互联网+感知矿山安全监控系统研究

针对煤矿安全事故频发、现有煤矿安全监控系统不足的现状,进行了基于互联网+的感知矿山安全监控系统研究,分析了当前煤矿安全监控系统存在的问题;建立了互联网+感知矿山模型的安全监控系统架构,该架构具有3层结构,分别是感知层、信息集成与数据库层和决策应用层。指出煤矿安全监控系统的重点在于感知层,分析了感知层实现数据采集与数据传输所用到的关键技术。最后讨论了当前制约煤矿互联网+发展的关键技术。将互联网+技术应用在煤矿安全监控系统上,可减少重大灾害安全事故的发生,降低人员事故伤亡,提高灾后救援能力。

基于矿山物联网的矿井突水感知关键技术研究

从感知矿山理念与物联网三层架构出发,以网络化测量、智能传感器、地球信息科学、数据挖掘等新兴学科与水文地质、采矿、地球物理等传统矿山学科相互交叉为手段,分析了矿井突水信息采集、传输、处理与预警技术现状,论述了矿山物联网条件下实现矿井突水感知的关键技术。在感知层,以网络化测量与智能传感器为关键技术,构建多物理场网络化分布式监测系统;在网络层,利用空间数据仓库、三维地学模拟系统和云计算搭建突水云服务平台,实现矿井突水多源异构信息的高效存取与三维复合分析,为构建突水专家云提供基础;在应用层,以多源信息融合为关键技术,提出了一种多模型组合的矿井突水预警方法,将静态预测与实时预警相结合,充分利用历史与实时数据,增大突水预警判据的信息量。最后指出了建设整个系统需要分3个阶段逐步实施。

矿井微震与电法耦合监测技术

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。

采动含水层生态功能修复:概念内涵、理论与技术框架

针对我国保水采煤研究现状及煤矿区采损生态修复的技术需求,提出应开展采动含水层生态功能修复研究,并将其纳入绿色开采技术体系中。在充分阐述采动含水层生态功能修复概念与内涵的基础上,构建了以采动含水层失水流动规律及水径流阻隔关键技术为主的理论与技术框架,分析了当前相关研究进展与未来攻关方向。含水层的损伤失水与生态功能退化本质源于采煤引起的岩层运动与裂隙发育,应在充分掌握含水层失水机制与规律的基础上对其开展生态功能修复理论与技术研究。深入揭示含水层失水路径分布与水流动力耗散规律,将失水流量集中分布的采动影响区作为重点修复的靶区,合理运用“边采边修”、“采后再修”等方式实施水流通道封堵与修复。同时,应充分利用采动岩体裂隙自修复机制及其引起的含水层自恢复效应,开展采动含水层生态功能引导修复研究与实践;基于水-气-岩相互作用产生化学沉淀促进导水裂隙自修复的降渗机理,提出了向含水层下方裂隙岩体中灌注可与地下水产生化学沉淀的修复试剂,以诱导沉淀物在裂隙中吸附-固结并封堵通道的含水层生态功能修复技术路径。在此基础上,阐述了利用铁/钙质化学沉淀进行导水裂隙修复降渗的研究现状,提出未来应重点研究形成利于不同类型导水通道高效封堵的化学沉淀诱导生成对策。研究可望为西北部生态脆弱矿区煤炭开采地下水保护与生态修复提供参考。

矿山物联网网络技术发展趋势与关键技术

总结了当前矿山网络现状;结合矿山物联网的发展目标及未来矿山在信息处理方式上的变化趋势,分析了矿山网络在网络容量、可管理性、密集接入、实时性、智能化、灾后应急通信等方面的发展需求及趋势;提出了扁平化、智能化、资源抽象化等矿山物联网网络设计原则,并对无线传输编码、软件定义网络、流量卸载、边缘计算、网络功能虚拟化、认知无线电、能量捕获、语义网络等关键技术在矿山物联网中的应用和发展需求进行了介绍。

“互联网+”时代高校微课教学模式探析

微课是“互联网+”时代背景下,催生出的新型教育信息资源传播形式。借助于简短且精炼的微视频,极大颠覆人们对教学模式的认知。而高校在实际将其融入到课堂过程中,应对其融入形式建立正确的认知。并能均衡教学资源,合理兼顾教学对象;确保微课类型多元化,有效融入课堂流程;保证微课制作方案丰富性,有效抓住学生眼球。

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。

矿山物联网顶层设计

介绍了矿山物联网技术发展现状和产业发展模式,指出矿山物联网顶层设计的目的是从国家安全生产监管的全局进行感知矿山总体设计,实现矿山物联网物与物相联,并明确矿山物联网的服务本质。探讨了矿山物联网的发展趋势:关键技术不断突破,服务承载模式逐步显现,政府与企业共促发展。阐述了矿山物联网发展重点领域:核心关键技术突破,包括微型化智能装置及能量捕获技术,矿山覆盖网络、通信与灾后重建技术,云计算、大数据及安全生产管理技术,矿山语义与虚拟化技术,安全、隐私与可信网络技术;5S应用,即感知人员、感知灾害、感知设备、感知矿区、感知管理;云服务体系构建;标准化建设。提出了矿山物联网保障措施及建设路线。

