CN117319957A - 一种矿山设备远程管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于物联网领域，公开了一种矿山设备远程管理系统，包括获取装置、无线中继节点、数据汇总无人车和远程管理中心；获取装置用于获取矿山设备的监测数据，并将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点；无线中继节点用于将矿山设备的监测数据发送至数据汇总无人车；数据汇总无人车用于采用自适应的移动周期改变位置，以及用于通过卫星通信的方式将接收到的监测数据发送至远程管理中心；远程管理中心用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理。本发明提高了无线中继节点直接与数据汇总无人车直接通信的概率，从而使得中继节点的能量消耗速度更加平衡。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种矿山设备远程管理系统。
背景技术
矿山设备主要指煤炭，黑色金属和有色金属等各种矿山生产过程中使用的采掘、筛选、运输及其他各种专用设备。矿山设备包括采掘设备、粉碎设备、筛选设备等。矿山设备远程管理指的是通过物联网技术采集矿山设备的监测数据，将监测数据传输至远程管理中心，管理人员通过远程管理中心对矿山设备进行管理。
由于矿山通常都处于远离人群居住的地方，在这些地方并没有移动通信网络覆盖。因此，为了能够实现对矿山设备的远程管理，通常需要设置无线通信网络，通过无线通信网络和卫星通信的结合，实现对矿山设备的远程管理。
而现有的无线通信网络，其负责汇总数据的设备通常都是固定位置的，这就容易导致靠近负责汇总数据的设备的节点的能量消耗速度过快，从而较快地消耗完能量，导致其它远离汇总数据的设备的节点无法与负责汇总数据的设备进行通信。需要等到为这些消耗完能量的节点更换电池后，无线通信网络才能恢复正常。因此，在使用物联网技术对矿山设备进行远程管理时，如何使得节点的能量消耗速度更加平衡，降低电池的更换频率便成为需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种矿山设备远程管理系统，解决在使用物联网技术对矿山设备进行远程管理时，如何使得节点的能量消耗速度更加平衡的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种矿山设备远程管理系统，包括获取装置、无线中继节点、数据汇总无人车和远程管理中心；
获取装置用于获取矿山设备的监测数据，并将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点；
无线中继节点用于将矿山设备的监测数据发送至数据汇总无人车；
数据汇总无人车用于采用自适应的移动周期改变位置，以及用于通过卫星通信的方式将接收到的监测数据发送至远程管理中心；
远程管理中心用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理；
其中，采用自适应的移动周期改变位置，包括：
将矿山设备的活动范围分为多个监测区域；
前一个移动周期结束后，计算各个监测区域的通信压力值；
计算下一个移动周期；
数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心。
可选的，数据汇总无人车通过卫星通信的方式与远程管理中心进行通信。
可选的，矿山设备的监测数据包括发动机转速、发动机水温、设备位置、振动幅度和振动频率。
可选的，远程管理中心包括通讯装置和设备管理装置；
通讯装置用于与数据汇总无人车进行通信，接收数据汇总无人车所发送的监测数据；
设备管理装置用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理。
可选的，通信压力值的计算函数为：
comprea表示监测区域a的通信压力值，nbka表示监测区域a中的无线中继节点的数量，bka表示监测区域a中的无线中继节点的集合，recvj表示无线中继节点j在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量，recvmax表示bka中的无线中继节点在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量的最大值，ranka表示监测区域a的的邻域分布排名，nbk表示监测区域的数量，w1和w2为数据权重和排名权重，w1＝1-w2。
可选的，邻域分布排名的获取过程包括：
计算邻域分布系数；
按照领域分布系数从高到低的顺序依次给每个监测区域进行连续排名，领域分布系数越高则邻域分布排名越靠前。
可选的，邻域分布系数的计算函数为：
