煤矿安全监控无线传感器网络系统分析
时间：2021-02-10 08:02:35 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：近年来，我国安全警钟长鸣，煤矿安全事故屡见不鲜。如何利用先进的技术最大限度保证煤矿从业安全，如何借助先进的管理系统提升煤炭行业的安全系数成为人们关注的焦点。为此，科研人员积极致力于煤矿安全监控与管理系统的开发与研制。新型安全监控无线传感器网络系统应运而生。本文主要针对安全监控无线传感器系统进行分析，探讨其在煤矿安全监管中的应用。
关键词：煤矿安全；无线传感器；网络系统
煤矿安全事故频发的背后是巨大的人员伤亡与财产损失，我国煤矿行业一度成为高危产业。在长期发展的过程中，我国煤炭行业始终没有摆脱粗放管理模式，整体安全监控能力低下，井下作业情况不能借助网络与信号及时反馈到地面，加大了事故可能性。近几年面对严峻的煤矿安全形势，我国逐步形成一套较为完善高效的煤矿安全智能监控系统。在煤矿安全监控与分析中发挥了重要作用。
1.无线传感器网络系统概述
无线传感器网络系统是以无线传感器节点为最小构成单位，借助对遥感测控信息的获取进行安全监控的无线网络系统。其中主体构成部分除了千万个无线传感器节点外，还有汇聚节点、监控中心计外部网络。无线传感器多节点的分布决定其采用随机投放形式，传感器节点位置具有不确定性。传感器节点可以随时随地借助无线通道进行连接，自由组织网络拓扑结构。不同的传感器节点之间具有一定的合作协同能力，通过局部数据采集、预处理及节点间数据交互完成整体任务的布局。无线传感器借助大量的传感器节点密集，无中心节点，因此节点间的距离很短，因此无线传感器摆脱了传统的单跳和主从通信方式更适合无线传感网络。单跳距离短，无线收发器主要在较低能量级别上开展工作。而且选用多跳的通信方式在避免井下长距离无信号传播过程中遇到的信号减弱及无关信号干扰都十分有效。
2.基于无线传感器网络的煤矿安全智能监控系统设计分析
煤矿安全智能监控系统包括总体监控中心、地面监控中心、光纤骨干网络及无线、有线监控站点。光纤骨干网络撑到信息传输，通过光纤骨干网络实现有线监控与无线监控的有机结合。在井下主干道区域，地形相对开阔，布线简单，选用有线监控站点模式。对被监控区域借助传感器采集监控区域相关参数与目标信息，将获取的信息通过无线监控站点接入到光纤骨干网络中。基于某些监控区域地形的复杂与恶劣，一般采用无线监控站点模式。被监控区域借助传感器节点采集对应参数与目标信息，通过自组网络的形式被无线监控站点的汇聚节点接收。一方面其负责数据收发及网络良好状态的监控，另一方面进行数据处理、融合及最终存储。被处理后的数据信息同样借助光纤骨干网络发送到地面监控中心。地面监控中心根据接收到的目标信息变化，分析井下监控区域情况，对异常情况作出对应应急处理。无线传感器监控系统中的定位技术可以向危险区域提供预警信号，地面监控中心借助煤矿专用局域网与煤矿企业总中心取得联系，完成总中心对各个煤矿安全生产的动态监控与管理。当前大部分煤矿总中心都实现了与互联网的接通，上级部门可以借助互联网及时了解煤矿安全生产情况，并进行合理预警与调度处理。
3.煤矿安全监控无线传感器网络系统的智能监制
煤矿安全监控无线传感器网络系统主要针对煤矿中需要监控的特殊区域与范围，有助于了解关键性的生产参数。目前采取紧急情况下的时间监控与长时间的监控。在发生紧急情况时，借助监控系统及时反馈井下信息。对于煤矿安全来说，超限参数必须保证在短时间内完成有效反馈，为恶性事故的挽回与营救准备时间。煤矿行业中长时周期性监控主要是无线传感器节点按照既定的信息采集周期定期采集数据信息，将获取信息送至煤矿监控中心，做好定期记录与数据分析，及时发现细微的数据异常，了解煤矿作业情况。其最终达到降低能耗并延长系统寿命。目前无线传感器采取睡眠、更新与激活的三种工作状态，在睡眠情况下无线传感器的接收器处于休息状态，控制器和参数含量检测仪器定期与电源连接，对与突发情况及时检测与预警。当无线传感器处于更新状态时，其控制与无线收发设置工作，参数含量检测仪与电源保持周期性接通。当无线传感器处于激活模式时，无线电收发器与参数含量检测仪保持打开状态，传感器一方面输出对应的数据采样，另一方面借助无线收发器完成数据的接收与传输。
多数情况下无线传感器节点处于休眠，参数含量检测仪按照一定周期开关，完成参数含量的有效采集。有时针对井下的特殊情况，一般预先针对参数设置预警值。当采集到的数据在预警值以内，默认为无紧急情况的发生。如果超出预警值，要准备好对应的解决措施。无线传感器节点既要增加参数含量检测仪对输出采样的频率，存储器记录对应数据信息。又要做好突发事件的时间与情况记录，完成节点同步更新，及时修改已记录事件发生时间。紧急情况消除，数据传输完毕，无线传感器节点恢复休眠。
长时间定期监控采用时间调度记录参数信息。调度表先被制定送给网络中的簇首节点，在监控过程中，无线传感器节点休眠，达到预定时间时被唤醒，由休眠状态转化为更新。已被唤醒的节点需要与簇首节点同步更新，完成整体调度更新。如果节点在下一个时间间隔内预先设置了监控，设置唤醒定时器保证调度时间内的完全唤醒。当实现节点与簇首节点的同步后，在预先设定的时间间隔内，由唤醒状态传送关联参数含量的数据信息。完成整个数据传输后，节点又最终恢复到休眠中。
4.结束语
煤矿安全引人关注，无线传感器安全监控网络在煤炭行业中的应用减少了事故发生率，增强煤炭行业的安全性与稳定性。本文主要针对煤矿安全智能监控无线传感器网络系统进行分析，从整体概述到煤炭行业具体使用进行阐述，为煤炭安全监控无线传感器的改良提供参考与指导。
参考文献：
[1]景兴鹏，王伟峰，黑磊，贾松磊.无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用[J].煤炭技术，2009，04：93-97.
[2]乔钢柱.基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究[D].兰州理工大学，2012.
[3]宋楠楠.基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统的研究[D].北京工商大学，2010.
[4]邓明星.煤矿安全监控数据采集无线传感器网络的设计与研究[D].江西师范大学，2010.
作者简介：
王志丰（1991-），男，湖北荆门人，学历：本科，研究方向：机械电子。
高大猛（1991-），男，河北唐山人，学历：本科，研究方向：煤矿安全。
刘文文（1992-），男，河南内黄人，学历：本科，研究方向：数字矿山。
