智慧矿山物联网技术发展现状研究

（山西煤炭运销集团新工煤业有限公司 山西 033000）

社会的不断进步使得人们对生活水平的要求越来越高，人们已经基本满足了自己的衣食需求，所以对生活的安全性的要求也提高了，但是矿区工人的工作环境并不安全，他们希望能够通过智慧矿山物联网技术提高自己工作的安全性，让工作变得更加智能化、科学化。矿山资源在我国占有重要的地位，但是现如今的矿区安全技术比较差，安全事故经常发生，矿山井下定位技术是智慧矿山物联网技术中的一个重要组成部分，这样就可以减少安全事故的发生。

1.智慧矿山研究现状

根据我国煤矿的现状来看，在以前，经常发生比较严重的事故，造成了大量的人员伤亡。后来，矿山事故逐渐减少，特别是2011年以来，很少发生重大的事故，这与物联网技术的应用脱不开关系。随着信息化时代的到来，矿山的管理以及生产等正在趋于智能化、信息化以及专业化。如今，大多企业主要对矿山系统进行数据采集，也就是对矿山周边的数据进行采集与整理，对环境和机器的运行提供一个精准的数据。其次，还会对设备运行的转台等进行实时监测以及对人员进行安全检测。最后，还会对一些关键的步骤进行辅助，比如，会对关键的信息进行提前的预警以及建立相关的救援措施，从而保证工作人员的安全。智慧矿山主要是基于物联网技术的支撑，能够实现对信息的精准采集。总之，智慧矿山的构建可以提升煤矿的生产和管理水平，使得矿山的采集效率提升，还可以对矿山中的隐患进行排除，从而保证工作人员的安全，为相关的企业创造更高的经济效益。

2.矿山井下定位研究现状

(1)无线射频识别技术

这种技术主要是基于识别芯片的非接触式自动识别技术，可以直接的通过无线电信号对数据进行识别以及读写，不需要人员进行接触。在2012年，由Rabaey等人提出鲁棒定位算法，并引入置信度等来提高定位的精确性，之后，由王亚琴等人根据RFID技术作为核心，结合了物联网技术与井下人员监测定位系统。该技术经过多年的发展，成功实现了对工作人员进行定位、监测和预警。在智慧矿山中，下井的工作人员必须佩戴相应的远距离作业卡，该卡每隔一段时间就会向中心发送佩戴人员的位置信息等，使得井下工作人员的地理位置被随时监测，从而保证工作人员的安全。虽然无线射频识别技术的成本比较低，但是它所受的限制也比较大，比如说环境对其的影响较大，并且定位的精度相对来说比较低。

(2)指示定位技术

该种技术主要是通过接收机测量信号平均强度，然后计算信号点与接收点的距离。该技术主要是根据接受信号的强度来指示定位技术，它已经被广泛的应用于井下工作人员的定位中。该定位技术与无线射频识别技术相比更加的精确，但是它同样容易受到环境的影响，使得数据产生较大的波动。该技术也经历了多年的发展，从2012年由Leu J等人根据RSSI指纹和足迹提出的定位算法起，到如今的根据高斯滤波的分段求解路径损耗因子和环境参量因子的RSSI巷道定位算法，使得定位更加的准确。该技术在应用时需要根据井下的具体情况来制定使用方案，需要对井下的具体情况进行，了解井下地理位置接受信号的强度，从而使得该技术能够发挥出最大的作用。

(3)到达时间差定位技术

矿山产业是一种较为特殊的产业，其井下充满了复杂性，所以保证井下工作人员的安全是首要的重点。为了确保对井下的情况进行实时掌握，必须对井下进行精确的定位，从而保证工人的安全。而到达时间差定位技术主要是指在各个接收站搜集信号点发出的信号，从而对时间到达进行数据搜集，最后再汇总到定位处理中心，中心再对信号点的位置进行计算，也就是说利用信号点发送的信号到不同接受点的时间差的方法来对信号进行测距和定位。将这种技术应用于井下定位，可以很好控制井下的突发状况，在井下工作的过程中，能够及时的发出指令，从而方便安全作业。在危机发生之前，可以有效的组织人员进行撤离，从而最大程度的保证井下人员的生命安全。

