本文從理論和實踐兩個方面論述了礦山稱重物聯網技術解決方案，指出該 物聯網實現對遠程煤礦生產的煤炭產量進行實時監控、數據傳輸，既提高了工作效率，又保 證了煤炭產量計量準確。同時，由于使用該系統能夠節約網絡資源、降低費用、系統改造維護簡單、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，普遍存在著生產礦井分散、 遠離集團公司總部，少則幾十公里、多則上千公 里（如異地辦礦等），給遠程煤礦生產和銷售的煤 炭計量管理和及時傳送稱重數據帶來了極大的困 難。利用射頻識別（RFID、GPRS和3G無線通 訊新技術構建的礦山稱重物聯網可實現對遠程礦 山產量稱重計量的實時監控。通過GPRS將遠程生 產的煤炭產量計量情況以視頻和數據的形式實時 地傳送到集團公司總部監控中心，供總部領導和 有關部門查詢、處理和決策。同時，監控中心還 可以通過GPRS向遠程礦山的稱重站點發布指令。 由于該系統使用無線資源、不受地理環境的影響、 節約了有線網絡資源、降低了費用，系統改造、 維護簡單、不影響地磅的正常使用。因此， 具有較好的推廣價值。

物聯網是以移動技術為代表的普適計算、泛 在網絡，被稱為繼計算機技術、互聯網技術之后 信息技術的第三次革命；而物聯網通過智能感知、 識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，被 認為是繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展 的第三次浪潮。“物聯網”是當前最具發展潛力的產業之一，一方面可以提高經濟效益，大大節 約成本；另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技 術動力。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網。據工業和信息化部預測， 在我國，物聯網將有力帶動傳統產業轉型升級， 引領戰略性新興產業的發展，實現經濟結構的戰 略性調整，引發社會生產和經濟發展方式的深度 變革，具有巨大的戰略增長潛能，是后危機時代 經濟發展和科技創新的戰略制高點，已經成為各 個國家構建社會新模式和重塑國家長期競爭力的 先導力。地磅是我國各行各業以及人們貿易、生 活必不可少的重要的計量器具，是物聯網重要的 檢測終端。因此，我們要牢牢把握物聯網產業的 發展機遇，加快稱重物聯網的創新發展。

“物聯網” 一詞的英語表達方式是“Internet of Things ”，可譯成物的互聯網。目前，業界對“物 聯網”還沒有一個完全統一的概念，但普遍認 “物聯網”是通過射頻識別（RFID、紅外感應器、 全球定位系統（GPS、激光掃描器、環境傳感器、 圖像感知器等信息傳感設備，按約定的協議，把 任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管 理的一種網絡。根據上述定義，按照網絡內數據 的流向及處理方式將物聯網分為三個層次：

(1） 感知層

數據采集與感知主要用于采集物理世界中發 生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、 音頻、視頻數據。物聯網的數據采集涉及傳感器、 RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技 術，實現對“物”或環境狀態的識別。

(2）網絡層

實現更加廣泛的互聯功能，能夠把感知到的 信息無障礙、高可靠性、 需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術相 融合。通過現有的互聯網、廣電網、通信網或者 下一代互聯網（IPv6，實現數據的傳輸和計算。

(3)應用層

主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。

其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通的功能。應 用服務子層包括智能交通、智能醫療、智能家居、智能物流、智能電力等行業應用，如輸入輸出控 制終端，包括電腦、手機、地磅等測量儀器 終端，物聯網結構圖如圖1所示。

物聯網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部分組成，通 過外圍感知接口與傳感設備連接，如RFID讀卡 器，紅外感應器，環境傳感器等，將這些傳感設 備的數據進行讀取并通過中央處理模塊處理后， 按照網絡協議，通過外部通訊接口，如：GPRS模 塊、以太網接口、WIFI等方式發送到以太網的指 定中心處理平臺。物聯網終端屬于傳感網絡層和 傳輸網絡層的中間設備，也是物聯網的關鍵設備， 通過它的轉換和采集，才能將各種外部感知數據 匯集和處理，并將數據通過各種網絡接口方式傳 輸到互聯網中。如果沒有它的存在，傳感數據將 無法送到指定位置，“物”的聯網將不復存在。 根據分類方法的不同，物聯網終端的種類也不相 同。主要網絡終端的種類，如表1所示。

二、礦山稱重物聯網的技術方案 礦山稱重物聯網是集現代數字電子稱重技術、計算機網絡技術、遠程數字視頻技術、GPRS和 3G無線通訊網絡傳輸技術于一體的現代信息智能 稱重系統。它主要由數字電子衡器（軌道衡、汽 車衡、電子皮帶秤等），紅外攝像儀、數據/視頻 通訊模塊、GPRS模塊、數據服務器和計算機應用 軟件組成，其系統組成如圖2所示。

礦山稱重物聯網的工作過程是遠程數字地磅用來對煤炭產量進行實時檢測，并將檢測數 據進行顯示、打印、存儲，然后通過RS232、 RS485接口傳入遠程數據終端（數據通訊模塊）。 與此同時，紅外攝像儀將整個稱量過程進行拍攝， 并將拍攝的圖像信息傳入遠程視頻終端(視頻通訊 模塊)。產量和圖像數據適時地分別通過數據/視 頻通訊模塊傳送到GPRS無線網絡。GPRS無線網 絡一方面可以通過Internet進入公司總部監控中心 的服務器，供集團公司領導和管理部門通過計算 機來查詢煤炭產量；另一方面，無線網絡也可以

