感知矿山物联网

感知矿山物联网架构特征及标准问题中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心2010年9月1.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3.感知矿山物联网主要特征4.有关标准建设及建设问题5.中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心1、煤矿基本系统简介其他辅助系统通风排水供电供压安监压力防火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、地下水及煤尘等；排水、通风、供电、供压1井下主干网2调度室设备与大屏3主井提升系统4副井提升系统5井下主煤流运输系统6井下辅助运输系统7采煤工作面系统8矿井选煤厂集控系统9地面矸石皮带机运输系统10井下各斜井提升系统11掘进工作面系统12地面变电所系统13井下中央变电所系统14其他峒室变电所15采区变电所16通风机房控制17压风系统18井下水泵房自动控制19井下供水系统20安全监测系统21束管系统22瓦斯抽放站自动控制23矿压监测系统24调度电话25矿井无线通信系统26井下人员定位系统27考勤系统28工业电视系统29制冷站自动控制系统30锅炉房系统31日用消防水泵房系统32矿井雨水泵房系统33污水处理监控系统34防灭火系统35能源计量与管理系统36IP电话电力监测系统1号变电站井下系统地面系统2号变电站洗煤厂集控系统井上运输集控系统胶带机集控系统井下环境安全监测系统排水监测系统多套系统共存•系统总体复杂•没有冗余•信息孤岛•子系统孤岛•备品备件多•维护人员多•维护工作量大冲击地压事故瞬间电磁幅射监测系统便携式矿用四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有限空间的无线通信问题轨道运输巷皮带运输巷采煤工作面2感知矿山物联网应用模型与网络架构物联网三层应用架构统一数据仓库平台生产安全管理决策应用层数据仓库信息处理信息挖掘信息融合各种监测监控应用平台信息集成与MES感知与控制层骨干网平台办公自动化专家决策支持系统设备运行管理三维仿真及VR经营管理生产计划与接续管理生产保障管理考勤与劳资安全生产信息管理生产监控调度指挥通信系统工作面胶带运输提升系统井下供电井下排水地面供电供压系统通风系统水处理统束管监测安全系统生产系统供电系统多媒体业务瓦斯抽放防灭火人员监测选煤厂锅炉房井下降温给水系统统一网络传输平台地理信息系统视频系统感知矿山物联网应用模型感知网调度网企业网内网外网安全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感知层网络平台总体设计分步实施3感知矿山物联网主要特征•MEMS传感及分布式传感技术•无线传输与自组网技术•统一数据描述•灾害风险评价•实时避灾方案•个人安全环境感知•等等作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山”是通过各种感知、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，打造本质安全型矿井。感知矿山建设的核心内容三个感知•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，实现预知维修•感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障•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。•早期应用的典型特征就是功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准。•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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。•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中。标准先行应用先行之争这是一个先有鸡还是先有蛋之争•煤矿生产与安全系统多达数十种.•由不同厂商提供，其数据格式、通信方式与协议、自动化水平均各不相同。•这么多种系统主要均布置在巷道里•然而每种子系统中待监测与控制的对象并不象地面那样多，如矿井交通系统通常只有几辆车，矿井主运输皮带系统只有几条皮带，排水系统只有两三个泵房等等。•感知矿山物联网应用是针对多种功能系统实现的监测、控制与管理一体化的系统。•显然，象地面应用那样为这些子系统分别建设单一功能的感知层网络，在狭窄的巷道空间里形成数十套感知层网络是不合适的。•感知矿山物联网一定要打破物联网应用初期那种功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准的现状.•真正按物联网所要求的开放、标准、物与物互联的方式.•采用适当的矿山物联网模型架构，规范应用模式，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。•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，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踪。•因此，必须对应用层平台及数据平台进行统一考虑与设计。•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。有关标准建设问题•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，包括各种设备、人员、环境及工况监测等等，真正实现物与物相联；•移动代理与服务发现。随着感知层应用的扩大，多个系统共同组成物与物相联的WSN网络，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Agent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M2M设备层的移动。•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动、语音、视频。•统一的数据描述方法。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系统的结构、模块和特点,实现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，为信息融合、信息挖掘提供良好的数据平台；统一规划、总体设计分步实施、逐步完善中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心简介采取“政产学研”结合的方式•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。•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，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M2M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Agent等问题，使感知矿山从开始就向着标准化的方向发展。•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MES监控平台，各种物联网应用平台，数据平台的设计与实现。万钢部长在物联网中心指导工作万钢部长表示，感知矿山是解决煤矿安全的一个很好的方向，很有创意，这是解决国家长远发展与近期问题的的很好的举措；