CN201408358Y - 一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备 - Google Patents

一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备 Download PDF

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沈是
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Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，该设备包括井上信息中心、交换机、布置在井下的工业以太网、设置在工业以太网上的无线传感器网关节点、设置在矿井巷道中的无线传感器锚节点和携带在人员身上以及设置在生产设备上的无线传感器移动节点，对环境参数进行监测的节点将监测到信号直接或者间接传达至井上信息中心，井上信息中心将监测到的参数处理后经以太网反馈给井下的无线传感器网关节点、无线传感器锚节点和无线传感器移动节点，对其发出警报和控制。本实用新型简单有效，可有效的对井下环境参数、人员定位等信息进行监控，在危险情况下能预警，防止事故的发生。

Description

一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备
技术领域：
本实用新型涉及一种矿井监控管理设备，尤其是涉及一种基于无线传感器网络对矿井下的环境参数监控与报警、人员定位、生产管理的矿井监控管理设备。
背景技术：
近几年，煤炭企业的伤亡事故频频发生，成为构建和谐社会不能承受之重，国家对安全生产监控力度不断加强，煤矿企业对安全生产日渐重视，相继装备井下安全监控设备在很大程度上提高了我国的矿井安全生产能力，但是各种设备同时存在着一些缺点，从装备设备的情况看，大致可以分为以下几种类型：
一、采用RFID(射频识别，俗称电子标签)技术的系统。在井下适当位置设置读卡器，人员佩戴RFID下井，经过读卡器位置时，系统通过记录人员信息进行定位。此系统只能被动接收人员位置信息，对人员实现简单的监控，精度取决于读卡器的安置间距，通常只有几十米，且系统不能进行双向通信，在发生安全事故时，只能确定事故前的相对区域。
二、在上述系统的基础上增加小灵通通讯系统。人员可以通过小灵通通讯系统进行通信，及时传递信息。但此系统费用昂贵、只能实现通信，无传输其他数据能力。且小灵通所使用的无线电频段并不适合井下环境。
三、采用无线电技术的动态监控系统。采用无线电技术对井下人员的位置等信息进行跟踪管理、实时查找，实现了对井下人员的动态监控，在事故发生后能准确掌握井下人员数量、位置信息。但此系统不能实现对环境的监控，只能在事故发生后起到确定人员位置的作用，无法在环境出现异常时发出报警，疏散人员。
同时煤矿企业作为大型生产企业，生产控制上基本没有实现自动化，各个控制系统(如：通风系统、排水系统、掘进系统、运煤系统、供电系统等)自成一体，生产控制还都需要人员到场控制；系统之间无法进行信息共享，生产管理和调度滞后；各级管理人员无法及时了解生产情况，如井上生产部无法及时了解井下开采现场情况，高层管理人员无法了解生产部门生产情况；各级部门纵向信息沟通实时性差，人为因素多，信息量有限。综上，现有的煤矿信息系统存在价格昂贵、功能单一、无法实现对环境的监控、系统信息集成度低等缺点。
实用新型内容：
发明目的：本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于无线传感器网络对矿井下的环境参数监控与报警、人员定位、生产管理的矿井监控管理设备。
技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型的技术方案为：
一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，该设备包括井上信息中心和交换机，其特征在于，它还包括布置在井下的工业以太网、设置在工业以太网上的无线传感器网关节点、设置在矿井巷道中的无线传感器锚节点和携带在人员身上以及设置在生产设备上的无线传感器移动节点，对环境参数进行监测的无线传感器锚节点和无线传感器移动节点将监测到的环境参数处理后发送至无线传感器网关节点，无线传感器网关节点处理后的信息经工业以太网和交换机传达至井上信息中心，井上信息中心将监测到的参数处理后经工业以太网反馈给井下的无线传感器网关节点、无线传感器锚节点和无线传感器移动节点。井上信息中心进行生产过程中井下实时数据的采集、处理、显示并归档井下人员、环境、生产信息，同时可以通过其实现对井下人员调度、设备控制，实现管控一体化。
其中，所述的无线传感器移动节点可直接和无线传感器网关节点实现信号数据的发送和接收，也可通过无线传感器锚节点实现转发，井下传感器锚节点及井下传感器移动节点依靠其自身处理能力，通过其zigbee模块，实现邻近节点的自组网，这样当无线传感器移动节点在不能直接无线连接到无线传感器网关节点时候也能够将信息传递到井上信息中心。其中，移动传感器节点向井上信息中心发送传感数据是通过zigbee模块向外发送，其位置邻近节点综合收集到的数据包，进行相应分析，压缩等处理，然后将聚集的数据向上发送到无线传感器锚节点或无线传感器网关节点，通过工业以太网上传到井上信息中心。
