基于物联网的矿山安全生产监测系统的设计与实现

摘要

伴随着采矿工业的持续发展，受生产环境、技术装备、管理水平等诸多因素的限制，各种安全问题及事故不断涌现出来。提升矿山安全生产技术水平是保障矿企健康发展的有效手段。方兴未艾的物联网为采矿技术的信息化、生产安全化提供了新的契机。
　　本课题是在物联网蓬勃发展的背景下，依据矿山安全六大系统的相关要求，针对矿山安全生产的需求和矿山开采生产现状，通过将物联网应用在矿山安全生产领域中，对需要监控的对象安装各种传感器，并利用监测技术，将监控对象信息（如地下环境信息、人员行踪信息及设备状态信息）及时的通过有线或无线网络发送到地面监控中心，从而可以有效监测矿区的实际生产环境、设备运行状态，定位人员行踪，并根据现场状态采取相应控制措施，预警作业人员的不安全行为，提高矿山安全生产中的监控管理和事故预防水平。
　　本文分析了国内外矿山安全生产系统的现状和不足，对系统相关技术如传感技术、短距离无线传输技术、人员定位技术进行了深入研究。通过对辽宁金凤黄金矿业的现场调研，参照六大系统建设的相关规定，明确了监测监控系统和人员定位系统的功能需求。
　　针对金风黄金矿业的实际情况，本文参考物联网框架及技术特点，设计并实现了基于物联网矿山安全生产系统，主要工作有:设计系统总体方案及网络拓扑结构;设计并实现监测监控系统中的前端节点，主要包括信息汇聚器和温/湿度无线传感节点;设计并实现人员定位系统中的定位节点;设计系统通信协议。
　　系统通信平台采用无线结合有线方式:无线传感节点、人员定位节点与信息汇聚器之间通过无线方式进行传输，无需布线，安装、移动方便;主干传输网采用传输容量大、速率快、可靠性高的有线网络。设计的信息汇聚器功能强大，既能以无线方式收发传感节点、人员定位节点的信息，还能以有线方式上传或下发数据，处理执行来自地面监控中心的控制命令。根据井下巷道走向及实际工作环境，使用了基于RSSI测距的三边定位技术来定位人员行踪。制定的通信协议实现了数据包类型、设备种类区分，支持可变长度数据包传输，具有实用性、扩展性、高效性特点。
　　系统实现了预期的设计要求，率先部署安装在辽宁辽宁金凤黄金矿业。监测监控系统实现了传感数据采集、传输、处理、告警、控制及其它各项功能;人员定位系统实现了人员分布情况实时刷新、人员轨迹回放、越界告警等功能。试点成功后，现已扩大实施应用到辽宁二道沟黄金矿业和辽宁排山楼金矿，推动了企业的安全生产水平的提升。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的主要工作

1．5 论文的组织结构

第2章 相关技术介绍

2．1 短距离无线传输技术

2．2 传感器技术

2．3 人员定位技术

2．4 本章小节

第3章 系统总体方案设计

3．1 总体结构设计

3．2 监测监控系统设计

3．3 人员定位系统设计

3．4 本章小节

第4章 系统硬件设计

4．1 监测监控系统设计

4．1．1 主要芯片选型

4．1．2 电路设计

4．2 人员定位系统

4．2．1 主要芯片选型

4．2．2 电路设计

4．3 本章小节

第5章 系统软件设计与实现

5．1 通信协议设计

5．2 监测监控系统软件设计与实现

5．2．1 信息汇聚器软件设计与实现

5．2．2 无线传感节点软件设计与实现

5．3 人员定位系统软件设计与实现

5．4 本章小节

第6章 系统安装测试与运行

6．1 安调环境

6．2 系统测试方案

6．2．1 监测监控系统测试方案

6．2．2 人员定位系统测试方案

6．3 测试结果

6．3．1 监测监控系统测试结果

6．3．2 人员定位系统测试结果

6．4 性能分析

6．4．1 监测监控系统测试结果

6．4．2 人员定位系统测试结果

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

科研项目和论文工作情况