矿山物联网服务承载平台与矿山购买服务.pdf
第 4 2卷 第 4 期 2 0 1 6年 4月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i n e Aut o ma t i on Vo 1 . 4 2 NO . 4 Apr . 2 01 6 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 O 4 0 0 0 7 0 5 DO I 1 0 . 1 3 2 7 2 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 x . 2 0 1 6 . 0 4 . 0 0 2 张申. 矿山物联网服务承载平台与矿 山购买服务I- J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 6 , 4 2 4 7 - 1 1 . 矿山物联网服务承载平台与矿山购买服务 张 申 中 国矿 业 大学 物联 网 感 知矿 山 研究 中心 , 江 苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘 要 矿 山综 合 自动 化 系统 由于没 有考虑 容 纳第 三方 的服务 , 逐 步显 露 出系统 封 闭 、 标 准不 一 、 信 息应 用 困难 、 对矿 山技 术人 员要 求 高等 问题 , 阻碍 了其发展 。明确 了矿 山物 联 网的本 质 为服 务 承 载 平 台 , 矿 山物联 网应具 有相 应的公 共服 务能 力 , 包括 基 于位 置的服 务 、 基 于 时 间的服 务 、 基 于信 息 的服 务 、 基 于 云 的服 务 、 基 于大数据 的服 务 、 基 于语 义 的服 务 等 , 重点论 述 了矿 山物联 网应 具备 的服 务 能 力 和矿 山购 买服 务 , 指 出这 些 服务能力会随着技术和需求的发展而不断充 实与增加 , 使矿 山物联 网逐步向智慧矿 山迈进。 关键 词 矿 山物联 网 ; 服 务承 载 ; 矿 山购 买服务 ;大数 据 中图分类号 TD 6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 - 0 4 0 5 0 8 4 8 网络 出版 地址 h t t p / / www. c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . TP . 2 0 1 6 0 4 0 5 . 0 8 4 8 . 0 0 2 . h t ml Se r v i c e c a r r y i ng p l a t f o r m o f mi ne I n t e r n e t o f t hi n gs a n d mi ne bu y s s e r v i c e ZHAN G Sh e n I n t e r n e t o f Th i n g s P e r c e p t i o n Mi n e Re s e a r c h Ce n t e r ,Ch i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ,Ch i n a Ab s t r a c t Du e t o t he l a c k i ng o f c o ns i de r i ng c a r r y i ng t he t hi r d s i d e s e r v i c e i nt o m i n e i n t e g r a t e d a u t o ma t i o n s y s t e m MI AS ,s o me d i s a d v a n t a g e s h a v e r e v e a l e d i n M I AS a n d o b s t r u c t e d d e v e l o p me n t o f M I AS s u c h a s s y s t e m c l o s i n g , s t a n d a r d i n c o n s i s t e n c y, i n f o r ma t i o n a p p l i c a t i o n d i f f i c u l t y a n d h i g h r e q u i r e me n t s f o r mi n e t e c h n i c i a n s .As a s e r v i c e c a r r y i n g p l a t f o r m,mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s MI o Ts h o u l d ha v e c a pa b i l i t y o f p r ov i di n g p ubl i c s e r v i c e s,s u c h a s l oc a t i on b a s e d s e r v i c e,t i me ba s e d s e r vi c e,i n f o r m a t