下固定點有線語音通訊，實現主生產區(qū)WIFI全覆蓋，實現井下無線通訊;

　　調度指揮：實現井下人員語音、短信調度，井下車輛語音調度;

　　視頻監(jiān)控：實現井下固定數字視頻監(jiān)控、井下WIFI覆蓋區(qū)域移動視頻采集;

　　生產環(huán)境在線監(jiān)測：實現固定位置一氧化碳、風速等環(huán)境參數的在線監(jiān)測監(jiān)控，實現井下安全人員手持設備無線實時在線監(jiān)測;

　　斜坡道交通信號管制：井下斜坡道無軌運輸交通信號管制系統(tǒng);

　　可擴展應用：通風自動化系統(tǒng)、排水自動化系統(tǒng)、供電自動化系統(tǒng)、設備狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)控、有軌運輸信集閉系統(tǒng)等。

　　系統(tǒng)架構

　　基于物聯(lián)網技術的井下安全避險綜合信息系統(tǒng)是工業(yè)以太環(huán)網技術、zigbee無線定位無線數傳技術、WIFI無線通訊技術、VOIP語音通訊技術、地理信系統(tǒng)技術、管理信息系統(tǒng)技術以及數據庫技術等多方面融合在一起的綜合信息平臺，將為礦山企業(yè)實現全面感知和礦井生產調度指揮實現可視化、自動化、信息化管理，實現物網相連-感知礦山。

　　系統(tǒng)主要有工業(yè)網絡子系統(tǒng)、人機定位子系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡子系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)幾個子系統(tǒng)組成。

　　工業(yè)網絡子系統(tǒng)

　　結合礦山實際情況，整個系統(tǒng)采用多技術融合的網絡通訊子系統(tǒng)，它包含工業(yè)以太環(huán)網、無線水平通訊子系統(tǒng)、無線綜合分站幾個主要部分。

　　工業(yè)以太環(huán)網

　　工業(yè)以太環(huán)網作為整個礦山的核心網絡，承載礦山所有工業(yè)自動化、視頻監(jiān)控、人機定位、環(huán)境監(jiān)測等數據的大流量傳輸，如(圖1)所示。。

　　工業(yè)以太環(huán)網的布設滿足以下幾個設計條件。

　　1.工業(yè)以太環(huán)網應滿足千兆數據帶寬，滿足井下各種應用的數據傳輸需求，且預留足夠的擴容余量;

　　2.覆蓋所有提升系統(tǒng)、生產中段馬頭門、風機房、采區(qū)變電所、炸藥庫、泵房等重要樞紐及機電設備場所(與地表生產系統(tǒng)結合形成全礦工業(yè)以太環(huán)網);

　　3.預留接口，滿足未來擴容延伸需求;

　　工業(yè)以太環(huán)網走向說明：井下工業(yè)以太環(huán)網布設采用雙環(huán)網架構，

　　無線水平通訊子系統(tǒng)

　　對于各生產中段水平主巷及斜坡道道采用無線綜合分站進行覆蓋，每隔若干米布設一個分站，實現WIFI和zigbee雙無線網絡覆蓋，如(圖3)所示。

　　無線水平通訊系統(tǒng)采用國際領先的無線技術，無線分站是采用最新的WIFI無線技術和一個zigbee定位模塊。由于該產品有兩個光纖模塊，整個無線骨干核心網采用“背靠背”的二層透明接力方式，組成了一條有線與無線混合的水平通訊鏈路，帶寬高，系統(tǒng)延時小，運行穩(wěn)定的無線骨干鏈路，可以承受各種諸如環(huán)境采集，人員定位，語音通訊、視頻監(jiān)控等應用。

　　無線分站組網的特點有：透明傳輸機制造就穩(wěn)定高速的無線鏈路;完善的冗余設計;無線手機的無縫漫游;特殊極化天線的使用;同步NTP自維護機制;動態(tài)TDD(時分雙工);雙向動態(tài)自適應調制;可調節(jié)ACK時延(ACK Timeout);OFDM技術。

　　無線綜合分站自愈環(huán)技術：無線基站支持對環(huán)路的自動檢測和倒換，無線鏈路兩端或多段接入礦區(qū)已經建成的工業(yè)光纖以太環(huán)網，無線鏈路與工業(yè)光纖以太網絡形成環(huán)或相切環(huán)，當無線鏈路中出現故障節(jié)點，系統(tǒng)可立即倒換鏈方向，保證系統(tǒng)業(yè)務不中斷，整個無線鏈路每臺設備都可作為光纖接入點，保障系統(tǒng)有效可靠運行，且對系統(tǒng)進行維護時業(yè)務不受任何影響。

　　采場網絡接入：(此部分有點奇怪，不是采用無線網絡嘛，為什么又需要采用銅線等接入呢?)

　　對于采場的網絡接入，考慮到采場采掘周期短，環(huán)境復雜，易刮碰。如采用光纜接入方案設備投入大、施工周期長、維護困難且無法回收再利用。本系統(tǒng)對于采場網絡接入采用銅線接入方法。

　　方案一：如采場內僅實現人員(設備)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至采場。

　　方案二：如采場內需要實現視頻、語音通訊、廣播、定位、緊急報警、CO監(jiān)測等綜合應用，則采用電話線ADSL方式配合礦山井下智能終端實現采場接入。

　　人機定位子系統(tǒng)

　　在井上信息管理中心注冊身份卡，其個人資料和識別號都儲存在監(jiān)控主機內，在礦井巷道的進出口、交叉道口、工作面、重要硐室、危險場合(如盲巷)、地面主要進出口等位置安裝了無線基站。

