我国政府正大力推动以5G、边缘计算、工业互联网为代表的数字基础设施建设,以帮助企业打通工业生产体系中数据流动通道,从而带动工业生产的成本降低和效率提升。在工业中占有重要地位的矿山企业,为实现安全、高效、绿色生产的目标,积极应用工业物联网等新技术,大力开展智慧矿山工程建设。随着智慧矿山建设的推进,连接智慧矿山信息世界、物理世界的感知与执行装置日益增多。然而这些装置与各子系统的强耦合性使得终端之间的数据交互存在层层壁垒,致使智慧矿山中大量的数据、计算与通信资源未能充分发挥潜在效能。针对上述问题,本文对智慧矿山的分布式协同架构体系、终端设备的服务化封装与标准化接入、信息资源的动态调度分配、实时生产信息的主动感知与集成开展了研究,旨在基于区块链、身份鉴权认证、边缘计算和人工智能等技术构建矿山智能感知环境,精细化统筹调度矿山信息资源,并对矿山实时生产信息主动感知集成,从而构建智慧矿山的信息智能交互体系。主要研究成果如下:（1）针对矿山空间地质条件复杂、响应速度要求高的特点,深入研究矿山各个生产环节矿用设备的运行与联动机理,将矿山实体的信息资源进行封装,以微服务的形式挂载到矿山分布式软总线上,构建了面向分布式协同的矿山智能化微服务体系架构。该体系既保留分层矿山物联网架构在垂直方向上数据交互的优势,又通过分布式软总线打破各层级之间的界限,增强了各个实体之间的互联互通能力,提升了横向数据交互能力。（2）为保证智慧矿山物联网内数据交互的安全性,提出了分布式设备身份验证方法,研究基于区块链和IBC加密算法的设备接入机制。为打破子系统之间的壁垒、进一步加强矿山物联网端到端通信能力,在此基础上,基于Actor模型构建与平台无关的数据发布和订阅机制,形成了智能化矿山分布式软总线。（3）为解决矿山网络通信设施因矿山智能设备大量增长而面临的性能瓶颈问题,研究了矿山物联网通信数据流分类机制,提出了通过小波变换提取物联网设备数据交互行为特征的方法,构建了基于卷积神经网络的矿山物联网设备分类模型,设计了面向SDN网络的多优先级通信调度优化策略。仿真实验结果表明,本文构建的矿山物联网数据流分类器和多优先级通信调度优化策略有效提升了矿山物联网通信资源的利用率,保障了矿山网络的服务质量。（4）针对智慧矿山中难以充分调度边缘计算资源的问题,构建了矿山环境下的移动边缘计算模型,综合分析无线通信速率、有线通信时延、计算资源均衡分配等约束条件,提出了计算服务价值驱动的资源匹配方法,设计了基于broker的移动边缘计算资源调度机制,实现了计算需求与资源供给之间的最优匹配。仿真实验结果表明,本文所提出的资源匹配方法与边缘计算资源调度机制可有效激励系统调配资源,实现了高水平的供需平衡,提高了边缘计算服务的容量。（5）以煤矿运输为背景,研究了智慧矿山感知数据的治理与应用。在智慧矿山感知情境中产生了大量数据,这些数据涉及矿山生产的人、机、环、料等多个实体,蕴藏着矿山安全生产的态势信息。通过将知识图谱应用到智慧矿山数据管理工作中,形成数据管理图谱,实现智慧矿山数据赋能。结合矿山运输应用背景设计了安全态势感知系统软件和硬件,并在煤矿环境测试验证了本文所提方法和机制的有效性。图 85 表 22 参 203