挑战环境下无线磁感应传感网理论与关键技术.pdf

第 4 2卷 第 6期 2 0 1 6年 6月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 6 J u n．2 O1 6 0 ’’ ’0’ ” i 分 析研 究 ⋯ ． ⋯．⋯ ． ◆ 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 6 0 0 2 0 0 6 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 6 ． 0 0 6 施文娟 ， 孙彦景， 李松 ， 等． 挑战环境下无线磁感应传感 网理论 与关 键技术 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 6 2 O 一 2 5 ． 挑战环境下无线磁感应传感网理论与关键技术 施文娟 ， 孙彦景 。 ， 李松 ， 翟文艳 ， 谭泽富 ， 蔡黎 1 ． 中国矿业 大学 信 息 与 电气 工程 学 院 ，江苏 徐 州2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 盐城 师范 学 院 新 能源 与 电子工程学院，江苏 盐城2 2 4 0 0 2 ；3 ． 中国矿业大学 江苏省煤矿电气与 自动化工程 实 验室 ， 江 苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ；4 ． 重 庆三 峡学 院 电子 与信 息工 程学 院 ， 重 庆4 0 4 0 0 0 摘 要 针 对挑 战 条件 下复合 介 质 中安 全 与环境 监 测 的 需求 ， 为 了克服 路 径 损耗 严 重 、 信 道 条 件 动 态 变化 和 电源条件 受 限等 问题 ， 提 出 了面向复合 介 质应 用的 基 于无线磁 感 应通 信和磁 感 应 波导通 信 的理论模 型 ， 给 出了无线磁 感 应传 感 网的 网络 体 系结 构 。对无 线磁 感应 传 感 网的研 究方 向及 应 用进 行 了展 望 ， 指 出 了开展 相 关研 究的迫切 性 。无 线磁 感应 传感 网的研 究对地 下环 境监 测 、 长距 离或 人 口密 集 区输 油、 输 气 、 输 水 等 生 命 线 工程 的安 全监 测具 有重要 意 义 。 关键 词 挑 战环 境 ；磁 感应 ； 磁 感应 波导 ；无线磁 感应 传 感 网 中 图分类 号 TD 6 5 5 文献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 0 6 一 O 1 1 0 2 3 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 6 0 6 0 1 ． 1 0 2 3 ． 0 0 6 ． h t m【 The o r y a nd ke y t e c h no l o g i e s f o r wi r e l e s s ma g ne t i c i n d uc t i o n s e n s or ne t wo r k i n c h a l l e ng i n g e n v i r o nme nt S HI We l 1 j u a n ， S UN Ya n i i n g 。 ， L I S o n g ， Z HAI We n y a n ， TAN Z e f u ， C A I L i 1． Sc ho o l o f I nf o r m a t i o n a nd El e c t r i c a l Eng i n e e r i n g，Chi na Uni v e r s i t y o f M i n i ng a n d Te c hn ol o gy， Xu z hou 2 2 1 00 8，Chi n a；2． Sc ho o l o f N e w En e r gy a nd El e c t r o ni c a l Eng i ne e r i ng，Ya n c he ng No r m a l Un i v e r s i t y，Ya n c h e