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[摘 要]随着物联网技术的发展和矿山信息化、智能化生产的需求，如何将物联网技术应用于数字矿山的建设中已成为目前的研究热点。本文分析了物联网技术在矿山应用的背景，研究建立生产过程监控系统、安全监控系统和智能化物流系统的方法和关键技术，进而为安全、高效、智慧的数字矿山建设服务。
[关键词]物联网；数字矿山；生产过程监控系统；安全监控系统；智能化物流系统
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0208-01
0 引言
近年来，我国经济快速发展，对矿物原料需求量不断加大，矿业开发规模不断扩大，但生产效率不高和生产安全问题已经成为社会关注的热点。究其原因，矿山管理方式落后是其重要因素。显然，采用现代技术对矿山进行管理已经成为当前的迫切需求。
近年来兴起的物联网技术在多个领域得到了应用。作为先进的信息获取和处理技术，物联网已经在医疗、工业、农业、商业、公共管理、国防等领域得到了广泛应用，是促进未来经济发展，构建和谐社会的重要手段。
在矿山生产过程中为提高生产效率和保障生产安全，对作业人员、移动设备、物流的安全与位置都需要进行实时准确监测和定位，物联网是当前实现这一过程和目标最适宜的技术。
1 物联网及其矿山应用背景
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
物联网正是通过各种信息传感设备，如传感器、RFID技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、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。
然而，矿山井下生产具有环境恶劣、安全隐患多、通信联络困难等特点，这对数字矿山信息化建设提出了较高的要求。此外，矿山自动化、数字化、信息化建设不仅是保证井下作业安全所必需的，也是提高矿山生产效率的必由之路。虽然这些年矿山机械化、自动化生产水平有所提高，但是总体上，我国大部分矿山生产过程中的数字化、信息化建设都还处于起步的阶段。现有设备处理数据的实时性、准确性和数字化装备的普及程度仍有巨大的改进空间。目前井下许多机械化、自动化设备仍处于信息孤岛中，无法实时与井下其它设备和井上监控设备进行信息交换，企业无法实时获得井下各种设备的工作状态，井下人员的工作情况及工作环境因素等安全状况，这不仅限制了矿山总体生产效率的提升，也给矿山的安全生产埋下了不少隐患。因此提高整个矿山的物联网应用水平，较好实现生产管理的现代化、信息化成为矿山企业发展的迫切需求。
2 物联网在数字矿山建设中应用
2.1采矿生产过程实时监控系统
矿山地下开采受条件限制，一般在生产环节中无法及时发现异常情况并采取有效的措施，因而导致生产指挥滞后资源利用率下降、严重时甚至引发重大事故的问题。建立实时监控系统，采用WSN（无线传感器网络）、WIFI（一种局域网内的无线传输协议）、RFID（无线射频识别）等技术，构建矿山智能感知网络体系。利用射频、红外、激光等传感器，实时感知人员、设备、环境状况，以及爆破、出矿和运输三个关键工序中的生产状态。应用IIC、SPI 、USB、3G/GPRS或嵌入式以太网等接口技术形成矿山智能感知网络。通过多信息源数据融合共享，实现矿山综合监控系统，解决采矿安全生产过程的可视化，生产作业计划的最优化和调度指挥决策的智能化问题。
2.2安全监测监控系统
安全生产是矿山企业的重要管理内容，不同与一般工业自动化，其生产人员和设备及材料处于流动状态，生产环境也处于变化过程中，且屡有突发情况发生。因此，矿山生产安全管理首先就需要对作业人员、设备、材料进行定位与流向监测，同时需要采集工作环境参数。
