礦山安全生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中的信息感知增加現(xiàn)實的理論與方法講解

1、礦山安全生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中的信息感知增加現(xiàn)實的理論與方法一：研究現(xiàn)狀礦山綜合自動化己實施了十多年， 初步實現(xiàn)了礦山己有各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、語音及視頻傳輸?shù)摹叭W(wǎng)合一” ，實現(xiàn)了用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲各種子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)， 具備進一步提升為礦山物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)， 但是與“中國制造 2025"“互聯(lián)網(wǎng) +”及“工業(yè) 4. 0 ”的發(fā)展要求相比，還有很大的差距。據(jù) 2005-2015 年煤礦安全生產(chǎn)事故統(tǒng)計分析， 人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全條件、管理缺陷等事故致因 4 要素中，人、物、環(huán)境 3 大因素導致的事故起數(shù)占總事故起數(shù)的 89% 。多年來，許多礦山安全領(lǐng)域的

2、專家學者都在致力于研究這些影響礦山安全的不確定性因素， 提出了一些理論與方法。 如對災害源的不確定性， 很多參考文獻提出了多場藕合的煤礦動力災害研究方法，以及多參量的災害評估分級預警方法;對于設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境的不確定性，比如煤巖分界，國內(nèi)外也進行了多年的研究，取得一些成果 ; 對于人員的不規(guī)范行為也有一些分析研究困。遺憾的是，這些研究成果基本還停留在理論或?qū)嶒炇译A段， 也就是說，基本是在各種因素可控的環(huán)境下去研究諸多非確定的因素。因此，這些研究成果很難應用到礦山現(xiàn)場。1. 具體國內(nèi)礦山物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀在體系架構(gòu)研究方面， 吳立新等指出應利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)數(shù)字礦山集成平臺、礦山自動化系統(tǒng)、井下精確定

3、位與導航系統(tǒng)以及采礦環(huán)境的智能感知系統(tǒng)。張申等提出感知礦山建設(shè)的核心問題為“ 3 個感知” : 感知礦山災害風險，實現(xiàn)各種災害事故的預警預報 ; 感知礦工周圍安全環(huán)境， 實現(xiàn)主動式安全保障 ; 感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預知維修。張申等在分析煤礦綜合自動化的基礎(chǔ)上，提出采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其平臺性來實現(xiàn)礦山物理世界的實時控制、 精確管理和科學決策，指出礦山物聯(lián)網(wǎng)是一種開放式平臺， 且該平臺體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)性平臺和服務性平臺 2 個方面。解海東等，在分析智能礦山建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上， 提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的 5 層智能礦山體系架構(gòu)方案， 并提出了基于該架構(gòu)的智能礦山應用體系，指出該體系可用于指導煤礦企業(yè)建

4、設(shè)礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 張科利等，提出了智能生產(chǎn)系統(tǒng)概念， 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上， 提出了一個彈性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。 張長江等，指出將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到礦山， 可以實現(xiàn)礦井的全面感知、 智能控制和綜合管理，并能較好地消除礦山企業(yè)存在的“信息孤島”現(xiàn)象。孫彥景等，提出構(gòu)建動態(tài)感知煤礦災害狀況、 設(shè)備健康狀態(tài)、 人員安全環(huán)境的煤礦安全生產(chǎn)物聯(lián)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在感知層研究方面， 丁恩杰等，研制了具有礦工定位、 周圍環(huán)境信息感知及雙向通信功能的智能信息終端。 王繼水等，針對礦山實際需求， 應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過建立基于 ZigBee 技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)礦山環(huán)境的在線實時監(jiān)測。李繼云、張春輝，分別就礦山物聯(lián)