n g 2 2 4 0 0 2，Ch i n a；3 ． J i a n g s u P r o v i n c e La b o r a t o r y o f El e c t r i c a l a n d Au t o ma t i o n En gi n e e r i n g f o r Coa l M i ni ng，Ch i na Uni v e r s i t y o f M i n i ng a n d Te c hn ol o g y，Xuz ho u 2 21 0 0 8，Chi n a； 4． Sc ho ol o f El e c t r i c a l a nd I nf o r ma t i o n Eng i ne e r i n g，Ch on gq i n g Thr e e Gor g e s Uni v e r s i t y， Ch ong q i ng 40 4 0 00，Ch i na Ab s t r a c t I n v i e w o f r e qu i r e me nt s o f s e c u r i t y a nd e n vi r o n m e n t a l mo ni t or i n g i n c o a l m i n e mul t i pl e x me d i u m i n c h a l l e n g i n g e n v i r o n me n t ，i n o r d e r t o c o n q u e r t h e o b s t a c l e s s u c h a s s e r i o u s p a t h l o s s ，d y n a mi c c h a nne l c on di t i o n a nd c o ns t r a i ne d s u pp l y c on di t i on a nd S O on，t h e o r y mod e [o f wi r e l e s s ma g ne t i c i n du c t i on c o mm un i c a t i o n a nd ma g ne t i c i nd uc t i o n wa v e g ui d e c o m mun i c a t i o n i n m ul t i pl e x me d i um wa s p r o p os e d，a n d s t r uc t ur e o f wi r e l e s s ma gn e t i c i ndu c t i on s e n s o r n e t wo r k wa s gi ve n．Re s e a r c h d i r e c t i o ns a nd a p pl i c a t i on o f wi r e l e s s m a g ne t i c i n du c t i on s e ns or ne t wo r k s i n t he f ut u r e we r e p r os pe c t e d，t he u r ge n c y of r e l a t e d s t u dy 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 2 2 9 ； 修回日期 2 0 1 6 0 4 2 6 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家 自然科 学基 金 项 目 5 1 2 7 4 2 0 2 ， 5 1 5 0 4 2 1 4 ， 5 1 5 0 4 2 5 5 ； 江苏 省 重 点研 发 计划 项 目 B E 2 0 1 5 0 4 0 ； 江 苏 省 自然 科 学 基 金项 目 B K2 0 1 3 1 1 2 4 ， B K2 0 1 2 0 6 8 ， B K2 0 1 2 2 4 6 ， B K2 0 1 3 0 1 9 9 ； 江苏省产 学研前 瞻性联 合研究 项 目 B Y2 0 1 4 0 2 8 0 1 ； 江苏 省高校 自然 科学研 究项 目 1 3 KJ B5 1 0 0 3 8 。 