i o n b a s e d s e r v i c e ,c l o u d b a s e d s e r v i c e ,b i g d a t a b a s e d s e r v i c e ,s e ma n t i c s b a s e d s e r v i c e ,e t c .Th e e mp h a s e s a r e d i s c u s s i o n a b o u t t h e s e r v i c e c a p a b i l i t i e s a n d mi n e b u y i n g s e r v i c e s .I t i s o b v i o u s t h a t wi t h d e v e l o p me n t o f t e c hno l o g i e s a nd d e ma nd s ,t he c a p a bi l i t i e s o f M I o T wi l l b e e n ha nc e d a nd i nc r e a s e d t o ma ke t he M I oT t o pu r po s e o f i n t e l l i g e n t mi n e. Ke y wo r d s mi n e I nt e r ne t o f t h i ngs ;s e r v i c e c a r r y i ng;m i ne buy s s e r v i c e;bi g d a t a 0引言 2 0 1 3 年 1月, 笔者著 论矿 山物联 网的结构性 平台与服务性平台 __ l 介绍 了矿山物联 网服务性平 台的一些可能的应用服务, 如分布式监测监控底层 服务 、 为第三方提供公共服务、 多学科协同工作服务 以及矿 山云服 务 等 。矿 山物 联 网 的本 质是 服 务 , 矿 山物联网是一个承载服务的平台应该成为业界的共 识。矿山的各种应用 , 如地质、 测量、 矿山建设 、 矿山 生产 、 矿山安全、 产品加工与运销 、 矿 山生态等都是 在该平 台下的应用服务。传感、 传输、 信息处理 、 云 计算 、 智能决策、 大数据、 现代控制、 现代信息管理等 技术都是为这些应用服务提供技术支撑的。 本文重点论述矿山物联 网服务承载平 台的作用 与意义 , 分析矿山物联网应该具有 的公共服务能力 , 如基于位置的服务 、 基于时间的服务 、 基于信息的服 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 1 2 8 ; 修 回日期 2 0 1 6 0 3 0 9 ; 责任编辑 李 明。 基金项 目 “ 十二五” 国家科技支撑计划资助项 目 2 0 1 3 B AK0 6 B 0 5 , 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 2 0 4 1 7 7 。 作者简介 张申 1 9 5 7 一 , 男 , 江苏兴化人 , 教授 , 博士 , 博士研究生导师 , 主要研究方 向为煤矿通信 , E - ma i l y u n n a n 0 5 t o m. t o m。 8 工 矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 务 、 基 于云 的服 务 、 基 于 大数 据 的服 务 、 基 于语 义 的 服务等 , 概要给出矿山购买服务的模式 。可以预见 , 这些服务能力会随着需求 的提高和技术的发展而不 断得到充实与扩展 。 1 矿 山物 联 网的本 质 服 务承 载 平 台 1 . 1 “ 三 自模 式” 及 其 带来 的 问题 矿山综合 自动化建设已经取得 了不俗 的成绩 , 但从大 的格局来讲 , 几乎所有矿山的综合 自动化系 统建设都是沿袭传统 的理念与思路 , 即矿山 自己建 设 、 自己使用、 自己维护模式。这种 自建 、 自用、 自维 的“ 三 自模式” 从建设初期就没有考虑是否应具备将 第三方 的应用服务纳入到网络里 的能力 , 一切均是 自己来做 , 基本是一个封闭的系统 。因此 , 极易出现 “ 感知手段传统单一, 缺乏泛在感知 网络 , 重硬集成 轻软集成 , 缺乏应用 层面 的信息融 合, 缺 乏标准建 设 , 多学科交叉应用不够” 等问题 ] 。这些问题已经 严 重 阻碍 了矿 山综 合 自动化 的进 一 步 发 展 , 大 多 数 已经建设了综合 自动化系统的矿山均反映系统没有 起到应有的作用 , 甚至一些矿 山的综合 自动化系统 成 了摆 设 。 除上述问题外 , “ 三 自模式” 并不符合 矿山运行 过程中对服务灵活伸 缩的需求 , 如过断层 、 遇老空 区 、 采 空 区发火 等 , 可 能 临 时 需要 压 力 监 测 、 突水 监 测 、 注浆注氮系统测控等子系统。但在传统 的“ 三 自 模式” 下 , 要建设这些系统都需要经过立项 、 论证 、 审 批 、 建 设 和验 收等 流 程 , 而 且 一 旦建 设 , 就 成 为 网络 里 固定 的子系统 , 不管是不是仍有需要都不 能从 网 络 中撤除 , 因为一旦再需要 , 重复 申请建设这样的子 系统几 乎是 不可 能 的 。 