(4)TD-SCDMA系统定位技术

该技术主要是在原有的基础上，利用信号点的时间提前量TA来测量信号点与基站之间的距离。这种定位的方法主要是利用现有的参数，计算信号点与接受点之间的距离，在将最终的数据汇总到检测中心，然后再通过算法得出最终端的确切位置。这种技术的成本相对来说比较低，并且精确度与上文几种相比较高。如今，物联网的发展较为迅速，使得现代传感器得到了很大的进步。随着传感网络在矿山中的应用，相关领域的专家将其应用于矿山工作人员定位中。这种技术可以解决无线信号冲突的问题，利用信号侦测器等实现对工作人员的精准定位。这几种定位方式都对基站接受及发送信号的能力有着很高的要求，而且井下的环境较为复杂，温度和湿度都会对这几种定位方式产生一定的影响，使得信号无法被接受，从而无法定位工作人员的具体位置。但是，通过一些人的努力，逐渐构建了预测井下人员模型的方法，可以很大程度的保证井下工作时的安全。

3.智慧矿山建设的展望

(1)在规划和设计统一的基础上逐步实验

我国矿山的类型较多，不同的类型存在着自身的特点，所以需要根据物联网技术来对矿山进行智能管理，根据矿山类型的不同，比如规模差异、开采方式等来进行调整。另外，企业的领导人应该对物联网技术的应用重视起来，并且在企业内展开培训，提升企业全体员工的思想水平。对于系统中的子系统接入，企业可以采用承包的方式，从而将各个子系统中的问题交给承包商来解决。智慧矿山是一个比较系统的工程，所以应该在规划和设计统一的基础上进行逐步实验，从而保证矿山内工作人员的安全。

(2)重视建设的同时重视应用

物联网是一种非常先进的技术，与当前时代发展的潮流相吻合，将其应用于矿山中可以有效的减少矿山的建设成本。物联网的重点在于应用，在建设智慧矿山的过程中，不能只重视建设物联网，更应该将其灵活的应用于矿山中。目前很多矿山在建成物联网之后，并没有发挥出物联网的真正作用。当物联网被有效应用之后，将会实现矿山的智能化管理，从而实现绿色、高效的开采，通过物联网，可以对矿山的动态实施实时监控，从而保证矿山经济的可持续增长。

(3)应对标准建设引起重视

为了对智慧矿山建设的成本进行有效的控制，相关领导人必须对标准建设引起重视。首先应该实行统一的标准，保证矿山建设的规范性。另外作为一个开放性的物联网应用平台，应该给如今的“智慧矿山”系统构建一个统一的接入端口，从而方便用户对现有平台进行增加、删除、接入等。还需要对如今的“智慧矿山”的关键技术、平台等创建一个统一的标准，从而打通产业链的上下游。标准建设对于矿山物联网来说是非常重要的一点，除了可以控制成本以外，还可以优化对矿山的控制和运行管理，节省大量的人力，从而为企业创造巨大的经济效益。

(4)物联网系统的运行与管理

物联网技术在智慧矿山中的应用，将会使矿山的运作模式发生巨大的变化，使得矿山的运作模式从组织转向具体，并且使得矿山的传统管理方式转化为更加先进的管理方式。各个子系统的操作由最初不同地点的各个团队进行实施，比如说胶带的操作由胶带队进行处理，而物联网的生产智能管理最终由监控室进行统一的运行。而对于管理各地区团队的职能与工作的方式，需要基于物联网方式，进行综合考虑，并且需要相关企业召开例会进行讨论，从而找到最合适的方法对各地区的团队进行管理。

4.结束语

随着时代的发展，煤炭能源成为我国的重要能源，是我国能源的主要支柱之一。然而煤炭的开采环境却非常的复杂，特别是在井下，存在很多的不可控制因素，极容易使得工作人员出现生命安全。为了贯彻安全生产的目标，物联网技术的应用非常重要。物联网技术被应用于矿山中，一方面使得矿山的开采趋于智能化，从而提升开采的效率；另一方面，能够实现对井下生产工作人员实时定位，准确了解他们的位置信息，很大程度的保证了井下工作人员的生命安全。企业还应该提升员工的物联网意识，使得物联网技术可以得到有效的应用，从而提升矿山的智能管理水平，为创建智慧矿山打下坚实的基础。