5、網(wǎng)節(jié)點和數(shù)據(jù)采集終端進行了研究和設(shè)計，對礦山物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備的開發(fā)和設(shè)計有一定的參考和指導作用。在傳輸層研究方而，邵國強等，針對常用的礦井WiFi 通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)均采用獨立布網(wǎng)方式而存在重復布網(wǎng)的問題，提出了一種將WiFi和RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別 ) 相結(jié)合的一體化礦用無線通信及人員定位管理系統(tǒng)設(shè)計方案。 孫彥景等，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的安全信息系統(tǒng)模型，并研發(fā)了適用于煤礦環(huán)境的綜合接入網(wǎng)卡及環(huán)網(wǎng)防爆交換機。 太平研究了礦山物聯(lián)網(wǎng)的服務質(zhì)量框架，用來解決礦山物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務服務質(zhì)量保障問題。在應用層研究方而， 趙安新等，設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)

6、技術(shù)的礦山機電設(shè)備遠程在線實時監(jiān)測和故障診斷平臺，使其在保障企業(yè)安全生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。陳鐸等，提出了一種基于礦山物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計方案。趙志軍等，指出了物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；\用中的關(guān)鍵技術(shù)， 并給出了利用智能信息處理理論的煤礦物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計方案。在工程應用方面，夾河煤礦、霍爾辛赫煤礦應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建井下通風、排水、應急救援三大系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的掘進、采煤、運輸、供電的無人化或少人化作業(yè)，從而形成新型煤礦安全技術(shù)體系。 神華寧煤集團將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于數(shù)字化礦山建設(shè)中， 并對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用成效進行了論述， 同時提出了神華寧煤集團物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用研究的新方向。2. 國外煤礦物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀近年

7、來，國外煤礦井下無線通信也有很大發(fā)展，如加拿大、美國、德國、澳大利亞等產(chǎn)煤大國都對井下無線通信進行了深入研究， 基本上都實現(xiàn)了井下無線通信。大多數(shù)礦業(yè)公司都在積極研究現(xiàn)代化的無線通信系統(tǒng)， 如超低頻透地系統(tǒng)、小靈通通信系統(tǒng)等技術(shù)。 美國賓漢頓大學計算機系統(tǒng)研究室通過對物聯(lián)網(wǎng)接口協(xié)議的研究，在 2005 年前后分別提出了物聯(lián)網(wǎng)中的各類協(xié)議標準，進而規(guī)范了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的相關(guān)標準。3. 煤礦物聯(lián)網(wǎng)存在的問題物聯(lián)網(wǎng)在煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域的應用剛剛起步， 還沒有從頂層形成適應礦山特點的技術(shù)標準體系框架，相關(guān)的技術(shù)瓶頸問題尚未解決 :1 是礦山安全感知技術(shù)落后，難以達到對人員、設(shè)備、設(shè)施和環(huán)境等信息的全面感知，

8、比如，礦山采掘工作面生產(chǎn)監(jiān)測與關(guān)鍵設(shè)備的工作狀況缺乏可靠的在線感知技術(shù)手段。2 是普通傳感設(shè)備的密封性、耐用性、安全性等技術(shù)性能尚未滿足井下特殊工況要求。3 是安全生產(chǎn)各子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)不夠，不具有互操作性。4 是井下無線通信系統(tǒng)信號傳輸距離短、穿透性差等。工作面采掘機、斜巷絞車、無極繩絞車等的監(jiān)控技術(shù)還不完善（三機） 。(1) 缺乏低功耗智能傳感器及裝置。高能效是煤礦物聯(lián)網(wǎng)傳感器與裝置設(shè)計的必要條件。礦山現(xiàn)有傳感器以有線供電、傳輸為主，其體積及功耗大，移動、維護困難。傳感器的低功耗技術(shù)一直是研究的重點， 己取得了一定進展， 如中國礦業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng) ( 感知礦山 ) 研究中心開發(fā)的 MEMS(Mi