作者简介 施 文娟 1 9 8 1 一 ， 女 ， 江苏盐城 人， 讲师 ， 博士研究生 ， 研究方 向为磁感应通信 、 无线通信 ， E ma i l wi n t e r s w j 1 2 6 ． c o rn。 2 0 1 6年 第 6期 施 文娟 等 挑 战 环境 下无 线磁 感应 传 感 网理 论 与关键 技 术 2 1 wa s p o i n t e d o u t ．I t h a s g r e a t s i g n i f i c a n c e t o s a f e t y mo n i t o r i n g o f u n d e r g r o u n d e n v i r o n me n t a n d t h e o i l ，g a s o r wa t e r p i pe l i ne whi c h i s e s p e c i a l l y l o ng o r i n d e ns e l y p op ul a t e d a r e a． Ke y wo r d sc ha l l e ngi ng e n vi r o nme n t； ma gn e t i c i ndu c t i on； ma gne t i c i n duc t i o n wa v e gu i d e； wi r e l e s s ma g n e t i c i n d u c t i o n s e n s o r n e t wo r k s 0 引 言 煤矿井下空间狭长且有风 门、 机车等阻挡体 ， 巷 道 倾斜 、 有拐 弯 和分 支 ， 巷 道表 面粗 糙 ， 加 上 巷 道 中 支架 、 棚 体 、 风管 、 电缆 及各 种机 电设 备 ， 构成 了一 种 对 无线 电磁 波而 言具 有挑 战性 的地 下受 限 空 间传 播 环境 l 】 ] 。同 时地 下矿 井 环 境 中还 存 在 土 壤 、 岩石 、 煤层、 水等异构介质 ， 与井下巷道等受限空间共同构 成 地下 矿井 复合 介质 环境 。为保证 煤矿 的 安全 和正 常 生产 ， 国内研究 了感 知 矿 山物联 网及 井 下 受 限空 间内矿 井无 线通 信 系统及 关键 技术 r 3 。 ] ， 但 是 对井 下 异构介质及复合介质间通信方式 的研究仍是空 白。 电磁波在异构介质中 比在空气 中传输衰耗更严重 ， 无线通信距离更短 ， 因此 电磁波传播方式不适用于 地下异构介质通信。无线磁感应传感网是 由布放在 地下矿井复合介质 内的传感器节点 、 磁感应链路 中 继 节点 组成 的 网络监 测 系统 。研究 适用 于地 下矿 井 复合介质的通信传输技术对实现地下环境全面的监 测 至关 重要 。 本文针对电磁波在地下矿井复合介质内信息传 输存在的问题 ， 提出将磁感应 Ma g n e t i c I n d u c t i o n ， MI 技术应用于复合 介质间， 给 出面 向复合介质应 用 的无 线磁 感应 通信 和 磁感应 波 导通信 的理论模 型 及 无线 磁感 应 传感 网 的 网络 体系 结构 。 1磁 感应 通信 研 究现 状 为了解决 电磁波在地下矿井等挑战环境下复合 介 质 内信 息传输 出现 的问 题 ， 研 究 人 员 提 出磁 感 应 通信方法。S UN Z h i 等l 8 ] 研究表明磁感应通信具 有 以下优点 ① 土壤 、 煤岩 、 水等地下信号传输媒介 的磁 导率 与空 气 的磁 导 率 几 乎 一样 ， 不 会 随 时 间 和 空间而变化， 因此信道稳定 。② 信号通过磁准态静 场耦合到接收机上 ， 因此不存在多路径损耗的问题 。 ③ 发射机和接收机天线使用小线圈 ， 尺寸大小可以 根 据 工 作 环 境 制 定 ， 不 存 在 天 线 尺 寸 大 的 问 题 。 ④ 中继线 圈无供电要求， 每个中继线圈加载一个 电 容 ， 不需要供电和信号处理。 由于磁感应通信技术存在通信距离短的缺点 ， S YMS R R A等D 0 - 1 2 提 出利用 中继线圈形成磁感 应波导技术改善通信距 离的观点 。目前 ， 磁感应波 导技术已广泛应用 于电介质镜 、 分布式布拉格反射 镜、 微波管的高频波减速结构、 加速器里 的耦合腔、 解 调 器等 领域 。 