目錄
前言
1 感知礦山技術(shù)體系 1
1.1 感知礦山的基本概念 1
1.1.1 人的感知能力 1
1.1.2 感知礦山的內(nèi)涵 2
1.1.3 感知礦山的意義 4
1.1.4 礦山感知技術(shù)發(fā)展 5
1.2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng) 7
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念 7
1.2.2 礦山物聯(lián)網(wǎng) 8
1.3 感知礦山的關(guān)鍵技術(shù) 11
1.3.1 感知礦山系統(tǒng)架構(gòu) 11
1.3.2 感知層關(guān)鍵技術(shù) 11
1.3.3 傳輸層關(guān)鍵技術(shù) 14
1.3.4 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù) 18
1.4 感知礦山的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 19
1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的意義 19
1.4.2 礦山物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵 19
1.4.3 M2M 接口標(biāo)準(zhǔn) 20
1.4.4 信息描述標(biāo)準(zhǔn) 23
參考文獻(xiàn) 24
2 感知礦山的信息源 25
2.1 信息源 25
2.1.1 信息定義 25
2.1.2 信息獲取 26
2.2 傳感器 27
2.2.1 礦用傳感器概述 27
2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器 29
2.2.3 傳感器原理 30
2.2.4 傳感器特性與選用 32
2.2.5 礦用傳感器防爆 35
2.3 礦用氣體傳感器 36
2.3.1 氣體傳感器分類 37
2.3.2 瓦斯傳感器 37
2.3.3 氧氣傳感器 44
2.3.4 一氧化碳傳感器 47
2.4 微納氣體傳感器 50
2.4.1 微納甲烷傳感器 50
2.4.2 微納氧氣傳感器 52
2.4.3 其他微納氣體傳感器 53
2.5 光纖傳感技術(shù) 57
2.5.1 光纖傳感原理 57
2.5.2 光纖溫度傳感器 57
2.5.3 光纖位移傳感器 60
2.5.4 光纖壓力傳感器 63
2.5.5 應(yīng)變感知 67
2.5.6 振動感知 71
2.5.7 流量感知 74
2.5.8 氣體感知 75
2.5.9 電流感知 78
2.6 其他礦用傳感器 81
2.6.1 風(fēng)速傳感器 81
2.6.2 其他傳感器 84
2.7 礦用傳感器的發(fā)展 86
參考文獻(xiàn) 89
3 感知礦山的信息島 92
3.1 信息島的內(nèi)涵 92
3.2 信息島構(gòu)建和演變 94
3.2.1 信息孤島的動態(tài)擴(kuò)展 94
3.2.2 全礦井信息島拓?fù)渖�長 98
3.3 信息島內(nèi)的數(shù)據(jù)處理 100
3.3.1 監(jiān)測信息入島 100
3.3.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述 103
3.3.3 島內(nèi)數(shù)據(jù)表示方法 106
3.3.4 島內(nèi)數(shù)據(jù)融合方法 107
3.4 信息島的中轉(zhuǎn)與接駁 110
3.4.1 機(jī)會通信模型 110
3.4.2 機(jī)會中繼與接駁 113
參考文獻(xiàn) 117
4 感知礦山的信息流 120
4.1 感知礦山信息預(yù)處理 120
4.1.1 信息流分類 120
4.1.2 信息流預(yù)處理 121
4.1.3 信息流數(shù)據(jù)融合 122
4.2 感知礦山信息流編碼 123
4.2.1 信息流編碼目的 124
4.2.2 信息描述規(guī)范 124
4.2.3 信息流編碼設(shè)計 125
4.3 感知礦山信息流傳輸 126
4.3.1 信息流傳輸方式 126
4.3.2 信息流傳輸平臺 128
4.4 感知礦山信息流存儲 129
4.4.1 信息庫的特征 129
4.4.2 信息庫的構(gòu)建 130
4.4.3 信息庫的應(yīng)用 131
4.5 生產(chǎn)狀態(tài)感知信息流 132
4.5.1 地質(zhì)勘探感知信息流 132
4.5.2 采掘系統(tǒng)感知信息流 133
4.5.3 提升系統(tǒng)感知信息流 133
4.5.4 通風(fēng)系統(tǒng)感知信息流 134
4.5.5 排水系統(tǒng)感知信息流 134
4.5.6 供電系統(tǒng)感知信息流 135
4.5.7 皮帶系統(tǒng)感知信息流 135
4.6 災(zāi)害漸變感知信息流 135
4.6.1 瓦斯災(zāi)害感知信息流 135
4.6.2 煤火災(zāi)害感知信息流 136
4.6.3 粉塵災(zāi)害感知信息流 136
4.6.4 礦震災(zāi)害感知信息流 137
