无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的运用

刘辉

（1.煤科集团沈阳研究院有限公司 辽宁省抚顺市 113122 2.煤矿安全技术国家重点实验室 辽宁省抚顺市 113122）

伴随我国的经济和科学技术的发展，我国的能源储备也逐渐减少，对于能源的需求量不断提高，身为一个煤矿产业大国，我国的煤矿安全情况较为严峻，常常发生各种安全事故，对于从业人员的生命安全造成了严重的损害，同时也加大了企业的经济损失。根据之前的经验可以发现，我国煤炭行业发展道路较为粗糙，欠缺智能化的安全监控系统，在作业过程中不能立刻精准的把握矿井实时状况。以往的有线布线措施非常麻烦，极易遭到外界损坏，欠缺稳定性，且网络构造比较单一，难以满足某些要求动态伸展工作面的需要；并且以往的监控措施的监控点比较固定，具有监控缺口；同时后期的维护难度较大，维护时间久，资金要求高，难以完成综合精准动态监控。所以构建一套基于无线传感器网络的安全智能监控系统非常的重要。

1 无线传感器网络的简要分析

1.1 无线传感器网络的含义

无线传感器网络中包括了许多的微星移动传感器，由大量的传感器节点构成一个有目标、有任务的无线网络，利用这一无线网络可以实时的对受监控位置的数据开展监控、感应和搜集，同时对这些数据开展研究分析，无线传感器网络里，首先利用无线讯息把内容传输进入相应的集中节点，再通过节点把讯息反馈进入地面的监控平台，以实现对监控地区实时监控的目标，同时能够帮助及时发现监控地区的突发事故及时制订有效地应对策略。

1.2 无线传感器网络应用

无线传感器网络能够应用于各种以前的监控系统难以展现作用的区域，将其应用于受监控地区，其通过在区域中布置大量的传感器节点，利用节点的集中和外部监控中心构成一个统一的网络监控系统，因为在无线传感器网络里拥有多个传感器节点，所以在对传感器进行设置的时候无法实现对传感器的手段区域进行预设，节点利用无线讯息完成关联，构成网络的拓扑构造，在统一的网络系统里进行信息搜集、处理完成任务。无线传感器网络里使用的通讯手段一般为多跳和对等的形式，这些手段可以防止长时间地下监控的时候受到距离的影响，削弱信号或者对信号产生干扰的各项因素等问题。

1.3 无线传感器网络特点

和以往的网络系统进行对比，无线传感器网络拥有不可替代的优势，主要体现在下列内容中：

（1）无线传感器网络中拥有大量的传感器节点，分布非常密集，在相同的监控地区里可以设置大量的传感器节点。

（2）无线传感器网络里的拓扑构造不是固定的，产出发生转变，所以需要对其认真的进行监管。

（3）无线传感器网络的节点通讯方式是点对点，所以一般采用的是广播通讯体系。

（4）无线传感器网络的节点对电源功率、储备容量等内容具有局限性，所以通常使用的是唤醒式的工作形式。

（5）无线传感器网络通常是位于一个开放空间里开展的自行无人看守工作，有效地节约了人力资源成本。

2 无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用的重要作用

煤矿生产工作环境位于井下，生产条件非常的差且没有信号，还存在大量的不可确定的因素。因此大多数煤矿都会通过监控系统来满足安全需要，之前的无线传感器网络的数据精准性要求不高，并且容易被环境所影响，不仅可靠性较差，同时对后期维护工作带来巨大的难题。无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用能够有效处理以上所述的难题。同时在井下采用无线传感器网络能够使得监控系统的监控区域得到增加，有效规避潜藏隐患，解决之前的煤矿安全监控系统里出现的监控盲区的安全问题。同时因为无线传感器网络里面涵盖了大量的散布非常集中的无线传感器网络节点，本身凭借其拥有的体积小、资金投入小、布设简便、操作简易等多项长处脱颖而出，还有它的网络节点还能够接驳传环境、视频等传感器，能够使得采集的数据种类更加多样化。