s uN Z h i 等 提出了磁感应通信理论模型， 并分析了信道带宽、 路径损耗及误码率等参数。参 考文献E 1 3 ] 将磁感应通信应用到地下无线通信中， 使用小铁磁线 圈或者 R F I D线 圈作为 天线 ， 实现 了 磁感应通信。参考文献E 1 4 ] 提出海域作战条件下用 于命令 、 控制、 定位 的磁感应通信方法 ， 验证 了海域 条件 下磁感 应 通信 系统 可实 现 1 O 0 ～ 3 0 0 b i t ／ s 低 速 率数据传输 。参考文献E 1 5 ] 提出个域网内磁感应可 替代蓝牙。参考文献[ 1 6 ] 将磁感应微型设备植入人 体 ， 建立网络 ， 收集数据 。参考文献E 1 7 ] 将磁感应通 信技术应用到地下管道 ， 实时监测 和定位地下管道 泄 漏 。 由此可见 ， 磁感应通信是一个很有前途的可替 代地下无线通信网络的物理层技术 。 2现有 矿井 无线通 信 技术 为满足煤矿井下环境监测传输 的要求 ， 目前用 于矿井 内局部通信 、 救灾 通信 和应急通信等 的相关 技术有矿用漏泄通信、 感应通信 、 透地通信等n ] 。 2 ． 1 透 地 通 信 透地通 信 采 用 穿 透性 强 的低 频 频 段 3 0 0～ 3 0 0 0 Hz 电磁波， 以大地为传播媒介进行井上下或 巷道 间无线通信 。透地通 信抗灾变能力强 ， 但存在 信道容量小、 路径损耗较大 、 天线尺寸大 、 电磁干扰 大、 通信距离短及应用范围受限等问题 ， 主要用作避 难硐室与地 面 的备份通 信链 路 ， 用 于应 急救 援等 场合 。 2 ． 2 漏 泄 通 信 漏泄通 信沿 巷道 铺设 漏 泄 同轴 电缆 ， 工 作 于 3 0 3 0 0 M Hz 频段 ， 是 一种 解 决无 线 电波 在 巷道 等 地下受限空间中传播 问题 的有效技术 ， 通过在 同轴 电缆外导体表 面上配置一系列开槽 口作为电磁波辐 射源 ， 可以沿垂直于电缆轴 向传输 、 辐射或接收电磁 波。漏泄通信具有信道较稳定 、 抗干扰能力强、 工作 频率高等优点 ， 但是设备多 ， 馈线长 ， 事故发生时 ， 电 2 2 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 缆 易挤 压变 形 、 断裂损 坏 ， 维 护 不便 。该 技术 主要 应 用 于隧道 人 侵探测 、 安 防 、 探 测传 感等 场合 。 2 ． 3 感应 通信 感 应通 信 工作 于 3 0 0 3 0 0 0 k Hz中频段 ， 通 过 架设专用感应线或利用巷道内的导体 如照明线 、 管 道 、 轨道 、 动力线等 进行导波通信 。与其他通信技 术 相 比， 具有 适 应 环境 能 力 强 、 穿 透 能 力 强 、 抗 金 属 能力突出的优点， 但是信道容量小 ， 电磁干扰大 ， 天 线体 积较 大 通 常 采用 背 心 型或 背 带 型 环形 天线 ， 其应 用局 限于 煤矿 井下 救灾通 信 的场合 。 2 ． 4 W i Fi 技 术 Wi F i 技 术 主 要 用于 解 决 矿 井 巷 道 等 地下 受 限 空 间 内无 线 通 信 问 题 ， 支 持 语 音 、 视 频 传 输 。W i F i 采 用AP Ac c e s s P o i n t 模 式 ，工 作 频 率 达 2 ． 4 5 GHz ， 最大 的位 速 率 达 5 4 Mb i t ／ s 。W i F i 技术 具有传输速率高 、 系统容量大、 抗故障能力强 、 建网 迅速 、 组 网灵活等优点 ， 但 系统部署需集 中控制器 ， 不 具备 漫游 功 能及 多跳 能力 ， 灵 活 性差 。 以上 技术 解 决 了煤 矿 井 下 移 动通 信 的问题 ， 但 不适用于地下矿井复合介 质中的信息传输 ， 本文提 出 了地 下无 线磁 感 应通 信 技 术 ， 解 决 了挑 战环 境 条 件下 长期 环境 监测 信息 的传输 问题 。 式中 P， 为接 收机 的接收功率 ； 当传 输距离 d 。 非常小时， P 为参考传输功率 ； N ， N 分别为 发 射机 线 圈和接 收机 线 圈的 匝数 。 发送 线圈 接收线圈 一R a 磁 感 应 收 发 器 b 收 发 器模 型 臼囝 c 等 价 电路 图 1 磁感 应通信信道模型 本 文 中 ， 发 射 机 和接 收 机线 圈半 径 为 0 ． 