0 引言 
　　物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。自从1999年发展以来，物联网被称为继计算机、互联网之后全球信息产业的第三次浪潮。 
　　现如今，物联网已广泛应用到军事、工业、农业、电网和水网、交通、物流、节能、环保、医疗卫生、公共安全以及智能家居等各个领域，在改造传统产业、引领新兴产业、提升人民生活以及提供国家安全保障等方面都将起到重要作用。 
　　当前，在我国矿产行业，瓦斯爆炸、地下水渗漏、塌方等是矿区生产的主要灾害，多数矿产企业都已经或正在建设安全生产监测监控系统，但由于技术、规模和网络系统的局限，无法使安全生产监督管理部门都能及时动态地掌握地下各巷道内的情况，企业领导、安全责任人及作业工人许多情况下无法第一时间获取如瓦斯浓度、井下水量、井下环境等详细数据。矿区安全监控系统的功能是随时显示在地下数百米甚至千米的瓦斯、毒气、渗水量等是否超标，是否有明火、自燃、塌方等安全隐患，巷道内应力分布及变化等。 
　　因此， 建立一个以物联网技术为基础的矿区安全监控系统，让矿井监控室的人员及时通过检出的各项指标了解总体安全生产情况，特别是让远离一线的上级领导对此能时时了如指掌，及时作出调度，避免安全事故的发生。本文主要内容是设计基于物联网矿区安全生产监控系统。 
　　1 物联网体系结构 
　　1.1 感知层 感知层的主要作用是进行信息的感知和采集。 
　　它主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器、视频摄像头等。 
　　1.2 接入层 接入层的主要功能是完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集，或完成向末梢节点下发信息的转发等功能。也就是在末梢节点之间完成组网后，如果末梢节点需要上传数据，则将数据发送给基站节点，基站节点收到数据后，通过接入网关完成和承载网络的连接；当应用层需要下传数据时，接入网关收到承载网络的数据后，由基站节点将数据发送给末梢节点，从而完成末梢节点与承载网络之间的信息转发和交互。 
　　接入层由基站节点和接入网关组成，它的功能主要由传感网（指由大量各类传感器节点组成的网络）来承担。 
　　1.3 网络层 网络层的主要功能是完成物联网接入层与应用层之间的信息通信。 
　　它是包括各种通信网络与物联网形成的承载网络。比如现行的2G网络，3G网络或者互联网，通信网等都是承载网络。 
　　1.4 应用层 应用层的主要功能包括对采集数据的汇聚、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件触发等。 
　　对于信息采集，由于从末梢节点获取了大量的原始数据，因而这些原始数据对于用户来说只有经过转换、筛选、分析和处理后才具有实际价值。这些应用服务器将根据用户呈现设备的不同，来完成信息呈现的适配，并且根据用户的设置来触发相关的通告信息。同时，当需要完成对末梢节点控制时，应用层还能完成控制指令的生成和指令下发的控制等任务。 
　　应用层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），并为用户提供物联网应用UI接口，包括用户设备（如PC、手机）、客户端等。除此之外，应用层还包括物联网管理中心、信息管理中心等，以及利用网络的能力对海量信息进行智能处理的云计算功能。 
　　2 感知网络的设计 
　　无线感知矿山传感网的设计主要是地面和井下骨干网的无线网络部分进行改造，主要依托千兆骨干环网布置分支交换机和无线基站，利用无线基站实现矿井的覆盖，利用无线技术的带宽高、传输速率快以及网络可靠性高等特点，为井下视频、VOIP等技术的实现搭建基础平台。 
　　井下系统的无线基站，交换机均采用本安型产品，井下网络通信系统的传输介质主要由光纤和电缆组成。因井下巷道为一狭长空间，无线网络的汇结必须通过矿用本安型以太网延长器或光纤耦合器进行延长到分支交换机。每个分支交换机可管理6-8个无线基站，交换机再通过光纤连接到井下的骨干环形网络中，从而完成井下无线系统的主要拓扑结构；在井上部分，需要为无线语音平台加入语音服务器、为无线监控平台加入管理服务器、为定位信息提供定位服务器，以及与Internet相连的web服务器等，从而完成整个网络的管理与信息处理功能。 