3 无线传感器网络智能监控系统设计工作程序

3.1 信息搜集

信息搜集程序是安全监控系统可以完成的基础。传感器是安全监控系统网络里的资料终端搜集设施，它可以搜集井下的空气状况、水位状况、土层结构状况、设施的运行状况等，详细来讲就是可以了解瓦斯气体、一氧化碳浓度、岩层构造稳定性变换状况等等。利用传感器得到的相应的信息来研究井下安全情况，给作业人员供给可靠的信息，确保作业人员可以及时的逃离危险环境，以及对突发事故采取有效地解决对策。

3.2 信息输送

安全监控系统里的信息输送是互相的，即将终端设施搜集的信息输送到处理平台，处理平台再把控制处理命令输送给执行终端，所以信息的输送程序极其关键，信息输送是安全监控系统发挥监管必不可少的程序。和以往的监控手段的区别在于，无线传感器监控系统的输送设施没有电缆线路，能够利用无线讯息来完成输送，依照输送的类型和信号的种类来安排对应的节点，从而确保信号输送的速度和质量，防止发生输送不及时、信息缺失、信息混乱等问题。控制器要求涵盖电源板块、控制板块、编辑板块、通讯板块等，确保系统工作的稳定性。

3.3 信息研究

信息研究是安全监控系统完成监控和控制不可缺少的程序。监控系统要求对传感器搜集的信息开展简单的研究，把搜集的信息输送到数据库里，以及将其反馈到对应的监控系统，工作人员利用系统的帮助来进行对应的判断。并且对搜集到的信息进行储存，其中包含空气状况、水位状况等等，同时用于支撑构成各种汇报报表，可以在线查看，也可以打印查阅，有利于从业人员对信息开展深入的研究。

3.4 诊断控制

诊断控制是安全监控系统的重要功能，在完成信息的搜集和研究以后，安全监控系统同时要拥有自主诊断功能，这一诊断是根据系统研究结果以及工作人员研究的结果开展的，涵盖了对终端传感器以及通讯计算机的故障诊断，可以确保系统的安全运行。并且根据研究结果和诊断结果来开展对应的控制，含有井下的信号灯、照明装置、通风装置等，以确保再发生异常问题时候井下工作人员可以安全逃离，以及实施有效地急救手段。

4 无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的设计手段

4.1 硬件平台要求

无线传感器网络在应用的时候，会面对各种差异化的环境和要求具备不同的硬件平台需要，然而整体来说，无线传感器网络里广泛使用的硬件重点涵盖了传感器节点、聚集节点和监控平台三种，这里面传感器节点重点由传感器、微处理器、无线通讯还有电池四项内容构成，微处理器是对节点开展控制和管理的硬件设施，无线通讯是对节点之间互相通讯的硬件设施，电池设备作用是给节点供电，保证节点的感应电量充沛；聚集节点利用通讯网络和通讯网络之间的资料讯息互换开展通讯协议交换的硬件设备，基于检测来输送数据信息到外部网络；监控平台利用无线接收板块开展节点资料搜集的硬件，其把瓦斯、温度等资料利用无线传感节点开展搜集和获悉，从而对信息开展研究输送控制信号，实现报警的作用。

4.2 操作系统设计

无线传感器网络的操作系统设计过程里，重点分为两个操作系统，也就是镶入式和分布式，无线传感器网络是一种经典的镶入式应用技术，对镶入式实时操作系统的使用时开展无线传感器网络应用的重点，目前来说，无线传感器网络特定的操作系统为TinyOS系统，这一系统利用缩减网络的AD hoc 多跳输送构造对传感器网络开展有效地定位算法。操作系统是无线传感器网络里的重点内容，对操作系统的设计具有不可忽视的意义。

4.3 通讯协议设计

无线传感器网络里的通讯协议的设计和完成通讯的根本，协议设计目标就是想要让无线传感器网络里的通讯体系和上层的应用互相划分开来，从而给传感器的节点供给一种自组织的无线网络下的通讯功能。这一协议里涵盖了物理层、网络层、输送层等丰富的层次平台，所有的平台都对协议的优化协调发挥了巨大的作用。

5 无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用

5.1 明确煤矿安全智能监控任务

在根据无线传感器网络进行的煤矿安全智能监控系统的设计过程里，要全面思考到煤矿安全生产不同方向的要求，让所有的系统都可以在无线传感器网络里完成信息的共享，依照这一需求构建得到的监控任务重点涵盖了下列三个内容：