1 5 I n， 线 圈 匝数为 5圈 ， 工 作 频 率 为 1 0 MHz ， 采 用 2 P S K 调 制 解 调 方 式 ， 传 输 范 围为 1 0 m 左 右 。磁 感 应 通 信系 统带 宽为 2 k Hz 左右 口 。 3 无 线磁 感应 通信 信道 模型 4 无线磁 感应 波 导 中继 方式 无线磁感应传感 网由埋置在地下复合介质内的 传 感 器节 点 、 磁 感应 链路 中继 节点 组成 ， 使 用线 圈作 为发射机和接收机 。磁感应通信信道模型如图 1 所 示 和 a 分 别 为 发 射 机 线 圈 和接 收 机 线 圈 的半 径 ， d为 发射 机 和接 收 机 之 间 的 距 离 ， 【 ， 为 发 射 机 的发射电压 ， R 为接收机的负载 。 假 设 发 射 线 圈 信 号 是 正 弦 电 流 ， 例 如 I 。 e x p --j w t ， 为 发 射 信 号 的 角 频 率 ， 2 n f， f 为 系统工 作频 率 。这个 电流会激 发接 收机 产 生另一 个正弦电流 ， 进而实现通信。这 2个耦合线圈之问 的相 互作 用通 过互 感来 表示 。磁 感应 传感 网发 送器 和接收器分别用变压器的初线 圈和次线圈建模 ， 如 图 1 b 所 示 。M 为 初 线 圈 和次 线 圈 的 互 感 ； L 和 L 分别为初线圈和次线 圈的 自感 ； R 和 R 为线圈 的阻抗 ； Z 为接收 机 的负载 阻抗 。 在线圈阻抗低 、 工作频率高的情况下 ， 路径损失 可 以简单 定义 为_ 8 LM I R -- 1 0 l g , -- 1 0 l g 3 3 6 ． 0 2 6 0 l g d l O l g 1 每对磁感应线圈通信传输距离为 1 0 1 T I 左右 ] 。 为拓 展传 输范 围 ， 需要 研 究 在 发 射 机 和 接 收 机 之 间 部署 中继 节 点的有 效方 法 。不 同于 电磁 波技 术 的 中 继节 点 ， 磁感应 通 信 系 统 的 中继 节 点 只是 加 载 了 电 容的简单线圈， 不需要供 电电源 。发射机线 圈里的 正 弦 电流激发 第 1中继 节 点 产 生 正 弦 电 流 ， 第 1中 继节 点 的正 弦 电 流 激 发 第 2中继 线 圈 产 生 正 弦 电 流 ， 如此 下去 ， 这 些 中继线 圈在 地下 环境 里形 成 磁感 应 波 的 引 导 ， 充 当 磁 感 应 波 引 导 ， 简 称 为 磁 感 应 波 导 。 典 型 的磁 感 应 波 导信 道 模 型 如 图 2所 示 ， 在 发 射 机 和接 收机 的一个 轴方 向放 置 一2个 中继 线 圈 。 为总线圈个数 ， r为相邻线 圈的距离 ， a为线圈的 半 径 ， 由图 2 a 可知 ， d一 一 1 r 。每 个 中继 线 圈 包括 发送 线 圈和接 收线 圈 加载 一个 电容 C。通 过 适当选择 电容器 ， 形 成谐振线 圈 ， 可有 效传输磁 信 号。每对线圈中存 在互感 ， 互感 的值取决于这对线 圈之间的距离 。在地下通信 中， 设置 2个 中继线圈 问的距离为 5 I n ， 这个距离要大于 电磁波系统 的最 大 通 信 距 离 4 m ] 。本 文 中 ， 中 继 线 圈 半 径 为 2 0 1 6年 第 6期 施 文娟 等 挑 战 环境 下 无线磁 感应 传 感 网理 论 与关键 技 术 2 3 0 ． 1 5 m 左 右 。使 用 中继 线 圈 替 换 昂贵 的 电磁 波 中 继传感器设备 ， 可 以节约成本。因此在部署地 下设 备的成本方面 ， 磁感应波导系统 比传统的电磁 波系 统 花 费少 。 a 磁感应波导收发器 M ，， 、 ～⋯ 、 圆 圆 ⋯ 圆 发送器 1 中继 2 接收器 b 收发器模型 M ， ， 、／ ， 一⋯ 、 园向 ⋯ 固 发送线 圈 1 中继线 圈 2 接收线圈 c 等价电路 图 2 磁感 应波导信道模型 如 图 2 c 所示 ， 假设只有相邻线 圈耦合 ， 将磁 感应波导建模为多级变压器。发送器和中继节点通 常使用相同类 型的线圈。