1、物联网技术在煤炭行业的应用研究煤炭行业作为我国经济发展的重要组成部分，完成信息化与工业化融合是其从粗放能耗型到集约型发展的必由之路。物联网技术的引入将加速煤行业信息化和工业化融合，提高煤炭行业发展的质量和效益。物联网技术在煤炭行业的应用研究主要关注煤炭行业的特殊需求、建设应用进展以及存在的问题。 煤炭行业 物联网技术 应用 问题 进展 一、物联网的基本概念 1999 年，MIT AutoID Center 提出物联网概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2003 年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005 年，在突
2、尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU 互联网报告 2005：物联网 ，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临。2008 年 11 月 IBM 提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球” ，以此做为经济振兴战略。2009 年 6 月欧盟委员会提出针对物联网行动方案。2009 年 8 月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时提出“感知中国”观点，物联网被列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告” ，在中国受到了全社会极大的关注。物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激
3、光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网是将各种信息传感设备，如二维码、射频识别（RFID） 、全球定位系统（GPS）等装置与网络结合起来，从而给物体赋予智能，实现人与物、物与物相互间的沟通和对话，实现智能管理。 二、物联网技术在煤炭行业的需求应用分析 1.煤炭行业生产环境现状煤矿现有生产作业环境较为恶劣，矿业生产组织过程中需要大量的人员、设备协同作业，具有以下特点：（l）空间小
4、，设备多。 （2）移动性强。设备的定位与管理在煤矿企业有待层次化统一管理。 （3）定位精确性差。我国煤矿机车定位主要以有线通信方式为主，定位继电器无法高密度大量安装，所以只能在道岔、车站等少数关键位置实现定位，机车运行途中的精确定位无法实现。 （4）对炸药缺乏精确的定位与系统的管理。 （5）人员定位的重要性。 （6）人与设备、运输工具等的协同太过于主观性。 （7）紧急救险系统不够完善。煤矿井下发生事故后，地面与井下人员的信息沟通不及时，地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。井下人数不详、被困人员位置不清、通信不畅是灾后应急救
5、援巫需解决的问题。 （8）资金量大，物资需求量大，二者息息相关的关系导致需要紧密结合的管理平台。 （9）运输工具的定位亟需加强。2.煤炭行业对物联网技术的特殊要求煤炭行业相对其他行业有其自身的特点：煤矿井下环境有瓦斯等爆炸性气体、矿尘大、潮湿、有淋水、巷道空间狭小、巷道弯曲和分支，瓦斯、水、火、顶板、煤尘、放炮、电器设备多、电压波动大、巷道距离长等特点。由于煤矿井下的环境恶劣，给物联网的应用造成了以下需要解决的问题：（l）电磁波传输衰耗大。 （2）无线发射功率小。 （3）抗干扰能力弱。煤矿井下空间狭小、机电设备相对集中、功率大，电磁干扰严重。特别是大功率变频器、大型机电设备启停、架线电机车电火