目前一般正规矿山在矿井基本都装备了安全监控系统和人员定位系统，但监测、定位过程大多依赖于传统的人工呼叫系统。利用物联网技术可形成安全监测监控系统，主要包括由标识卡、读卡器、网络传输系统、上位机与系统软件组成，实现人员和设备定位、工作环境参数采集和数据传输等功能，将井下人员和设备位置自动向系统发送位置信息，对不同矿种矿山生产安全要求的环境参数（如煤矿中需要测定甲烷、氧气、二氧化碳、温度、湿度）经自动测定后上传至上位机后进行记录分析和预警，有突发事件时及时将情况发送到井下按照规划好逃生路线撤离现场。对危险品管理与物流管理系统协同使用。
矿山开采过程中存在的高陡边坡、尾矿库、排土场、地面塌陷、地压等重大危险源。以重大危险源监测、预警、应急处理为目的，以国家突发事件应急预案为依据，以地理信息系统（简称GIS）为基础平台，通过强大的综合信息处理和分析功能结合物联网技术，在灾变危害评价的基础上，提供矿山重大危险源的动态监测、预警，以及对作业场安全模拟分析和变化趋势分析。
通过物联网，将各个独立的监测对象进行联接，基于GIS技术，采用B＼S与C＼S的混合结构，应用有限元、神经网络等分析手段，实现基础空间数据库、重大危险源管理、危险品管理、危险源监测、危险源综合信息查询、预警分析、变化趋势分析、应急指挥等功能，并利用数字化信息化技术建立重大危险源安全管理过程自动监控应急预警一体化系统
2.3 智能化物流系统
矿山生产过程物流主要是生产所用材料、采出矿石和废石。矿山生产都需要消耗大量炸药，许多矿难的发生都与炸药的使用与管理的不当有关，因此对炸药流向管理是极为重要的管理环节，传统上一般采用登记领用方式加以管理，难以准确控制。在物联网系统架构内利用二维码识别与管理技术对炸药流向进行管理，同时与人员定位系统、运输车辆管理系统协同使用，实时记录炸药的出入库、领用人员身份、使用炸药的火工人员运动轨迹、放炮时间点危险区域内人员、车辆隔离等情况；矿石和废石流向与定位主要通过对运输车辆/机车管理实现。
3 结束语
现代矿山建设对物联网技术具有迫切需求，也具备实施条件。把先进的物联网技术引用到数字矿山建设中，将矿山生产过程放置在实时监控平台上进行管理，尽快向安全、高效、智慧的“数字矿山”迈进，大幅度提高矿山生产管理水平。
[关键词]物联网；数字矿山；生产过程监控系统；安全监控系统；智能化物流系统
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0208-01
0 引言
近年来，我国经济快速发展，对矿物原料需求量不断加大，矿业开发规模不断扩大，但生产效率不高和生产安全问题已经成为社会关注的热点。究其原因，矿山管理方式落后是其重要因素。显然，采用现代技术对矿山进行管理已经成为当前的迫切需求。
近年来兴起的物联网技术在多个领域得到了应用。作为先进的信息获取和处理技术，物联网已经在医疗、工业、农业、商业、公共管理、国防等领域得到了广泛应用，是促进未来经济发展，构建和谐社会的重要手段。
在矿山生产过程中为提高生产效率和保障生产安全，对作业人员、移动设备、物流的安全与位置都需要进行实时准确监测和定位，物联网是当前实现这一过程和目标最适宜的技术。
1 物联网及其矿山应用背景
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
物联网正是通过各种信息传感设备，如传感器、RFID技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、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。
