煤矿安全监测中的传感器网络技术

工程技术　计算机光盘软件与应用　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎｓ　２０１２年第１５期　

浅谈无线传感器网络在瓦斯监测中的应用　

刘哲，史好好　

（山东省岱庄生建煤矿生计科，济宁　２７７６０６）　

摘要：传统的瓦斯监测系统很难及时对煤矿的井下状况进行监测，而无线传感技术能能够克服这一局限，所以出现了无　线传感网络瓦斯监测系统。本文探讨了无线传感网络在瓦斯监测中的应用情况，并根据瓦斯监测系统的投入使用情况，提出了　相应的方案。　关键词：无线传感网络；瓦斯监测；应用　中图分类号：ＴＤ７６　文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９５９９（２０１２）１５－０１６４－０２　

煤矿的生产安全影响到我国国民生产的发展。在煤矿企业　的运作过程中，瓦斯事故带来的危害最大，而且有着最高的死　亡率。而瓦斯涌出状况大多数发生在采掘面，这就使煤矿的瓦　

斯监测工作变得困难起来。而无线传感网络技术成为解决这一　难题的突破口。文章讨论了无线传感网络技术的优势和实际应　

用，并提出了煤矿企业的瓦斯检测系统建设方案。　

１　无线传感网络技术的优势　

（１）布线工作复杂，劳动强度高。　（２）相对来说，监测点比较固定，所以容易产生监测盲　

区。　（３）网络结构比较固定，不能适应采掘面不断延伸的动　

态需求。　（４）通信线路易受损坏，而且损坏后的的修复周期较长。　（５）由于维护费用高，造成了边维护、边生产的现象，　

有些企业甚至不进行维护。　

１．２无线传感网络技术的工作原理　

无线传感网络由大量的微型传感器组成，每一个传感器都　是一个节点，这些节点组成了一个网络。由微型传感器组成的　网络能够通过相互协作对环境信息进行监测、感知和采集，并　

能够处理数据，然后将处理信息传送给监测中心，从而为用户　

端提供相应的管理服务。无线传感网络一般由检测中心、汇聚　节点和传感器节点组成。众多的传感器节点在监测区域周围和　

内部随机分布，然后以自组织的方式组成一个网络。传感器节　

煤矿安全监控联网系统

煤矿安全监控联网系统是一套集成了多种传感器、数据采集、传输、处理和显示功能的复杂系统，旨在实时监控煤矿作业环境，确保矿工安全和提高生产效率。该系统通常包括以下几个关键组成部分：

1. 传感器：传感器是监控系统的基础，它们负责收集煤矿环境中的各种数据，如瓦斯浓度、温度、湿度、一氧化碳浓度、风速等。这些传感器被安装在煤矿的各个关键位置，以确保全面覆盖。

2. 数据采集器：传感器收集到的数据需要通过数据采集器进行初步处理和存储。数据采集器通常具备一定的数据处理能力，能够对收集到的数据进行初步分析，并将其转换成适合传输的格式。

3. 传输网络：数据采集器处理后的数据通过有线或无线网络传输到监控中心。无线传输技术如Wi-Fi、4G/5G等在煤矿监控系统中越来越常见，它们能够提供灵活的数据传输方式，减少布线带来的复杂性和成本。

4. 监控中心：监控中心是整个系统的大脑，它负责接收、处理和显示从各个传感器和数据采集器传来的数据。监控中心通常配备有高性能的服务器和专业的监控软件，能够实时显示煤矿环境的各项指标，并在检测到异常情况时发出警报。

5. 应急响应系统：在监控中心，除了常规的监控功能外，还应配备应急响应系统。一旦系统检测到潜在的安全威胁，如瓦斯浓度超标，应急响应系统将立即启动，指导矿工采取相应的安全措施，如撤离或采取通风措施。

6. 用户界面：用户界面是监控系统与操作人员交互的窗口。它应该直观、易用，能够清晰地展示所有监控数据和系统状态。用户界面还应支持多种操作，如数据查询、历史记录回放、报警记录查看等。

7. 系统集成与兼容性：煤矿安全监控联网系统需要与煤矿的其他系统如通风系统、排水系统等进行集成，以实现更高效的安全管理。此外，系统应具备良好的兼容性，能够与不同品牌和型号的传感器和设备兼容。

8. 安全与隐私：在设计和实施煤矿安全监控联网系统时，必须考虑到数据安全和隐私保护。系统应采用加密技术保护传输的数据，同时遵守相关的法律法规，确保矿工的隐私不被侵犯。

煤矿安全生产监测系统研究与改进对策

摘要 中国能源需求持续增长，但是煤炭开采量和各种煤矿事故仍然居高不下，从而给国家财产和矿工生命造成巨大损失。为了应对国民经济的高速发展，同时继续发展煤炭开采产业，煤矿安全工作正成为全国工业安全生产的重中之重。

关键词 煤矿安全；监测；改进

中图分类号td1 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）34-0034-02

1 多功能瓦斯气体传感器网络节点设备

研制基于无线传感器网络技术的传感器网络节点包涵了多种科学技术，其中包括传感器、嵌入式系统、无线通信、自动控制以及微电子技术等。传感器网络节点的功能是能够完成实时监测环境对象信息，并将采集的数据进行实时处理并以无线方式经过基站传输到远程服务器，把信息提供给网络上的终端用户以实现实时监视以及控制。本项目研究和开发的多功能无线传感器网络节点具有低功耗的高性能、高可靠性、长传输距离等特点，支持面向井下煤矿行业应用的多通路传感器以及特殊需求功能的集成。

