[01540351]基于物联网技术的煤矿安全生产监控系统

1.项目来源 随着信息技术的发展,目前煤矿安全生产监控系统采用的技术相对比较落后,多数煤矿生产仍以工人在井下操控掘进机生产为主。目前煤矿生产安全监控系统不能很好地适应井下复杂生产过程的监控需求,这使得生产效率较低,且人员管理与安全意识不到位,直接导致全国煤矿事故死亡人数居高不下,百万吨死亡率大大高于世界主要产煤国家平均水平,严重影响了煤炭工业的可持续发展和社会的稳定。山西省作为我国能源输出大省,长期以来一直经受着“煤炭安全生产”这一严重问题的困扰。 2.项目研究的目的、意义和用途 本项目提出的 “基于物联网技术的煤矿安全生产监控系统”是通过各种感知、信息传输与处理技术,实现对真实矿山的整体安全生产环境可视化、数字化及智慧化的目的。其总体目标是：将矿山安全生产、安全管理、矿山生态等综合信息全面数字化,将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合,构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络,动态详尽地描述并控制矿山安全生产与管理的全过程。 3.主要论点与论据 （1）考虑到煤矿井下环境恶劣的特点,首次自主设计开发了一种无线传感器网络非测距节点定位方法及基于TD-SCDMA系统的井下人员精确定位方法。简化定位机制,降低运算复杂度,有效地提高节点的定位精度;并利用本安交换机、光纤耦合器、本安以太网延长器以及无线基站完成整个矿井的无线覆盖。 （2）针对传统的无线传感网技术延迟较长、带宽较窄,鲁棒性较低的问题,在网络层上,利用无线网状网络技术作为网络层的骨干网,创新性的将无线传感网与无线网状网络技术相互融合,既提高了传输的带宽以及传输的距离,又解决了将Mesh节点大范围部署到井下环境中较困难的问题。针对井下环境恶劣,给传感器节点及Mesh节点充电、更换电池困难的问题,提出了“一种基于巷道环境的无线传感器网络分簇路由方法”消除了能量约束对无线传感器网络存在的困扰,提高了数据传输的有效性。 （3）针对矿井安全问题较多,安全监测系统功能单一的问题,建立了相应的基于无线自组织网络和多网融合物联网技术的煤矿安全生产监控系统架构和软硬件系统,主要包括无线网状节点的传输平台,基于无线传感器节点的感知平台,手持终端（矿用本安型手机,及矿用本安型智能手机）及相应的基于GIS的矿用手机安全监测系统及配套的矿井监控预警通信方法等。通过构建云平台及相应的软硬件系统,为井下复杂环境提供了稳定的传输及各系统间及时的信息共享。 4.创见与创新 （1）开发了无线传感器网络非测距节点定位方法及基于TD-SCDMA系统的井下人员精确定位方法,提高了定位精度。 （2）将无线传感网（WSN）与无线网状网络技术（WMN）相互融合,提出了一种基于巷道环境的无线传感器网络分簇路由方法,提高了数据传输的有效性。 （3）设计了一种基于GIS 矿用手机安全监测系统,并结合一种矿井监控预警通信方法对危险状况及时预警。 5.社会经济效益,存在的问题 本课题的成果成功运用在北京富华宇祺信息技术有限公司的矿用3G无线通讯系统中,为建设单位节省预算比例达到35%左右,并提高了井下生产的安全系数,最大程度地保证了矿工的生命安全,在很大程度上提升了矿区的自动化生产能力,带动了整个煤炭行业的全面发展,使得矿山经济增长方式得以改观。 项目组将及时跟进现代电子技术成果,研制新的符合实际情况的产品,为监控系统的安全运行提供必要的保障。使该系统的全面推广越来越成熟。