假设所有线圈参数 阻抗、 自感 、 互感 都一样 ， L为线圈 自感 ； R 为线圈阻值 ， C为每个线圈的电容 ， Z为每个线 圈的固有阻抗 ， 则 磁感 应 波导 路径 损失 可 以简单 定义 为 。 ] L M c 。 2 g [ 一 ] 2 其 中 一 卅等蔷 3 P 一 4 z 一 5 儿，』 y 』 k一 旦 6 本文 中 ， 所有 线 圈半 径 为 0 ． 1 5 m， 线 圈 匝 数 为 5圈， 工作频率为 1 0 MHz 。中继线圈加载电容大小 为 3 5 p F。相邻 中继线圈间间隔 5 m。传输范 围为 2 5 0 m 左 右 时 ，磁 感 应 波 导 路 径 损 耗 小 于 1 0 0 d B。磁感 应波导通 信系统 带宽为 1 ～2 k Hz 。 通 过减少 中继线 圈 间 的距 离 可 以增 加 系 统带 宽 ， 但 需要 增加 中继线 圈 的数 目。 5无线磁 感应传 感 网 网络 结构 磁感 应 传 感 网 络 在 体 系 上 结 合 无 线 网 络 wi F i 和磁感应无线传感器 网络， 共同构成复合介 质信息感知控制系统 ， 实现复合介质 中各种监测信 息的一体化传输 。挑战环境下无线磁感应传感网网 络结 构如 图 3所 示 。该 网 络 将 工 业 Wi F i 技 术 、 磁 感应通信技术融为一体， 实现地面上下的互通互联 、 资源 共享 和协 同工 作 。 地面 3 G ／W iF i M ； 汇 聚 节 点 ；0 中 继 节 点 ； ’ 收 发 l 舀调 度 终 端 图 3 无线磁感应 传感 网网络结构 磁感应传感网络 由物理层 、 MAC层 、 网络传输 层 、 应用层组成 ， 其结构如图 4所示。 信息 处理与 识别技术 ； 圉 ⋯ 固 圄 圈 ⋯⋯⋯⋯一 ⋯⋯⋯⋯。 ； f 目 络 层 ； I 磁感 应 通 信 l I容错 l l自 适 应 I I 低 速 率 组网 J I 拓扑路由 协议l l 组网技术I l 组网 技术l l 关 键技 术 I 链路管理技术 ⋯ 圈 圈 圈 圈 ⋯ ⋯ ； ⋯ ⋯ ⋯ 犍层 圈圈圈i 图 4 无 线磁感应传感 网络层次体 系 物理层解决复合介质物理环境中终端设备间数 据传输的问题 ， 主要研究开发低成本的复合介质通 信 调制 解调 器 ， 设 计 低复 杂度 、 能快 速 收敛 的次优 滤 波 器 ； 采取适 当的措 施 来 克 服 信 道估 计 的稳 定 性 问 题 等 。MAC层解 决将 物 理 层 所 获数 据 可 靠 地 传 输 2 4 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 到相邻 节 点 网络层 的 问题 ， 关 键技 术包 括多 址技 术 、 差错控制技术 、 数据流优化技术等 。网络传输层解 决感知层所获数据的传输 问题 ， 关键技术包括低速 率组 网关 键技 术 、 磁感 应通信 拓 扑路 由协 议 、 容 错组 网技术等 。应用层解决信息识别处理和人机交互的 问题 。 目前 研 究 的重 点 主要集 中在数 据链 路层 和 网络 层 ， 包括数据链路层 中的接人方法 和差错控制及网 络层中的路 由算法等。在今后 的研究 中， 除 了上述 几个 方 面仍 然是研 究 的重 点 和 热 点 以外 ， 物 理 层 和 应用层的设计也是一个重要的研究方向。同时可 以 考虑采用跨层设计和 自适应参数设置来克服各层独 立 设计 和 固定参 数 设 置 无 法避 免 的 问题 ， 从 而 实 现 网络整体性能的最优化 。 6无线磁 感 应传 感网 关键技 术 1 基于磁感应网络的传感技术 。该技术针对 地下复合介质环境 ， 采用电磁辐射 、 声发射 、 红外 视 觉 识 别 等 方 法 ， 主 要 研 究 矿 井 采 空 区 、 地 下 管 道 、 c 0 埋存状态等地下环境参数分布式传感技术 ， 研 制新型的具有微型化、 可扩展和灵活性 、 稳定性和安 全性 及低 成 本特 点 的分布式 矿 用传感 器 。 2 无线磁感应传感 网传输技术。该技术根据 无线传感器网络传输的需求 ， 研究地 下磁感应通信 信道容量的信息理论及地下复合介质中磁感应波导 传输的规律 ， 研究磁感应波导的传输特性， 以及复合 介质磁感应波导通信的频率、 调制方式、 带宽、 传输 速率等参数优化 ； 研究稳健 的无线传 输体制 即低功 耗 调制 解调 方 案 和编 码 、 分 集 、 均衡 技 术 ， 以及 极 低 信噪 比条 件下 的检 测技 术 ， 克 服 衰落 ， 提高 无线 传输 的数 据速率 ， 扩 大磁 感应 波导 的覆 盖 范围 。 