■ 智慧矿山结构组成及系统的设计

■ 安全监测数据感知采集、3G数据采集及通信系统、云计算系统的组织与实施、智慧矿山系统的开发方法和流程

■ 基于Android开发智慧矿山数据采集系统的环境配置

■ 数据传输系统关键代码编写和调试

【项目开发背景介绍】

由于煤炭生产系统复杂，工作场所黑暗狭窄，人员集中，采掘工作面随时移动，地质条件的变化会使移动的采掘工作面不断出现新情况和新问题，如不及时采取相应的有效措施，可能会导致重大灾害事故，这就给安全工作带来了困难。如何加强煤矿安全生产管理模式，实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。面向煤矿安全生产的矿井物联网系统可在井下实现宽带高速公路建设及信息系统建设，并提供用于井下人员、设备等需要的传输通路。因此，煤矿安全生产信息化系统开发及典型应用示范将结合物联网技术，成功应用煤炭行业将带来巨大的经济和社会效益。

【项目开发目的与意义】 

现有的一些安全生产信息化传感器和监测系统基本是基于有线网络的，能监测固定设备和环境的状态，不能适用于煤矿流动作业，危险源位置、分布、及其流动规律均不确定的场合。现有的监测系统还存在很大的感知盲区，不能做到无处不在，不能保证安全感知的全覆盖及物联网信息采集和传输。同时现有系统缺乏应用层面的信息融合，煤矿综合自动化实现了现有应用系统的网络化集成，但是各应用系统之间的联动与信息融合、决策融合还没有开展。

针对目前的煤矿物联网系统创新应用，存在如下的技术需求：

1. 建立基于TD-SCDMA/TD-LTE的矿用泛在异构网络，通过该网络的建设，实现整个矿井的有线、无线覆盖，提供煤矿井下物联网的网络基础。

2. 建立煤矿井下个人安全环境感知系统。现有系统矿工属于被动感知环境状态，矿工无法实时或及时获取周围的环境信息；通过本系统的建设，构建井下矿工能主动感知的煤矿环境、人员感知系统，实现典型的智慧矿山的创新应用。

3. 建立无人值守系统。通过各类监测和自动化控制系统对井下设备进行遥测和遥控，利用云平台进行系统分析和处理，以达到无人工作面和少人工作面的目的。

4. 利用矿用无线网络，为灾害发生后进行快速抢险救灾提供通信手段。

【项目需求分析】

“面向煤矿安全生产的智慧矿山综合监测系统”项目基于物联网传感采集技术、基于TD-SCDMA/TD-LTE微蜂窝基站、专用核心网和上层创新应用构建面向煤矿安全生产的信息化系统，该系统能够实现快速的井下通信系统部署，并实现人员定位、瓦斯监测、泵站监测、供电系统远程监控等功能。

具体的，系统主要实现如下四个功能：

1）基于TD-LTE的矿井通信系统部署，构建井下高速公路；

2）通信区域内用户通信功能，并开展典型的人员安全生产业务；

3）机电设备物联网功能，实现对井下工作的安全生产机电设备检测与监控；

4）安全保障功能，实现在紧急情况的通信保障功能。

【系统的体系结构分析】

系统的总体构架主要由三层组成，分别为数据采集层、网络通讯层、业务应用层。

数据采集层包括数据采集子层和传感器网络组网与协同信息处理子层。数据采集子层包：RFID、监控传感器、手机、控制器、传感器网络和传感器网关等设备。

网络通讯层包括各种通信网络与互联网形成的融合网络。各种监测数据通过无线传感器网络形成局部区域网络，将覆盖区域的信息收集起来，然后通过传输层向数据处理平台传输数据。

业务应用层将物联网技术与煤矿行业领域相结合，实现广泛智能化应用的解决方案，利用现有的手机、个人计算机（PC）、掌上电脑（PDA）等终端实现应用。

                                     图5-1 系统结构框图

【系统的主要模块和功能分析】

主要功能分析

1. 智能传感采集系统：其为各类传感器组件，可对瓦斯、CO、风速、水位、温度、设备开停等数据进行采集和检测。

2. 数据传输系统：包括井下环网交换机、3G微蜂窝机动式基站和专用网关、Mesh自组网、3G和有线等几种数据传输手段，能够将现场监测的数据发送到数据处理平台系统。