6、花等对物联网设备干扰大。 （5）传输距离相对较远。 （6）电源电压波动大。 （7）要有良好的防护性能。煤矿井下除有瓦斯等爆炸性气体外，还有硫化氢等腐蚀性气体、矿尘大、潮湿、有淋水。因此，煤矿物联网设备应具有防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等性能。 （8）煤矿井下空间狭小，设备体积要尽可能小。 （9）煤矿的生产流程比较复杂，生产系统繁多复杂，难于管理。3.目前煤炭行业信息化建设现状分析近年来，为满足国家完善安全避险“六大系统” （监测监控系统、人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统）以及领导“带班下井”的需要，许多矿井安装了井下人员定位系统、设备点检系统、无线通信
7、系统等，对矿井安全作出了巨大贡献，但也普遍存在以下问题：（l）各系统功能单一，系统间相互隔离。各系统都由不同部门各自负责，非常零散，比如相同机电设备井下、地面无法复用致使材料浪费，企业开销增加等问题，导致在生产与安全管理上无法实现效能的最大化，系统间的协同作用难以发挥，企业实际生产与安全管理的融合度差，系统沦为“孤岛”乃至成为摆设或“参观工程” 。 （2）系统（如机车定位系统、设备定位系统、矿区内的炸药运输与管理系统、选煤厂设备点检系统、运输定位系统等）还不够完善或存在空白。 （3）目前的系统还不具备容灾与应急通信功能。 （4）目前各单位已建应用系统间接口不统一，系统整合存在较大难度。 三、煤
8、炭行业物联网建设需要解决的主要问题煤炭行业物联网建设需要解决的主要问题主要包括如下几个方面：（1）信息编码。如前所述，煤矿设备量相当大，需要对设备进行必要的编码处理。 （2）完善各项应用系统。炸药的领取、运输、使用、剩余回收情况与安全直接挂钩；运输工具的定位跟踪调度也必须全程监管；瓦斯监测、通风监测、排水监测等系统亟需完善地应用于各大煤矿。 （3）信息集成、统一平台建设。目前，信息化系统已经广泛地在地面低危企业应用起来，Orade、SQL 等已经能成熟应用信息化平台，财会电算化与物资供应系统的融合也已经广泛地应用于各大企业。但煤矿井下无线传输衰减大、电气必须防爆等特殊性，制约着地面物联网技术直
9、接在煤矿井下应用。需要针对煤矿井下特殊性和煤矿安全生产需求，研究适用的矿用物联网技术。 四、煤炭行业物联网架构设计要点根据煤矿环境分析，可以将系统架构为三层：感知层、调度层以及应用层。 （1）感知层。感知层包括人员定位、设备定位、车辆定位、危险品定位及运输监测、瓦斯、通风、排水等监测；包括地面供电、安防监控等。 （2）调度层。铺设在地面、井下的光纤环网及网络交换机设备、光电转换设备、路由器、防火墙、服务器等组成矿区工业以太网，以及用来实现无线覆盖的 PHS 网络或WIFi 网络，共同构建了覆盖整个矿区的数据网络。通过数据网络将感知层采集数据进行信息集成到控制中心进行信息处理、信息挖掘、信息融合
10、等，形成具有统一安全生产监控的调度系统。 （3）应用层。应用层是最高层物联信息化管理平台，可作为物联管理中心，通过对感知层物流、人流、车流、危险品等采集的数据进行集成、加工处理，在安全生产管理和实时调度控制之间架起一座桥梁，达到两者之间的信息交换和紧密集成，在关系数据库系统基础上，实现各应用系统的集成、管理和信息共享、交互，形成统一的物联管理平台。通过该平台，可以将企业分散的物流、人流、危险品等各子系统实现有机的整合，增加监测监控、告警、存储、分发、业务流程管理、协同作业管理、统计报表、数据分析等附加功能，实现多级、分层、实时以及任意位置的监控与管理。 五、物联网在煤炭行业中的具体应用实例分析
11、通过分析和梳理煤矿运销业务、井下作业人员定位管理存在的问题和需求，结合物联网技术、网络技术、自动控制技术、感知技术，在门禁道闸控制系统、煤仓装煤控制系统、人员定位系统、三棍闸控制系统中可以实现煤炭行业生产的全过程全链条智能化控制与管理。本文就焦作煤业（集团）在智能控制中成功应用物联网技术的典型案例进行分析、总结：1.物联网在煤运智能控制中的应用焦作煤业（集团）煤炭外运很多靠汽运。在利益的驱动下，货运司机的种种作弊行为屡禁不止，是煤矿安全生产管理中的棘手之处。为此，物联网设计设法减少人的参与是关键。针对这一需要，充分利用通信技术、射频识别技术等在煤场范围内建立物联网，通过物联网使公司实时掌控整个