研发传感器网络节点，第一步要从硬件着手设计传感器网络节点的系统架构以及每一个单元部分的功能，节点应具有低功耗、可重构和高稳定性等特点；根据节点的特性对嵌入式操作系统进行裁减优化，利用最小的cpu占用率对节点进行全面控制。

普通传感器节点具有功耗低，在节点全功率工作发射数据状态下功耗可以控制在50mw以下，在接收信号状态下功耗控制在25mw以下，在节点进入休眠模式后功率可以控制在15mw以下。

节点具有通信距离远特点，传感器节点之间通讯距离在开阔地可以达到300m以上，在室内可以达到50m~100m，在井下也可以达到40m~60m；节点体积相对较小，传感器节点体积可以控制在3cm×5cm×2cm以内；节点可进行实现远程控制，可以在远程控制端对节点进行远程管理，改变网络节点的工作方式和功率等；集成了多种类型传感器以及特殊功能要求（如定位），同时可以对环境进行综合判别；软件设计采用了嵌入式软件操作系统，具有体积小、效率高和稳定性强等特点，同时由于该系统的设计采用了模块化的设计方式，因此具有裁减性、方便修改和易于维护等特点。

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GARCIAEA,FRANKPM.Onthe

RelationshipbetweenObserverandParameterIdentificationBasedApproachestoFaultDetection[C].Proc.ofIFACWordCongress,USA,1996:25～29.[5]　叶　昊,王桂增,方崇智.小波变换在故障测检中的应用[J].自动化学报,1997,23(6):736～741.[6]　QIANYu,LIXiuxi,JIANGYangrong,etal.AnExpertSystemforReal2timeFaultDiagnosisofCom2plexChemicalProcesses[J].ExpertSystemwithApplication,2003(4):425～432.[7]　刘洪刚,吴建军,陈启智.基于模型的定性推理故障诊断方法的研究[J].系统工程与电子技术,2002,24(6):8～9.[8]　王　东,刘怀亮,徐国华.案例推理在故障诊断系统中的应用研究[J].计算机工程,2003,29(12):10～12.[9]　ZHANGWenxiu,WUWeizhi,JIANGJiye,etal.RoughSetTheoryandMethod[M].Beijing:SciencePress,2001.[10]　国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2001.　第1期　2007年2月工矿自动化　IndustryandMineAutomation　No.1　Feb.2007　文章编号:1671-251X(2007)01-0005-04煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统的研究3王　建,　王汝琳,　王学民,　何晨玲(中国矿业大学(北京校区),北京　100083) 摘要:针对矿井瓦斯事故频发、现有矿井瓦斯监测有线通信系统急需向无线通信系统改进的实际情况,文章提出了将分布于井下的所有瓦斯传感器节点纳入一个智能化、结构灵活的无线网络系统,组成以传感器节点为依托的层次化且具有本安特性的瓦斯传感器网络系统。该系统在主井中以光纤为传输通道,在巷道中以无线电为传输通道,可随时根据井巷结构变化改变节点位置或者增加和减少节点数量。关键词:煤矿;瓦斯监测;无线传感器网络;通信系统;智能化节点 中图分类号:TD655.3;TP393 文献标识码:AStudyofWirelessSensorNetworksSystemforGasMonitoringofCoalMineWANGJian,　WANGRu2lin,　WANGXue2min,　HEChen2ling(BeijingCampusofChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China) Abstract:Aimingatthepracticalsituationsoffrequentaccidentsonminegasandexistingminegaswirecommunicationsystemneedstobeimprovedtowardswirelesscommunicationsystem,thepaperputforwardallnodesofgassensordistributedinundergroundwerebroughtintoanintelligentandflexiblewirelessnetworksystem,soastoformagassensornetworkssystemwithlayeringandcharacteristicofintrinsicalsafetywhichrelayedonthesensor’snode.Thesystemhadtransmissionchannelsoffiber2opticinmainshaftandwirelessinroad,andcouldchangethelocationofnodeorincreaseordecreasethenumberofnodeatanymomentaccordingtothestructurechangeofmine.Keywords:coalmine,gasmonitoring,wirelesssensornetwork,communicationsystem,intelligentnode收稿日期:2006-10-253基金项目:国家自然科学基金重点项目(50534060)作者简介:王　建(1976-),男,山东泰安人,现为中国矿业大学(北京校区)博士研究生,研究方向为控制理论与控制工程。0　引言煤炭生产中瓦斯事故严重地危害着矿工的生命安全,极大地影响了煤炭工业的发展。检测矿井空气中的瓦斯浓度是一切矿井安全措施的基础,因此有必要研制更先进的瓦斯检测仪器,以构建矿井灾害无线监测与预警信息平台,建立井下瓦斯无线监测系统。1　无线传感器网络模型设计目前,矿井无线通信系统的形式主要有透地通信系统、中频感应通信系统、VHF漏泄通信系统以及正在研制的小区制矿井调度移动通信系统等[1]。图1所示的井巷瓦斯监测无线通信系统是结合井下现有光纤通信系统和无线瓦斯传感器网络提出的一种新的瓦斯监测体系。