domdisc为监测区域c的邻域分布系数，numnodc表示监测区域c中所包含的无线中继节点的总数，mid表示获取集合的中间值，numnodd表示示监测区域d中所包含的无线中继节点的总数，bkset表示监测区域的集合，numnodmax表示bkset中的监测区域所包含的无线中继节点的总数的最大值。
可选的，将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点，包括：
矿山设备根据接收到的无线中继节点的信号强度，将监测数据发送至信号强度最大的无线中继节点。
有益效果：
本发明通过在矿山设备的活动区域中设置无线中继节点和数据汇总无人车来构成无线通信网络，实现了在没有移动网络覆盖的区域中，将获取装置获得的监测数据传输至远程管理中心。本发明通过自适应的移动周期来改变无人车位置，从而使得处于不同的监测区域中的无线中继节点均具有与数据汇总无人车直接通信的可能，这样，便能够避免现有技术中的，仅有部分固定的无线中继节点能够与数据汇总无人车直接通信的情况的出现，提高了无线中继节点直接与数据汇总无人车直接通信的概率，从而使得中继节点的能量消耗速度更加平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种矿山设备远程管理系统的一种示意图。
图2为本发明的数据汇总无人车采用自适应的移动周期改变位置的过程的一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种矿山设备远程管理系统，包括获取装置、无线中继节点、数据汇总无人车和远程管理中心；
获取装置用于获取矿山设备的监测数据，并将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点；
无线中继节点用于将矿山设备的监测数据发送至数据汇总无人车；
数据汇总无人车用于采用自适应的移动周期改变位置，以及用于通过卫星通信的方式将接收到的监测数据发送至远程管理中心；
远程管理中心用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理；
其中，如图2所示，采用自适应的移动周期改变位置，包括：
将矿山设备的活动范围分为多个监测区域；
前一个移动周期结束后，计算各个监测区域的通信压力值；
计算下一个移动周期；
数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心。
上述实施过程，通过在矿山设备的活动区域中设置无线中继节点和数据汇总无人车来构成无线通信网络，实现了在没有移动网络覆盖的区域中，将获取装置获得的监测数据传输至远程管理中心。本发明通过自适应的移动周期来改变无人车位置，从而使得处于不同的监测区域中的无线中继节点均具有与数据汇总无人车直接通信的可能，这样，便能够避免现有技术中的，仅有部分固定的无线中继节点能够与数据汇总无人车直接通信的情况的出现，提高了无线中继节点直接与数据汇总无人车直接通信的概率，从而使得中继节点的能量消耗速度更加平衡。
具体的，获取装置安装在矿山设备上，以获取矿山设备的监测数据。获取装置包括获取监测数据所使用到的传感器，例如振动传感器。
具体的，将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点，包括：
矿山设备根据接收到的无线中继节点的信号强度，将监测数据发送至信号强度最大的无线中继节点。
具体的，将矿山设备的监测数据发送至数据汇总无人车，包括：
对于无线中继节点f；
若数据汇总无人车处于无线中继节点f的通信范围之内，则无线中继节点f将监测数据发送至数据汇总无人车；
若数据汇总无人车处于无线中继节点f的通信范围之外，则无线中继节点f采用如下方式确定下一个接收监测数据的无线中继节点：
获取通信范围内的所有无线中继节点的集合wirsetf；
计算wirsetf中的每个无线中继节点的接收系数；
将监测数据传输至wirsetf中接收系数最大的无线中继节点。
上述控制过程，当数据汇总无人车处于无线中继节点f的通信范围之外时，并不是随机选择下一个接收监测数据的无线中继节点，而是通过接收系数来选择，能够使得监测数据以最短的路径传输至数据汇总无人车。
具体的，接收系数的计算公式为：
acccefg表示无线中继节点g的接收系数，energg表示无线中继节点g的剩余能量，enerfull表示无线中继节点所能够携带的能量的最大值，distsumf和distsumg分别为无线中继节点f和g与数据汇总无人车之间的距离，distf,g表示为无线中继节点f和g之间的距离，distf,max表示wirsetf中的无线中继节点与无线中继节点f之间的距离的最大值。
接收系数从剩余能量、与数据汇总无人车之间的距离、无线中继节点f和g之间的距离这三个角度综合计算得到，剩余能量越多，与数据汇总无人车之间的距离越靠前，与无线中继节点f之间的距离越大，则接收系数越大，因此，接收系数能够选出尽可能距离数据汇总无人车近，剩余能量尽可能多，与无线中继节点f之间的距离尽可能地大的无线中继节点作为下一个接收监测数据的无线中继节点，从而实现以最短的路径以及最小的中继次数来传输监测数据。
