随着物联网技术的发展，将物联网技术应用到煤矿，将带来煤矿领域的第四次技术革命。本书介绍矿山物联网领域的理论与应用，按照“源、流、岛”的体系去认知矿山生产及环境全过程；利用“三个感知”诠释矿山物联网的本质；从信息的获取、传输、处理和应用示范方面详细描述作者对矿山物联网理论与技术的认识。本书包括感知矿山技术体系、感知矿山的信息源、感知矿山的信息岛、感知矿山的信息流、感知矿山的传输网、感知矿山的智能化、矿山灾害感知、矿山人员环境感知、矿山装备感知、感知矿山云平台、井下灾变感知以及感知矿山工程实践12章内容。
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前言
1 感知矿山技术体系 1
1.1 感知矿山的基本概念 1
1.1.1 人的感知能力 1
1.1.2 感知矿山的内涵 2
1.1.3 感知矿山的意义 4
1.1.4 矿山感知技术发展 5
1.2 感知矿山物联网 7
1.2.1 物联网的概念 7
1.2.2 矿山物联网 8
1.3 感知矿山的关键技术 11
1.3.1 感知矿山系统架构 11
1.3.2 感知层关键技术 11
1.3.3 传输层关键技术 14
1.3.4 应用层关键技术 18
1.4 感知矿山的技术标准 19
1.4.1 标准建设的意义 19
1.4.2 矿山物联网标准内涵 19
1.4.3 M2M 接口标准 20
1.4.4 信息描述标准 23
参考文献 24
2 感知矿山的信息源 25
2.1 信息源 25
2.1.1 信息定义 25
2.1.2 信息获取 26
2.2 传感器 27
2.2.1 矿用传感器概述 27
2.2.2 物联网与传感器 29
2.2.3 传感器原理 30
2.2.4 传感器特性与选用 32
2.2.5 矿用传感器防爆 35
2.3 矿用气体传感器 36
2.3.1 气体传感器分类 37
2.3.2 瓦斯传感器 37
2.3.3 氧气传感器 44
2.3.4 一氧化碳传感器 47
2.4 微纳气体传感器 50
2.4.1 微纳甲烷传感器 50
2.4.2 微纳氧气传感器 52
2.4.3 其他微纳气体传感器 53
2.5 光纤传感技术 57
2.5.1 光纤传感原理 57
2.5.2 光纤温度传感器 57
2.5.3 光纤位移传感器 60
2.5.4 光纤压力传感器 63
2.5.5 应变感知 67
2.5.6 振动感知 71
2.5.7 流量感知 74
2.5.8 气体感知 75
2.5.9 电流感知 78
2.6 其他矿用传感器 81
2.6.1 风速传感器 81
2.6.2 其他传感器 84
2.7 矿用传感器的发展 86
参考文献 89
3 感知矿山的信息岛 92
3.1 信息岛的内涵 92
3.2 信息岛构建和演变 94
3.2.1 信息孤岛的动态扩展 94
3.2.2 全矿井信息岛拓扑生长 98
3.3 信息岛内的数据处理 100
3.3.1 监测信息入岛 100
3.3.2 统一数据描述 103
3.3.3 岛内数据表示方法 106
3.3.4 岛内数据融合方法 107
3.4 信息岛的中转与接驳 110
3.4.1 机会通信模型 110
3.4.2 机会中继与接驳 113
参考文献 117
4 感知矿山的信息流 120
4.1 感知矿山信息预处理 120
4.1.1 信息流分类 120
4.1.2 信息流预处理 121
4.1.3 信息流数据融合 122
4.2 感知矿山信息流编码 123
4.2.1 信息流编码目的 124
4.2.2 信息描述规范 124
4.2.3 信息流编码设计 125
4.3 感知矿山信息流传输 126
4.3.1 信息流传输方式 126
4.3.2 信息流传输平台 128
4.4 感知矿山信息流存储 129
4.4.1 信息库的特征 129
4.4.2 信息库的构建 130
4.4.3 信息库的应用 131
4.5 生产状态感知信息流 132
4.5.1 地质勘探感知信息流 132
4.5.2 采掘系统感知信息流 133
