基于无线传感网络的煤矿安全监测系统设计.pdf

当代化工研究 qq Modern Chemical Research2020 10 基础研究 基于无线传感网络的 煤矿安全监测 系统设计 *王聪辉 （阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司山西045000） 摘耍根据如今煤矿当中所配备的有关安全监控系统中所存在的主要困难以及检测盲区等一系列问题，将无线传感网络应用于其中，它 能够充分的利用传感网络所具备的良好容错线以及灵活的结构，具备更低功耗的一系列功能，从而使无线监测系统能够直接丝将井上CAN 总线以及井下无线通信相结合，直接的将釆集到的煤矿开采数据，传达到监控中心，之后通过使用PEC纠错算法，使得整个安全检测系统 在数据传输过程中具备了更高的可靠性.此外，又因为该安全检测系统具备有良好的抗毁能力，能够进一步餉保障煤矿开釆及生产过程中 工作人员的人身安全. 关键词无线传感网络；煤矿安全监测系统；设计 中阖分类号T 文献标识码A Design of Coal Mine Safety Monitoring System Based on Wireless Sensor Network Wa n g Co n gh ui Ya n gqua n Na n zh ua n g Co a l Gr o up Co ., Ltd ., Sh a n xi, 045000 Abstract According to a series of problems existing in the safety monitoring system equipped in coal mines today, such as the difficulties and blind detection zones, we apply the tireless sensor network to it. It can make full use of the good fault-tolerant lines and flexible structure of the sensor network, and has a series of Junctions such as lower power consumption, Thus, the above-ground CAN bus and the underground tireless communication can be directly combined in the tireless monitoring system, and the collected coal mining data can be directly transmitted to the monitoring center. After that, through using the PEC error correction algorithm, the whole safety detection system has higher reliability in the data transmission process. In addition, because the safety detection system has good anti-damage ability, it can jurther ensure the personal safety of the staff in the process of coal mining and production. Key words tireless sensor network coal mine safety monitoring system ； ； design 在我国煤矿开发过程中，所运用到的煤矿安全监测系统 主要为有线方式检测参数，同时实现检测数据的传输的一系 列任务，然而所应用的有线监测系统，可能会有一部分地点 及重点区域，因为存在监控死角，而无法进行有效的监管及 操作。因此，一旦有线网络受到外来攻击，就可能使整个系 统出现故障或者是破坏，这将会导致整个安全监测系统陷入 瘫痪，从而无法满足煤矿开采集成的过程中，对于安全监测 以及及时通信的一系列需求。也因此，在煤矿井下安全监控 系统当中，必须引入具备有较高灵活结构、具备有较强拓展 性，能够保证数据传输安全可靠的无线传感网络通信技术。 1.在煤矿安全监测系统架构时遵从的原理 - 一 层一层一 用 - 输 _ 应 - 传 _ - - - - 鵬口 那接 肛理 俩管 11 网络管理 S S QOQO n J ■- 一 制 _ 控一 输一 传一 一 E 一 安全机制 拓扑 管理 - 层 - 络 _ 网 _- 由 路 - - 一湄一 - 路一层 一 链 - 理 一据 W 一数一 - WH --- 一 线 外 红 电 线 无 图1煤矿联网妥全监测系统 图2无线传感网络 正因为我国地域辽阔，同时富含煤矿的地区占地面积较 广，也因此，煤矿开采企业无论是从经济性还是实用性角度 出发，都必须在井上使用CAN总线网络，直接的将所收集而 来的信息进行数据传输，而在井下，则必须应用无线传感网 络技术，从而能够准确的通过监控获取巷道内部的环境参数 以及人员实际位置的一系列参数。也因此，在实际煤矿安全 监测系统正常运行的过程当中，井下需要主要以中心管理节 点为中心，即中继器节点为中心，从而形成一个排布比较紧 密的局部无线传感网络，这样一来，中继器节点就是唯一的 中心控制点，之后再完成通信工作。也因此，在煤矿安全监 测系统架构过程中，必须要求所遵从的网络控制协议为开发 比较成熟的主从式无线网络控制协议。