基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)及人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、我國(guó)煤炭資源豐富，但是煤礦大多為地下開采，地質(zhì)條件復(fù)雜，生產(chǎn)條件惡劣，給煤礦安全生產(chǎn)帶來極大的威脅?，F(xiàn)有的井下有線監(jiān)控系統(tǒng)部署困難、擴(kuò)展性差，很難全面監(jiān)測(cè)煤礦所有區(qū)域；現(xiàn)有的井下人員定位系統(tǒng)定位精確低、存在遺漏情況，很難及時(shí)掌握井下人員的分布情況。而環(huán)境監(jiān)測(cè)與人員定位對(duì)煤礦安全生產(chǎn)都具有重要意義?；谶@種背景，本論文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了集環(huán)境監(jiān)測(cè)及人員定位于一體的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為支撐，采集煤礦井下多種環(huán)境

2、參數(shù)，定位井下人員，經(jīng)過匯聚后通過有線光纖骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面監(jiān)控調(diào)度中心。實(shí)現(xiàn)了環(huán)境信息的采集和工作人員的定位，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性。
　　為了對(duì)煤礦環(huán)境進(jìn)行全面有效的監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了周期巡檢和中斷預(yù)警兩種工作方式。提出了一種既能進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)聚合，又能滿足超限數(shù)據(jù)緊急處理的數(shù)據(jù)匯聚機(jī)制，并針對(duì)數(shù)據(jù)匯聚中可能出現(xiàn)的超時(shí)和超限等問題，分別采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。保證了煤礦環(huán)境信息的自動(dòng)化采集與存儲(chǔ)。
　　在分析諸多無線定位算法的基礎(chǔ)

3、上，結(jié)合煤礦井下地形狹長(zhǎng)、通信條件復(fù)雜等特點(diǎn)，提出了一種基于接收信號(hào)強(qiáng)度的加權(quán)質(zhì)心定位算法。該算法通過動(dòng)態(tài)獲取路徑衰落指數(shù)，弱化信號(hào)衰減模型的作用，提高了定位精度。為避免同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)定位可能造成的通信擁塞，提出了一種基于組團(tuán)協(xié)議的沖突避免機(jī)制，提高了通信效率。
　　煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一旦部署，將長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生故障。為此，分別從網(wǎng)絡(luò)配置管理、拓?fù)涔芾?、能量管理和故障管理?個(gè)方面提出了一套完整

4、的網(wǎng)絡(luò)管理方案，以對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了完成井下數(shù)據(jù)的傳輸和利用以及網(wǎng)絡(luò)的方便管理，需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與地面監(jiān)控調(diào)度中心進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與有線光纖骨干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。
　　最后，為了測(cè)試提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)及人員定位系統(tǒng)的性能，在模擬真實(shí)煤礦井下的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明所提出的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能；設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)管理方案能夠?qū)崟r(shí)