3. 数据处理平台：实现环境、生产设备、视频等信息和数据的处理功能。它接收各类上传数据同时利用相关专家系统进行分析及处理，其集成多种无线功能

4. 综合运营管理和分析处理系统：利用历史数据及专家知识库，云平台可以及时分析处理数据。提供安全报警及相应生产自动化控制。

系统主要组成模块

1.感知信息采集模块

项目研发过程中将采用表5-1所示的传感设备，开发出带有无线功能模块的数据采集平台。

数据采集平台准备采用自研的各类适用于煤矿的传感器，该采集平台是集当代先进的大规模集成电路技术、计算机软件技术、工业监控技术和网络通信技术紧密结合的产品，是体现当代技术先进性和安全可靠性的优选产品，可实现远程和本地实时煤矿安全数据采集与监测及设备的状态监测、监控。

2. 数据传输模块

本方案中，综合利用了以太网、Femto基站、3G、WIFI等多种通讯网络和通讯手段，实现有线和无线网络无缝融合，以实现快速、高效和高质量传输检测数据以达到煤矿安全数据采集与监测及设备的状态监测、监控的目标，如图5-1所示。

各类传感器通过WIFI、TD或有线接入Femotcell基站，手机直接通过TD方式接入Femotcell基站，Femotcell基站通过有线或光纤接入井下交换机。井下交换机通过光纤将数据上传到地面数据处理平台进行统一处理。

Femto基站通过标准的空中接口（Uu接口、Wi-Fi等）和固定接口分别与覆盖区域内的UE（user equipment）、Wi-Fi等终端通信。对外通过F1接口（承载在“最后一公里”传输网上，接入技术支持XDSL、XPON、Cable等）接入Femto核心网专用网关。

专用网关可以在煤矿内部快速建立企业级专网，大幅降低了系统建设成本、维护成本，增强了系统的可复用性。

专用网关能够接入多个Femtocell基站设备，并能完成PS业务和网内CS业务。Femtocell网关系统支持终端网络间的移动性、支持网络和用户鉴权、安全加密、支持用户和FemtocellAP的配置管理。Femtocell网关系统完成目标为实现PS业务和网内移动性，用户数据和FemtocellAP的配置管理。Femtocell专用网关通过Iuh接口与Femtocell相连。Femtocell专用网关不但具有网关的功能，还要具有简易核心网的功能。

3.面向智慧矿山自动化系统的云计算平台

                                图5-2 面向矿山的云计算平台架构

智慧矿山业务系统

应急决策支持指挥功能

应急抢险功能

险情灾情分析功能

人力布置与调度

1. LTE终端协议栈软件

2. LTE HeNB协议栈软件系统

Femtocell是一种小功率移动通信接入点，能有效解决室内覆盖，增强用户体验，具有成本低、部署易等特点。TD-SCDMA Femtocell协议栈是国内主流的Femtocell协议栈，已被多家设备提供商采用。

Femtocell增强网关在Femtocell网关的基础上能接入多个Femtocell基站独立组网，具有核心网的功能，并能与现有的移动网络、传统的电话交换网、企业内部SIP网络、运营商IMS网络以及互联网进行互通。Femtocell增强网关解决方案可用于企业、社区。

1. MySQL安装及配置说明

MySQL安装说明

下载地址：http://dev.mysql.com/downloads/

MySQL需下载5.5 以上版本，但MySQL 5.6及以上版本变化较大，安装及配置过程较5.5略有不同，MySQL安装包请下载64位版本。

图5-7MySQL安装界面

图 5-9 安装模式选择

                            图 5-10 组件选择界面

图 5-13 完成安装界面

MySQL配置说明

                              图 5-14 MySQL的配置

                         图 5-15选择”Server Machine”

                        图 5-16创建多功能数据库

                  图5-17选择数据库文件保存地址

图 5-18设置数据库并发访问数

图 5-19 配置端口

图5-20选择编码格式

                         图5-21 MySQL Server配置

                         图5-22设置root 用户的密码

                           图5-24 配置完成

Navicat for MySQL安装说明

Navicat for MySQL为MySQL的辅助工具，方便运维及测试人员操作数据。它的安装根据安装向导完成即可。

                  图5-25 Navicat for MySQL连接MySQL服务器

                            图5-26 连接配置