9、cro-Electro-Mechanical System，微機電系統(tǒng) ) 瓦斯傳感器功耗可降低 30%以上。智能裝置基本功能組件 ( 通信與處理單元 ) 可采用能量捕獲組件為連續(xù)運行的物聯(lián)網(wǎng)裝置供電。(2) 缺乏礦井環(huán)境能量捕獲技術(shù)。煤礦井下存在很多可利用的能量，如礦井通風產(chǎn)生的風能，帶式輸送機、采煤機等產(chǎn)生的動能等。 如果能夠捕獲這些能量，就可為煤礦物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點充電。 振動能量采集裝置的能量密度有望從 10 到 30 pW/g，頻率響應范圍加大，可做到即插即用，有望解決煤礦采掘工作而智能裝置的供電問題。(3) 缺乏數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)安全方法。隨著煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，與當前互聯(lián)網(wǎng)一樣，都會

10、存在安全漏洞。 安全方而不容許存在弱點。 煤礦物聯(lián)網(wǎng)要得到廣泛應用，就需要獲得企業(yè)、 政府和用戶的認可， 但不安全的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)環(huán)境無法得到認可。同時由于物聯(lián)網(wǎng)改變了物物相聯(lián)的關(guān)系， 數(shù)據(jù)的不安全性可能會為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。不安全的網(wǎng)絡(luò)、不保護個人隱私的網(wǎng)絡(luò)不可能得到推廣的。(4) 缺乏公共服務平臺。煤礦物聯(lián)網(wǎng)最終會形成真實物理礦山、數(shù)字礦山和虛擬信息礦山的三者合一， 形成一個由智能傳感器、 智能裝備與礦山智能環(huán)境組成的 Web服務平臺。但目前大多數(shù)的煤礦物聯(lián)網(wǎng)應用主要是垂直型的應用， 局限在某個企業(yè)內(nèi)部， 屬于企業(yè)信息化應用。 只有形成公共服務平臺， 采用大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)，才能有效地處理

11、海量的數(shù)據(jù)及產(chǎn)生的應用服務。(5) 缺乏煤礦物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準。隨著煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，礦山物聯(lián)網(wǎng)、礦業(yè)集團物聯(lián)網(wǎng)、 省級礦山物聯(lián)網(wǎng)和國家礦山物聯(lián)網(wǎng)將得到大量應用， 若要增加煤礦物聯(lián)網(wǎng)的可擴展性， 使更多的信息可以共享、 物物互動，煤礦物聯(lián)網(wǎng)標準是核心問題。二礦山物聯(lián)網(wǎng)可能的發(fā)展方向從技術(shù)發(fā)展的模式來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)多種技術(shù)聚合發(fā)展的模式，如云計算、大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的聚合發(fā)展，并在聚合發(fā)展中出現(xiàn)新的需求、新的研究與發(fā)明、新的市場份額。煤礦物聯(lián)網(wǎng)主要涉及 3 類技術(shù)的發(fā)展。(1) 嵌入式智能信息傳感技術(shù)。 針對礦山有限空間中的高效智能化環(huán)境感知，著重研究嵌入式智能信息感知技術(shù)， 從而智能獲

12、取與礦山裝備運行相關(guān)的語義數(shù)據(jù)。通過在井下環(huán)境中嵌入多種感知、計算設(shè)備，形成智能環(huán)境。該方而主要涉及新材料、新型傳感器、微電子技術(shù)、語義互操作、嵌入式軟件和操作系統(tǒng)、 M2M、低功耗網(wǎng)絡(luò)與通信、能量捕獲等技術(shù)。(2) 基于大數(shù)據(jù)的礦山安全生產(chǎn)云服務平臺。研究基于大數(shù)據(jù)時空行為分析等技術(shù)，提供高可靠、高擴展、高存取性能的多礦山大數(shù)據(jù)存儲模式。通過構(gòu)建的基于云計算的統(tǒng)一服務平臺， 實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)信息的跨區(qū)域?qū)崟r遠程監(jiān)測與共享服務。該方而主要涉及云計算 ( 包括霧或微云 ) 、大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的聚合、 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)與搜索等技術(shù)。(3) 安全性。如何解決煤礦物聯(lián)網(wǎng)的安全與隱私保護問題，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程中重