將數據送給手機用戶，使得集團公司相關領導通 過3G手機隨處都能得到煤炭產量的信息。

GPRS終端采用符合工業應用標準的GPRS無 線DTU/GPRS模塊GF- 2008w。該通信模塊是一款 專門為需要無線數據傳輸設備開發的無線數據傳 輸協議轉換器。它實現了無線GSM協議棧的轉 換，與之相連的終端設備無需支持GMS協議處理 能力，數據傳輸時只需通過串口向DTU/GPRS發 送串口格式數據，DTU/GPRS會自動地加上GSM 無線通信的協議，把串口數據包轉換成GSM無線 通信的協議數據包，把數據傳輸到目的主機；同 時對方主機通過無線GSM發送過來的數據通過 DTU/GPRS協議轉換后，也以透明的串口數據方式 傳回給中心站主機。只要提供RS-232接口的設備 都可以通過DTU/GPRS實現無線GSM數據傳輸。 終端設備和DTU/GPRS間交互采用簡單的串口包 格式，所有的GSM協議棧協議都由DTU/GPRS完 成轉換。通過DTU/GPRS實現無線數據傳輸功能。

監控中心的數據服務器主要用來對遠程監控 終端傳來的數據和圖象信息進行存儲、處理并供 有關人員查詢。應用軟件為多媒體數據的傳輸、 存儲、查詢和更新提供技術支持。

三、礦山稱重物聯網的關鍵技術GPRS

GPRS是一種比較時髦的無線通訊方法。用這 種方法可以做到設備的實時在線無縫連接。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，它是利用“包交換” (Packet- Switched的概念所發展出的一套無線傳 輸方式。所謂的包交換就是將Date封裝成許多獨 立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形 式上有點類似寄包裹，采用包交換的好處是只有 在有資料需要傳送時才會占用頻道，而且還以傳 輸的資料量計價，這對用戶來說是比較合理的計 費方式，因為像Internet這類的數據傳輸大多數的時間頻道是閑置的。此外，GPRS是基于GSM網 絡的，在GSM phase 2的標準里，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 提供不同的錯誤保護（Error Protection)能力。利 用四種不同的編碼方式，每個時槽可提供的傳輸 速率為 CS-1 (9.05K、CS-2 (13.4K、CS-3 (15.6K)及CS-4 (21.4K，其中CS-1的保護最為 嚴密，CS-4則是完全未加以任何保護。每個用戶 最多可同時使用八個時槽，所以GPRS號稱最高傳 輸速率為171.2K。

GPRS可快速接入數據網絡。它在移動終端和 網絡之間實現了 “永遠在線”的連接，網絡信道 只有在實際進行傳輸時才被占用。GPRS的實際速 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將是第一個實現移 動互聯網即時接入的標準，也是邁向3G/UMTS的 過程。

GPRS移動用戶可以隨時訪問自己的虛擬專用 網絡(VPN)，而不是每次都需要撥號上網，從而為 用戶提供更加簡單的應用服務。因此，采用移動 GPRS技術進行網絡數據傳送，費用低，使用方 便，不受地域限制，便于業務發展，具有很好的 發展趨勢。由于使用了 “分組”的技術，用戶上 網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 的方法與WAP并不同，用WAP上網就如在家中 上網，先“撥號連接”，而上網后便不能同時使用 該電話線，但GPRS就較為優越，下載資料和通話 是可以同時進行的。從技術上來說，聲音的傳送 (即通話）繼續使用GSM，而數據的傳送便可使用 GPRS，這樣的話，就把移動電話的應用提升到一 個更高的層次，而且發展GPRS技術也十分“經 濟”，因為只須沿用現有的GSM網絡來發展即可。 GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發送及接收 電子郵件，在互聯網上瀏覽等。

綜上所述，GPRS傳輸數據的特點主要表現在 以下五個方面：（1）相對GSM撥號方式的電路 交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有 “高速”的優點；（2除了速度上的優勢，GPRS 還有“在線”的特點，即用戶隨時與網絡保持聯 系。 有數據傳送時就在無線信道上發送和接受數 據，沒有數據傳送，終端就進入一種“準休眠” 狀態，釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這 時網絡與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當 用戶再次傳送時，手機立即向網絡請求無線頻道 用來傳送數據，不需頻繁撥號；（3) GPRS數據 傳輸是雙向的，且可以傳輸批量數據，對礦山稱 重來說還可以實現固態存儲數據無線下載，這一 個特點是超短波、GSM短信、PSTN以及衛星通信 所不能替代的；（4 ）GPRS是基于數據分組傳送 的，能提供連續不間斷的數據通信業務，具有比 SMS更好的數據傳送速度和能力，且能夠始終在 線，通信費用是按照實際傳送的數據字節進行結 算的，運行費用低；（5） GPRS服務范圍廣，可用 于移動商務、移動信息服務、移動互聯網和多媒 體業務等方面。

四、結語

目前，物聯網終端的規模推廣主要局限在國 家重點工程的安保、物流領域，礦山稱重物聯網 的應用才剛剛起步。通過該物聯網在遠程礦山產 量監控系統中的應用，一方面實現了對遠程礦山 產量的多媒體監控，加強了企業計量管理，提高 了工作效率；另一方面，與有線網絡和GSM方式 相比，節約了費用。另外，根據國家關于“有國 家公網可以利用的，盡量不要建設自己的專網; 有無線信道可利用的，不要使用有線信道”的要 求，稱重物聯網的使用還有利于節約我國的信息 資源，也是我們創建節約型社會和資源節約型企 業的具體體現。因此，隨著現代物聯網技術的深 入發展，礦山稱重物聯網必定會得到蓬勃發展。