無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控中的運(yùn)用

宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控中的運(yùn)用

宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)著重要的地位，它為人們的生活與生產(chǎn)提供了可靠的能源保障，但當(dāng)前，煤礦生產(chǎn)的安全事故層出不窮，此時(shí)的事故造成了嚴(yán)重的損失，為了有效避免安全事故的出現(xiàn)，其安全監(jiān)控的建設(shè)得到了廣泛的關(guān)注。本文主要介紹了無線傳感網(wǎng)絡(luò)與煤礦安全監(jiān)控的概況，同時(shí)重點(diǎn)闡述了煤礦安全監(jiān)控對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，其監(jiān)控具有了低成本與高效性的特點(diǎn)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 煤礦安全監(jiān)控 運(yùn)用

目前，科學(xué)技術(shù)水平的提升有著較快的速度，在傳感技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)的支持下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用，它對(duì)監(jiān)視對(duì)象的信息實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、采集與處理，從而為監(jiān)測(cè)任務(wù)的完成提供了可靠的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如：低成本、低能耗、可靠性與可擴(kuò)展性等，它滿足了我國煤礦安全監(jiān)控的發(fā)展需求，通過高效的監(jiān)控，保證煤礦生產(chǎn)效率的提高，推動(dòng)了我國煤礦行業(yè)的穩(wěn)定、健康與可持續(xù)發(fā)展。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概況

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱為WSN，它融合了三大先進(jìn)的技術(shù)，分別為傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)，三者分別承擔(dān)著信息的采集、處理與傳輸?shù)淖饔茫诳茖W(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，WSN的信息化、現(xiàn)代化與先進(jìn)化的特點(diǎn)日益顯著。

目前，在各個(gè)領(lǐng)域均對(duì)WSN有著較為廣泛的運(yùn)用，如：軍事、農(nóng)業(yè)與醫(yī)療等，它作為新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有一系列的顯著特點(diǎn)，如：規(guī)模性、動(dòng)態(tài)性與可靠性等。WSN的構(gòu)成主要有傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)與用戶界面［1］。

2 煤礦安全監(jiān)控的概況

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與豐富的功能，其功能主要有信號(hào)的采集、傳遞、保存與處理等，主要監(jiān)控的對(duì)象為現(xiàn)場(chǎng)的氣體濃度、溫度、濕度與煙霧等，同時(shí)對(duì)于井下的設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控。

現(xiàn)階段，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩類，第一類為有線通信監(jiān)控系統(tǒng)，第二類為無線通信監(jiān)控系統(tǒng)。在我國，主要應(yīng)用了有線通信監(jiān)控系統(tǒng)，但此時(shí)的有線系統(tǒng)具有諸多的缺點(diǎn)，其移動(dòng)性、組網(wǎng)能力與抗災(zāi)能力均相對(duì)較弱，該系統(tǒng)主要對(duì)RFID技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，此時(shí)的監(jiān)控受通信距離的影響，使其監(jiān)控的可靠性相對(duì)較低。隨著WSN技術(shù)的發(fā)展，在煤礦安全監(jiān)控中對(duì)WSN進(jìn)行了應(yīng)用，在科學(xué)技術(shù)的支持下，其監(jiān)控系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的RFID技術(shù)，其不足主要體現(xiàn)在以下幾方面：

其一，較短的通信距離。對(duì)于RFID的煤礦安全監(jiān)控而言，其監(jiān)控距離僅維持在十米以內(nèi)，但礦井內(nèi)的工作人員極易超出其控制范圍，在此情況下出現(xiàn)的安全事故，難以實(shí)現(xiàn)有效的搜救，同時(shí)其監(jiān)控的安全性、可靠性與高效性等均存在不足［2］。

其二，較小的通信容量。此時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)其傳輸?shù)男畔⒘肯鄬?duì)較少，對(duì)于信息的發(fā)送缺少實(shí)時(shí)性。由于傳感器的位置屬于固定的，致使檢測(cè)的實(shí)時(shí)性難以得到保證，因此，礦井下的安全預(yù)防與監(jiān)控均受到了不同程度的影響。

