基于物联网的矿山井下安全避险综合信息系统（一）

传统矿山井下信息平台往往是根据某一项需求（如视频监控、人机定位、语音通讯、环境测控、井下自动化设备测控等）建设相关的独立信息系统，系统建设技术平台、数据协议和接口规范无法统，系统之间不能联动，整合困难，大多既无法满足矿、集团、政府主管部门对于矿山行业生产过程的全面数据共享和决策支撑，也无法满足矿山行业安全管理的需求。

　　目前井下数据传输网络多采用有线传输，针对矿山不断掘进的特点，有线网络难以快速部署和移动部署，生产管理部门无法即时了解第一线的信息，不能为第一线的生产、安全、调度提供有效的支撑。

　　随着数字化矿山的深化，急需建立基于物联网的数字化矿山管理支撑平台，形成能够为所有生产管理、安全管理环节提供即时反映一线生产现场的全面有效的数据共享和运营决策支撑的平台。

　　本项目目标是完成基于物联网的矿山井下安全避险综合信息系统，使其能够利用物联网技术的先进性，为矿山安全管理和生产过程控制提供统一的管理和决策支持平台。通过对整体矿山各类数据的存储和分析， 最终实现并提供人员车辆定位管理、IP调度指挥系统、井下智能交通信号控制系统、紧急撤离广播系统、环境监测监控系统、生产过程控制系统、矿山虚拟现实系统及其他工业控制应用，建立物联网在矿山行业物联网应用标准化及数据传输协议与接口规范。

　　建设需求

　　人员（车辆）定位：实现矿井下主要生产区域及主运输巷、主通风巷精确连续定位;实现井下通行车辆精确连续定位;

　　语音通讯：实现井下固定点有线语音通讯，实现主生产区WIFI全覆盖，实现井下无线通讯;

　　调度指挥：实现井下人员语音、短信调度，井下车辆语音调度;

　　视频监控：实现井下固定数字视频监控、井下WIFI覆盖区域移动视频采集;

　　生产环境在线监测：实现固定位置一氧化碳、风速等环境参数的在线监测监控，实现井下安全人员手持设备无线实时在线监测;

　　斜坡道交通信号管制：井下斜坡道无轨运输交通信号管制系统;

　　可扩展应用：通风自动化系统、排水自动化系统、供电自动化系统、设备状态监测监控、有轨运输信集闭系统等。

　　系统架构

　　基于物联网技术的井下安全避险综合信息系统是工业以太环网技术、zigbee无线定位无线数传技术、WIFI无线通讯技术、VOIP语音通讯技术、地理信系统技术、管理信息系统技术以及数据库技术等多方面融合在一起的综合信息平台，将为矿山企业实现全面感知和矿井生产调度指挥实现可视化、自动化、信息化管理，实现物网相连-感知矿山。

　　系统主要有工业网络子系统、人机定位子系统、通讯联络子系统、监测监控子系统几个子系统组成。

　　工业网络子系统

　　结合矿山实际情况，整个系统采用多技术融合的网络通讯子系统，它包含工业以太环网、无线水平通讯子系统、无线综合分站几个主要部分。

　　工业以太环网

　　工业以太环网作为整个矿山的核心网络，承载矿山所有工业自动化、视频监控、人机定位、环境监测等数据的大流量传输，如（图1）所示。。

　　工业以太环网的布设满足以下几个设计条件。

　　1. 工业以太环网应满足千兆数据带宽，满足井下各种应用的数据传输需求，且预留足够的扩容余量;

　　2. 覆盖所有提升系统、生产中段马头门、风机房、采区变电所、炸药库、泵房等重要枢纽及机电设备场所（与地表生产系统结合形成全矿工业以太环网）;

　　3. 预留接口，满足未来扩容延伸需求;

　　工业以太环网走向说明：井下工业以太环网布设采用双环网架构，

　　无线水平通讯子系统

　　对于各生产中段水平主巷及斜坡道道采用无线综合分站进行覆盖，每隔若干米布设一个分站，实现WIFI和zigbee双无线网络覆盖，如（图3）所示。

　　无线水平通讯系统采用国际领先的无线技术，无线分站是采用最新的WIFI无线技术和一个zigbee定位模块。由于该产品有两个光纤模块，整个无线骨干核心网采用“背靠背”的二层透明接力方式，组成了一条有线与无线混合的水平通讯链路，带宽高，系统延时小，运行稳定的无线骨干链路，可以承受各种诸如环境采集，人员定位，语音通讯、视频监控等应用。

　　无线分站组网的特点有：透明传输机制造就稳定高速的无线链路;完善的冗余设计;无线手机的无缝漫游;特殊极化天线的使用;同步NTP自维护机制;动态TDD（时分双工）;双向动态自适应调制;可调节ACK时延（ACK Timeout）;OFDM技术。

无线综合分站自愈环技术：无线基站支持对环路的自动检测和倒换，无线链路两端或多段接入矿区已经建成的工业光纤以太环网，无线链路与工业光纤以太网络形成环或相切环，当无线链路中出现故障节点，系统可立即倒换链方向，保证系统业务不中断，整个无线链路每台设备