本文从理论和实践两个方面论述了矿山称重物联网技术解决方案，指出该 物联网实现对远程煤矿生产的煤炭产量进行实时监控、数据传输，既提高了工作效率，又保 证了煤炭产量计量准确。同时，由于使用该系统能够节约网络资源、降低费用、系统改造维护简单、不影响电子衡器的正常使用。因此，具有较好的推广。

一、引言

在煤矿开采中，普遍存在着生产矿井分散、 远离集团公司总部，少则几十公里、多则上千公 里（如异地办矿等），给远程煤矿生产和销售的煤 炭计量管理和及时传送称重数据带来了极大的困 难。利用射频识别（RFID、GPRS和3G无线通 讯新技术构建的矿山称重物联网可实现对远程矿 山产量称重计量的实时监控。通过GPRS将远程生 产的煤炭产量计量情况以视频和数据的形式实时 地传送到集团公司总部监控中心，供总部领导和 有关部门查询、处理和决策。同时，监控中心还 可以通过GPRS向远程矿山的称重站点发布指令。 由于该系统使用无线资源、不受地理环境的影响、 节约了有线网络资源、降低了费用，系统改造、 维护简单、不影响地磅的正常使用。因此， 具有较好的推广价值。

物联网是以移动技术为代表的普适计算、泛 在网络，被称为继计算机技术、互联网技术之后 信息技术的第三次革命；而物联网通过智能感知、 识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被 认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展 的第三次浪潮。“物联网”是当前最具发展潜力的产业之一，一方面可以提高经济效益，大大节 约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技 术动力。因此，美国、加拿大、英国、德国、芬 兰、意大利、日本、韩国等国家目前都在投入巨 资深入研究探索物联网。据工业和信息化部预测， 在我国，物联网将有力带动传统产业转型升级， 引领战略性新兴产业的发展，实现经济结构的战 略性调整，引发社会生产和经济发展方式的深度 变革，具有巨大的战略增长潜能，是后危机时代 经济发展和科技创新的战略制高点，已经成为各 个国家构建社会新模式和重塑国家长期竞争力的 先导力。地磅是我国各行各业以及人们贸易、生 活必不可少的重要的计量器具，是物联网重要的 检测终端。因此，我们要牢牢把握物联网产业的 发展机遇，加快称重物联网的创新发展。

“物联网” 一词的英语表达方式是“Internet of Things ”，可译成物的互联网。目前，业界对“物 联网”还没有一个完全统一的概念，但普遍认 “物联网”是通过射频识别（RFID、红外感应器、 全球定位系统（GPS、激光扫描器、环境传感器、 图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把 任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管 理的一种网络。根据上述定义，按照网络内数据 的流向及处理方式将物联网分为三个层次：

(1） 感知层

数据采集与感知主要用于采集物理世界中发 生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、 音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、 RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技 术，实现对“物”或环境状态的识别。

(2）网络层

实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的 信息无障碍、高可靠性、 需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相 融合。通过现有的互联网、广电网、通信网或者 下一代互联网（IPv6，实现数据的传输和计算。

(3)应用层

主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。

其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应 用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用，如输入输出控 制终端，包括电脑、手机、地磅等测量仪器 终端，物联网结构图如图1所示。

物联网终端基本由外围感知（传感）接口中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成，通 过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡 器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设 备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后， 按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模 块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指 定中心处理平台。物联网终端属于传感网络层和 传输网络层的中间设备，也是物联网的关键设备， 通过它的转换和采集，才能将各种外部感知数据 汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传 输到互联网中。如果没有它的存在，传感数据将 无法送到指定位置，“物”的联网将不复存在。 根据分类方法的不同，物联网终端的种类也不相 同。主要网络终端的种类，如表1所示。

二、矿山称重物联网的技术方案 矿山称重物联网是集现代数字电子称重技术、计算机网络技术、远程数字视频技术、GPRS和 3G无线通讯网络传输技术于一体的现代信息智能 称重系统。它主要由数字电子衡器（轨道衡、汽 车衡、电子皮带秤等），红外摄像仪、数据/视频 通讯模块、GPRS模块、数据服务器和计算机应用 软件组成，其系统组成如图2所示。

矿山称重物联网的工作过程是远程数字地磅用来对煤炭产量进行实时检测，并将检测数 据进行显示、打印、存储，然后通过RS232、 RS485接口传入远程数据终端（数据通讯模块）。 与此同时，红外摄像仪将整个称量过程进行拍摄， 并将拍摄的图像信息传入远程视频终端(视频通讯 模块)。产量和图像数据适时地分别通过数据/视 频通讯模块传送到GPRS无线网络。GPRS无线网 络一方面可以通过Internet进入公司总部监控中心 的服务器，供集团公司领导和管理部门通过计算 机来查询煤炭产量；另一方面，无线网络也可以

