本文從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面論述了礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案，指出該 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程煤礦生產(chǎn)的煤炭產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸，既提高了工作效率，又保 證了煤炭產(chǎn)量計(jì)量準(zhǔn)確。同時(shí)，由于使用該系統(tǒng)能夠節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源、降低費(fèi)用、系統(tǒng)改造維護(hù)簡單、不影響電子衡器的正常使用。因此，具有較好的推廣。

一、引言

在煤礦開采中，普遍存在著生產(chǎn)礦井分散、 遠(yuǎn)離集團(tuán)公司總部，少則幾十公里、多則上千公 里（如異地辦礦等），給遠(yuǎn)程煤礦生產(chǎn)和銷售的煤 炭計(jì)量管理和及時(shí)傳送稱重?cái)?shù)據(jù)帶來了極大的困 難。利用射頻識別（RFID、GPRS和3G無線通 訊新技術(shù)構(gòu)建的礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程礦 山產(chǎn)量稱重計(jì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過GPRS將遠(yuǎn)程生 產(chǎn)的煤炭產(chǎn)量計(jì)量情況以視頻和數(shù)據(jù)的形式實(shí)時(shí) 地傳送到集團(tuán)公司總部監(jiān)控中心，供總部領(lǐng)導(dǎo)和 有關(guān)部門查詢、處理和決策。同時(shí)，監(jiān)控中心還 可以通過GPRS向遠(yuǎn)程礦山的稱重站點(diǎn)發(fā)布指令。 由于該系統(tǒng)使用無線資源、不受地理環(huán)境的影響、 節(jié)約了有線網(wǎng)絡(luò)資源、降低了費(fèi)用，系統(tǒng)改造、 維護(hù)簡單、不影響地磅的正常使用。因此， 具有較好的推廣價(jià)值。

物聯(lián)網(wǎng)是以移動技術(shù)為代表的普適計(jì)算、泛 在網(wǎng)絡(luò)，被稱為繼計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后 信息技術(shù)的第三次革命；而物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、 識別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被 認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的第三次浪潮。“物聯(lián)網(wǎng)”是當(dāng)前最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一，一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié) 約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技 術(shù)動力。因此，美國、加拿大、英國、德國、芬 蘭、意大利、日本、韓國等國家目前都在投入巨 資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。據(jù)工業(yè)和信息化部預(yù)測， 在我國，物聯(lián)網(wǎng)將有力帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級， 引領(lǐng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn) 略性調(diào)整，引發(fā)社會生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的深度 變革，具有巨大的戰(zhàn)略增長潛能，是后危機(jī)時(shí)代 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，已經(jīng)成為各 個(gè)國家構(gòu)建社會新模式和重塑國家長期競爭力的 先導(dǎo)力。地磅是我國各行各業(yè)以及人們貿(mào)易、生 活必不可少的重要的計(jì)量器具，是物聯(lián)網(wǎng)重要的 檢測終端。因此，我們要牢牢把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展機(jī)遇，加快稱重物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。

“物聯(lián)網(wǎng)” 一詞的英語表達(dá)方式是“Internet of Things ”，可譯成物的互聯(lián)網(wǎng)。目前，業(yè)界對“物 聯(lián)網(wǎng)”還沒有一個(gè)完全統(tǒng)一的概念，但普遍認(rèn) “物聯(lián)網(wǎng)”是通過射頻識別（RFID、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)（GPS、激光掃描器、環(huán)境傳感器、 圖像感知器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把 任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管 理的一種網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)上述定義，按照網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù) 的流向及處理方式將物聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層次：

(1） 感知層

數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā) 生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、 音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、 RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)對“物”或環(huán)境狀態(tài)的識別。

(2）網(wǎng)絡(luò)層

實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的 信息無障礙、高可靠性、 需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相 融合。通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者 下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計(jì)算。

(3)應(yīng)用層

主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。

其中應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應(yīng) 用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應(yīng)用，如輸入輸出控 制終端，包括電腦、手機(jī)、地磅等測量儀器 終端，物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知（傳感）接口中央處理模塊和外部通訊接口三個(gè)部分組成，通 過外圍感知接口與傳感設(shè)備連接，如RFID讀卡 器，紅外感應(yīng)器，環(huán)境傳感器等，將這些傳感設(shè) 備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并通過中央處理模塊處理后， 按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過外部通訊接口，如：GPRS模 塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指 定中心處理平臺。物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡(luò)層和 傳輸網(wǎng)絡(luò)層的中間設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備， 通過它的轉(zhuǎn)換和采集，才能將各種外部感知數(shù)據(jù) 匯集和處理，并將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡(luò)接口方式傳 輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。如果沒有它的存在，傳感數(shù)據(jù)將 無法送到指定位置，“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復(fù)存在。 根據(jù)分類方法的不同，物聯(lián)網(wǎng)終端的種類也不相 同。主要網(wǎng)絡(luò)終端的種類，如表1所示。