13、要兼必要環(huán)節(jié)。該方而主要涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)安全、 RFID 安全、核心網(wǎng)安全、移動通信接入安全、 無線接入安全、 數(shù)據(jù)處理安全、 數(shù)據(jù)存儲安全、 云安全、安全管理等技術(shù)。三主要技術(shù)1. 信息感知在礦山“人 - 機- 環(huán)”應用實現(xiàn)理論：信息感知為物聯(lián)網(wǎng)應用提供了信息來源，是物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎(chǔ)信息感知最基本的形式是數(shù)據(jù)收集， 即節(jié)點將感知數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點但由于在原始感知數(shù)據(jù)中往往存在異常值、 缺失值，因此在數(shù)據(jù)收集時要對原始感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗， 并對缺失值進行估計 信息感知的目的是獲取用戶感興趣的信息， 大多數(shù)情況下不需要收集所有感知數(shù)據(jù)， 況且將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點會造成網(wǎng)絡(luò)負載過大，因

14、此在滿足應用需求的條件下采用數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)聚集和數(shù)據(jù)融合等網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以實現(xiàn)高效的信息感知。結(jié)合感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的主要特征， 在煤礦綜合自動化建設(shè)基礎(chǔ)上， 感知礦山建設(shè)的核心問題是“三個感知” ，即感知礦山災害風險，實現(xiàn)各種災害事故的預警預報 ；感知礦工周圍安全環(huán)境， 實現(xiàn)主動式安全保障 ；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預知維修。 “三個感知”旨在減災保安全。為了實現(xiàn)“三個感知” ，需要研究開發(fā)礦山特有的感知與測量技術(shù)。許多地質(zhì)參數(shù)與巖層運動規(guī)律是影響礦山安全的關(guān)鍵因素，如地下水賦存情況、 瓦斯與煤突出、巖層受力與沖擊地壓、 采空區(qū)發(fā)火等， 而目前對影響煤礦安全重要因素的感知技術(shù)還不是很

15、成熟。電磁輻射、聲發(fā)射、透地成像、微振監(jiān)測、外視覺識別等技術(shù)是研制礦用感知傳感器的熱點技術(shù)， 因此，需要加強各類新型 MEMS傳感器的研制。需要利用先進智能傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對煤礦有關(guān)環(huán)境與地質(zhì)參數(shù)進行實時采集， 根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與理論分析， 研究煤炭資源開采尤其是深部資源開采中重大災害的成因、 預測預報理論以及防治對策等關(guān)鍵問題； 重點研究煤與瓦斯突出、礦井突水、頂板冒落與沖擊地壓等發(fā)性動力災害成災機理、 礦山重大災害應急救援與事故分析理論與技術(shù)，為深部資源開發(fā)中重大災害事故的預測、預報和防治提供可靠的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。此外，與煤礦生產(chǎn)密切相關(guān)的大型設(shè)備有很多， 有些設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況會直接影響

16、工作人員的生命安全， 因而需要研究煤礦生產(chǎn)工作面各種設(shè)備的聯(lián)動控制與煤層、頂?shù)装宓年P(guān)系，建立擬人化控制模型， “三個感知結(jié)構(gòu)圖展基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下采煤裝備遠程定位、 煤巖識別、大型設(shè)備姿態(tài)控制等技術(shù)研究。 礦工個人周圍環(huán)境安全狀況是保障礦工安全的重要保障， 因此，還需建立覆蓋煤礦井下，并與千兆工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)。技術(shù)分析感知礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括感知層技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應用層技術(shù)和公共技術(shù)。感知層感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的感知層包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)與接入技術(shù) 2 個子層。這里的數(shù)據(jù)采集是廣義的， 包括采集煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)， 生產(chǎn)與安全的各類物理量、標識、音頻、視頻

