基于物联网技术的智慧矿山研究

基于物联网技术的智慧矿山研究

孙伟芳

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东省莱州市 261400

摘要：进入21世纪，我国的经济体制改革发展到了一个新的时期，随着城市化进程的不断加快，作为传统行业之一的采矿业仍然发挥着巨大作用。随着人们对健康生活的需要不断加强，对工业自动化、智能化生产的投入也在不断加大。这些系统在信息采集、传输、处理的实时性和准确性以及自动控制效率上都有待提高。而物联网技术改进了企业传统生产模式及管理方式，建立了实时监控网络，实现了生产自动化控制，大大提高生产效率及作业安全。基于此，本文对物联网技术的智慧矿山进行研究，以供参考。

关键词：物联网；智慧矿山；物联网技术

引言

为保障地下矿山安全生产，确保矿山职工及其周边人民群众的正常生产生活，《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》中明确要求金属、非金属地下矿山在相应的时限内建设“六大系统”，即：监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统以及井下通信联络系统。物联网技术可以通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。“六大系统”实施过程中，其主要的功能是实现环境数据采集、传输、分析以及设备自动控制，因此，通过物联网技术进行矿山安全“六大系统”建设是一个有效的解决方案。

1物联网安全技术的现状

物联网安全技术引领着网络技术时代的潮流，其发展对世界产生着极大的影响。有数据显示，物联网安全技术的蓝海时代即将到来，且物联网安全技术的连接数量正在呈爆炸式增长。在通信领域，传统的信息传递方式是点对点，对于其信息的安全问题，则可通过追踪传输路径来拦截信息，进而对网络的安全问题进行溯源。但是在物联网安全技术时代，各运营商现有的通信网络架构难以承载较大的物联网设备接入情况，而物联网终端的多元性也使得用户对安全性问题看法不一。根据国际电信联盟ITU的定义，物联网安全技术实际上是通过二维码识读设备、射频识别设备、红外感应设备、定位设备及激光扫描设备等，按照协议上约定的内容，将物品与互联网连接，从而进行信息的交换、通信等，最终实现智能化识别、定位、跟踪、监控及管理。从这方面来看，物联网安全技术已经超越了人口的限制，各国际运营商也已经将物联网安全技术作为新的业务增长点。

2智慧矿山中的关键物联网技术

2.1地理信息系统技术

我国经济飞速发展，对矿产资源的需求猛增，其中矿山管理至关重要。传统矿山的管理存在一矿多开、成本高、管理低效、生产效能低等问题。如何对矿山进行高效精细管理一直受到关注。随着地球空间信息技术和计算机技术在采矿行业的不断应用和发展，特别是数字矿山的提出，矿山的管理由传统的“粗犷式”管理模式转向现代化、精细管理模式。研发一套科学、高效的矿山计量管理系统对矿山经济、生产和安全具有很强的现实意义和使用价值。在现代化矿山管理中，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术发挥着重要作用。矿山管理通常会涉及复杂海量的数据集，包括矿山地理环境信息、矿山资源信息、管理信息、工程信息、人员信息等。GIS能够将矿山地质测绘中的多种信息与数据进行整合，使其形成一个整体，为矿山开发工作提供更多的理论依据。传统的二维GIS空间尺度感较差，无法实现精确定位，也比较难用于三维场景的模拟和展示。近年来，随着技术的发展，三维GIS已被应用于各个领域，且在矿山领域的应用也越来越广泛，相比于二维GIS，空间信息的展示更为直观。

2.2数据采集技术

在数据采集技术中，传感器技术是基础技术，特别是在金属矿山的特殊场景下，传感器技术起到了重要的支撑作用。目前我国在传感器产业发展过程中面临着一些问题，即：缺乏自主创新性、产业结构不合理、研发与应用的投资比例不协调、体制不完善等。由于国产传感器在性能上大多未能达到国际领先水平，因此在很多工业物联网应用中，都是采用国外的传感器，特别是一些特种专用芯片，我国目前的研发能力有限，无法满足应用需求。为此，我国十分重视传感器技术的发展，将重点发展智能传感器，夯实人工智能产业发展的硬件基础。在国外，针对传感器的相关研发已经引起了科学界的高度关注，例如在2017年，世界十大科学进展之一就是一个由意念操控的机械假肢，该机械假肢就是通过新型的智能传感器来实现信息的采集和传输。此外，通过射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）进行数据采集也是主要的方法。RFID技术不仅可以有效降低物联网数据传输成本，而且有助于降低能耗。但是，该技术易受到环境干扰，特别是在金属矿山地下开采环境中，RFID技术的误报率较高。

2.3Global Positioning System技术

GPS即是全球定位系统。其是基于卫星导航的定位系统，主要分为地面控制部分：地面天线、控制站与检测站构成地面控制系统，主要功能是对空间中卫星收集的信息进行处理，同时基于当地的位置与相对距离进行一定的修正，然后推送给信号接收机，起到中间枢纽的作用；空间卫星部分：空间中的工作卫星与备用卫星组成Global Positioning System的空间卫星部分，均匀分布在地球的各个轨道面上，主要作用是信息的收集反馈给地面控制部分；信号接收机部分：是GPS的信息处理与呈现部分，主要是用于识别待测卫星，并通过控制系统解析待测卫星反馈的各种信息。上述信息反馈到地面布置的信号接收机后，与地面控制系统进行信息交换，通过地面信息站可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率等相关参数。

3基于物联网技术的智慧矿山发展趋势和方向

经过多年发展，我国矿山智能化建设取得了令人瞩目的成就，装备智能化及系统自动化程度得到了较大提升，尤其在综采工作面，国内开采条件较好的矿山实现了综采工作面自动化开采，监控中心远程干预；运输系统实现了远程集中控制与应急联动，有些生产环节的固定岗位已实现无人值守；在安全保障方面，对五大灾害水、火、瓦斯、顶板配备了相应的监控及预警系统，尤其在井下有害气体监测和人员定位方面，国家出台了相应的强制标准，目前全面实现了数字化，系统及装备可靠性有了较大提升，以安全保障促智能化生产的局面已初步形成。我们也要清醒地认识到目前存在的短板，尤其是作为基础技术支撑的物联网技术还有较大发展空间。智能化矿山需要深度融合人工智能、工业物联网、云计算、大数据等技术，并具有全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的能力。这就要求智能化矿山的高级阶段将类似于人具有独立自主学习、自我判断的能力，并能根据实际情况及时反馈，而所有这些高级能力都离不开海量数据和人工智能的支撑，高度依赖矿山物联网技术。因此，必须创新物联网技术手段，从根本上突破目前矿山物联网的应用瓶颈，有效提升感知能力，为矿山智能化提供全面、透明、实时、可靠的数据，进一步推动矿山智能化向更高级阶段发展。

结束语

在社会经济迅猛发展的今天，物联网安全技术给人们带来了诸多便利，还提高了人类的主体地位，缩短了人与物之间的距离，提高了各企业的生产力水平及生产效率，并在很大程度上改变了人们的工作方式和思维水平。但是在物联网安全技术应用逐渐广泛的新时期，其所展现出来的问题也逐渐明显，因此，相关人员要从多个方面加强对物联网安全技术的改进和优化，保证物联网安全技术涉及信息的安全性。

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作者简介：孙伟芳（1987.07），女，山东省莱州市，本科，助理工程师，研究方向：电气自动化。