3 无线磁感应传感网低速率组网技术 。该技 术根据地下不同工作面空间和介质的要求 ， 以及磁 感应 波 导通信 范 围 的复 杂 形 状 ， 研 究 合 理 的地 下无 线传感器拓扑结构、 工作模式、 中继线圈的分布 、 部 署算法和 MAc层活动调度机制 ， 以便更优化地覆 盖所需监控区域。对现有 的电磁波通信 网络 ， 从传 输 效率 和 可靠性 方 面 研究 新 的 网络 传 输 技 术 ， 解 决 异 构 网络互 连 及 自动拓 扑发现 和 网络重 构 问题 。 4 监测信息识别与处理技术 。利用先进的智 能传感器与磁感应波导技术对采空区、 复合介质等 地下有关环境进行数据采集传输 ， 根据采集的数据 与理论分析 ， 从安全监测数据 中获取可信 、 隐藏 、 事 先未知 、 潜在有空和最终可理解的危险信息 ， 揭示监 测数据的本质规律、 内在关联 ， 运用这些规律和有用 信息对新 的监测数据进行 融合 ， 实现关键信息 的 自 动 识别 。 7 结 语 煤 矿井 下挑 战环 境 复合介 质 中存在 无 线 电磁 波 传输衰减大 、 电气防爆等特殊性问题 ， 制约着电磁波 在复合介质 中的应用 。无线磁感应技术可 以很好地 解 决上 述 问题 。可 以预 见 ， 作 为 煤 矿 安 全监 测 与 预 警救援的重要技术保障 ， 无线磁感应传感 网将成为 矿 山物联 网 的有力 补 充 ， 对 全面 提高 我 国矿 山 、 长 距 离或人 口密集 区输油、 输气 、 输水等生命线工程的安 全监 测具 有 重要 意义 。 参 考 文 献 [1 ] 孙继平． 煤矿 安 全生 产 监控 与 通信 技术 E J ] ． 煤 炭学 报 ， 2 o 1 o ， 3 5 1 1 1 9 2 5 1 9 2 9 ． [2 ] 孙彦景 ， 钱建生 ， 李 世银 ， 等． 煤 矿物 联 网络 系统理论 与关键技术 E J ] ． 煤 炭科 学技术 ， 2 0 1 l ， 3 9 2 6 9 7 2 ． [3 ] 吴立新 ， 汪云 甲 ， 丁恩 杰 ， 等． 三论 数字 矿 山 借 力 物联 网 保 障 矿 山安 全 与智 能 采 矿 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 2， 3 7 3 3 5 7 - 3 6 5 ． [ 4] 孙继平． 煤矿物联 网特点 与关键技术研究 [ J ] ． 煤 炭学 报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 1 1 6 7 - 1 7 1 ． [ 5] 杨维 ， 冯锡生 ， 程 时听 ， 等． 新一代 全矿 井无 线信 息系 统理论与关键 技 术 [ J ] ． 煤 炭学报 ， 2 0 0 4 ， 2 9 4 5 0 6 5 09 ． [6 ] 张 申， 赵小 虎． 论 感知 矿山物联 网与矿 山综 合 自动化 E J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 2 ， 4 0 1 8 3 8 6 ． [7 ] 孙彦景 ， 左 海维 ， 钱建 生 ， 等． 面向煤 矿安全 生产 的物 联 网应用模式 及关键 技 术[ J ] ． 煤 炭科 学技 术 ， 2 0 1 3 ， 4 1 1 8 4 8 8 ． [8] S UN Z h i ， A KYI L DI Z I F ． Ma g n e t i c i n d u c t i o n c o mm u n i c a t i o n s f o r wi r e l e s s u n d e r g r o u n d s e n s o r n e t wo r k s [ J ] ．1 E E E T r a n s a c t i o n s o n An t e n n a s a n d P r o p a g a t i o n， 2 O 1 0， 5 8 7 2 4 2 6 2 4 3 5 ． [ 9] S UN Z h i ，AK Y1 L D I Z I F ．