1 . 2矿 山物联 网服 务 承载 平 台与购 买服 务模 式 感 知矿 山物 联 网应该 是一 个 服务 承载平 台 。所 谓服务承载平台, 就是方便各种服务提供 商为矿 山 提供各种服务 , 同时也能 为今后不断增长的需要或 随时可能的需要提供服务 。例如针对过断层 、 过老 空区、 采空区发火 等临时需求 , 在矿 山物联 网环境 下 , 可以向相应的服务提供商购买这些方面的临时 服务 , 将所需的压力监测、 突水监测、 注浆注氮系统 测控等服务随时接人到网络 中, 一旦这种需求消失 , 随时可将这些服务从矿山物联网中撤除 。 这种服务购买模式是解决现有矿 山自动化系统 “ 缺乏应用层面的信息融合 , 多学科交叉应用不够” 等问题 的有效模 式。以矿震监测为例 , 图 1给出了 矿 山物联 网环境 下 的分 布 式 矿 震 监 测 方 法 l 3 ] 。该 方法可方便地将微震 、 声发射 、 电磁辐射等多种传感 器 以完 全相 同 的方 式 接入 网络 , 在 主机 中安 装 相应 软件 , 即可实现多套不同的矿震监测系统。这些系 统完全可 以以服务的形式提供到网络中。例如 , 某 服务提供商的微震监测服务 较好 , 就可 由其接入微 震传感器 , 安装相应软件 , 提供微震监测服务 ; 另一 服务提供商的声发射监测 比较有优势 , 就 由其提供 声发射监测服务 ; 一段时间后 , 又一个服务提供商称 可不再安装任何传感器, 只将 已有 的矿震监测信息 融合在一起 , 进行更为全面的矿震信息分析 , 则可购 买该服务提供商 的信息融合服务。在矿山物联网服 务承载平台下 , 应用层面的信息融合、 多学科交叉等 很 自然地实现了。显然这种服务购买模式更加适合 矿山的需要 , 服务可以是长期的、 短期的或临时的。 ⋯析 矿震分析软件 I 矿山物联网应用平台 丽丽 矿山物联网传输平台 电 磁传感器I I 电磁传感器l l 声波传感器l l 微震传感器l I 电 磁传感器 图 l 矿 山物 联 网环 境 F的分 布 式 矿 震 监 测 方 法 矿 山物联 网服 务承 载平 台必须 是一 个开 放式 的 网络 。因此 , 感知矿 山物联网建设过程中, 标准建设 是非常重要的, 网络必须能开放给服务提供商, 必须 具有 必要 的服 务 能力 , 这 也 是 感 知 矿 山物 联 网与 矿 山综 合 自动化 系统 的 区别 。 2矿 山物联 网的服 务 能力 所谓服务承载, 就是能够为服务提供商提供便 利 , 使其能方便地将服务提供到 网络中, 同时 , 这些 服务具有 良好的伸缩性 。矿山物联网的建设应使得 矿 山逐 步从“ 三 自模 式” 向购 买 服 务转 变 , 这样 可 以 最大限度地保护矿山用户 的投资 , 更有利于矿 山专 业化运营以及服务提供商 的专业化服务 , 同时也能 保证矿山物联 网真正成为一个活的、 不断发展的网 络 。下面从 6个方面说 明矿山物联网服务承载平台 的这种服务能力。实 际上这 6个方面是相互交融 、 不 可割 裂 的 。 2 . 1 基 于位 置 的服务 矿山需要两大类型的基于位置的服务。人员与 2 0 1 6年 第 4期 张 申 矿 山物 联 网服 务 承载 平 台与矿 山购 买服务 9 移动设备的定位 、 设备控制及动态管理等需要位置 信息。过去这些定位都 由各子系统实现 , 如人员定 位与考 勤 系 统 , 网络 上 并 不 具 备 这 样 的 服务 能 力 。 而地面 GP S系统及移动通信系统均具有 网络提供 位置服务的能力 , 各种有位置需要 的应用服务 只是 直接利用这种能力 , 而不需要 每个应用子系统实现 定位 。现在各种跑步应用手环和手机软件等都是利 用 了这 种基 于位 置 的服 务 。 因此 , 矿 山物 联 网应 该 具备这种位置服务能力 , 而不是 由各个子系统分别 实现定 位 。 另一类具有矿山特色的定位是对灾害源及故障 的定位 。原来的监测系统基本上都是集中式监测系 统, 以矿震监测为例 , 有电磁辐射监测系统、 声发射 监测系统 、 微震监测系统等。这些系统的不足 通道 数有限, 不能任意扩展 ; 有线传输 , 不利于移动; 功能 单一 , 不能进行综合监测 ; 价格 昂贵 , 不利于推广应 用 。此 外 , 这些 集 中式 监 测 系 统 均不 具 备 网络 化 灾 害位置服务的能力 , 不能开放给其他服务提供商使 用。矿 山物联网的网络化分 布式监测系统中, 传感 器和执行器以有线或无线方式直接接入主干传输 网 络, 传感器与执行器布置灵活 , 适合快速布置、 移动 应用 , 使 网络具 备 了分布 式定 位 的 能力 , I . 2节 中 已 经说 明 了这 些优 势 。可 以预见 , 对 于矿震 灾 害来说 , 利用物联网分布式感知技术 与灾害源定位技术, 只 要安装 不 同类 型 的传 感器 , 就 可 同 时实 现 电磁 辐 射 监测、 声发射监测、 微震监测等多种系统 。通过多种 监测信息的融合 , 实时感知煤岩动力灾害孕育、 演化 和诱发 过程 中的异 常 特征 和前 兆 信 息 , 将 是 实 现 矿 震灾害预警 的有效途径。 2 . 