（1）要拥有信息搜集的自动化功能，利用传感器节点搜集温度、瓦斯等各项资料，同时可以按时的利用网络反馈到地面；

（2）要让控制拥有自动化的功能，当井下发生瓦斯浓度过大等问题时可以自动化开展处理，给出警报信号、断电等操作；

（3）要拥有信息自动化发布的功能，利用传感器节点对井下数据开展搜集以后立刻反馈到地面，让地面控制平台收到信息数据后可以立刻给出决策。

5.2 设置煤矿安全智能监控计划

无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用，其中包含了无线监控分站、有线监控分站、光线骨干网、地面监控平台还有总监控中心五项内容，这里面光线骨干网时信息输送的核心，它融合了有线和无线两项监控手段，在井下比较开阔、光线充裕的区域通常采用的是有线监控设备，在地形复杂的区域通常采用的是无线传感设施，利用有线与无线两种手段的信息搜集先把信息输送到相应的聚集节点，再开展处理，完成处理后再利用光纤骨干网反馈到地面的监控平台，以对井下实时情况给出对应的反应。

5.3 健全煤矿安全智能监控体系

无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用是对煤矿开采程序里部分比较特殊的位置开展实时监控的设施，目的是想要应对井下出现的各种紧急事故，利用这一技术的应用来防止事故出现，所以对煤矿安全智能监控系统的健全是非常关键的，利用科学的系统健全可以让无线传感器节点在睡眠、革新、激活三种情况下获得最佳发挥，并且还可以节约无线传感器节点的能源损耗，发挥巨大的监控、安全预防作用。

5.4 无线传感器网络在煤矿信息管理系统中的应用

下面将对煤矿的环境信息系统和设施信息系统进行简述。井下作业的过程中，一般要求布置大量的检测传感器。这一种类的传感器的重点工作程序就是，搜集大量的检测点的详细资料，利用信息渠道把精准的信息输送到地面，反馈给信息监控平台，然后对这些资料开展处理。重点针对环境数据里的瓦斯、风速和温度等数据开展研究，同时对工作现场开展安全监控，保证井下突发瓦斯爆炸不会危害作业人员生命安全。另外这一传感器能够自动发出警报信号，一旦采集的信息存在异常，井下的节点就会自动给出报警讯号，控制中心能够立刻掌握井下地理信息情况。环境信息系统可以获悉井下工作面的所有信息，还能够掌握各种各样的信息，确保生产时的环境安全。第二种是煤矿的设备资料系统，这一系统重点是把传感器设置在矿井作业时的各种设备里，完成对有关设备的自动监控和故障诊断。重点的工作程序为，在工作设备里安装传感器节点，以及安排定时输送，地面信息监控平台重点承担对输送的资料的分析和整理工作，同时对信息表现出的问题立刻进行处理。还有，安排监控系统能够停止井下设施，调度平台给出命令后，设施监控系统依照命令内容整改设施，已完成对井下设施的实时监控和研究。

5.5 无线传感器网络在煤矿预警决策系统中的应用

应用无线传感器网络构建煤矿安全决策和预警系统可以有效防止井下安全事故发生，是加强煤矿安全生产水平的辅助措施。大家都知道，煤矿井下作业隐藏风险极大，预警决策系统能够依照煤矿工作过程的详细环境，分析得知隐藏风险，这是由于这一系统里设置各种预警模型，可以研究得到大部分风险源并给出预警讯息，然后开启预警的应对策略。并且，这一系统还可以对风险源开展全程监控，依照采集到的风险源实时资料，调整预警层级，有利于煤矿工作有效开展。但是决策支撑系统重点是以企业、行业主管部门批准或要求的临界值或临界数值为根本值，对风险源开展判断，假如风险源进入临界值，就启动预警管理巩固做法，通过预警管理平台输送预警讯息，有关部门和从业人员依照提供的预警层级实施相应的处理策略，在这个时候还要加强监控，直到危险源的数值重新回到安全值里。

6 总结

对于煤矿安全监控是非常重要的工作，应用无线传感器网络构建其安全智能监控系统能够有效处理煤矿里的安全问题。