具体的，数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心，包括：
数据汇总无人车自动移动至通信压力值最大的监测区域的中心。
具体的，数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心，包括：
管理人员通过远程管理中心控制数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心。
远程管理中心通过向数据汇总无人车发送控制指令，从而使得数据汇总无人车移动至目标位置。
具体的，数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心之后，便进入到下一个移动周期。
具体的，将矿山设备的活动范围分为多个监测区域，包括：
获取矿山设备的活动范围的平面图；
在平面图上建立直角坐标系；
获取矿山设备的活动范围的X轴坐标的最小值xa和最大值xb；
获取矿山设备的活动范围Y轴坐标的最小值ya和最大值yb；
将坐标符合如下要求的区域分为H个面积相同的监测区域：
x和y分别为X轴坐标值和Y轴坐标值；
将不包含矿山设备的监测区域删除，保留所有包含有矿山设备的监测区域。
可选的，数据汇总无人车通过卫星通信的方式与远程管理中心进行通信。
可选的，矿山设备的监测数据包括发动机转速、发动机水温、设备位置、振动幅度和振动频率。
具体的，监测数据的还可以包括其它的数据，例如矿山设备的电压、电流等。获取装置可以与矿山设备的ecu主机连接，获取发动机转速、温度等数据。
可选的，远程管理中心包括通讯装置和设备管理装置；
通讯装置用于与数据汇总无人车进行通信，接收数据汇总无人车所发送的监测数据；
设备管理装置用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理。
具体的，根据监测数据对矿山设备进行远程管理，包括：
将矿山设备的监测数据显示在综合监视大屏上；
分别判断每种类型的监测数据的数值是否异常，改变存在监测数据异常的矿山设备在综合监视大屏上的显示状态。
具体的，数值是否异常可以通过将监测数据与设定的对比数值进行比较来得到，例如，当发动机水温大于110摄氏度时，监测数据的数值异常。
改变存在监测数据异常的矿山设备在综合监视大屏上的显示状态，例如，将矿山设备由常亮显示状态变成闪烁显示状态。
可选的，通信压力值的计算函数为：
comprea表示监测区域a的通信压力值，nbka表示监测区域a中的无线中继节点的数量，bka表示监测区域a中的无线中继节点的集合，recvj表示无线中继节点j在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量，recvmax表示bka中的无线中继节点在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量的最大值，ranka表示监测区域a的的邻域分布排名，nbk表示监测区域的数量，w1和w2为数据权重和排名权重，w1＝1-w2。
通信压力值除了考虑接收到的监测数据的数量之外，还考虑了监测区域的邻域分布排名，从而能够综合地从排名和数据量两个角度计算得到通信压力值。这种设计的优点在于，避免单纯地将监测数据的数量来作为选择数据汇总无人车的位置的依据，以为若某一个监测区域中，无线监测节点的分布非常密集，则会由于过多的无线监测节点进行了监测数据的转发而增加了通信冲突的概率，这样会导致监测数据的丢包率升高。因此，本发明通过加入邻域分布排名，来降低无线监测节点分布非常密集的监测区域被选为选择数据汇总无人车的位置的概率，从而能够在保证监测数据的传输效率的同时，均衡无线中继节点之间的能量消耗。
具体的，数据权重和排名权重可以分别为0.6和0.4。
可选的，邻域分布排名的获取过程包括：
计算邻域分布系数；
按照领域分布系数从高到低的顺序依次给每个监测区域进行连续排名，领域分布系数越高则邻域分布排名越靠前。
具体的，连续排名可以从1开始，邻域分布系数越大，则排名越靠前。
可选的，邻域分布系数的计算函数为：
domdisc为监测区域c的邻域分布系数，numnodc表示监测区域c中所包含的无线中继节点的总数，mid表示获取集合的中间值，numnodd表示示监测区域d中所包含的无线中继节点的总数，bkset表示监测区域的集合，numnodmax表示bkset中的监测区域所包含的无线中继节点的总数的最大值。
具体的，无线中继节点的总数越接近集合的中间值且大于中间值的监测区域的邻域分布系数越大，从而能够避免将数据汇总无人车设置到无线中继节点数量非常少的监测区域中，使得监测区域中的无线中继节点由于需要承担较多的监测数据的转发任务而快速地消耗完能量。
可选的，移动周期的确定过程包括：
第一个移动周期为预设的时间长度；
从第二个移动周期开始，移动周期的计算函数为：