然而，矿山井下生产具有环境恶劣、安全隐患多、通信联络困难等特点，这对数字矿山信息化建设提出了较高的要求。此外，矿山自动化、数字化、信息化建设不仅是保证井下作业安全所必需的，也是提高矿山生产效率的必由之路。虽然这些年矿山机械化、自动化生产水平有所提高，但是总体上，我国大部分矿山生产过程中的数字化、信息化建设都还处于起步的阶段。现有设备处理数据的实时性、准确性和数字化装备的普及程度仍有巨大的改进空间。目前井下许多机械化、自动化设备仍处于信息孤岛中，无法实时与井下其它设备和井上监控设备进行信息交换，企业无法实时获得井下各种设备的工作状态，井下人员的工作情况及工作环境因素等安全状况，这不仅限制了矿山总体生产效率的提升，也给矿山的安全生产埋下了不少隐患。因此提高整个矿山的物联网应用水平，较好实现生产管理的现代化、信息化成为矿山企业发展的迫切需求。
2 物联网在数字矿山建设中应用
2.1采矿生产过程实时监控系统
矿山地下开采受条件限制，一般在生产环节中无法及时发现异常情况并采取有效的措施，因而导致生产指挥滞后资源利用率下降、严重时甚至引发重大事故的问题。建立实时监控系统，采用WSN（无线传感器网络）、WIFI（一种局域网内的无线传输协议）、RFID（无线射频识别）等技术，构建矿山智能感知网络体系。利用射频、红外、激光等传感器，实时感知人员、设备、环境状况，以及爆破、出矿和运输三个关键工序中的生产状态。应用IIC、SPI 、USB、3G/GPRS或嵌入式以太网等接口技术形成矿山智能感知网络。通过多信息源数据融合共享，实现矿山综合监控系统，解决采矿安全生产过程的可视化，生产作业计划的最优化和调度指挥决策的智能化问题。
2.2安全监测监控系统
安全生产是矿山企业的重要管理内容，不同与一般工业自动化，其生产人员和设备及材料处于流动状态，生产环境也处于变化过程中，且屡有突发情况发生。因此，矿山生产安全管理首先就需要对作业人员、设备、材料进行定位与流向监测，同时需要采集工作环境参数。
目前一般正规矿山在矿井基本都装备了安全监控系统和人员定位系统，但监测、定位过程大多依赖于传统的人工呼叫系统。利用物联网技术可形成安全监测监控系统，主要包括由标识卡、读卡器、网络传输系统、上位机与系统软件组成，实现人员和设备定位、工作环境参数采集和数据传输等功能，将井下人员和设备位置自动向系统发送位置信息，对不同矿种矿山生产安全要求的环境参数（如煤矿中需要测定甲烷、氧气、二氧化碳、温度、湿度）经自动测定后上传至上位机后进行记录分析和预警，有突发事件时及时将情况发送到井下按照规划好逃生路线撤离现场。对危险品管理与物流管理系统协同使用。
矿山开采过程中存在的高陡边坡、尾矿库、排土场、地面塌陷、地压等重大危险源。以重大危险源监测、预警、应急处理为目的，以国家突发事件应急预案为依据，以地理信息系统（简称GIS）为基础平台，通过强大的综合信息处理和分析功能结合物联网技术，在灾变危害评价的基础上，提供矿山重大危险源的动态监测、预警，以及对作业场安全模拟分析和变化趋势分析。
通过物联网，将各个独立的监测对象进行联接，基于GIS技术，采用B＼S与C＼S的混合结构，应用有限元、神经网络等分析手段，实现基础空间数据库、重大危险源管理、危险品管理、危险源监测、危险源综合信息查询、预警分析、变化趋势分析、应急指挥等功能，并利用数字化信息化技术建立重大危险源安全管理过程自动监控应急预警一体化系统
2.3 智能化物流系统
矿山生产过程物流主要是生产所用材料、采出矿石和废石。矿山生产都需要消耗大量炸药，许多矿难的发生都与炸药的使用与管理的不当有关，因此对炸药流向管理是极为重要的管理环节，传统上一般采用登记领用方式加以管理，难以准确控制。在物联网系统架构内利用二维码识别与管理技术对炸药流向进行管理，同时与人员定位系统、运输车辆管理系统协同使用，实时记录炸药的出入库、领用人员身份、使用炸药的火工人员运动轨迹、放炮时间点危险区域内人员、车辆隔离等情况；矿石和废石流向与定位主要通过对运输车辆/机车管理实现。
3 结束语
现代矿山建设对物联网技术具有迫切需求，也具备实施条件。把先进的物联网技术引用到数字矿山建设中，将矿山生产过程放置在实时监控平台上进行管理，尽快向安全、高效、智慧的“数字矿山”迈进，大幅度提高矿山生产管理水平。