【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
