基于礦區安全性考量的M2M技術礦區環境監測平臺設計

程紅英

摘?要：采礦是一項風險活動，當涉及到地下礦井時，風險因素更是呈指數增長。本文闡述了無線傳感器網絡，物聯網M2M 技術和云服務器在優化采礦業安全性方面的作用。在這項工作中，介紹了一種基于M2M 技術的礦區環境監測平臺的設計方案，一個由傳感器網絡組成的監控系統，可以在工業環境中使用物聯網M2M 技術概念將數據發送到云，并從任何地方遠程訪問數據，以分析數據并生成警告信號，提前避免災難的發生。

關鍵詞：物聯網;M2M技術;安全性;礦區環境;監測

1 緒論

在工業中，危害主要分為六類：1）生物危害，2）安全隱患，3）工作組織危害，4）物理危害，5）人體工程學危害，6）化學危害。擺脫這些危害，特別是針對避免工業中的安全和化學危害被視為工業生產非常關鍵的因素，因為這些危害發生在可能對工作人員和機器造成損失或損壞的情況。這些類型的危害在礦山工業中更為重要，因為主要關注的是在危險條件下工作的人員。特別是在這些行業中發生的動態危害范圍越來越大，特別是采礦業的工人面臨惡劣的環境。從19世紀到21世紀，據某媒體報道，發生了大約50起礦難事故，近8382人死于這些煤礦事故。此外，當涉及到地下礦井時，風險因素也會增加。這些事故發生在礦山，主要是因為屋頂塌陷，二氧化碳蓄積，地下水涌水，甲烷和冷塵爆炸等。因此，開發一個預警系統，可以提供準確的預測和檢測，避免災害發生。物聯網技術，預測算法和人工智能等先進技術為尋找能夠保證危險行業安全工作條件供了更大的支持。主要是，物聯網技術改變了行業，在生產和安全方面提供了更準確和更好的優化。

2 M2M技術在礦山環境監測的應用現狀與背景

物聯網的核心技術是機器之間的互聯互通，即M2M（Machine To Machine）。在物聯網M2M 技術中，遠程訪問，機器對機器和云等功能對工業自動化來說并不陌生，這些連接的設備已經存在。在物聯網中，除了數據之外，還存在革命性的問題。在物聯網中，事物之間的連接是路由連接，而在物聯網M2M 技術中，它是結構化連接。物聯網M2M 技術涉及網絡的更高準確性和清晰度，這導致了安全系統的標準提升。這些行業的主要焦點是建立一個可以提高工人安全的預警系統。從20世紀開始，傳感器網絡在警報系統中起主導作用，并為改善地下礦井的安全方案提供了更好的結果。傳感器節點保存在字段中以監控環境條件。傳感器網絡根據現場區域和所選應用提供拓撲靈活性。本文提出了一種由傳感器網絡組成的監控系統，可以在工業環境中使用，將數據發送到云端，可以從任何地方遠程訪問以分析數據。將來，該系統可以與預測算法和執行器集成，以預測可能發生的災難并生成警告信號，以警告在礦井中工作的人員，以避免任何災難性事件。

3 架構和系統概述

所提出的系統由一組傳感器節點組成，這些傳感器節點被放置在現場以感測環境條件。每個傳感器節點由特定傳感器組成，該傳感器將感測該場中的各種參數。整個傳感器節點的感測值將通過無線介質發送到網關節點。傳感層的網絡具有傳感器節點，網關使用無線介質以星形拓撲連接。網關收集傳感器節點感知的所有消息，并將該樣本發送到云?？梢员O視存儲在云中的數據。

物聯網M2M 技術下提出的這種安全系統/方案始終遵循結構化架構。該體系結構以更精細和標準的方式顯示系統概述。從系統實現的角度來看，本文提出的系統遵循三層架構模式：邊緣層具有帶網關節點的傳感器網絡作為邊緣節點，允許從邊緣到平臺層的數據流，這有助于從邊緣節點接收數據。企業層有助于最終用戶連接，并包括域的特定應用程序。傳感層的網絡具有傳感器節點，網關使用無線介質以星形拓撲連接。網關收集傳感器節點感知的所有消息，并將該樣本發送到云?？梢员O視存儲在云中的數據。

4 具體實現

如系統概述中所述，邊緣層中的星形拓撲傳感器網絡具有三個傳感器節點，其具有MQ4，MQ7和FSR（強制電阻傳感器），其為各個單片機板提供輸入。每個節點都有一個傳感器和微控制器以及模塊通信調制解調器作為終端設備。網關節點具有NodeMCU和模塊調制解調器，并充當協調器。模塊調制解調器通過無線連接從傳感器節點到網關節點的數據傳輸使用IEEE 802.15.4協議。為了找出/區分網關節點處各個節點的各個數據，將附加字段與傳感器值組合，并且幀格式由四個字段組成。

在網關節點處接收的消息幀將被轉發到云服務器。云服務器和網關之間的通信是無線的，并且使用輕量級IoT協議MQTT（消息隊列遙測傳輸）。MQTT優于HTTP的優點是：與5字節到12字節的消息幀大小相比，MQTT具有較低的標頭大小2字節，而HTTP具有更多標頭大小的開銷。MQTT提供三種類型的服務質量（QoSO：最多一次，QoS1：只有一次，Qos2：不定）。與CoAP等其他IoT協議相比，MQTT是基于TCP的協議。因此，CoAP是基于UDP的協議。AWSIOT服務收到的消息由Amazon Web Services（AWS）提供。WS是一種IaaS（基礎架構即服務）模型，提供硬件虛擬化和存儲設施，用戶可以在其上構建自己的基礎架構。接收到的數據可以在AWSIOT創建的對應物的陰影窗口中發布。已發布的數據可在監控單元中查看。

5 結論

綜上所述，環境狀況在工農業生產、國民生活等領域的重要作用日益顯著，如何對其進行有效監測是一項有意義的課題。隨著無線通信和網絡技術的發展，在本文中，介紹了使用物聯網概念的工業環境監控系統的詳細信息?；贛2M 技術的礦區環境監測平臺是一個由傳感器網絡組成的監控系統，可以在工業環境中使用物聯網M2M 技術概念將數據發送到云，并從任何地方遠程訪問數據，以分析數據并生成警告信號，提前避免災難的發生。

參考文獻：

[1]馬春光.基于物聯網技術的煤礦安全生產管理研究[J].信息與電腦（理論版），2018（08）：153-154+157.

[2]黃偉.物聯網和大數據及云計算技術在煤礦安全生產中的應用研究[J].電子世界，2017（18）：88.

項目支持：陜西省教育廳專項科學研究計劃（基于M2M技術的礦區環境監測平臺研究18JK0934）