4.6.5 突水災(zāi)害感知信息流 137
4.7 指揮調(diào)度感知信息流 137
4.7.1 人員定位感知信息流 137
4.7.2 語音通信感知信息流 137
4.7.3 視頻聯(lián)動感知信息流 138
4.7.4 應(yīng)急指揮感知信息流 138
4.7.5 生產(chǎn)調(diào)度感知信息流 138
4.8 礦區(qū)環(huán)境感知信息流 138
4.8.1 礦區(qū)災(zāi)害感知信息流 138
4.8.2 生態(tài)環(huán)境感知信息流 139
參考文獻(xiàn) 139
5 感知礦山的傳輸網(wǎng) 141
5.1 感知礦山傳輸網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 141
5.1.1 感知礦山傳輸網(wǎng)基本要求 141
5.1.2 感知礦山傳輸網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀 143
5.2 感知礦山傳輸網(wǎng)構(gòu)建 149
5.2.1 感知礦山傳輸網(wǎng)組網(wǎng) 149
5.2.2 感知礦山傳輸網(wǎng)構(gòu)架 151
5.2.3 基于認(rèn)知無線電的傳輸網(wǎng) 152
5.3 感知礦山傳輸網(wǎng)優(yōu)化 160
5.3.1 礦山環(huán)境對傳輸網(wǎng)的約束與限制 160
5.3.2 基于先進(jìn)無線通信的傳輸網(wǎng)優(yōu)化 161
5.3.3 網(wǎng)絡(luò)多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃员Ｕ?162
5.3.4 網(wǎng)絡(luò)多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝oS 提升 167
5.4 災(zāi)后應(yīng)急傳輸網(wǎng)重建 171
5.4.1 災(zāi)后應(yīng)急傳輸網(wǎng)重建策略 171
5.4.2 基于QoS 的應(yīng)急數(shù)據(jù)傳輸 173
5.4.3 應(yīng)急泛在網(wǎng)絡(luò)能耗最小化 174
參考文獻(xiàn) 177
6 感知礦山的智能化 180
6.1 概述 180
6.2 感知礦山系統(tǒng)決策架構(gòu) 181
6.2.1 礦山?jīng)Q策概述 181
6.2.2 決策支持系統(tǒng) 182
6.2.3 智能決策架構(gòu) 183
6.3 感知礦山的認(rèn)知方法 185
6.3.1 感知礦山認(rèn)知建模的對象 185
6.3.2 感知礦山認(rèn)知建模的方法 187
6.3.3 感知礦山認(rèn)知決策的知識 197
6.3.4 感知礦山認(rèn)知建模的模型 198
6.4 大數(shù)據(jù)感知礦山系統(tǒng)建模 205
6.4.1 礦山安全系統(tǒng)建模成果 205
6.4.2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的感知建模 206
6.5 融入知識的感知決策 209
參考文獻(xiàn) 211
7 礦山災(zāi)害感知 213
7.1 瓦斯與煤火災(zāi)害感知 213
7.1.1 瓦斯與煤火感知方法 213
7.1.2 瓦斯涌出量感知 217
7.1.3 煤與瓦斯突出災(zāi)害感知 226
7.1.4 煤火災(zāi)害感知 239
7.2 礦山壓力災(zāi)害感知 245
7.2.1 礦山壓力災(zāi)害感知方法 245
7.2.2 沖擊地壓災(zāi)害感知的微震監(jiān)測法 251
7.3 礦井突水災(zāi)害感知 272
7.3.1 礦井突水機(jī)理與感知方法 273
7.3.2 突水地質(zhì)條件感知 276
7.3.3 突水地帶特征感知 283
7.3.4 礦井突水的感知網(wǎng)絡(luò) 290
7.3.5 礦井突水的綜合感知 294
參考文獻(xiàn) 298
8 井下人員感知 302
8.1 井下人員感知模型 302
8.1.1 人員感知的層次框架 302
8.1.2 主動式人員環(huán)境感知 303
8.2 井下人員定位技術(shù) 304
8.2.1 井下定位技術(shù)發(fā)展 304
8.2.2 井下動點(diǎn)定位算法 306
8.2.3 動點(diǎn)定位誤差分析 314
8.3 人員感知流構(gòu)建技術(shù) 317
8.3.1 壓縮感知技術(shù) 318
8.3.2 分布式協(xié)同編碼技術(shù) 320
8.4 移動組網(wǎng)拓?fù)淇刂?324
8.4.1 鄰居節(jié)點(diǎn)選擇概率的優(yōu)化模型 324
8.4.2 鄰居節(jié)點(diǎn)選擇概率的分布式實(shí)現(xiàn) 325
8.4.3 算法描述 326
8.4.4 算法仿真及分析 326
8.5 人員感知信息島 328
8.5.1 特征提取技術(shù) 328
8.5.2 信息聯(lián)動 328
8.5.3 井下人員管理GIS 系統(tǒng) 331
8.5.4 系統(tǒng)功能 336