　　當攜帶身份卡的作業(yè)人員進入基站檢測范圍，或從基站附近通過時，基站可以將相關人員的身份等信息讀出并傳送到信息中心。信息中心計算機將收到的信息綜合處理后顯示在屏幕上，同時保存到數據庫中，以備隨時查閱。通過以太網連接到信息中心的各種終端客戶機，都可以通過瀏覽器來訪問人員和車輛的定位信息。

　　人機定位管理功能

　　實現在某一時刻或某個時間段內的人員車輛的靜態(tài)查詢和動態(tài)查詢，包括狀態(tài)分布查詢，某個指定人員車輛的移動軌跡查詢，歷史信息回饋等，如(圖6)所示。

　　靜態(tài)查詢

　　狀態(tài)分布查詢：井上信息中心系統(tǒng)，結合井下地圖，可以顯示某一時刻，在指定區(qū)域內的工作人員車輛的數量和位置分布情況;

　　人員車輛位置查詢：結合井下地圖，信息中心可以定位在某一時刻，目標人員車輛在井下的具體位置;

　　動態(tài)查詢

　　移動軌跡查詢：結合井下地圖，井上信息中心系統(tǒng)可以針對某個指定人員車輛，動態(tài)定位其在井下活動的軌跡路線;

　　歷史信息回放：井上信息中心可以查詢某一歷史時刻或某一時間段內，井下作業(yè)人員車輛的活動情況。

　　考勤管理功能

　　出入統(tǒng)計：系統(tǒng)能夠實時對下井人員入井時間、升井時間進行統(tǒng)計;對所有出入礦井的人員身份、時間進行記錄，并顯示是否遲到/早退。

　　井下崗位考勤：能實時對各單位人員下井班數、班次、遲到、早退等情況進行監(jiān)測和分類統(tǒng)計;能實時對井下各監(jiān)測區(qū)域工作人員的數量和分布情況進行分類統(tǒng)計。能自動匯總、存儲、自動生成報表和打印以上各信息。數據支持實時查詢，隨時可查詢單獨人員、班組、井、礦領導或公司領導下井情況。

　　出井異常報告：該功能可以記錄那些出井異常的人員。人員在井下時間過長，會有出井異常報警，并形成報告，報告包括出井異常人員的基本信息，入井時間，在井下滯留時間。方便管理。

　　車輛定位：

　　車輛安裝車載定位終端：實現車輛快速實時定位;實現人車靠近報警;實現人員上下車綁定判斷。

　　報警/尋呼功能

　　特有的雙向報警/尋呼功能，管理中心可以根據現場情況給井下人員發(fā)送尋呼指令，通知井下人員緊急撤離或聯(lián)絡調度中心;同時井下人員在遇到特殊情況的時候，可以通過報警按鈕和調度人員進行報警。雙向報警/尋呼功能方便了井下人員和調度人員的溝通，使管理變的更方便，更人性化。

　　通訊聯(lián)絡子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)充分利用井下光纖工業(yè)以太環(huán)網、地表辦公網和井下WIFI網絡，并充分考慮現有的辦公和生產調度電話系統(tǒng)，實現了WIFI手機、固定IP電話、語音網關的IP電話、辦公電話、生產調度電話的互聯(lián)互通。

　　礦外電話包括手機可以直接聯(lián)系到礦區(qū)井下。只要取得授權，即可實現井下WIFI手機與固定電話與礦外電話、任意手機的聯(lián)系。

　　通過IP調度平臺將全礦所有電話系統(tǒng)互聯(lián)互通，為礦區(qū)的生產調度指揮提供強有力的技術支持和語音保障。

　　WIFI手機無縫漫游技術

　　為了解決無線手機的漫游問題，我們?yōu)樗袩o線骨干網絡核心設備建立了統(tǒng)一的無線客戶端共享平臺，利用這種共享平臺機制，無線手機的注冊資料只保留在其接入的無線基站上，一舉解決了無線手機注冊資料同時存于多臺基站設備上而引起的手機成功無法注冊的問題。

　　另一方面，為了保證這個無線客戶端信息共享平臺運作正常，為每臺基站設備定制了客戶端輪詢機制。每臺基站每隔一個時刻會對其無線客戶端接入表中的設備進行輪詢，檢查是否每臺客戶端的實時狀態(tài)。如果發(fā)現某個客戶端已經處于非活動狀態(tài)，即表明該客戶端已經離開了本基站的服務范圍，則會將其從表中剔除，并通知其他設備。利用這兩種方法，井下實現無線語音漫游才變得可能。經過對設備配置的優(yōu)化，目前足以保障整個無線網絡可以實現手機無縫漫游，運動中通話不中斷、不卡頓等功能。

　　監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)

　　根據工業(yè)以太網及水平網絡的建設，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)已經可以隨時搭建在井下工業(yè)網絡之上。視頻監(jiān)控：采用數字一體化攝像機，不需要再另行布設視頻線纜，及視頻服務器。將IP攝像機直接接入到工業(yè)環(huán)網、WIFI的網絡接口上即可實現監(jiān)控中心的視頻監(jiān)控功能。

　　CO、風速等傳感器可可以方便的接入到定位讀卡器的RS485接口上，通過網絡傳輸到地表實現在線監(jiān)測監(jiān)控。

　　結語

　　經過上述結構化、模塊化的設計方式，一套復雜的基于物聯(lián)網的礦山井下安全避險綜合信息系統(tǒng)被清晰的劃分為四個子系統(tǒng)。同時，各子系統(tǒng)間分工協(xié)作、相互依托緊密聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)既能滿足井下安全避險的需要，又可以適應未來礦山的拓展需求。未來在工業(yè)以太環(huán)網接入更多不同用途、功能的傳感器及相應的服務器和功能模塊后，此系統(tǒng)就可以變身為一套集安全管理、人員管理、生產管理、物資管理、決策分析于一體的礦山綜合管理信息平臺。