4.5.3 提升系统感知信息流 133
4.5.4 通风系统感知信息流 134
4.5.5 排水系统感知信息流 134
4.5.6 供电系统感知信息流 135
4.5.7 皮带系统感知信息流 135
4.6 灾害渐变感知信息流 135
4.6.1 瓦斯灾害感知信息流 135
4.6.2 煤火灾害感知信息流 136
4.6.3 粉尘灾害感知信息流 136
4.6.4 矿震灾害感知信息流 137
4.6.5 突水灾害感知信息流 137
4.7 指挥调度感知信息流 137
4.7.1 人员定位感知信息流 137
4.7.2 语音通信感知信息流 137
4.7.3 视频联动感知信息流 138
4.7.4 应急指挥感知信息流 138
4.7.5 生产调度感知信息流 138
4.8 矿区环境感知信息流 138
4.8.1 矿区灾害感知信息流 138
4.8.2 生态环境感知信息流 139
参考文献 139
5 感知矿山的传输网 141
5.1 感知矿山传输网发展现状 141
5.1.1 感知矿山传输网基本要求 141
5.1.2 感知矿山传输网技术现状 143
5.2 感知矿山传输网构建 149
5.2.1 感知矿山传输网组网 149
5.2.2 感知矿山传输网构架 151
5.2.3 基于认知无线电的传输网 152
5.3 感知矿山传输网优化 160
5.3.1 矿山环境对传输网的约束与限制 160
5.3.2 基于先进无线通信的传输网优化 161
5.3.3 网络多媒体数据传输的可靠性保障 162
5.3.4 网络多媒体数据传输的QoS 提升 167
5.4 灾后应急传输网重建 171
5.4.1 灾后应急传输网重建策略 171
5.4.2 基于QoS 的应急数据传输 173
5.4.3 应急泛在网络能耗最小化 174
参考文献 177
6 感知矿山的智能化 180
6.1 概述 180
6.2 感知矿山系统决策架构 181
6.2.1 矿山决策概述 181
6.2.2 决策支持系统 182
6.2.3 智能决策架构 183
6.3 感知矿山的认知方法 185
6.3.1 感知矿山认知建模的对象 185
6.3.2 感知矿山认知建模的方法 187
6.3.3 感知矿山认知决策的知识 197
6.3.4 感知矿山认知建模的模型 198
6.4 大数据感知矿山系统建模 205
6.4.1 矿山安全系统建模成果 205
6.4.2 大数据驱动的感知建模 206
6.5 融入知识的感知决策 209
参考文献 211
7 矿山灾害感知 213
7.1 瓦斯与煤火灾害感知 213
7.1.1 瓦斯与煤火感知方法 213
7.1.2 瓦斯涌出量感知 217
7.1.3 煤与瓦斯突出灾害感知 226
7.1.4 煤火灾害感知 239
7.2 矿山压力灾害感知 245
7.2.1 矿山压力灾害感知方法 245
7.2.2 冲击地压灾害感知的微震监测法 251
7.3 矿井突水灾害感知 272
7.3.1 矿井突水机理与感知方法 273
7.3.2 突水地质条件感知 276
7.3.3 突水地带特征感知 283
7.3.4 矿井突水的感知网络 290
7.3.5 矿井突水的综合感知 294
参考文献 298
8 井下人员感知 302
8.1 井下人员感知模型 302
8.1.1 人员感知的层次框架 302
8.1.2 主动式人员环境感知 303
8.2 井下人员定位技术 304
8.2.1 井下定位技术发展 304
8.2.2 井下动点定位算法 306
8.2.3 动点定位误差分析 314
8.3 人员感知流构建技术 317
8.3.1 压缩感知技术 318
8.3.2 分布式协同编码技术 320
8.4 移动组网拓扑控制 324
8.4.1 邻居节点选择概率的优化模型 324
8.4.2 邻居节点选择概率的分布式实现 325
8.4.3 算法描述 326
8.4.4 算法仿真及分析 326
8.5 人员感知信息岛 328
8.5.1 特征提取技术 328
8.5.2 信息联动 328
8.5.3 井下人员管理GIS 系统 331