基于物联网的矿山机械设备状态智能感知与诊断

矿山生产机电设备是机械、电气、液压、控制等多形式系统的复杂耦合结构,工作过程中环境和工况条件变化多样,缺乏有效的技术手段解决矿山设备运行健康状态的实时感知问题。借助物联网、工业互联网、人工智能和大数据挖掘技术,研究矿山设备状态知识建模与在线诊断方法,将传统的“人-机”交互监控模式提升为“传感—机器认知—机器决策”的智能化监控模式。分析了基于物联网的矿山设备状态感知系统架构,定义了多源信息感知层、边缘智能层、大数据分析层和数据与知识共享迁移层的4个层次的作用,提出了设备状态知识共享与迁移模式;结合本体语义、置信规则库和数字孪生技术,设计了面向矿山机械设备系统状态知识建模的信息描述、知识表示、决策融合方法,提出了面向矿山设备运行全过程的实时感知、演化分析与智能交互的“虚实融合”感知模型,实现虚、实系统运行过程的“精准映射、信息对偶、融合交互、协同演进”。分析了数据驱动的矿山机械设备状态诊断方法研究现状、技术架构、存在问题和研究趋势,提出结合数字孪生、深度学习、迁移学习等方法,构建机理模型、经验知识与数据深层特征相融合的矿山设备状态诊断模式,研究矿山设备状态大数据分析与应用技术,研发矿山设备状态诊断与全生命周期管理等智能化应用服务系统。形成了矿山设备运行信息感知、知识建模与状态在线判识方法体系,以实现矿山机械设备故障状态自诊断、早期隐患预知维护、智能调度与协同管控,为矿山生产智能化、无人化提供技术支撑。

感知矿山物联网愿景与发展趋势

给出了矿山物联网的愿景,即实现矿山物与物相连,减少甚至消除监测盲区,运用云计算和大数据技术提取有用的监测信息,真正实现本质安全矿山;从技术和服务模式2个方面梳理了矿山物联网的发展趋势,阐述了雾计算技术、网络分形结构、矿山物体的本体描述与知识化、云计算与大数据技术等概念及其在矿山物联网中的应用与发展,对协同工作模式和购买服务模式进行了展望。

矿山物联网标准建设的思考

讨论了矿山物联网标准建设的重要意义,对物联网建设中普遍存在的争议——是标准先行还是应用先行进行了剖析,分析了我国矿山物联网标准建设的现状与发展趋势。对矿山物联网顶层设计中的标准体系规划进行了简要解读,举例分析了哪些是涉及面广的标准,哪些是具体应用的标准。指出矿山物联网标准立项建设时应根据具体情况和标准的内容,灵活掌握标准先行还是应用先行。以网络层时间同步标准为例说明了矿山物联网标准应具有适应性和可扩展性。

矿山物联网生产设备协同管控系统设计

针对矿山物联网生产设备协同管控规模大、时序约束严格、局部控制等特点,结合矿山物联网生产设备协同管控系统架构,建立了矿山物联网生产设备多级协同管控模型,提出了基于数据驱动与知识驱动的矿山物联网生产设备协同管控方法,描述了各层级子系统及其设备之间的任务分配与协同机制,并由此构建了基于平行管理的矿山物联网生产设备协同管控系统。该系统可实现矿山物联网数据的分布式协同处理与设备协同管控,减少人为干预,提高生产效率。

感知矿山物联网发展现状及展望

智慧矿山是煤矿今后发展的方向。随着物联网技术的飞速发展,将其应用于煤矿开采中不但可以提高煤矿开采效率,更可以保障人员安全。通过对现阶段物联网在煤矿开采技术中应用调研,总结出其在煤矿产业中发展的不足,并提出相应的改进方案。最后,结合物联网现存的成熟技术,探讨其与煤矿开采的进一步结合。

矿山物联网统一标识编码标准研究

目前,我国在大力推行矿山的智能化建设,矿山物联网是实现矿山智能化建设的核心技术支撑。矿山物联网技术的核心是形成对矿山生产过程的整体感知,即对工作人员身体参数、工作环境、位置环境等信息进行主动感知,实现主动式的人员安全保障;对矿山机械、设备的工作状况进行感知,实现设备的预知维修;对矿山常见的灾害风险进行预报预警,以及实现灾害的主动感知;对矿区的环境信息进行快速提取、即时分析和有效控制,以及实现矿区生态环境的主动感知;对矿山的运行管理和发展进行信息挖掘与分析,建立动态立体感知、智能信息管理、智慧决策应用为一体的综合服务管理云平台。

