物聯(lián)網(wǎng)背景下當(dāng)代M2M技術(shù)在礦區(qū)環(huán)境數(shù)字化中的應(yīng)用分析

程紅英

摘要：本文探討了物聯(lián)網(wǎng)概述下的M2M技術(shù)，研究分析了利用M2M技術(shù)構(gòu)建礦山環(huán)境數(shù)字化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及基本功能。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);M2M技術(shù);礦區(qū)環(huán)境;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0232-02

0 引言

十三五以來，我國在很多領(lǐng)域開始大力推動信息和工業(yè)化融合，并利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，打造工業(yè)技術(shù)“4.0”。煤炭工業(yè)是一個高度密集的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具有多種職業(yè)合作。它的信息一直伴隨著行業(yè)的發(fā)展并起到了作用巨大的作用。數(shù)字礦上是煤礦信息的更高階段，是信息網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)建模和數(shù)字化。通過互動發(fā)展應(yīng)用需求和技術(shù)創(chuàng)新，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦井環(huán)境數(shù)字化人員安全調(diào)度，環(huán)境通風(fēng)安全調(diào)度方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述下的M2M技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)是機(jī)器之間的互聯(lián)互通，即M2M （Machine To Machine）。M2M是所有增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力技術(shù)的統(tǒng)稱。物聯(lián)網(wǎng)（IOT），正如其名稱所暗示的那樣，是互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物體連接的技術(shù)。目前，基于技術(shù)需求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由三個層級構(gòu)成[1]。

（1）第一層是感知層，這層的主要特征是利用識別技術(shù)對物體（或者設(shè)備）進(jìn)行感知，類似于人體的皮膚，對對象的信息進(jìn)行采集。（2）網(wǎng)絡(luò)層，這層的主要特征類似于人類的大腦，可以對信息進(jìn)行有效的處理，并對特性的信號做出預(yù)測和判斷。（3）應(yīng)用層，是目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要層級，即物聯(lián)網(wǎng)的深度融合和專業(yè)的行業(yè)技術(shù)，結(jié)合行業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)行業(yè)情報(bào)。

2 利用M2M技術(shù)構(gòu)建礦山環(huán)境數(shù)字化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及基本功能

2.1 總體設(shè)計(jì)

礦井環(huán)境數(shù)字化是對實(shí)際煤礦的虛擬表達(dá)，可以收集煤炭的天然和人類信息。人們可以查詢虛擬機(jī)并與之互動。礦井環(huán)境數(shù)字化在本質(zhì)上分為兩層：（1）數(shù)字化固有的礦井信息，即與空間位置直接相關(guān)的固定信息。例如地面地形，地下地質(zhì)，采礦方案和完成地下工程等，根據(jù)3D全面詳盡地描繪礦山和礦體協(xié)調(diào)組織“數(shù)字挖掘”。（2）在上述基礎(chǔ)上再次嵌入所有相關(guān)信息（即相對變更信息間接與尺寸位置有關(guān)，如儲備，安全，電子設(shè)備，人員，生產(chǎn)，技術(shù)，營銷等。）形成更加重要，多維的數(shù)字化礦。

基于M2M技術(shù)的礦井環(huán)境數(shù)字化是專門針對管理采礦地質(zhì)信息信息、危險(xiǎn)信息和生產(chǎn)信息開發(fā)的。一旦系統(tǒng)建立后，所有采礦設(shè)計(jì)都可以提前模擬采礦進(jìn)度的動態(tài)結(jié)果，包括發(fā)掘隱藏的安全故障，可以消除大多數(shù)隱藏的安全麻煩。隨著采礦生產(chǎn)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)返回的各種動態(tài)數(shù)據(jù)可以實(shí)時使用通過分析巖體變形，瓦斯突出，突水洪水等危險(xiǎn)因素模型庫和系統(tǒng)提供的方法庫，提前預(yù)測各種安全隱患，提前改善不安全因素，同時，要特別地監(jiān)測更大的危險(xiǎn)區(qū)域，為不可避免的情況，快速啟動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。如果必須要進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域生產(chǎn)作業(yè)，可啟用遠(yuǎn)程設(shè)備啟動，不需要人員現(xiàn)場啟動。

物聯(lián)網(wǎng)支持的礦井環(huán)境數(shù)字化是將影響煤礦安全的因素生產(chǎn)作為數(shù)據(jù)收集源，包括礦山地質(zhì)，礦井壓力，水文，天然氣，火災(zāi)，灰塵，提升，運(yùn)輸?shù)龋ㄟ^本地光纖網(wǎng)，GPRS / CDMA通信網(wǎng)等傳輸方法，數(shù)據(jù)自動采集設(shè)備（如傳感器），即可實(shí)時采集海量數(shù)據(jù)到信息管理中心數(shù)據(jù)庫，包括地應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)、地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障檢測結(jié)果、水文監(jiān)測信息、氣體信息（濃度、壓力、含量）、通風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和礦工定位信息等;最后，根據(jù)數(shù)據(jù)的組織和科學(xué)管理數(shù)據(jù)模型等過程，然后使用豐富的商業(yè)軟件，使用智能識別、數(shù)據(jù)融合、移動計(jì)算，云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同智能化測量管理，用于采礦設(shè)計(jì)，供電計(jì)算，人員指揮和其他方面。