8.5.4 系统功能 336
参考文献 336
9 开采装备感知 340
9.1 地下采矿装备概述 340
9.1.1 巷道掘进装备 340
9.1.2 煤炭回采装备 340
9.1.3 液压支护装备 342
9.1.4 矿井运输装备 343
9.1.5 井下供电装备 345
9.1.6 通风排水装备 346
9.2 采矿装备状态感知 347
9.2.1 掘进机状态感知 347
9.2.2 采煤机状态感知 349
9.2.3 液压支架感知 351
9.2.4 转运装备感知 353
9.2.5 提升装备感知 353
9.2.6 带式输送机感知 359
9.2.7 电力装备感知 363
9.2.8 通风装备感知 365
9.2.9 排水装备感知 366
9.3 智能材料结构感知 368
9.3.1 智能材料 369
9.3.2 智能结构 372
9.3.3 智能结构应用 374
9.4 移动装备定位感知 383
9.4.1 井下移动装备定位技术 383
9.4.2 井下运输车辆导航技术 391
9.5 截割煤岩性状感知 398
9.5.1 基于煤岩物性的识别技术 400
9.5.2 基于切割载荷的识别技术 405
9.5.3 基于岩层扫描的识别技术 409
9.6 机械润滑状态感知 413
9.6.1 油液监测技术 414
9.6.2 润滑油在线监测技术 416
9.6.3 几种典型油液监测技术 419
9.6.4 润滑油在线净化与修复 426
参考文献 431
10 感知矿山云平台 434
10.1 感知矿山云平台基础 434
10.1.1 云计算概念 434
10.1.2 云计算应用模式 435
10.1.3 云计算与大数据 436
10.1.4 感知矿山的云计算 437
10.2 感知矿山云平台技术 439
10.2.1 云系统管理软件 440
10.2.2 云存储软件 441
10.2.3 云门户软件 443
10.2.4 云应用软件群 446
10.3 感知矿山云平台服务 453
10.3.1 煤矿灾害预警云服务 453
10.3.2 煤矿风网优化云服务 462
10.3.3 设备健康监测云服务 463
10.4 感知矿山云平台前景 464
10.4.1 感知矿山云平台特色 464
10.4.2 感知矿山云平台需求 464
10.4.3 中国感知矿山云服务中心 465
参考文献 466
11 井下灾变感知 468
11.1 井下灾变事故特征 468
11.1.1 瓦斯事故 468
11.1.2 顶板事故 471
11.1.3 矿井水灾 472
11.1.4 矿井火灾 473
11.1.5 井下灾变感知特点 474
11.2 灾变环境感知方法 474
11.2.1 基于视觉的感知方法 474
11.2.2 基于听觉的感知方法 476
11.2.3 基于嗅觉的感知方法 476
11.2.4 基于触觉的感知方法 478
11.3 灾变感知的运载工具 479
11.3.1 灾变感知的运载工具 479
11.3.2 运载工具的关键技术 483
11.4 灾变环境通信系统 489
11.5 灾变受困人员感知 494
参考文献 496
12 感知矿山工程实践 498
12.1 概述 498
12.2 霍尔辛赫煤矿示范工程 498
12.2.1 霍尔辛赫煤矿示范工程规划 499
12.2.2 感知矿山信息集成交换平台 499
12.2.3 骨干网络建设 503
12.2.4 无线感知网络建设 504
12.2.5 井下人员感知系统 505
12.2.6 井下设备感知系统 507
12.2.7 感知矿山信息联动系统 513
12.2.8 井下移动目标定位系统 515
12.2.9 感知矿山物联网运行维护管理系统 519
12.3 夹河煤矿示范工程 522
12.3.1 夹河煤矿简介 522
12.3.2 夹河煤矿感知矿山建设内容 522
12.3.3 夹河煤矿感知矿山系统应用 523
12.4 感知矿山示范创新意义 526
京公网安备 11010102004214号