矿山物联网中的时间同步影响因素研究与实测

精确的时间同步是准确反应感知信息的时序特征和内部规律的关键。提出了矿山物联网精确时间同步的网络模型,引入PTP协议作为时间同步的核心算法;探讨了矿山物联网环境同步精度的影响因素,包括网络延时、节点时钟漂移、节点故障和上下行流量不对称等,并根据影响因素的成因给出了可行的解决办法。实测数据表明,同步精度尽管受多种因素的影响,但是能够满足多数矿山物联网应用的需求,且主、从时钟之间的时间偏移具有明显的正态分布特征。进一步提高同步精度有赖于硬件的配合,实现数据链路层或物理层层面的同步。

基于矿山物联网的井下物资管理系统设计

针对井下物资管理混乱、物资消耗信息录入延迟且不准确、劳动力浪费等问题,设计了一套基于矿山物联网的井下物资管理系统,给出了该系统的物联网架构,阐述了该系统功能模块的设计。该系统利用有源RFID标签与智能手持终端从现场环境获取井下物资信息,并通过WiFi网关将数据上传到数据服务器中,服务器将数据处理后转存到数据库中,通过Web技术访问、处理并显示数据,从而实现对井下物资生命周期的实时监测与管理。

矿山动态协同作业场景无线通信关键技术

随着智能化装备和工业机器人技术的发展,矿山开采过程逐渐趋向无人/少人化,亟需解决数据的高效连续传输问题,如矿山动态协同作业场景下大量的数据采集和传输、多样的用户设备接入以及低时延的控制操作等。深入剖析了矿山动态协同作业场景的通信技术需求、矿山无线通信技术的应用现状与发展趋势,分析了当前矿山无线通信的关键技术瓶颈、相关解决方案及其应用效果。得出分布式多源、多目标动态业务的激增及其并发式的传输是矿山高可靠、低时延多业务交互协同网络所面临的最大问题。如何利用矿山用户、设备群体的协同作业特点和对应的动态业务属性,有针对性地对通信网络的物理信道、物理资源进行管理和分配,则是从根本上有效优化网络可靠性,提高传输效率的关键。为此,提出了多业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信模式:在提取矿山非高斯脉冲干扰特征及无线信道空-时-频域统计特性的基础上,面向作业场景深入挖掘业务特性与物理层传输的内在关联,利用超图匹配、图论、博弈论、非正交多址接入等方法,从信道-链路-业务快速多维匹配的角度解决多用户协同交互传输通信链路和信道的匹配、多跳用户链路匹配、多业务QoS要求与链路匹配等快速匹配问题。

矿山物联网人员情境描述与不安全行为识别

矿山的环境复杂,智能化识别此类行为需要数据驱动方法和基于机器可读的领域知识的方法,然而矿山物联网的数据缺乏语义信息,矿山人员状态信息和不安全行为知识没有标准的表示方法。为解决上述问题,提出了一种基于语义本体的人员状态信息感知描述方法及一种数据驱动和知识驱动相结合的矿山人员不安全行为识别框架。首先介绍了语义本体在物联网领域的概况,阐述了矿山人员不安全行为识别的重要性和必要性,介绍了人员行为识别、情境感知和语义本体等研究背景,引出了矿山人员状态信息感知描述方法。基于此情境建模,提出了一种矿山人员不安全行为识别框架并应用于矿山人员不佩戴防护与安全装备的不安全行为识别,最后总结并展望了人工智能方法在矿山物联网应用层研究中的前景。

矿山物联网顶层设计思路

矿山物联网的蓬勃发展要求从顶层着眼规划矿山物联网科技。对国家安全生产监督管理总局于2017年编制完成的"矿山物联网科技顶层设计"进行解读,从设计思路、发展现状、面临挑战、战略目标、需要突破的核心关键技术、实施路线与保障等方面入手,分析顶层设计的技术背景和核心内容,为矿山行业科研工作者和科技管理者阅读、理解和使用"顶层设计"提供一定借鉴。

煤矿标准文件知识图谱构建与应用

[目的/意义]为了解决煤矿标准文件知识内容繁多、专业跨度大、组织模式有限,以及缺少系统、高效的煤矿标准文件知识存储利用手段,煤矿标准知识利用率低下等问题,以煤矿相关国家标准和行业标准文件为数据来源,构建了煤矿标准文件知识图谱。[方法/过程]首先通过分析标准文件特点结构,提出了面向煤矿标准文件的标准文件-标准核心要素-标准条文的三层知识模型,定义了标准文件层、标准核心要素层以及标准条文层的知识单元结构和实体关系模式;然后根据设计的图谱模式层,针对半结构化和非结构化数据特点采用基于模板规则和基于深度学习的方法进行知识抽取,并选取图数据库存储方案,实现煤矿标准文件知识存储更新,完成了煤矿标准文件知识图谱构建。[结果/结论]煤矿标准文件知识图谱可实现多种标准可视化方式以增强用户阅读体验,支撑智能检索问答应用帮助从业人员快速检索定位所需标准知识,还能提供标准冲突检测、辅助编写、性能指标比对等多种标准信息服务应用,显著提高了煤矿标准知识利用率,助力煤矿智能化建设。