二、礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方案 礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)是集現(xiàn)代數(shù)字電子稱重技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)字視頻技術(shù)、GPRS和 3G無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)于一體的現(xiàn)代信息智能 稱重系統(tǒng)。它主要由數(shù)字電子衡器（軌道衡、汽 車衡、電子皮帶秤等），紅外攝像儀、數(shù)據(jù)/視頻 通訊模塊、GPRS模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)器和計(jì)算機(jī)應(yīng)用 軟件組成，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)的工作過程是遠(yuǎn)程數(shù)字地磅用來對煤炭產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測數(shù) 據(jù)進(jìn)行顯示、打印、存儲，然后通過RS232、 RS485接口傳入遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端（數(shù)據(jù)通訊模塊）。 與此同時(shí)，紅外攝像儀將整個(gè)稱量過程進(jìn)行拍攝， 并將拍攝的圖像信息傳入遠(yuǎn)程視頻終端(視頻通訊 模塊)。產(chǎn)量和圖像數(shù)據(jù)適時(shí)地分別通過數(shù)據(jù)/視 頻通訊模塊傳送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。GPRS無線網(wǎng) 絡(luò)一方面可以通過Internet進(jìn)入公司總部監(jiān)控中心 的服務(wù)器，供集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)和管理部門通過計(jì)算 機(jī)來查詢煤炭產(chǎn)量；另一方面，無線網(wǎng)絡(luò)也可以

將數(shù)據(jù)送給手機(jī)用戶，使得集團(tuán)公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)通 過3G手機(jī)隨處都能得到煤炭產(chǎn)量的信息。

GPRS終端采用符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的GPRS無 線DTU/GPRS模塊GF- 2008w。該通信模塊是一款 專門為需要無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳 輸協(xié)議轉(zhuǎn)換器。它實(shí)現(xiàn)了無線GSM協(xié)議棧的轉(zhuǎn) 換，與之相連的終端設(shè)備無需支持GMS協(xié)議處理 能力，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需通過串口向DTU/GPRS發(fā) 送串口格式數(shù)據(jù)，DTU/GPRS會自動地加上GSM 無線通信的協(xié)議，把串口數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成GSM無線 通信的協(xié)議數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)；同 時(shí)對方主機(jī)通過無線GSM發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過 DTU/GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換后，也以透明的串口數(shù)據(jù)方式 傳回給中心站主機(jī)。只要提供RS-232接口的設(shè)備 都可以通過DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)無線GSM數(shù)據(jù)傳輸。 終端設(shè)備和DTU/GPRS間交互采用簡單的串口包 格式，所有的GSM協(xié)議棧協(xié)議都由DTU/GPRS完 成轉(zhuǎn)換。通過DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器主要用來對遠(yuǎn)程監(jiān)控 終端傳來的數(shù)據(jù)和圖象信息進(jìn)行存儲、處理并供 有關(guān)人員查詢。應(yīng)用軟件為多媒體數(shù)據(jù)的傳輸、 存儲、查詢和更新提供技術(shù)支持。

三、礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)GPRS

GPRS是一種比較時(shí)髦的無線通訊方法。用這 種方法可以做到設(shè)備的實(shí)時(shí)在線無縫連接。GPRS 的英文全稱為 General Packet Radio Service，其中 文含義為通用分組無線服務(wù)，它是利用“包交換” (Packet- Switched的概念所發(fā)展出的一套無線傳 輸方式。所謂的包交換就是將Date封裝成許多獨(dú) 立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形 式上有點(diǎn)類似寄包裹，采用包交換的好處是只有 在有資料需要傳送時(shí)才會占用頻道，而且還以傳 輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià)，這對用戶來說是比較合理的計(jì) 費(fèi)方式，因?yàn)橄?/span>Internet這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時(shí)間頻道是閑置的。此外，GPRS是基于GSM網(wǎng) 絡(luò)的，在GSM phase 2的標(biāo)準(zhǔn)里，GPRS可以提供 四種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別具有 提供不同的錯(cuò)誤保護(hù)（Error Protection)能力。利 用四種不同的編碼方式，每個(gè)時(shí)槽可提供的傳輸 速率為 CS-1 (9.05K、CS-2 (13.4K、CS-3 (15.6K)及CS-4 (21.4K，其中CS-1的保護(hù)最為 嚴(yán)密，CS-4則是完全未加以任何保護(hù)。每個(gè)用戶 最多可同時(shí)使用八個(gè)時(shí)槽，所以GPRS號稱最高傳 輸速率為171.2K。

