[發明專利]一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統

在審

• 申請號: 201710686159.7
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107484222A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 潘金文
• 申請（專利權）人: 潘金文
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W52/02;H04W84/18;G08C17/02;G01D21/02
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強

技術領域

本發明創造涉及煤礦安全監測技術領域，具體涉及一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統。

背景技術

礦井圍巖無線監測系統的研究與開發為及早預防礦井開采過程中出現的圍巖災害提供了技術手段與判別依據，然而煤礦井下巷道的無線通信環境與地面移動通信環境完全不同，煤礦井下空間有限、煤層以及巖石會對無線電磁波傳播造成很大的衰減，這些問題導致常規地面移動通信的方法很難直接應用在礦井下，為了提高無線監測系統在礦井應用下的可靠性，本發明提供了一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統，對無線傳感器網絡的路由算法和數據糾錯率進行改進，提高了無線傳感器網絡的使用壽命和可靠性。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統。

本發明創造的目的通過以下技術方案實現：

一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統，包括數據監測模塊、數據傳輸模塊和地面監控中心，所述數據監測模塊用于采集煤礦井下開采過程中由于圍巖應力的改變而導致的特征變化，包括溫度采集、壓力采集和微震信號采集，所述數據傳輸模塊采用無線傳感器網絡技術將采集到的溫度、壓力和微震信號傳輸到地面監控中心，所述地面監控中心用于根據接收到的監測數據的變化對井下開采時的地質情況進行分析并在監測數據出現異常時進行報警處理。

本發明創造的有益效果：本系統通過無線傳感器網絡技術實現了礦井圍巖的安全監測，在系統的無線傳感器網絡中采用改進的LEACH算法進行網絡中簇頭的選擇，優化了簇頭競爭條件，克服了簇頭節點分布不均勻的問題；在傳感器節點選擇簇頭時，引入代價函數，綜合考慮了傳感器節點到簇頭的距離、傳感器節點和簇頭的能量值以及簇頭到基站的距離，均衡選擇合適的簇頭，進一步改善了網絡的拓撲結構，減少了通信消耗的能量；采用多跳路由的數據傳輸方式，減少了數據傳輸所消耗的能量，延長了簇頭的生命周期，均衡了網絡能耗，達到了節能的效果。

附圖說明

利用附圖對發明創造作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明創造的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明數據傳輸模塊的結構示意圖；

圖3是本發明地面監控中心結構示意圖。

附圖標記：

數據監測模塊1；數據傳輸模塊2；地面監控中心3；簇頭選擇單元21；節點成簇單元22；路由設計單元23；異常預警單元31；數據分析單元32。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步描述。

參見圖1、圖2和圖3，本實施例的一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統，包括數據監測模塊、數據傳輸模塊和地面監控中心，所述數據監測模塊用于采集煤礦井下開采過程中由于圍巖應力的改變而導致的特征變化，包括溫度采集、壓力采集和微震信號采集，所述數據傳輸模塊采用無線傳感器網絡技術將采集到的溫度、壓力和微震信號傳輸到地面監控中心，所述地面監控中心用于根據接收到的監測數據的變化對井下開采時的地質情況進行分析并在監測數據出現異常時進行報警處理。

本優選實施例通過無線傳感器網絡技術實現了礦井圍巖的安全監測，在系統的無線傳感器網絡中采用改進的LEACH算法進行網絡中簇頭的選擇，優化了簇頭競爭條件，克服了簇頭節點分布不均勻的問題；在傳感器節點選擇簇頭時，引入代價函數，綜合考慮了傳感器節點到簇頭的距離、傳感器節點和簇頭的能量值以及簇頭到基站的距離，均衡選擇合適的簇頭，進一步改善了網絡的拓撲結構，減少了通信消耗的能量；采用多跳路由的數據傳輸方式，減少了數據傳輸所消耗的能量，延長了簇頭的生命周期，均衡了網絡能耗，達到了節能的效果。

優選地，所述數據傳輸模塊2采用無線傳感器網絡技術將采集到的溫度、壓力和微震信號傳輸到地面監控中心，包括簇頭選擇單元21、節點成簇單元22和路由設計單元23，所述簇頭選擇單元21用于確定分層路由算法中的簇頭，所述節點成簇單元22通過改進傳感器節點成簇機制，使得傳感器節點選擇合適的簇頭，所述路由設計單元23用于在數據傳輸的過程中，選擇合適的中繼節點實現簇頭和基站之間的數據傳輸；

優選地，所述簇頭選擇單元21采用改進的LEACH算法確定路由算法中的簇頭，定義算法中的閾值為T(n)，則T(n)的計算公式為：