2基 于 时间的服 务 目前矿山综合 自动化系统网络 中并没有统一 的 时间, 上述 2种定位 、 精确控制等需求均难 以实现。 许多 第三方 的服务 都 是基 于 时 间 的 , 要 让 各 方 面 的 专家能专注于 自己擅长的服务 , 矿 山物联 网就应该 具有提供 网络上时间服务的能力。简单来说 , 在矿 山物联 网环境下 , 每个矿工都会带一个智能可穿戴 设备 , 如智能矿灯。可穿戴设备上必然有时钟 , 网络 上如果没有时间服务功能 , 时间一长, 每个时钟指示 的时 间必 然会 出现差 异 。而 常用 的 手机 由于 网络上 有 时间服 务能力 , 所指 示 的时 间基本 是一 致 的 。 更为精细的时间服务能力体现在分布式网络化 测量与控制中。如图 1所示 的分布式矿震监测 中, 各传感器之间的时间同步是灾害源定位 的关键 , 网 络具备 时间服务能力使得该种系统 的应 用更为方 便 、 快捷 。 此 外 , 全 网具 有 时间服 务能 力 , 就能对 全矿 井发 生 的事件进 行 跟踪管 理 , 如针对 电力 系统 的故 障 , 能 非常方便地进行查找与跟踪 ; 对事故发生的前后顺 序进行有效判别等。 具有时间服务能力的网络才能真正实现所谓的 四维 矿 山 。 2 . 3基 于信 息的服 务 矿山的生产监控调度指挥 、 安全生产信息管理 、 生产计划与接续 、 专家决策支持、 经营管理、 设备运 行管理、 重大灾害预警预报、 矿山设备故障分析等均 需要大量的信息 , 都是基于信息 的服务。这些均需 多学科的参与协同工作。 矿 山物联 网技 术 的发展 为这种 多学科 协 同工作 提供 了可能。各学科在同一平 台上工作 , 使用同样 的数据 , 面对同一个矿山, 无需任何行政手段, 互不 干涉 , 目的都是为矿山的安全生产提供服务 , 充分利 用各方利益的分配与矛盾 , 自然而然地形成 了一个 真正市场化的协同工作环境 。 这种网络化协 同工作最典型的例子就是 3 6 0与 腾讯之间的贴身肉搏。但他们都是在同一个网络环 境下, 都要为同样 的用户提供尽可能好 的专业化服 务 , 肉搏的结果 是用户受益。站在广大用户的角度 来看, 他们的肉搏反而是一种很好的协同工作关系 。 网络的开放性为他们提供了用户所需要的 , 甚至是 喜闻乐见的肉搏式协同工作环境。正是这种肉搏式 协同工作最有可能成为物联网环境下协同工作方式 的主流 , 最大 的赢 家是 物联 网用 户 。对 于 矿 山 物联 网来说 , 最大的赢家就是矿山企业 。 2 . 4基 于云的服 务 矿 山云服务平台通常会 由某些专门的服务商来 提供, 如矿山灾害监测与预警云平台, 由某个矿山灾 害监测云计算开发商汇聚一批矿 山安全专家 专家 云 来为矿山提供服务 ; 设备健康状况诊断云平 台, 由云服务中心汇聚一批矿山设备提供商来为矿山提 供服务等。 仍 以矿震 监 测 为例 , 常用 的监测 方 法 有 电磁 辐 射法、 声发射法、 微震监测法等。而现在矿震方面的 专业 已有定论 , 即对矿震需要进行综合监测。但随 之 而来 的 问题 是监 测 方 法 越 多 , 矿 山越 缺 乏 对 这 些 监测信息进行解读和分析的专业人员。对信号的解 读分析需要运用多物理场耦合理论与分析方法 , 可 能包括采动影响下的围岩和煤体 的变形与破坏失稳 关系 , 灾变准则 , 煤与瓦斯突出、 冲击地压 、 瓦斯粉尘 第 4 2卷 第 4期 2 0 1 6年 4月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut oma t i on Vo L 42 NO . 4 Ap r . 2 01 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 4 0 0 1 1 0 4 DOI 1 0 . 1 3 2 7 2 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 x . 2 0 1 6 . 0 4 . 0 0 3 耿泽昕, 宋建成, 许春雨 , 等. 自动化采煤控制系统设计[ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 6 , 4 2 4 1 1 1 4 . 自动化采煤控制系统设计 耿泽昕 , 宋建成 , 许春雨 , 田慕琴 , 于亚运 , 付峻青 , 徐建斌。 1 . 太原理工大学 煤矿电气设备与智能控制 山西省重点实验室 ,山西 太原0 3 0 0 2 4 ; 2 . 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 技术研究院有限责任公司,山西 晋城0 4 8 0 0 6 ; 3 . 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 成庄煤矿,山西 晋城0 4 8 0 0 6 摘 要 针 对 目前 国 内综采 工作 面 自动 化程度 低 的 问题 , 提 出了一种 自动化 采 煤控 制 系统 总体 设计 方案 , 重 点 阐述 了该 系统 自动化 采煤控 制 工 艺及 其 实现 方案 。