CN104820382A - 一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，包括设于在井下的多个无线传感器子网络及传感器，设于在地面的中心交换机、数据处理服务器及综合监管平台，并通过有线方式依次连接；无线传感器子网络包括无线传感器节点、汇聚网关节点、参考节点及移动节点；参考节点可利用其它相邻参考节点的周期广播信号更新参考节点数据包中的对应参数；无线传感器节点与传感器连接；移动节点设于井下作业人员身上，利用参考节点数据包、记录的相邻的移动节点ID和数据库中的信息，通过计算、排序和比较大小实现移动节点的定位。本发明能实时采集矿山井下环境数据及井下工作人员的位置能有效提高矿山井下作业的安全性。

Description

一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统

技术领域

本发明属于安全定位领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统。

背景技术

煤炭作为一种基础能源和原料资源，有着“工业粮食”之称，对现代工业发挥着重要作用，支撑着世界现代经济与社会的高速发展。同时也带来了高发的煤矿灾害。地下煤矿的安全开采是煤炭产业健康有序发展的重要保证，根据矿山储层的位置深度和地质结构等因素，有露天开采、地下开采和露天地下联合开采三种开采方式。由于煤炭资源特殊的地下开采环境，开采过程中井巷围岩的工程力学结构、水文、地压、气体等参数是在不断变化的，当某一参数值到达一定程度时，就会造成灾害。矿山地下灾害主要有煤尘瓦斯爆炸、突水、冒顶片帮、气体中毒和火灾，都有可能引起重大矿难发生。

煤炭产业是我国的支柱产业之一，在国民经济中占有重要的地位，长期以来为国家经济建设和社会发展提供了能源保障。我国每年煤炭用量居世界首位，2010年煤炭消费量17.135亿吨石油当量，比上年增长10.1％，占全球消费总量的48.2％。随着我国经济的高速发展，能源需要与日俱增，煤炭资源的开采规模与速度逐年增加，但是煤炭安全生产的管理水平、技术手段和经费投入又未能跟上，盲目追求目前的经济效益与经济数据，导致了近些年来我国的矿山安全事故频频发生。

据国家安全监管总局调度统计显示，2010年全国矿山事故起数和死亡人数分别为1403起、死亡2433人。中国是全球矿难发生次数及其导致死亡人数最多的国家，给国家和人民的生命财产造成了巨大损失，也带来社会的不安与恶劣影响，引起了国家高层及社会各界对矿山安全问题的高度重视与关注，国家领导人也多次作出重要批示。因此，矿山安全成为一个亟待解决的科学问题，研究出能减少甚至消除矿井灾害的最新现代化安全技术手段十分迫切，以保证煤炭安全生产和保障国家对煤炭资源大量需求的供应，具有现实和战略意义。

发明内容

本发明的目的之一是为解决上述的难题，提供一种安全的基于无线传感器网络的矿山安全监控系统。

本发明提供一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，包括设于在井下的多个无线传感器子网络及传感器，设于在地面的中心交换机、数据处理服务器及综合监管平台；所述的无线传感器子网络包括无线传感器节点、汇聚网关节点、参考节点及移动节点；所述参考节点可利用其它相邻参考节点的周期广播信号更新参考节点数据包中的对应参数；所述无线传感器节点与所述传感器连接，用于信号的转换和传输；所述移动节点设于井下作业人员身上，利用参考节点数据包、记录的相邻的移动节点ID和数据库中的信息，通过计算、排序和比较大小实现所述移动节点的定位；所述汇聚网关节点通过有线网络挂接在所述中心交换机上，并接收所述参考节点、移动节点及无线传感器节点发送的无线数据，将其转换成有线数据发送给中心交换机；所述中心交换机将所述汇聚网关节点上传的数据转换成有线数据通过有线网络传输至数据处理服务器进行处理，然后上传至所述综合监管平台。

进一步的，所述有线网络可以是CAN有线网络或以太网。

进一步的，所述参考节点包括：微处理器模块、存储模块、无线收发模块及电源模块。

进一步的，所述移动节点包括：微处理器模块、存储模块、无线收发模块及电源模块。

进一步的，所述传感器用于实时检测井下环境状况，包括温湿度传感器、甲烷传感器、负压传感器、风速传感器、断电与馈电传感器、一氧化碳传感器和声压传感器。

本发明的有益效果在于，本发明提供的一种基于无线传感网络的矿山井下安全监控系统，可实时采集矿山井下环境数据及井下工作人员的位置，通过对环境数据的分析能有效预防安全事故的发生，并且能在事故后准确定位人员位置，为及时进行人员搜救提供巨大的支持，能有效提高矿山井下作业的安全性。