17、數(shù)據(jù)。感知礦山建設(shè)的核心內(nèi)容中 “3 個感知”，主要在這一層實現(xiàn)。感知層中的接入技術(shù)主要是為各種分布式、 移動傳感器、RFID以及其他生產(chǎn)與安全設(shè)備提供接入主干網(wǎng)的環(huán)境，主要分為有線接入和無線接入2 種方式。有線接入可以是綜合自動化系統(tǒng)采用的通過子系統(tǒng)接入方式， 也可以是分布式接入方式。無線接入基本是分布式接入。目前 , 煤礦井下無線信道有移動通信 WiFi 網(wǎng)絡(luò)、 PHS網(wǎng)絡(luò) , 還有 WSN網(wǎng)絡(luò)、人員定位的 RFID 網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)存在的主要問題是覆蓋區(qū)域有限，只實現(xiàn)了局部地區(qū)的覆蓋，存在監(jiān)測盲點 , 不利于安全與減災信息的監(jiān)測；信道容量低，不利于多種信息的寬帶綜合應用；種類單一、重復建

18、設(shè)，通常無線通信、人員定位、工況與環(huán)境監(jiān)測分別使用不同的覆蓋網(wǎng)絡(luò)， 不能形成統(tǒng)一的感知網(wǎng)絡(luò)。 因此，感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要是構(gòu)建真正符合井下需求的無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)， 開發(fā)新型的無線系統(tǒng)， 使其適應煤礦井下長距離、多跳、寬帶、自組網(wǎng)、低功耗的要求。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層分網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺和應用平臺 2 個子層。網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺就是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的主干網(wǎng)，利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、煤礦移動通信技術(shù)、 M2M技術(shù)以及礦山 6Low PAN(M6LowPAN)技術(shù)，把感知到的信息實時、無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，因此，需要進一步研究傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 工業(yè)控制以太網(wǎng)技術(shù)、 RFID 以及其它數(shù)據(jù)集成技術(shù)。應用

19、平臺主要實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息集成，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述、統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)中間件技術(shù)、虛擬邏輯系統(tǒng)構(gòu)建等，在此基礎(chǔ)上構(gòu)成服務支撐平臺，為應用層各種服務提供開放的接口。應用層應用層分為 2 個內(nèi)容 ：一是綜合自動化， 即對礦山各生產(chǎn)安全子系統(tǒng)的實時監(jiān)控，保障礦山的正常運行，或稱作礦山 MES 層，包括在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上設(shè)計多臺操作員站， 用于監(jiān)控子系統(tǒng)， 如綜采工作面監(jiān)控子系統(tǒng)、 主運輸集控子系統(tǒng)、地面供電監(jiān)控子系統(tǒng)等，以及對煤礦生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理 ；二是高層應用， 即管理決策與應用， 主要是各種軟件應用模塊。 它可應用于礦山安全生產(chǎn)形勢評估、 煤礦災害預警與防治、 煤礦安全隱患排查、 礦山資源

20、環(huán)境控制及評價 ；煤礦供應鏈管理；大型設(shè)備故障診斷；實現(xiàn)對整個礦山的優(yōu)化管理與安全動態(tài)跟蹤。根據(jù)礦山具體應用的不同，這些模塊可增減。標準建設(shè)感知礦山物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應用方面。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)標準包括感知礦山物聯(lián)網(wǎng) M2M 接口標準、感知礦山物聯(lián)網(wǎng)信息 ( 數(shù)據(jù) ) 描述標準。無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)必須能為井下所有移動物體提供感知服務， 包括各種設(shè)備、 人員、環(huán)境及工況監(jiān)測等，真正實現(xiàn)物與物相聯(lián)需要的各層之間 M2M 標準，以適應設(shè)備層移動。2. 增強現(xiàn)實在礦山“人 - 機- 環(huán)”應用增強現(xiàn)實技術(shù)是將虛擬物體或信息加入到真實環(huán)境中， 實現(xiàn)虛擬環(huán)境與真實環(huán)境的結(jié)合。隨著科學技術(shù)的不斷更新和發(fā)展， 增

