《矿山物联网安全感知与预警系统关键技术研究及示范》

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煤矿安全主要从两方面着手:一是预防,主要是采取措施不让事故发生;二是救援,也就是发生了事故后要采取一切办法将事故损失降低。实际上在这中间还有一个工作人员自我安保的问题,特别是非正常情况下的井下人员定位和无线联络的问题,这是技术的难点,也是安全生产中极重要的环节,只有解决了这个问题,人、机和周围的环境才能连为一体。矿山物联网安全感知与预警系统关键技术研究及示范即是为解决上述问题所做的有效尝试。通过构建有线、无线一体化无线多媒体统一传输平台与矿井分布式测量网络,以及自主研发的感知井下人员周围环境的国内首个智能矿灯,可将安全信息实时通知到每个矿工,实现了煤矿井下人、机和环境地有效融合,对解决矿井工作人员的自我安保难题实现了突破。项目本着统一设计、分布实施的原则进行规划设计。整体项目设计目标是建成一个统一的网络平台(骨干网络平台、无线网络平台)、统一的分布式监测网络,针对煤矿安全生产的需求,以物联网技术为手段,以综合自动化为实施基础,以三个感知为重点研究方向,解决了在感知矿山物联网系统架构、感知网络关键技术研究、时空信息集成交换技术、井下移动目标连续定位等方面的一批关键技术,实现提高矿井安全水平和保障矿井工作人员安全的目的。项目主要技术创新点:项目针对煤矿安全生产的需求,以物联网技术为手段,三个感知为重点研究方向,围绕感知矿山物联网系统架构、感知网络关键技术研究、时空信息集成交换技术、井下移动目标连续定位等方面进行了研究,取得了如下创新成果:(1)率先提出具有扩充性、重用性、共享性的矿山物联网体系架构,建设了全矿井安全、人员、设备的感知集成平台,完成了物联网示范工程,实现全矿井地面远程监控。经现场实际应用,效果良好,为物联网在煤矿应用提供了范例。(2)构建了有线、无线一体化无线多媒体统一传输平台与矿井分布式测量网络,实现井下人员环境、设备状态、信息联动、移动目标连续定位管理等应用子系统,有效防范了重特大事故,提高了矿山安全生产水平。(3)研制成功可感知井下人员周围环境的首个智能矿灯,可将安全信息实时通知到每个矿工。通过相关传感器对环境温度、甲烷浓度、人员健康状况以及位置信息等进行监测,并通过短消息与调度室进行无线通信,可实现人员安全感知环境、精确定位、动态跟踪以及紧急逃生指引,对解决矿井人员的自我安保难题实现了突破。(4)提出实时信息联动技术和时空信息融合模型及方法,建立了时空实时数据库和统一时空信息交换平台,实现时空信息集成与交换,解决了时空信息的同步更新与融合问题,实现了多传感器信息、多系统之间的联动,缩短了井上下、矿与集团间的安全决策时间。(5)构建了基于GIS井下电网地理拓扑与电力设备逻辑关系模型,实现了井下配电网络“一张图”集成化管理;实现了故障的反向追踪,为矿井安全生产和高效管理提供了支撑。(6)针对煤矿巷道长隧道状特点,提出适用煤矿巷道的长型线性定位算法,实现矿山中人员和车辆的精确定位。(7)构造了设备运行健康状况模式库的自学习与自动建立方法,完成以运行模式为准则的设备健康状态诊断,规避了矿山设备故障模式未知的不利条件,可用于在线实时了解矿山设备运行状态,避免了因宕机而造成的矿山生产损失。(8)提出利用分布式传感器网络的相关理论与技术,实现矿井动力现象监测的灵活部署。率先提出低功耗煤矿MEMS传感器结构及模型,可用于矿山分布式灾害预警与监测当中,保障了矿山安全生产。

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