基于物联网的矿用应急救援物资管控系统-矿业安全与环保-20111223投稿

2011 年 X 月 矿业安全与环保矿业安全与环保 第 X 卷 第 X 期 基于物联网的矿用应急救援物资管控系统基于物联网的矿用应急救援物资管控系统 王吉龙 宋文 孙启龙 邢春超王吉龙 宋文 孙启龙 邢春超 中煤科工集团重庆研究院 应急救援技术研究所 重庆 摘摘 要 要 基于物联网提出一种矿用应急救援物资管控系统 解决当前应急救援物资面临的信息感知和获取 应急救援装备和 救援队伍的管理和救援信息的共享等问题 不但可实现矿山应急救援物资的智能化 科学化管理 而且可以辅助抢险救灾过 程中物质调度管理和救援力量的分配 从而提高应急救援效率等 关键词 关键词 物联网 应急救援 射频识别 管控 中图分类号 中图分类号 文献标志码 文献标志码 文献编号 文献编号 A Mine Emergency Rescuing Resources Management and Control System Based on Internet of Things Wang Ji long Song Wen Sun Qi long Xing Chun chao Emergency Rescue Research Institute Chongqing Branch of China Coal Research Institute Chongqing China Abstract Basing on the status quo of existing mine emergency resources management an control activities this article try to adopt the technology of internet of things and to research and develop a system of mine emergency rescuing resources management and control system in order to realize the awareness and acquisition of information concerning resuing resources the management of emergency rescuing equipments and rescue team the sharing of resue information and so on The anticipatory system can also assist the emergency center or temporary command basement to effectively schedule the rescuing resources and personnel in the rescuing activities and can guide the emergency rescue help to investigate the accident improve the efficiency of rescue reduce the casualties and property loss Keywords Internet of Things Emergency and Rescue RFID Management and Control 物联网 是一种新兴网络互联信息技术 其核 心就是实现物物互联 智能交互与感知 它是实现 感知矿山和智能矿山的最核心技术之一 基于物联 网的矿用应急救援物资管控系统可把矿井应急救援 装备和救护队员等互联组网起来 并进行智能信息 交换和实时通信 以实现相互之间智能识别 定位 跟踪 监控和管理等 通过物联网技术在应急救援物资管控中的应用 可以促进救援装备 救援队伍等及时有效调度管理 和提高救援效率等 如救援物资相关信息的感知与 获取 应急救援装备的调配和和救援队伍绩效管理 应急救援信息共享与上传国家基地或应急指挥中心 等方面 1 2 5 1 1 系统组成及原理系统组成及原理 