GPRS可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動終端和 網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了 “永遠(yuǎn)在線”的連接，網(wǎng)絡(luò)信道 只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。GPRS的實(shí)際速 度典型值比理論速度慢，介于14.4至43.2kbps(上 下行非對稱速率)之間。GPRS將是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)移 動互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)接入的標(biāo)準(zhǔn)，也是邁向3G/UMTS的 過程。

GPRS移動用戶可以隨時(shí)訪問自己的虛擬專用 網(wǎng)絡(luò)(VPN)，而不是每次都需要撥號上網(wǎng)，從而為 用戶提供更加簡單的應(yīng)用服務(wù)。因此，采用移動 GPRS技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送，費(fèi)用低，使用方 便，不受地域限制，便于業(yè)務(wù)發(fā)展，具有很好的 發(fā)展趨勢。由于使用了 “分組”的技術(shù)，用戶上 網(wǎng)可以免受斷線的痛苦（情形大概就跟使用了下 載軟件NetAnts差不多）。此外，使用GPRS上網(wǎng) 的方法與WAP并不同，用WAP上網(wǎng)就如在家中 上網(wǎng)，先“撥號連接”，而上網(wǎng)后便不能同時(shí)使用 該電話線，但GPRS就較為優(yōu)越，下載資料和通話 是可以同時(shí)進(jìn)行的。從技術(shù)上來說，聲音的傳送 (即通話）繼續(xù)使用GSM，而數(shù)據(jù)的傳送便可使用 GPRS，這樣的話，就把移動電話的應(yīng)用提升到一 個(gè)更高的層次，而且發(fā)展GPRS技術(shù)也十分“經(jīng) 濟(jì)”，因?yàn)橹豁氀赜矛F(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來發(fā)展即可。 GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機(jī)發(fā)送及接收 電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等。

綜上所述，GPRS傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在 以下五個(gè)方面：（1）相對GSM撥號方式的電路 交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有 “高速”的優(yōu)點(diǎn)；（2除了速度上的優(yōu)勢，GPRS 還有“在線”的特點(diǎn)，即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián) 系。 有數(shù)據(jù)傳送時(shí)就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù) 據(jù)，沒有數(shù)據(jù)傳送，終端就進(jìn)入一種“準(zhǔn)休眠” 狀態(tài)，釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這 時(shí)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當(dāng) 用戶再次傳送時(shí)，手機(jī)立即向網(wǎng)絡(luò)請求無線頻道 用來傳送數(shù)據(jù)，不需頻繁撥號；（3) GPRS數(shù)據(jù) 傳輸是雙向的，且可以傳輸批量數(shù)據(jù)，對礦山稱 重來說還可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)存儲數(shù)據(jù)無線下載，這一 個(gè)特點(diǎn)是超短波、GSM短信、PSTN以及衛(wèi)星通信 所不能替代的；（4 ）GPRS是基于數(shù)據(jù)分組傳送 的，能提供連續(xù)不間斷的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，具有比 SMS更好的數(shù)據(jù)傳送速度和能力，且能夠始終在 線，通信費(fèi)用是按照實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行結(jié) 算的，運(yùn)行費(fèi)用低；（5） GPRS服務(wù)范圍廣，可用 于移動商務(wù)、移動信息服務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和多媒 體業(yè)務(wù)等方面。

四、結(jié)語

目前，物聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模推廣主要局限在國 家重點(diǎn)工程的安保、物流領(lǐng)域，礦山稱重物聯(lián)網(wǎng) 的應(yīng)用才剛剛起步。通過該物聯(lián)網(wǎng)在遠(yuǎn)程礦山產(chǎn) 量監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，一方面實(shí)現(xiàn)了對遠(yuǎn)程礦山 產(chǎn)量的多媒體監(jiān)控，加強(qiáng)了企業(yè)計(jì)量管理，提高 了工作效率；另一方面，與有線網(wǎng)絡(luò)和GSM方式 相比，節(jié)約了費(fèi)用。另外，根據(jù)國家關(guān)于“有國 家公網(wǎng)可以利用的，盡量不要建設(shè)自己的專網(wǎng); 有無線信道可利用的，不要使用有線信道”的要 求，稱重物聯(lián)網(wǎng)的使用還有利于節(jié)約我國的信息 資源，也是我們創(chuàng)建節(jié)約型社會和資源節(jié)約型企 業(yè)的具體體現(xiàn)。因此，隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深 入發(fā)展，礦山稱重物聯(lián)網(wǎng)必定會得到蓬勃發(fā)展。