此外，还必须要求低 端阶段具备有更高的无线通信模块的需求，从而降低功能消 耗，此时，即使某一个终端节点不能正常工作时候，却也不 会因为该节点的故障，而影响到整个网络安全监测系统的正 当代化工研究 Modem Chemical Research34 基础研究 2020 ・ 10 常应用，同时，应用该协议，还能够方便之后系统的重新布 设工作。因此，如果某一个固定的中继器节点因为受到攻击 而无法工作，系统则会直接的将自己组织协议启动起来，利 用无线应急通信网络。也因此，通过在煤矿安全监测系统设 计下的过程中应用无线传感网络，能够使整个煤矿安全监测 系统具备有更高的优势以及特点，也因此该技术能够更好的 应用于煤矿井下安全监控过程中。 2.无线传感器网络的概述 ⑴特点 根据如今无线传感系统网络的实际应用情况来看，其除 了区域内有传统的a d -h o c网络的特点之外，还包括了多条动 态以及自身的组织特点。除此之外，无线传感器的网络还具 备有自身的独特优势，而其中传统的网络a d -h o c作为一种无 线局部网络，其主要组成部分为多个节点，从而能够在多个 节点的基础之上，及时的传输同服务质量相符合的多媒体信 息流。此外，在传统的a d -h o c网络当中，其所包含的所有节 点都具备有移动功能，同时又因为网络的结构较为复杂且变 化多端，因此，想要发挥所有节点的功能，则必须要求电量 持续供电。而通过运用无线传感器网络代替传统的a d -h o c网 络，就能够使得该系统更为先进能够实现传统a d -h o c网络的 全部功能。此外，还能够控制监测以及无线通信，又因为其 具备有多个传感器节点，同时节点的分布密度程度更高，能 够更好更快的传递信息流。 图3 a d -h o c网络结构组成 2无线传感器的 网 络结构 根据无线传感器的网络结构而言，其主要由数据链路 层、物理层、网络层、应用层以及传输层等5个部分共同组 成，而在网络结构过程中，其主要涉及到的为三方面的管理， 主要分为任务管理、能量管理以及移动管理等三个管理功能。 而对于这三个管理功能进行分析，主要如下应用层主要负责 应用管理，其主要功能是直接的将检测任务分配到与子网相关 联的传感器的各个节点中；而移动管理，主要是能够应用于数 据链路层以及网络层中，主要的是负责做好能量以及移动管理 这两项工作；而物理层还必须做好能量管理，但是在物理层中 并不多考虑任务管理以及移动管理两方面内容。 3.在无线传感器网络技术之上进行煤矿安全监测系统的 设计工作 ⑴系统节点子系绽 在实际设计煤矿安全监测系统的过程当中，则必须根 据各个节点子系统，从而完成整个安全监测系统的功能。此 外，因为无线传感器网络本身受到一定的限制，能够直接的 将节点子系统分为节点定位模块、路由选择模块、节点感知 模块及无线铜线模块。其另外的内容也包括了管理单元信息 处理以及电源等三个部件，相比于节点感知模块，其基本作 用以及具体功能是能够直接的应用该模块直接的将矿井下面 同工作人员及设备安全等有关的问题及信息进行感知以及收 集，而上面所提及的安全问题，主要的包括井下所有的危险 成分及有害成分，还包括了通风设备通风状况、各种机械设 备的运行状况等等，通过实时监测这多种方面，并且在出现 紧急情况时，控制该节点感知模块，实现井下有关电子机械 设备及产品的断电，以保证设备等不受损坏，而在本系统节 点子系统设计过程中需要监测到多项有关参数，主要的包括 了系统设计过程中应用到的多种类型的传感器以及多种方面 的形式有关参数。而在该子系统设计过程当中，其主要内容 在于对信息进行处理及管理单元的设计，通过该管理单元能 够实时处理感知模块所采集以及感知到的有关数据，进行信 息处理，进而进一步的控制无线通信模块，实现节点定位模 块的实际定位功能。 ⑵地面监控中心 在井下系统当中所应用到的地面监控中心，主要的是 负责对于在地面所采集到的有关数据进行分析、处理、统计 同时之后进行数据的显示以及储存等一系列工作。在此时， 需要用户对应该监控无线传感器网络的需求进行研究，同时 在地面监控中心实际设计过程中，研究人员主要负责监控平 台、网关服务器、网络服务器以及语音处理平台和数据服务 器等有关内容的设计。而且基本的功能是能够通过实时的监 控煤矿安全监测窗口，从而对于各个煤矿地下节点中的瓦斯 浓度进行监测以及感知，通过监测窗口，还能够直接的将井 下当中与安全有关的危险的震动强度及风速等有关安全措施 的指标显示出来。其中语音处理平台主要的是接收井下所传 达出来的语音呼叫信息，同时呼叫井下工作语音节点，从而 及时的实现人物的调度以及工作指令的发布等一系列内容。 而网络服务器主要的是直接的将防火墙连接到其余有关的外 部网络当中，从而将煤矿底下的实际工作状况直接的传达到 上级部门显示屏当中，以帮助煤矿管理人员及时进行决策。 服务器的主要功能是主要的，这样网管数据以及有关网络的 拓扑结构进行接收，同时根据网络传输控制协议及管理协议 等有关的制度显示，实施的管理井下工作过程中实际网络拓 扑的传输控制。 4.结束语 在如今煤矿开采及生产工作进行过程中，为了有效的保 证开采过程中的安全性，就必须将安全监测系统应用于煤矿 当中，从而实现煤矿安全检测设计目标。而想要设计出性能 良好且适用性强的煤矿安全检测系统，还必须有效的利用无 线传感器网络，从而提高整体煤矿安全监测系统多方面的功 能。因此在安全检测系统的设计过程中，需要将无线传感器 网络融入到其中，以合理的监测煤矿实际生产状况，保证煤 矿生产安全。 【参考文献】 [1] 张洪，张杰，蔡磊涵,等.基于无线传感器网络技术的煤矿安 全监测系统[J ].煤矿安全,No. 397 12 39-42. [2] 邵舒渊， ，卢选民.基于无线传感器网络技术餉煤矿安全监测 系统研究与开发[J ].电子技术应用, 2008 06 144-146. 【作者简介】 王聪辉 1978-,男，阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司； 研究方向无线传感网络.