基于物联网技术的矿用应急救援物资主要由附 着在救援设备 物品以及救援人员等物资上的 RFID 有源电子标签 矿用 RFID 阅读器 矿用应 收稿日期 收稿日期 基金项目 基金项目 中煤科工集团重庆研究院应急救援技术研究所 2011 年青年创新基金项目 作者简介 作者简介 王吉龙 1983 男 山东 工程师 硕士 研 究生 主要研究方向为矿山应急救援通信 物联网技术的 应用研究 Email WangJL1103 急通信网络设备 数据服务器 计算服务器和配备 物资管控软件的监控计算机等组成 见图 1 图图 1 1 系统描述系统描述 2011 年 X 月 矿业安全与环保矿业安全与环保 第 X 卷 第 X 期 该系统通过附着在应急救援物资上的智能节点 RFID 有源电子标签 感知信息并通过自行组网 的方式传递到上层矿用 RFID 阅读器 由矿用 RFID 阅读器将收集到的感应数据通过矿用应急通 信网络或者矿山骨干网将感应数据存储到数据服务 器中进行数据处理 数据服务器将感知信息先存储 为实时数据 然后关系映射为关系数据 并存储到 关系数据库中 部署在监控中心或者现场救援指挥 调度中心的应急救援物资管控软件平台通过对关系 数据库中的数据进行分析处理 并开展相关管控应 用 例如 救援设备跟踪 救援人员及物品定位 预警报警管理 救援考核管理 救援信息共享到国 家应急救援指挥中心以及救援物品管理等应用 2 2 系统体系及软件架构系统体系及软件架构 2 12 1 系统体系架构系统体系架构 基于物联网技术的矿用应急救援物资管控系统 体系架构分感知层 网络层和应用层三层 如图 2 所示 图图 2 2 系统体系架构系统体系架构 感知层是矿用应急救援物资管控系统的基础 主要用来获取各种应急救援装备 物品以及救援人 员的传感数据 数据感知是 物联网 的核心 感 知层的各个节点为智能传感节点 智能节点感知信 息并通过自行组网通过传递到上层矿用 RFID 阅读 器 由矿用 RFID 阅读器将收集到的感应数据通过 网络层提交到应用层进行处理 感知层主要通过安 装在矿用救生舱 避难硐室中的压风自救装置 医 药 食品等救援设备 物品上面的 RFID 电子标签 或者井下救援队伍以及井上救援人员随身携带的 RFID 电子标签获取救援装备 物品以及人员等物 资的位置 库存 分布以及救物资状态等信息 网络层主要负责矿用救援物资管控系统的传输 建立在矿用应急通信网络和矿山骨干网络之上 在 井下网络通信正常的情况下可不需要矿用应急通信 网络 主要包括实时数据存储 网络管理等功能 网络层将接收到的感知层的各类型数据 通过矿用 应急通信网络和矿山骨干网络将其传输至对应的数 据处理中心 交由应用层进行对应的处理 应用层是矿用救援物资管控系统的上层系统 主要实现传感器数据的关系存储 查询 分析 挖 掘 理解以及基于感知数据的应用和决策系统 其 中云计算以分布式数据处理技术是应用层的主要技 术 2 22 2 软件平台软件平台 基于物联网技术的矿用应急救援物资管控系统 软件架构的基本设计理念是基于面向对象的模块化 设计思想 多线程以及基于云计算的分布式处理技 术等 如图 3 所示 最低层为数据过滤模块及数据接受模块 数据 过滤模块主要是根据事先设置的过滤配置信息采集 用户所关心的原始数据 以缓解服务器压力 便于 用户的数据分析 数据接受模块主要是接受感知层 获取到各种救援装备 物品以及救援人员等传感数 据 数据缓冲区用来临时缓冲传感器感知的数据 中间件从缓冲区中取出数据 并调用实时数据处理 模块 并按照一定的存储格式将数据存储到实时数 据库和关系数据库 实时数据库用来解决由传感器 感知的海量数据的存储问题 实时数据库的并发性 和实时性特点保证了数据的完整性 实时性和可靠 性 最顶层为应用层 是通过感知层感知的各种实 时数据 如各种救援装备 物品以及救援人员等实 时数据 且将监测数据关系化后实时通过网络上传 图图 3 3 软件平台软件平台 2011 年 X 月 矿业安全与环保矿业安全与环保 第 X 卷 第 X 期 到应用服务平台 应用服务平台对感知实时进行计 算分析 并开展相关应用 救援设备跟踪 救援人 员及物品定位 救援设备定期校验提醒 