其中，所述的无线传感器网关节点可对环境环境参数进行监测，包括传感器模块、存储器模块、处理器模块、接收和发送无线数据的ZigBee模块、以太网模块、报警模块和电源管理模块，对环境参数进行监测的传感器模块将监测到的环境参数或者是ZigBee模块接收到的数据传递给存储器模块，处理器模块对存储器模块中数据进行融合处理后通过以太网模块发送至井上信息中心，井上信息中心将监测到的参数处理后经工业以太网传达至无线传感器网关节点的ZigBee模块和报警模块，ZigBee模块将井上信息中心反馈的处理数据无线发送至无线传感器锚节点和无线传感器移动节点。
其中，所述的无线传感器锚节点和无线传感器移动节点包括传感器模块、存储器模块、处理器模块、接收和发送无线数据的ZigBee模块、报警模块和电源管理模块，对环境参数进行监测的传感器模块将监测到的环境参数输入到存储器模块，处理器模块对存储器模块中数据进行融合处理后通过ZigBee模块发送至无线传感器网关节点，ZigBee模块接收无线传感器网关节点反馈的信号经处理传送至报警模块。
其中，无线传感器锚节点部署在矿井巷道中的上部，这样可以更有效的收集到周围的环境参数和接受发送数据。
其中，所述的环境参数包括：温度、湿度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、生产信息以及人员定位、脉搏和体温等需要采集和了解的参数。
其中，该设备还可以包括通过交换机链接到井上信息中心的高层领导计算机，高层管理人员可以通过网络，在办公室的电脑上了解各生产部门生产情况；各级部门纵向信息沟通实时性高，排除人为因素，信息量大，可优化相应生产安排，从而可带来潜在的社会和经济效益。
有益效果：本实用新型提供的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，采用无线传感器网络技术，对井下人员位置进行监控的同时，能对井下各种环境信息进行实时监控，使设备具有预警的能力，体积小，功耗低，成本低，可扩展能力强，在矿井增加新的人员或开掘新矿体时，设备能快速扩展，不影响生产进度。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为无线传感器锚节点与传感器移动节点结构示意图。
图3为无线传感器网关节点示意图。
图4为本实用新型工作流程图。
具体实施方式：
下面结合附图来说明本实用新型的具体实施方式：
如图1和图4所示，一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，该设备包括井上信息中心1、布置在井下的工业以太网2、设置在工业以太网2上的无线传感器网关节点3、设置在矿井巷道中的无线传感器锚节点41和携带在人员身上以及设置在生产设备上的无线传感器移动节点42、交换机5，对环境参数进行监测的无线传感器锚节点41和无线传感器移动节点42将监测到的环境参数处理后发送至无线传感器网关节点3，无线传感器网关节点3处理后的信息经工业以太网2和交换机5传达至井上信息中心1，井上信息中心1将监测到的参数处理后经工业以太网2反馈给井下的无线传感器网关节点3、无线传感器锚节点41和无线传感器移动节点42，这样当信息中心发现矿下的环境信息不对，如甲烷气体浓度超标时，可有效的使得无线传感器网关节点3、无线传感器锚节点41和无线传感器移动节点42发出警报，组织人员撤离。信息中心对环境数据的采集分为主动和被动，即可设定定时发送和矿下工作人员主动向信息中心发送数据，使得设备更加智能可靠，井上信息中心进行生产过程中井下实时数据的采集、处理、显示并归档井下人员、环境、生产信息，同时可以通过其实现对井下人员调度、设备控制，实现管控一体化。
其中，所述的无线传感器移动节点可直接和无线传感器网关节点实现信号数据的发送和接收，也可通过无线传感器锚节点实现转发，如图4所示，井下传感器锚节点及井下传感器移动节点依靠其自身处理能力，通过其zigbee模块，实现邻近节点的自组网，这样当无线传感器移动节点在不能直接无线连接到无线传感器网关节点时候也能够将信息传递到井上信息中心。其中，移动传感器节点向井上信息中心发送传感数据是通过zigbee模块向外发送，其位置邻近节点综合收集到的数据包，进行相应分析，压缩等处理，然后将聚集的数据向上发送到无线传感器锚节点或无线传感器网关节点，通过工业以太网上传到井上信息中心。
如图2所示，无线传感器网关节点3可对环境环境参数进行监测，包括传感器模块301、存储器模块302、处理器模块303、接收和发送无线数据的ZigBee模块304、以太网模块305、报警模块306和电源管理模块307，对环境参数进行监测的传感器模块301将监测到的环境参数或者是ZigBee模块304接收到的数据传递给存储器模块302，处理器模块303对存储器模块302中数据进行融合处理后通过工业以太网模块305发送至信息中心1，信息中心1将监测到的参数处理后经工业以太网2传达至无线传感器网关节点3的ZigBee模块304和报警模块306，ZigBee模块304将信息中心1反馈的处理数据无线发送至无线传感器锚节点41和无线传感器移动节点42。
如图3所示，无线传感器锚节点41和无线传感器移动节点42包括传感器模块401、存储器模块402、处理器模块403、接收和发送无线数据的ZigBee模块404、报警模块405和电源管理模块406，对环境参数进行监测的传感器模块401将监测到的环境参数输入到存储器模块402，处理器模块403对存储器模块402中数据进行融合处理后通过ZigBee模块404发送至无线传感器网关节点3，ZigBee模块404接收无线传感器网关节点3反馈的信号经处理传送至报警模块405，所述的数据融合处理是移动传感器节点需要向井上信息中心发送传感数据，通过zigbee模块向外发送，其位置邻近节点综合收集到的数据包，进行相应分析，压缩等处理，然后将聚集的数据向上发送到锚节点，通过工业以太网上传到井上信息中心。