參考文獻(xiàn) 336
9 開采裝備感知 340
9.1 地下采礦裝備概述 340
9.1.1 巷道掘進(jìn)裝備 340
9.1.2 煤炭回采裝備 340
9.1.3 液壓支護(hù)裝備 342
9.1.4 礦井運(yùn)輸裝備 343
9.1.5 井下供電裝備 345
9.1.6 通風(fēng)排水裝備 346
9.2 采礦裝備狀態(tài)感知 347
9.2.1 掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)感知 347
9.2.2 采煤機(jī)狀態(tài)感知 349
9.2.3 液壓支架感知 351
9.2.4 轉(zhuǎn)運(yùn)裝備感知 353
9.2.5 提升裝備感知 353
9.2.6 帶式輸送機(jī)感知 359
9.2.7 電力裝備感知 363
9.2.8 通風(fēng)裝備感知 365
9.2.9 排水裝備感知 366
9.3 智能材料結(jié)構(gòu)感知 368
9.3.1 智能材料 369
9.3.2 智能結(jié)構(gòu) 372
9.3.3 智能結(jié)構(gòu)應(yīng)用 374
9.4 移動裝備定位感知 383
9.4.1 井下移動裝備定位技術(shù) 383
9.4.2 井下運(yùn)輸車輛導(dǎo)航技術(shù) 391
9.5 截割煤巖性狀感知 398
9.5.1 基于煤巖物性的識別技術(shù) 400
9.5.2 基于切割載荷的識別技術(shù) 405
9.5.3 基于巖層掃描的識別技術(shù) 409
9.6 機(jī)械潤滑狀態(tài)感知 413
9.6.1 油液監(jiān)測技術(shù) 414
9.6.2 潤滑油在線監(jiān)測技術(shù) 416
9.6.3 幾種典型油液監(jiān)測技術(shù) 419
9.6.4 潤滑油在線凈化與修復(fù) 426
參考文獻(xiàn) 431
10 感知礦山云平臺 434
10.1 感知礦山云平臺基礎(chǔ) 434
10.1.1 云計算概念 434
10.1.2 云計算應(yīng)用模式 435
10.1.3 云計算與大數(shù)據(jù) 436
10.1.4 感知礦山的云計算 437
10.2 感知礦山云平臺技術(shù) 439
10.2.1 云系統(tǒng)管理軟件 440
10.2.2 云存儲軟件 441
10.2.3 云門戶軟件 443
10.2.4 云應(yīng)用軟件群 446
10.3 感知礦山云平臺服務(wù) 453
10.3.1 煤礦災(zāi)害預(yù)警云服務(wù) 453
10.3.2 煤礦風(fēng)網(wǎng)優(yōu)化云服務(wù) 462
10.3.3 設(shè)備健康監(jiān)測云服務(wù) 463
10.4 感知礦山云平臺前景 464
10.4.1 感知礦山云平臺特色 464
10.4.2 感知礦山云平臺需求 464
10.4.3 中國感知礦山云服務(wù)中心 465
參考文獻(xiàn) 466
11 井下災(zāi)變感知 468
11.1 井下災(zāi)變事故特征 468
11.1.1 瓦斯事故 468
11.1.2 頂板事故 471
11.1.3 礦井水災(zāi) 472
11.1.4 礦井火災(zāi) 473
11.1.5 井下災(zāi)變感知特點(diǎn) 474
11.2 災(zāi)變環(huán)境感知方法 474
11.2.1 基于視覺的感知方法 474
11.2.2 基于聽覺的感知方法 476
11.2.3 基于嗅覺的感知方法 476
11.2.4 基于觸覺的感知方法 478
11.3 災(zāi)變感知的運(yùn)載工具 479
11.3.1 災(zāi)變感知的運(yùn)載工具 479
11.3.2 運(yùn)載工具的關(guān)鍵技術(shù) 483
11.4 災(zāi)變環(huán)境通信系統(tǒng) 489
11.5 災(zāi)變受困人員感知 494
參考文獻(xiàn) 496
12 感知礦山工程實(shí)踐 498
12.1 概述 498
12.2 霍爾辛赫煤礦示范工程 498
12.2.1 霍爾辛赫煤礦示范工程規(guī)劃 499
12.2.2 感知礦山信息集成交換平臺 499
12.2.3 骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 503
12.2.4 無線感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 504
12.2.5 井下人員感知系統(tǒng) 505
12.2.6 井下設(shè)備感知系統(tǒng) 507
12.2.7 感知礦山信息聯(lián)動系統(tǒng) 513
12.2.8 井下移動目標(biāo)定位系統(tǒng) 515
12.2.9 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng) 519
12.3 夾河煤礦示范工程 522
12.3.1 夾河煤礦簡介 522
12.3.2 夾河煤礦感知礦山建設(shè)內(nèi)容 522
12.3.3 夾河煤礦感知礦山系統(tǒng)應(yīng)用 523
12.4 感知礦山示范創(chuàng)新意義 526