基于M2M技術(shù)構(gòu)建礦井環(huán)境數(shù)字化，可以實(shí)現(xiàn)在所有時間和所有采礦區(qū)域?qū)Φ孛婧偷叵挛矬w進(jìn)行透明管理——?dú)夂颍匦危傻V水文，建筑，道路，橋梁，地面設(shè)施和地下煤層，斷層，裂縫，坍塌柱，水，氣和各種地下工程和地下設(shè)施得到控制，使整個礦區(qū)從設(shè)計(jì)，生產(chǎn)到管理層可以很好地被檢測與管理，設(shè)備可靠性、抗災(zāi)能力、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性大大提高。此外，基于M2M技術(shù)構(gòu)建礦井環(huán)境數(shù)字化，不僅為所有工作人員創(chuàng)造了安全舒適的工作環(huán)境，更重要的是將整個礦井變成“透明管理單元”。指揮人員在電腦屏幕上將看到目前為止所有的內(nèi)容，如果添加虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，他可以到達(dá)“場景”隨時可以在“場景”作業(yè)和命令的任何角落。

2.2 具體設(shè)計(jì)及基本功能

礦井環(huán)境數(shù)字化建設(shè)由數(shù)據(jù)采集和傳輸網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成，信息顯示層，數(shù)據(jù)存儲層（數(shù)據(jù)庫），系統(tǒng)配置層（DBA），核心應(yīng)用程序?qū)樱瑪?shù)據(jù)挖掘?qū)樱瑳Q策命令層和WEB操作平臺，并實(shí)現(xiàn)信息共享和各種業(yè)務(wù)的完全無縫集成[2]。

第一層是指數(shù)據(jù)采集和傳輸。這一層的主要構(gòu)件包括主服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備，在煤礦地下，為了有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通，需要搭配以太網(wǎng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，并配備路由器。在礦井地面上方，由于信息傳輸相對容易，所以可以采用多種形式進(jìn)行信息傳輸，傳輸?shù)姆绞胶徒尤氲姆绞娇梢赃x擇無線或者有線，接口的標(biāo)準(zhǔn)化可以保證數(shù)字化的質(zhì)量穩(wěn)步提升。在此基礎(chǔ)上，需要第二層結(jié)構(gòu)，即信息顯示。這一層的主要設(shè)備包括LED組成的大熒幕，顯示設(shè)備等，在很多的工業(yè)系統(tǒng)中，顯示設(shè)備應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是需要強(qiáng)調(diào)的是，信息顯示的相關(guān)設(shè)備在近兩年更新較快，已經(jīng)出現(xiàn)很多移動式顯示設(shè)備，電視和投影設(shè)備，這些設(shè)備的合理應(yīng)用可以有效加快系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)。第三層，是對第一層的信息收集，也就是構(gòu)建信息收集存儲層。這一層主要是通過服務(wù)器建設(shè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，主要用于信息收集和存儲。第四層，系統(tǒng)的配置層，即DBA，此級別是高級管理員操作級別。主要的功能是編碼管理，定義報(bào)告格式等。在應(yīng)用層方面，本系統(tǒng)主要設(shè)置了核心應(yīng)用層及挖掘?qū)樱饕墓δ苁菍?shù)字化平臺的數(shù)字挖掘，并對多種系統(tǒng)（技術(shù)、安全等系統(tǒng)）進(jìn)行統(tǒng)一管理，此外，在這一層，主要是對各個系統(tǒng)的協(xié)同進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)用，這關(guān)系到整體數(shù)字化建設(shè)的效果。最后一層是決策命令及WEB操作平臺：通過DBA WEB發(fā)布設(shè)置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作互聯(lián)網(wǎng)和信息管理，主要針對集團(tuán)公司，省，國家等優(yōu)秀部門等用戶。主要包括效益分析等，其效果代表了數(shù)字挖掘建設(shè)的成敗。整體結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)與各系統(tǒng)之間的關(guān)系，協(xié)同運(yùn)作主要通過數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)字段和圖形文件關(guān)聯(lián)層。

3 結(jié)語

綜上所述，在信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的第十三個五年計(jì)劃綱要中，融合寬帶無線移動通信網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)是最重要的發(fā)展方向，是我國信息化、工業(yè)化的快速融合的有力武器。M2M的存在是為了增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的M2M技術(shù)的礦井環(huán)境數(shù)字化建設(shè)有煤礦數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)程監(jiān)控，和安全生產(chǎn)信息管理等模塊，不僅適用于地下和地下工作人員創(chuàng)造安全舒適的工作環(huán)境，也大大提高了煤炭防災(zāi)能力和生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫權(quán).煤礦井下機(jī)電設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（9）：179-182.

[2] 劉振華，徐緒堪.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦機(jī)電設(shè)備智能管理平臺設(shè)計(jì)[J].工礦自動化，2019（4）：101-104+108.

Application and Analysis of Contemporary M2M Technology in Digitalization of Mining Area Environment under the Background of Internet of Things

CHENG Hong-ying

（Shaanxi Fashion Engineering University， Xi'an Shaanxi? 712046）

Abstract：This paper discusses M2M technology under the outline of the Internet of Things， and studies and analyses the overall design and basic functions of mining environment digitization system based on M2M technology.

Key words：Internet of Things; M2M technology; mining environment; system design