将数据送给手机用户，使得集团公司相关领导通 过3G手机随处都能得到煤炭产量的信息。

GPRS终端采用符合工业应用标准的GPRS无 线DTU/GPRS模块GF- 2008w。该通信模块是一款 专门为需要无线数据传输设备开发的无线数据传 输协议转换器。它实现了无线GSM协议栈的转 换，与之相连的终端设备无需支持GMS协议处理 能力，数据传输时只需通过串口向DTU/GPRS发 送串口格式数据，DTU/GPRS会自动地加上GSM 无线通信的协议，把串口数据包转换成GSM无线 通信的协议数据包，把数据传输到目的主机；同 时对方主机通过无线GSM发送过来的数据通过 DTU/GPRS协议转换后，也以透明的串口数据方式 传回给中心站主机。只要提供RS-232接口的设备 都可以通过DTU/GPRS实现无线GSM数据传输。 终端设备和DTU/GPRS间交互采用简单的串口包 格式，所有的GSM协议栈协议都由DTU/GPRS完 成转换。通过DTU/GPRS实现无线数据传输功能。

监控中心的数据服务器主要用来对远程监控 终端传来的数据和图象信息进行存储、处理并供 有关人员查询。应用软件为多媒体数据的传输、 存储、查询和更新提供技术支持。

三、矿山称重物联网的关键技术GPRS

GPRS是一种比较时髦的无线通讯方法。用这 种方法可以做到设备的实时在线无缝连接。GPRS 的英文全称为 General Packet Radio Service，其中 文含义为通用分组无线服务，它是利用“包交换” (Packet- Switched的概念所发展出的一套无线传 输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独 立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形 式上有点类似寄包裹，采用包交换的好处是只有 在有资料需要传送时才会占用频道，而且还以传 输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计 费方式，因为像Internet这类的数据传输大多数的时间频道是闲置的。此外，GPRS是基于GSM网 络的，在GSM phase 2的标准里，GPRS可以提供 四种不同的编码方式，这些编码方式也分别具有 提供不同的错误保护（Error Protection)能力。利 用四种不同的编码方式，每个时槽可提供的传输 速率为 CS-1 (9.05K、CS-2 (13.4K、CS-3 (15.6K)及CS-4 (21.4K，其中CS-1的保护最为 严密，CS-4则是完全未加以任何保护。每个用户 最多可同时使用八个时槽，所以GPRS号称最高传 输速率为171.2K。

GPRS可快速接入数据网络。它在移动终端和 网络之间实现了 “永远在线”的连接，网络信道 只有在实际进行传输时才被占用。GPRS的实际速 度典型值比理论速度慢，介于14.4至43.2kbps(上 下行非对称速率)之间。GPRS将是第一个实现移 动互联网即时接入的标准，也是迈向3G/UMTS的 过程。

GPRS移动用户可以随时访问自己的虚拟专用 网络(VPN)，而不是每次都需要拨号上网，从而为 用户提供更加简单的应用服务。因此，采用移动 GPRS技术进行网络数据传送，费用低，使用方 便，不受地域限制，便于业务发展，具有很好的 发展趋势。由于使用了 “分组”的技术，用户上 网可以免受断线的痛苦（情形大概就跟使用了下 载软件NetAnts差不多）。此外，使用GPRS上网 的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中 上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用 该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话 是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送 (即通话）继续使用GSM，而数据的传送便可使用 GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一 个更高的层次，而且发展GPRS技术也十分“经 济”，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。 GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收 电子邮件，在互联网上浏览等。

综上所述，GPRS传输数据的特点主要表现在 以下五个方面：（1）相对GSM拨号方式的电路 交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有 “高速”的优点；（2除了速度上的优势，GPRS 还有“在线”的特点，即用户随时与网络保持联 系。 有数据传送时就在无线信道上发送和接受数 据，没有数据传送，终端就进入一种“准休眠” 状态，释放所用的无线频道给其他用户使用，这 时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当 用户再次传送时，手机立即向网络请求无线频道 用来传送数据，不需频繁拨号；（3) GPRS数据 传输是双向的，且可以传输批量数据，对矿山称 重来说还可以实现固态存储数据无线下载，这一 个特点是超短波、GSM短信、PSTN以及卫星通信 所不能替代的；（4 ）GPRS是基于数据分组传送 的，能提供连续不间断的数据通信业务，具有比 SMS更好的数据传送速度和能力，且能够始终在 线，通信费用是按照实际传送的数据字节进行结 算的，运行费用低；（5） GPRS服务范围广，可用 于移动商务、移动信息服务、移动互联网和多媒 体业务等方面。

四、结语

目前，物联网终端的规模推广主要局限在国 家重点工程的安保、物流领域，矿山称重物联网 的应用才刚刚起步。通过该物联网在远程矿山产 量监控系统中的应用，一方面实现了对远程矿山 产量的多媒体监控，加强了企业计量管理，提高 了工作效率；另一方面，与有线网络和GSM方式 相比，节约了费用。另外，根据国家关于“有国 家公网可以利用的，尽量不要建设自己的专网; 有无线信道可利用的，不要使用有线信道”的要 求，称重物联网的使用还有利于节约我国的信息 资源，也是我们创建节约型社会和资源节约型企 业的具体体现。因此，随着现代物联网技术的深 入发展，矿山称重物联网必定会得到蓬勃发展。