Claims (7)

1、一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，该设备包括井上信息中心(1)和交换机(5)，其特征在于，它还包括布置在井下的工业以太网(2)、设置在工业以太网(2)上的无线传感器网关节点(3)、设置在矿井巷道中的无线传感器锚节点(41)和携带在人员身上以及设置在生产设备上的无线传感器移动节点(42)，对环境参数进行监测的无线传感器锚节点(41)和无线传感器移动节点(42)将监测到的环境参数处理后发送至无线传感器网关节点(3)，无线传感器网关节点(3)处理后的信息经以太网(2)和交换机(5)传达至井上信息中心(1)，井上信息中心(1)将监测到的参数处理后经以太网(2)反馈给井下的无线传感器网关节点(3)、无线传感器锚节点(41)和无线传感器移动节点(42)。
2、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，所述的无线传感器移动节点(42)可直接和无线传感器网关节点(3)实现信号数据的发送和接收，也可通过无线传感器锚节点(41)实现中转。
3、根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，所述的无线传感器网关节点(3)可对环境环境参数进行监测，包括传感器模块(301)、存储器模块(302)、处理器模块(303)、接收和发送无线数据的ZigBee模块(304)、以太网模块(305)、报警模块(306)和电源管理模块(307)，对环境参数进行监测的传感器模块(301)将监测到的环境参数或者是ZigBee模块(304)接收到的数据传递给存储器模块(302)，处理器模块(303)对存储器模块(302)中数据进行融合处理后通过以太网模块(305)发送至井上信息中心(1)，井上信息中心(1)将监测到的参数处理后经工业以太网(2)传达至无线传感器网关节点(3)的ZigBee模块(304)和报警模块(306)，ZigBee模块(304)将信息中心(1)反馈的处理数据无线发送至无线传感器锚节点(41)和无线传感器移动节点(42)。
4、根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，所述的无线传感器锚节点(41)和无线传感器移动节点(42)包括传感器模块(401)、存储器模块(402)、处理器模块(403)、接收和发送无线数据的ZigBee模块(404)、报警模块(405)和电源管理模块(406)，对环境参数进行监测的传感器模块(401)将监测到的环境参数输入到存储器模块(402)，处理器模块(403)对存储器模块(402)中数据进行融合处理后通过ZigBee模块(404)发送至无线传感器网关节点(3)，ZigBee模块(404)接收无线传感器网关节点(3)反馈的信号经处理传送至报警模块(405)。
5、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，无线传感器锚节点(41)部署在矿井巷道中的上部。
6、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，所述的环境参数包括：温度、湿度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、生产信息以及人员定位、脉搏和体温。
7、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井监控管理设备，其特征在于，该设备还包括通过交换机(5)链接到井上信息中心(1)的高层领导计算机(6)。
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