movcylb和movcylb-1分别表示第b个和第b-1个移动周期，b为大于等于2的整数，movcylmax表示预设的移动周期的最大值，若movcylb大于movcylmax，则将movcylb的值设置为movcylmax，若movcylb小于movcylmin，将movcylb的值设置为movcylmin，movcylmin表示预设的移动周期的最小值；bkset表示监测区域的集合；comprei表示在第b-1个移动周期中，监测区域i的通信压力值，nbk表示监测区域的数量；compremax示在第b-1个移动周期中，bkset中的监测区域的通信压力值的最大值，δ为权重值，δ∈(0.2,0.8)。
具体的，本发明的移动周期从第二个开始，便根据前一个移动周期的大小以及通信压力值计算得到，实现了移动周期的自适应变化，当前一个移动周期的数值越大、监测区域之间的通信压力值相差越大，则下一个移动周期的数值越小，从而使得能够更加频繁地调整数据汇总无人车的位置，更好地均衡不同的监测区域中的无线中继节点的能量消耗。
具体的，预设的时间长度可以为1天。
预设的移动周期的最大值可以为7天，预设的移动周期的最小值可以为1天。
δ的取值可以为0.5。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，包括获取装置、无线中继节点、数据汇总无人车和远程管理中心；
获取装置用于获取矿山设备的监测数据，并将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点；
无线中继节点用于将矿山设备的监测数据发送至数据汇总无人车；
数据汇总无人车用于采用自适应的移动周期改变位置，以及用于通过卫星通信的方式将接收到的监测数据发送至远程管理中心；
远程管理中心用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理；
其中，采用自适应的移动周期改变位置，包括：
将矿山设备的活动范围分为多个监测区域；
前一个移动周期结束后，计算各个监测区域的通信压力值；
计算下一个移动周期；
数据汇总无人车移动至通信压力值最大的监测区域的中心。
2.根据权利要求1所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，数据汇总无人车通过卫星通信的方式与远程管理中心进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，矿山设备的监测数据包括发动机转速、发动机水温、设备位置、振动幅度和振动频率。
4.根据权利要求1所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，远程管理中心包括通讯装置和设备管理装置；
通讯装置用于与数据汇总无人车进行通信，接收数据汇总无人车所发送的监测数据；
设备管理装置用于根据监测数据对矿山设备进行远程管理。
5.根据权利要求1所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，通信压力值的计算函数为：
comprea表示监测区域a的通信压力值，nbka表示监测区域a中的无线中继节点的数量，bka表示监测区域a中的无线中继节点的集合，recvj表示无线中继节点j在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量，recvmax表示bka中的无线中继节点在前一个移动周期中所接收到的监测数据的数量的最大值，ranka表示监测区域a的的邻域分布排名，nbk表示监测区域的数量，w1和w2为数据权重和排名权重，w1＝1-w2。
6.根据权利要求5所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，邻域分布排名的获取过程包括：
计算邻域分布系数；
按照领域分布系数从高到低的顺序依次给每个监测区域进行连续排名，领域分布系数越高则邻域分布排名越靠前。
7.根据权利要求6所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，邻域分布系数的计算函数为：
domdisc为监测区域c的邻域分布系数，numnodc表示监测区域c中所包含的无线中继节点的总数，mid表示获取集合的中间值，numnodd表示示监测区域d中所包含的无线中继节点的总数，bkset表示监测区域的集合，numnodmax表示bkset中的监测区域所包含的无线中继节点的总数的最大值。
8.根据权利要求1所述的一种矿山设备远程管理系统，其特征在于，将矿山设备的监测数据发送至无线中继节点，包括：
矿山设备根据接收到的无线中继节点的信号强度，将监测数据发送至信号强度最大的无线中继节点。
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