21、強現(xiàn)實技術(shù)將為煤礦安全生產(chǎn)提供新的技術(shù)手段。增強現(xiàn)實技術(shù)是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息 ( 視覺信息 , 聲音 , 味道 , 觸覺等 ), 通過電腦等科學技術(shù)， 模擬仿真后再疊加， 將虛擬的信息應用到真實世界， 被人類感官所感知， 從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。 真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。 增強現(xiàn)實技術(shù)， 不僅展現(xiàn)了真實世界的信息 , 而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。增強現(xiàn)實技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、 場

22、景融合等新技術(shù)與新手段。 增強現(xiàn)實提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息。利用 AR 技術(shù)可以同時實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)主體的識別、 定位、信息顯示與各類交互操作。在 AR 環(huán)境里能實現(xiàn)各種不同類型的物聯(lián)網(wǎng)主體交互， 其基本方式可分為視覺交互和物理交互。 視覺交互包括虛實物體相互間的陰影、 遮擋、各類反射、折射和顏色滲透等。 物理交互包括虛實物體間運動學上的約束、 碰撞檢測和受外力影響產(chǎn)生的物理響應等。 在物聯(lián)網(wǎng)中要實現(xiàn)主體之間自然的交互， 需要通過傳感設(shè)備獲取數(shù)據(jù)以確定用戶對主體發(fā)出的行為指令并給出相應的反饋， 其中數(shù)據(jù)手套作為一種用戶手部傳感設(shè)備， 可以實時精確地獲取人手的動作與姿態(tài)， 佩戴方

23、便舒適，可以在某些有用戶參與的物聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境中實現(xiàn)更為自然的主體交互。物聯(lián)網(wǎng)中的某些真實物體可以在其可視表面的適當部位附加具有唯一性的二維平面標識物， 其對應的數(shù)據(jù)庫中保存有該物體的類型、 屬性及狀態(tài)等相關(guān)信息。在物聯(lián)網(wǎng)應用中， 通過 AR 技術(shù)采用模式識別的方法對二維平面標識物進行圖像匹配，即對攝像機采集的圖像進行預處理之后， 利用模板數(shù)據(jù)庫中儲存的圖像模板和采集到的圖像進行匹配， 得出匹配結(jié)果， 識別出二維平面標識物， 從而獲取對應物體的類型、屬性、狀態(tài)、空間位置等所需要的相關(guān)信息。3. 霧計算技術(shù)霧計算簡單來說就是比較底層的網(wǎng)絡(luò)化計算。 霧計算與云計算相比更強調(diào)其實時性。以瓦斯超限斷電為

24、例， 煤礦安全規(guī)程要求當瓦斯監(jiān)測儀監(jiān)測到甲烷超限時，應立即控制斷電。然而是什么原因造成的甲烷超限 ?是個別點還是一個區(qū)域 ?是不是干擾誤報 ?是不是瓦斯傳感器失限等 ?這些問題都難以判斷。盡管煤礦安全規(guī)程規(guī)定“每秒必須對甲烷超限斷電功能進行測試” ，但也難以防比瓦斯傳感器誤報情況的發(fā)生。 利用霧計算，可以將相鄰的幾個瓦斯傳感器和其他相關(guān)傳感器作為信息源來判斷各個瓦斯信息源的可信度、 識別瓦斯超限區(qū)域、 繪制瓦斯場的分布、給出是否斷電及斷電范圍的決策。顯然，類似這樣的底層計算在礦山有大量的需求。 與云計算相比， 霧計算并非由性能強大的服務器組成， 而是由更為底層的嵌入式系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)及分散的異構(gòu)計算資源組成。霧計算通過強化獨立節(jié)點間的局部實時交互和分布式智能，使節(jié)點具備自組織、 自計算、自反饋的計算功能， 將眾多的局部應用的數(shù)據(jù)處理和應用程序分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地設(shè)備， 而非集中在數(shù)據(jù)中心， 從而更加廣泛地適應礦山不同的應用形態(tài)和服務類型。 礦山霧計算平臺在礦山物聯(lián)網(wǎng)中所處的位置如圖所示。霧計算平臺可以通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)的方式對不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的霧計算進行調(diào)度、配置，也可以實