Op t i ma l d e p l o y me n t f o r ma g n e t i c i n d u c t i o n - b a s e d wi r e l e s s n e t wo r k s i n c h a l l e n g e d e n v i r o n me n t s [ J ] ．I E E E Tr a n s a c t i o n s o n An t e n n a s a n d P r o p a g a t i o n， 2 01 3 ， 1 2 3 9 9 6 一 1 0 0 5 ． 第 4 2卷 第 6期 2 O 1 6年 6月 工矿 自 动化 I ndus t r y a nd M i ne Aut o m a t i on Vo 1 ． 4 2 NO ． 6 J u n ．2 O 1 6 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 6 0 0 2 5 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 6 ． 0 0 7 赵增玉． 煤矿易发安全隐患及预防措施r J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 6 2 5 ～ 2 9 ． 煤矿易发安全隐患及预防措施 赵 增 玉 兖矿 集 团有 限公 司 ，山东 邹 城2 7 3 5 0 0 摘要 针对煤矿常见的输煤胶带磨损、 扯边及纵 向撕裂 ， 带式输送机超温 自动洒水保护效果差， 煤仓 、 煤 堆 自燃， 水煤捅仓 ， 立井井筒检修过程 中人 员坠井， 电缆孔封堵不 良造成 串烧， 机 车运输事故 ， 电气设备误操 作 ， 油品 滴漏起 火、 燃爆 等安 全 隐患 ， 分析 了隐患产 生 的原 因 ， 并给 出 了相应 的预 防措 施 。 关键词 安 全 隐 患 ； 预 防措 施 ； 输 送 带纵 向撕 裂 ；自燃 ；水煤捅 仓 ；运 输安 全 中图分类号 TD 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 6 0 1 1 0 2 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 6 0 1 ． 1 0 2 4 ． 0 0 7 ． h t ml Hi d de n d a n ge r s i n c o a l mi ne a nd t h e i r pr e v e n t i v e me a s u r e s ZH AO Ze ng yu Ya n z h o u Mi n i n g Gr o u p Co． ，Lt d． ，Z o u c h e n g 2 7 3 5 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t Fo r us ua l h i dd e n d a n ge r s i n c oa l m i n e s u c h a s we a r ， e d ge t e a r a nd l o ng i t ud i na l t e a r of c o nv e y o r be l t， p oo r a u t o m a t i c wa t e r i ng p r ot e c t i on e f f e c t un de r o ve r t e m p e r a t u r e o f be l t c on ve y or ， s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n o f c o a l b u n k e r a n d c o a l p i l e ，c o a l b u n k e r b r e a k d o wn c a u s e d b y wa t e r c o a l ，p e r s o n f a l l i ng d own d ur i n g m a i nt a i