　　由于无线基站（AP）选用可支持WIFI（IEEE802.11n）的设备，井下各种支持WIFI协议的终端，如身份识别卡、无线摄像机、WIFI手机等，都可以通过无线网络接入到井下骨干网中，各种终端产品的信息也可以通过骨干网络传输到井上，由管理服务器对这些信息进行管理和显示，达到井下无线产品综合监控和管理的目的。
3 骨干网络的设计 
　　骨干网功能与要求：骨干网为网络化的煤矿监测与控制系统、语音信号及视频信号传输与管理提供了信息高速公路。在此网络上建立了一个基于统一网络的多子系统监控系统，在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传输到煤矿各科室和局调度中心。 
　　井下和地面的骨干网是基于1000M的工业以太网络，从传感层获得的信息首先经过无线传感网络，再经过井下的1000M的骨干环网传送到地面，经过地面的骨干环网将信息传送到地面控制中心。 
　　4 应用层的设计 
　　4.1 数据信息的处理 数据信息的处理关键技术之一是统一的数据仓库平台。各种系统的数据应有统一的数据描述形式、统一的数据处理格式和统一的数据管理方式，便于信息的挖掘和融合。例如，对矿山进行安全运行评价，需要监测监控系统的数据、通风系统的数据、矿压监测的数据、地下水位及涌水量的数据等等，如果各系统的数据没有统一的描述形式和存贮方式，信息挖掘与融合将是一句空话。由于数字矿山子系统众多，将来的发展需要对各子系统的数据进行综合分析和数据挖掘，因此，从一开始就利用数据仓库具有海量数据存储的能力，利用OLAP联机分析处理和数据挖掘技术进行强大的多维数据分析，为实现决策支持功能提供条件。 
　　4.2 应用管理系统 
　　4.2.1 人员考勤定位子系统 通过这套系统管理层人员可以随时对井下的人员数量以及分布位置的情况进行掌握。这套系统的原理就是通过采集矿工射频视频卡的信息，并将采集的数据经无线网络和矿区工业以太环网。 
　　①定位及轨迹跟踪。能够对矿工在井下的活动情况进行监控，包括矿工所处的位置，分布的情况，以及井下的矿工人员移动路线跟踪，并形成历时记录。 
　　②遇险救援。在遇到险情的时候，能够迅速的根据井下发送的位置信息确定被困人员的数量和位置信息，便于救援的开展。 
　　③考勤管理。考勤管理是一种对员工考勤和实时查询的功能，企业管理者能够使用计算机终端对个人部门进行考勤和实时的查询。 
　　4.2.2 安全及生产查询子系统 
　　①安全监测。安全监测的功能主要是对工作面的作业条件以及井下的气体成分进行实时的检测，比如井下风速、负压、温度、岩煤温度、高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳碳、氧气浓度等。 
　　②生产监控。对井上以及井下的一些重要的生产设备运行状态和生产的参数进行实时的监控，供电电压、供电电流、功率等模拟量、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器的运行状态和参数等。 
　　4.2.3 视频监控子系统 整个系统有井下视频采集、监控中心控制室和网内视频监看指挥系统三部份组成，网内指挥终端可通过网络访问监控中心的数字主机监看井下视频，还可以使用双向对讲向煤矿企业进行远程指挥。 
　　由于矿区井下环境恶劣，我们对不同环境下的所用的摄像机要求不同，摄像机所采集的井下视频信号通过井下的以太环网传输到控制中心，控制中心将所收集的视频信息一方面存入硬盘，方便查询录像。另一方面输送到屏幕上，进行实时监控。矿区管理部门人员可以登录矿区的数字化监控主机查看矿区实时监控情况和监控录像，掌握矿区的实时动态。 
　　5 结束语 
　　物联网在矿区安全生产中的应用，可为矿区安全生产监管提供准确的信息，丰富了矿区安全生产监管手段，将有效地提高矿区安全监察部门的工作效率、监管能力和服务水平，提高处置矿区安全事故能力。