该 系统采 用 RS 4 8 5双 总 线通 信模 式 , 通 过 支架 控制 器将采煤机位置、 液压支架状态等参数实时上传至端头服务器, 端头服务器将参数上传至集控计算机进行显 示, 集控计算机通过端头服务器向支架控制器发送控制命令 , 完成对液压支架动作的双 闭环控制 , 同时集控 计算机 向采 煤机控 制 器发 送控 制命令 , 自动控 制采 煤机摇 臂 高度 , 从 而 实现 工作 面 自动 化采 煤 。 关键词 自动化 采煤 ; 采 煤机 ;液压 支架 ;双 闭环控 制 中图分 类号 T D6 3 2 / 6 7 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 6 0 4 0 5 0 8 5 0 网络 出版地址 h t t p / / ww w. c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . T P . 2 0 1 6 0 4 0 5 . 0 8 5 0 . 0 0 3 . h t ml De s i g n o f a ut o ma t i c c o a l mi n i n g c o n t r o l s y s t e m GENG Ze x i n , S ONG J i a n c h e n g , XU Ch u n y u ,TI AN M u q i n , YU Ya y u n , FU J u n q i n g .XU J i a n b i n 。 1 . S h a n x i Ke y L a b o r a t o r y o f M i n i n g El e c t r i c a l Eq u i p me n t a n d I n t e l l i g e n t Co n t r o l ,Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y,Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4,Ch i n a;2 . Te c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e C o. ,Lt d. ,S h a n x i J i n c h e n g An t h r a c i t e M i n i n g Gr o u p Co. ,L t d. ,J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6 ,Ch i n a ;3 . C h e n g z h u a n g Co a l Mi n e ,S h a n x i J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p Co . ,Lt d . ,J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6 ,Ch i n a Ab s t r a c t For p r ob l e m of l ow a u t o m a t i o n de g r e e of c u r r e n t f u l l y m e c h a ni z e d c o a l mi n i ng f a c e,a d e s i gn 收稿 日期 2 0 1 6 0 1 1 2 ; 修回 日期 2 0 1 6 0 3 1 0 ; 责任编辑 盛男。 基金项 目 国际科技合作与交 流专项资助项 目 o s 2 0 1 3 z R O 4 9 3 ; 山西省科技重大专项资助项 目 2 0 1 1 I 1 0 1 0 2 4 , 2 0 1 3 1 1 0 1 0 2 9 。 作者简介 耿泽昕 1 9 9 O ~ , 男 , 山西平遥人 , 硕士研究生 , 主要研究方向为煤矿电气设备 与智能控制技术 , E - ma i l g e n g z e x i n 1 2 7 3 8 1 2 6 . c o n l 。 策 、 故障与灾害超前预警、 事故反演等 。 3 结语 矿山综合 自动化系统从设计开始就没有考虑容 纳第三方 的服务 , 因此在建设后期 , 逐步出现了系统 封闭、 标准不一、 信息应用 困难、 对矿山技术人员要 求高等问题 。在多年实施 矿山综合 自动化 的基础 上 , 再实现矿山物联 网, 应该明确矿 山物联网的本质 是服务承载平 台, 矿山物联 网必须具有相应 的公共 服务能力 , 如基于位置的服务、 基于时间的服务、 基 于信息的服务 、 基于云的服务 、 基 于大数据的服务、 基于语义的服务等。可 以预见 , 这些服务能力会随 着技术和需求 的发展而不断充实 与增加 , 矿 山物联 网也会 越来越 实用 , 逐 步 向智 慧矿 山迈 进 。 参考文献 I- 1 ] 张 申, 张滔. 论矿山物联 网的结构性平台与服务性平 台 [ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 3 , 3 9 1 3 4 ~ 3 8 . 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