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摘要：煤炭資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源基礎(chǔ)，是維持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要保障。然而，煤礦開(kāi)采是一個(gè)危險(xiǎn)行業(yè)，煤炭安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)一直制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展，也嚴(yán)重威脅著煤炭職工的身體健康和生命安全。在這樣的情況下，就必須加大科技投入力度，在煤礦幵采過(guò)程中尤其應(yīng)該實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)科學(xué)技術(shù)的突破，加大對(duì)井下環(huán)境安全的預(yù)防監(jiān)控力度。

關(guān)鍵詞：煤炭資源；煤礦安全生產(chǎn)；安全監(jiān)測(cè)

將物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)應(yīng)用在煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將各種不利影響都消除掉，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了進(jìn)一步的保障，也保障了煤礦工人的人身安全?？梢钥闯觯谖锫?lián)網(wǎng)感知的煤礦安全信息處理是現(xiàn)代煤礦的發(fā)展目標(biāo)，因此，一定要加強(qiáng)這項(xiàng)技術(shù)的建立，將煤礦安全監(jiān)控信息處理中存在的問(wèn)題消除掉，為煤礦的安全生產(chǎn)提供進(jìn)一步的保障。

1煤礦安全監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，煤礦的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)提高通信的冗余性，為信息提供了可靠、實(shí)時(shí)的傳輸結(jié)構(gòu)。但是，由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，有線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法達(dá)到一些區(qū)域，有限的監(jiān)測(cè)點(diǎn)也無(wú)法全方位監(jiān)測(cè)工作面等安全關(guān)鍵區(qū)域的災(zāi)害信息，不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的完全覆蓋，導(dǎo)致有線通信網(wǎng)絡(luò)在井下范圍內(nèi)存在盲區(qū)。因此，為了提高信息傳輸?shù)目煽啃院退俣?，減少礦山信息監(jiān)測(cè)盲區(qū)，增強(qiáng)事故情況下安全信息監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)急通信能力，就需要改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)分布的合理性和冗余。而且，如何在安全生產(chǎn)過(guò)程中打破當(dāng)前各類監(jiān)控子系統(tǒng)之間的非兼容狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備和安全環(huán)境監(jiān)測(cè)協(xié)同有效地控制以及網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一就顯得尤其重要。

2煤礦安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)感知架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1物聯(lián)網(wǎng)感知礦山的基本含義

作為應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要領(lǐng)域，“感知礦山”是通過(guò)各種感知手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的智能化、數(shù)字化及可視化，把感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等與現(xiàn)代采礦技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成礦山人與物、人與人、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)礦山運(yùn)營(yíng)與安全生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理控制。

2.2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)基本應(yīng)用模型

物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)分為三層，自下向上依次是：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，即通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境信息。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層解決礦山物理環(huán)境的信息獲取的問(wèn)題，所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離有線和無(wú)線通信技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)傳輸層無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。應(yīng)用層解決的是信息識(shí)別處理和人機(jī)交互的問(wèn)題。

2.3物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線接入技術(shù)

為保證煤礦安全，還需要將Zigbee無(wú)線通信應(yīng)用其中，主要是由于Zigbee不僅是可以自動(dòng)檢測(cè)，還屬于無(wú)線控制范疇，其能耗較小，可以保證通信鏈路質(zhì)量，且可以自動(dòng)調(diào)整與發(fā)射，這些都是其他通信技術(shù)無(wú)法比擬的。

2.4安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速展開(kāi)、自組織、多跳路由、動(dòng)態(tài)拓?fù)涞忍攸c(diǎn)使其成為井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，尤其是多路由的信息傳輸方式可以克服因巷道彎曲、分支等造成的無(wú)線信號(hào)嚴(yán)重?fù)p耗問(wèn)題。因此把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到煤礦物聯(lián)網(wǎng)感知層中，研究開(kāi)發(fā)真正適合煤礦環(huán)境使用的安全監(jiān)控感知層網(wǎng)絡(luò)，全面提升煤礦安全監(jiān)控能力是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)一項(xiàng)十分緊迫的課題。

3感知煤礦安全狀況的信息融合處理技術(shù)

3.1信息融合的基本過(guò)程

信息融合的目標(biāo)是利用多傳感器共同聯(lián)合操作的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)信息的優(yōu)化組合提取出更多的有用信息，提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的有效性。按照數(shù)據(jù)抽象和目標(biāo)識(shí)別的層次，把信息融合分為三級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)。（1）數(shù)據(jù)級(jí)數(shù)據(jù)級(jí)融合是對(duì)來(lái)自傳感器原始數(shù)據(jù)的直接進(jìn)行融合，由于是原始數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)，故要求各傳感器的信息要來(lái)自同類型或相同量級(jí)的。這是最低層次的融合。其特點(diǎn)是能提供盡可能多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)微信息。其融合過(guò)程如圖3所示。（2）特征級(jí)特征級(jí)融合屬于中間層次，通過(guò)綜合分析和處理來(lái)提取多傳感器的特征信息，以便作出正確的決策。其融合過(guò)程如圖4所示。其特點(diǎn)是：通過(guò)提取與決策分析有關(guān)的特征，實(shí)現(xiàn)了信息壓縮，有利于快速處理，并能最大限度地使決策分析所需要的特征信息與融合結(jié)果相一致。（3）決策級(jí)決策級(jí)融合是一種高層次融合，它充分利用特征級(jí)融合所提取的各種特征信息，從具體決策問(wèn)題的需求出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)娜诤霞夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。決策級(jí)融合是三級(jí)融合的最終結(jié)果，是直接針對(duì)決策目標(biāo)的，對(duì)傳感器的依賴性小，傳感器可以是同質(zhì)的，也可以是異質(zhì)的，有較強(qiáng)容錯(cuò)性，結(jié)果直接影響決策水平。其融合過(guò)程如圖5所示。

3.2感知煤礦安全的信息融合策略

為了能夠由瓦斯、一氧化碳、煤塵、氧氣、風(fēng)速和溫度等環(huán)境參數(shù)對(duì)煤礦井下的環(huán)境安全狀況作出準(zhǔn)確判斷和感知，按照操作對(duì)象的特點(diǎn)，在信息融合系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩級(jí)融合，如圖6所示。圖6感知安全的信息融合結(jié)構(gòu)4總結(jié)隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，煤礦現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出技術(shù)落后的情況，不僅功能過(guò)于單一，還存在監(jiān)控盲區(qū)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)以后，將物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測(cè)中，不僅改變了煤礦安全監(jiān)控信息處理現(xiàn)狀，也減少了不良事故的發(fā)生。

作者:呂文浩 單位:正龍煤業(yè)城郊煤礦

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