12、链条情况，如车辆、车场、称重、装车、销售情况等。为了避免车辆套牌或改装车辆等作弊行为，必须给车辆一个可靠的资源标识RFID 电子标签。鉴于标签易被不法分子采用加热及利器等工具剥离下来，使车辆身份发生改变的现状，采取用只能一次性贴敷的薄而易破碎的陶瓷封装电子标签，这样，只有注册合法的，且被提煤客户授权的车辆才有资格进人停车场、装煤、称重、出门完成运煤任务，否则自动报警按违规处理。2.物联网在人员定位系统中的具体应用焦作煤业（集团）把无线通信系统应用于井下人员定位时把一个无源 ID 卡置于无线终端内，通过门禁刷卡实现考勤，简单而实用。定位卡是有源 RFID 和无源 RFID 封在一个卡内，实现人员
13、定位、考勤双重功能，有源 RFID 卡是用来定位的，无源非接融式 RFID 卡用作刷卡控制门禁。为防止捎卡、换卡等作弊行为。焦作煤业（集团）对矿用人员定位管理系统做了改进，用特制工具把定位卡固定在矿灯上，并在人井通道、出井通道安装了三棍闸，刷卡数据上传到中心服务器，和井下定位数据比对，若不一致则报警处理。综上，安全策略及机制是推进煤炭行业物联网正常使用的保障。物联网能否成功应用煤炭行业的关键是满足行业安全保障要求。信号冲突、标签冲突、阅读器冲突等都是物联网技术面临解决的问题，网络安全、数据安全、传输安全等常见的网络安全问题也会影响物联网的正常使用。这里主要强调的是物理安全，比如贴附在车辆的射频
14、卡采用陶瓷材料封装，薄而脆容易破碎，不法分子不敢动，卡的唯一性和安全性得到保证。同时在防止环境电磁干扰方面做很多工作，如通信线路选用光缆、屏蔽电缆，敷设采用地埋、套管等方式。阅读器天线信号的覆盖范围，由安全人员利用电磁波测试仪巡检，发现不明波段信号及时排查等。 六、当前煤炭行业物联网建设存在的问题和发展展望。目前，我国物联网的标准仍在制定中，相关技术并未发展成熟；大部分的业务仍然是数据采集应用的扩展；当前的信息手段只能进行初步的信息采集和处理，无法实现智能决策分析。利用物联网的感知系统可实现对人、物、环境三个要素的有效监控和检测，超前预防事故。从而实现由“间断性检查”向“连续实时监控”的转变，
15、由认为判断向智能分析的转变，以及应急救援由事后反应向自动响应的转变。要在安全生产中实现更加“智能”和“物与物对话” ，需要进一步做好以下基础工作：（l）生产大量性能可靠、价格低廉、能耗较低、精度较高、适合煤矿井下环境和规范的智能传感器件。 （2）建设分布式、可移动、自组网的信息采集平台，研究矿山复杂环境下无线传感网技术、局部地区发生灾害后的网络重构技术。 （3）开展矿山复杂环境下的安全信息获取技术、安全信息识别与处理技术、矿井灾害预警预报等关键前沿技术的研究。 （4）对人员安全环境感知技术与终端设备、生命探测技术进行研究，拓展一些物联网技术，用以对采掘提升、运输、通风、排水、供电等关键生产设备
16、进行状态监测和故障诊断。 （5）加强物联网应用层的软件的功能。使其更加灵活的对采集的数据进行分析、关联、应用。 （6）制定真正适合于煤炭行业安全发展的物联网技术标准。总之，煤矿物联网是一个新生事物，它为传统的煤矿行业注入了科技的新鲜血液，为煤矿的安全生产、高效生产提供了巨大的助力。物联网技术在煤矿企业井下人员、危险品、设备定位，包括瓦斯监测、通风监测、排水监测等煤矿井下六大“避险系统”中都可以发挥作用；此外，在资金流管理、设备损管方面、车辆调度和路线选择也有着重要意义；利用好物联网技术煤炭行业可以提高生产、安全效率。分析表明，物联网在煤矿企业进行应用是非常必要的。目前，煤炭行业物联网技术应用亟需解决的问题在于需要优化煤炭行业物联网技术应用评价指标体系和强化无线技术的安全应用。随着煤炭行业物联网的不断发展，必将带给煤矿行业一次从人工劳作到科技自动化生产的生产方式全方位革命。 参考文献： 1孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究 J.煤炭学报，2011，36（1）：167171. 2孙继平.煤矿井下人员位置监测系统联网 J.煤炭科学技术，2009，37（11）：7779.