附图说明

图1所示为本发明一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统结构图。

图2所示为本发明中参考节点模块图。

图3所示为本发明中移动节点模块图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，本发明提供一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，包括设于在井下的多个无线传感器子网络400及传感器500，设于在地面的中心交换机100、数据处理服务器200及综合监管平台300；所述的无线传感器子网络400包括无线传感器节点403、汇聚网关节点401、参考节点402及移动节点404；所述参考节点402可利用其它相邻参考节点402的周期广播信号更新参考节点402数据包中的对应参数；所述无线传感器节点403与所述传感器500连接，用于信号的转换和传输；移动节点404设于井下作业人员身上，利用参考节点402数据包、记录的相邻的移动节点ID和数据库中的信息，通过计算、排序和比较大小实现移动节点404的定位；所述汇聚网关节点401通过有线网络挂接在所述中心交换机100上，并接收所述参考节点402、移动节点404及无线传感器节点403发送的无线数据，将其转换成有线数据发送给中心交换机100；所述中心交换机100将所述汇聚网关节点401上传的数据转换成有线数据通过有线网络传输至数据处理服务器200进行处理，然后上传至所述综合监管平台300。

进一步的，所述有线网络可以是CAN有线网络或以太网。

如图2所示，进一步的，所述参考节点402包括：微处理器模块405、存储模块406、无线收发模块407及电源模块408，所述微处理器模块405分别与存储模块406、无线收发模块407及电源模块408连接。

如图3所示，进一步的，所述移动节点404包括：微处理器模块405、存储模块406、无线收发模块407及电源模块408，所述微处理器模块405分别与存储模块406、无线收发模块407及电源模块408连接。

进一步的，所述传感器500用于实时检测井下环境状况，包括温湿度传感器501、甲烷传感器502、负压传感器503、风速传感器504、断电与馈电传感器505、一氧化碳传感器506和声压传感器507。

实施例：

将参考节点402设于井下，参考节点402可利用其它相邻参考节点402的周期广播信号更新参考节点402数据包中的对应参数，设于井下工作人员身上的移动节点404发送定位请求信号，参考节点402将数据包中的参数发送至移动节点404，通过计算、排序和比较数值大小得出移动节点404的位置。传感器500预设监测阀值及位置信息，一旦井下环境指数超过阀值，则通过无线传感器节点403上传报警信息。最后通过有线及无线方式将定位信息及报警信息传送至地上综合监管平台300。

本发明提供的一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，可实时采集矿山井下环境数据及井下工作人员的位置，通过对环境数据的分析能有效预防安全事故的发生，并且能在事故后准确定位人员位置，为及时进行人员搜救提供巨大的支持，能有效提高矿山井下作业的安全性。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (5)

1.一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，其特征在于，包括设于在井下的多个无线传感器子网络及传感器，设于在地面的中心交换机、数据处理服务器及综合监管平台；所述的无线传感器子网络包括无线传感器节点、汇聚网关节点、参考节点及移动节点；所述参考节点可利用其它相邻参考节点的周期广播信号更新参考节点数据包中的对应参数；所述无线传感器节点与所述传感器连接，用于信号的转换和传输；所述移动节点设于井下作业人员身上，利用参考节点数据包、记录的相邻的移动节点ID和数据库中的信息，通过计算、排序和比较大小实现所述移动节点的定位；所述汇聚网关节点通过有线网络挂接在所述中心交换机上，并接收所述参考节点、移动节点及无线传感器节点发送的无线数据，将其转换成有线数据发送给中心交换机；所述中心交换机将所述汇聚网关节点上传的数据转换成有线数据通过有线网络传输至数据处理服务器进行处理，然后上传至所述综合监管平台。

2.如权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，其特征在于，所述有线网络可以是CAN有线网络或以太网。

3.如权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，其特征在于，所述参考节点包括：微处理器模块、存储模块、无线收发模块及电源模块。

4.如权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，其特征在于，所述移动节点包括：微处理器模块、存储模块、无线收发模块及电源模块。

5.如权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿山安全监控系统，其特征在于，所述传感器包括温湿度传感器、甲烷传感器、负压传感器、风速传感器、断电与馈电传感器、一氧化碳传感器和声压传感器。