救援设备 使用年限到期报警 危险物品 如炸药等 非授权 出库等预警报警管理 救援考核管理 救援信息共 享到国家应急救援指挥中心以及救援物品管理等应 用 利用此平台的应用以辅助遇险人员抢救过程中 应急指挥中心或临时指挥基地进行有效的救援资源 调度和力量分配 指导应急救援 协助事故调查 提高救援效率 降低灾害事故人员伤亡和财产损失 等 3 3 主要关键技术主要关键技术 3 13 1 应急救援物资的感知和射频识别应急救援物资的感知和射频识别 感知和射频识别是矿用应急救援物资管控系统 的基础 其技术也是 物联网 的核心技术 但是 由于多个应急救援装备 物品以及救护人员等携带 的 RFID 标签同时无线接入和读写是存在碰撞冲突 的 可能会出现一个标签同时被多个阅读器覆盖读 写 也可能出现一个阅读器同时覆盖阅读多个标签 第一种情况属于多阅读器 标签干扰问题 如图 4 示 后一种情况也是实际中最容易出现的情况 阅读器读写标签时类似于无线电广播方式 多个标 签同时接收一个阅读器发出的信息 多个标签同时 将各自数据传送给阅读器的通信称为多路接入 容 易出现 RF 干扰和碰撞 目前有四种不同的方法来 解决该问题 时分多路法 频分多路法 空分多路 法以及码分多路法 现在比较成熟的就是 ALOHA 防冲突算法 使用该算法可以有效的 解决电子标签之间的信息碰撞问题 标标签签1 1 标标签签2 2 标标签签3 3 标标签签4 4 识识别别器器1 1 识识别别器器2 2 图图 4 4 多阅读器多阅读器 标签干扰标签干扰 3 23 2 应急救援物资的组网与互联互通应急救援物资的组网与互联互通 感知设备获取的救援物资信息的传输需要利用 工业以太网技术 煤矿移动通信技术 矿用应急通 信技术以及 M2M 技术等 把感知到的救援物资信 息实时 无障碍 高可靠性 高安全性地进行传送 到数据服务器与应用层 本系统涉及无线传感网络 矿用应急通信网络以及矿山骨干网络等传输平台 如何利用这几个网络平台将应急救援设备 物品以 及人员等信息实时可靠的传输到网络层以及应用层 这也是本应急救援物资管控系统需要解决的一个关 键技术问题 3 4 3 33 3 应急救援物资的管控应急救援物资的管控 基于物联网技术的矿用应急救援物资管控系统 实现矿山应急救援物资信息的实时监测与控制 不 但实现矿山应急救援物资的智能化 科学化管理 而且可以辅助遇险人员抢救过程中应急指挥中心或 临时指挥基地进行有效的救援资源调度和力量分配 指导应急救援 协助事故调查 提高救援效率 降 低灾害事故人员伤亡和财产损失等 首先 矿用应急救援物资管控系统围绕物联网 全面感知 可靠传送 智能处理 三项功能的实 现 综合利用传感技术 多传感器融合技术 矿山 无线通信及嵌入式系统 完成了应急救援物资信息 的采集与预处理 并把信息通过矿山应急通信网络 或者矿山骨干网传输给信息中心 其次 利用 Client Server 网络结构以及 ADO 控件 ActiveX Data Object 访问远程 SQL Server 关系数据库 以实现监控过程信息对数据 库内容的实时更新 为适应矿山数字化和信息化的 要求 在应急救援物资管理中心的监控端 将监控 与信息管理集成为一体 融合矿山网络和 Internet Intranet 技术 实现矿山网络与 TCP IP 信息网络的无缝连接 系统采用基于互联 网的客户端 服务器三层网络结构 监控中心既可 实时获取现场的信息数据 又能实现应急救援信息 资源的共享 4 4 结束语结束语 本文基于物联网提出一种矿用应急救援物资管 控系统 分析了其系统体系架构及其实现的软件平 台 阐述了其主要关键技术 实现应急救援物资信 息感知和获取 应急救援装备和救援队伍的管理和 救援信息的共享等 不但实现矿山应急救援物资的 智能化 科学化管理 而且可以辅助遇险人员抢救 过程中应急指挥中心或临时指挥基地进行有效的救 援资源调度和力量分配 指导应急救援 协助事故 调查 提高救援效率 降低灾害事故人员伤亡和财 产损失等 参考文献参考文献 1 孙继平 煤矿物联网特点与关键技术研究 J 煤炭学报 2011 36 1 167 171 2011 年 X 月 矿业安全与环保矿业安全