[發明專利]具有重組功能的WSN礦井安全監測系統及井下事故監測方法

有效

• 申請號: 201010200514.3
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101832152A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 沈毅;王艷;沈祥立
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;H04W24/00;H04W84/18;H04L12/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及一種基于WSN的具有重組功能的礦井井下安全監測系統及方法，涉及到礦井井下救援輔助系統，屬于采礦安全監測技術領域。

技術領域

在此處鍵入技術領域描述段落。

背景技術

中國的礦藏很豐富，但是礦井的自然條件非常復雜，開采條件也極端多變，增加了礦藏開采的不安全因度，容易引發重大安全事故，給安全生產造成極大的困難。以煤礦為例，引發礦難的原因主要有瓦斯爆炸、煤塵爆炸、瓦斯突出、透水事故、礦井失火、頂板塌方等，其中煤礦企業一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故死亡人數占71%，遠高于其他事故種類。目前正在使用的有線監測系統存在布線復雜，勞動強度高；網絡結構相對固定，不適合掘進工作面延伸的動態變化要求；監測點相對固定，容易出現監測盲區等一系列問題，使得監測系統形同虛設，有關人員不能獲取足夠的信息進行有效的判斷，在發生瓦斯泄漏、透水事故等問題時不能正確處理而引起惡性事故的發生。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有重組功能的WSN（WirelessSensorNetwork的簡稱，即無線傳感器網絡）礦井安全監測系統及井下事故監測方法，它是基于無線傳感器網絡和有線通信網絡實現的，它克服以往有線監測系統布線復雜、不能動態跟進采掘工作面、成本高、易受破壞等問題。

本發明的具有重組功能的WSN礦井安全監測系統包括地面監控中心、井下有線傳感器網絡和多個井下無線傳感器網絡；

地面監控中心是由井下監控接入主機、數據庫服務器、監控終端和遠程終端組成的以太網系統；

井下有線傳感器網絡是由有線供電系統和多個有線傳感器組成的CAN（ControllerAreaNetwork）總線網絡，多個有線傳感器均連接在CAN總線上，并且井下有線傳感器網絡與地面監控中心的井下監控接入主機采用CAN總線連接；

井下無線傳感器網絡是由網關節點、若干個簇頭節點、若干個無線傳感器節點和若干個可移動節點組成的無線網絡，其中網關節點和簇頭節點組成上級無線通信網絡，簇頭節點和其附近的普通無線傳感器節點、可移動節點組成下級無線通信網絡，上級無線通信網絡中的網關節點與井下有線傳感器網絡的CAN總線連接，網關節點把收集到的傳感器數據和移動節點信息發送至井下有線傳感器網絡；所述井下無線傳感器網絡是由網關節點、若干個簇頭節點、若干個無線傳感器節點和若干個可移動節點組成的無線網絡，其中網關節點和簇頭節點組成上級無線通信網絡，簇頭節點和其附近的普通無線傳感器節點、可移動節點組成下級無線通信網絡，上級無線通信網絡中的網關節點與井下有線傳感器網絡的CAN總線連接，網關節點把收集到的傳感器數據和移動節點信息發送至井下有線傳感器網絡。

基于上述具有重組功能的WSN礦井安全監測系統的井下事故監測方法為：

?井下有線傳感器網絡布置于礦井的主巷道中，該網絡中的有線傳感器采集主巷道中的各種參數，并通過CAN總線傳送至底面監控中心的井下監控接入主機，實現對主巷道中數據的采集；

多個井下無線傳感器網絡分別布置于各個從巷道中，每個井下無線傳感器網絡中的網關節點位于從巷道的入口處，并與主巷道中的CAN總線連接實現數據傳輸；每個井下無線傳感器網絡中的若干個簇頭節點根據所在從巷道的地形分散在該從巷道中，并使得若干個簇頭節點的無線信號接收范圍覆蓋該從巷道的每一個區域，若干個無線傳感器節點分散布置在該中巷道中各個需要采集數據的位置，若干個可移動節點隨機分布在從巷道中，若干個簇頭節點接收其信號覆蓋范圍內的無線傳感器節點和可移動節點發送的數據信息；

所述井下事故監測方法為：

一、網絡各部件檢測：

地面監控中心檢測到通信異常，并根據通信異常情況指定一個或多個有線通信正常的有線傳感器節點作為重構后井下無線傳感器網絡的網關節點；

有線傳感器節點在檢測到有線通信故障后，打開無線通信功能，等待無線網絡重組；

網關節點在檢測到有線通信故障后，向所屬的井下無線傳感器網絡發出事故報告，然后等待無線網絡重組；所述井下無線傳感器網絡中接收到事故報告的各個簇頭節點、無線傳感器節點和可移動節點停止數據采集，等待無線網絡重組；

二、網絡重組、信息收集階段：

指定為網關節點的有線傳感器節點發出組建無線網絡的信息，使得該有線傳感器節點和事故波及范圍內的其它有線傳感器節點、事故波及范圍內網關節點自組織成為最上層無線通信網絡；