其三，較差的可擴(kuò)展性。對(duì)于煤礦的生產(chǎn)而言，其開采保持著持續(xù)性，此時(shí)的監(jiān)控范圍在不斷擴(kuò)大，但有線連接的基站設(shè)備未能進(jìn)行及時(shí)的移動(dòng)，難以滿足實(shí)際監(jiān)控的需求。

3 煤礦安全監(jiān)控中對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用

3.1 WSN方案的制定

針對(duì)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，為了有效解決RFID的技術(shù)問題，本文提出了WSN安全監(jiān)控方案，在礦井下進(jìn)行了路由節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，其間距為幾十米；同時(shí)礦井的工作人員均攜帶終端設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)了無線傳感器子網(wǎng)的形成，同時(shí)各子網(wǎng)借助協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)了與網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者控制服務(wù)器的連接。

在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用WSN技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是顯著的，具體內(nèi)容如下：

其一，較長的通信距離。此系統(tǒng)對(duì)煤礦的監(jiān)測(cè)達(dá)到了一百二十米左右，在井下通信距離問題得到解決后，監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性得到了大幅度的提高。其二，實(shí)時(shí)的信號(hào)采集。此系統(tǒng)對(duì)礦井中各個(gè)信息的采集具有了實(shí)時(shí)性，同時(shí)保證了信息的高效轉(zhuǎn)發(fā)與處理。其三，豐富的節(jié)點(diǎn)功能。此系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，通過定位參數(shù)的獲取，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人員的準(zhǔn)確定位，在此基礎(chǔ)上，為事故的搜救奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其四，較低的功耗與成本。此系統(tǒng)的工作周期較短，并對(duì)功耗的要求較低，再者還擁有休眠模式，同時(shí)在系統(tǒng)用量與日俱增的背景下，其價(jià)格在逐漸下降。其五，良好的可擴(kuò)展性。此系統(tǒng)對(duì)無線通信技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，通過路由節(jié)點(diǎn)的添加，便可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控范圍的擴(kuò)展，同時(shí)其具有良好的移動(dòng)性與便捷的維護(hù)［3］。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在硬件方面，主要為傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，此時(shí)的設(shè)計(jì)要滿足其功能的需求，具體的功能要求為：實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與處理，保證瓦斯?jié)舛葓?bào)警器的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)要具備多種工作模式。在此基礎(chǔ)上，具體的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)分別為便攜式傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與固定式節(jié)點(diǎn)，前者主要有處理器、聲光振報(bào)警、顯示器、瓦斯傳感器板與電池電源等；后者主要有處理器、聲光振報(bào)警、電池電源及其他傳感器等。在對(duì)傳感器進(jìn)行選擇時(shí)，主要的類型為溫濕度傳感器與瓦斯傳感器。

在軟件方面，對(duì)于無線傳感其通信節(jié)點(diǎn)而言，軟件是重要的一部分，它主要是為無線傳感器硬件電路提供服務(wù)，在軟件的作用下，使節(jié)點(diǎn)滿足了各項(xiàng)要求，進(jìn)而保證了電路的有效運(yùn)行。同時(shí)，軟件的可升級(jí)性與可擴(kuò)展性，使系統(tǒng)適應(yīng)了不同工作環(huán)境的需求［4］。

4 結(jié)語

綜上所述，在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，此技術(shù)提高了監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量，保證了煤礦生產(chǎn)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。本文提出了WSN方案具有一系列的優(yōu)勢(shì)，它不僅解決了舊方案中存在的不足，還為煤礦安全監(jiān)控提出了新型的、高效的方案，相信，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，煤礦生產(chǎn)的效益將更加顯著。

［1］朱珠.煤礦安全監(jiān)控中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用［J］.信息系統(tǒng)工程，2015，02：15-16.

［2］宋楠楠，陳巖.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)［N］.北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，02：47-49+54.

［3］邊晶.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010，09：39-41+71.

［4］朱軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2014，01：127-128.