無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的運用

劉輝

（1.煤科集團沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122 2.煤礦安全技術國家重點實驗室 遼寧省撫順市 113122）

伴隨我國的經濟和科學技術的發展，我國的能源儲備也逐漸減少，對于能源的需求量不斷提高，身為一個煤礦產業大國，我國的煤礦安全情況較為嚴峻，常常發生各種安全事故，對于從業人員的生命安全造成了嚴重的損害，同時也加大了企業的經濟損失。根據之前的經驗可以發現，我國煤炭行業發展道路較為粗糙，欠缺智能化的安全監控系統，在作業過程中不能立刻精準的把握礦井實時狀況。以往的有線布線措施非常麻煩，極易遭到外界損壞，欠缺穩定性，且網絡構造比較單一，難以滿足某些要求動態伸展工作面的需要；并且以往的監控措施的監控點比較固定，具有監控缺口；同時后期的維護難度較大，維護時間久，資金要求高，難以完成綜合精準動態監控。所以構建一套基于無線傳感器網絡的安全智能監控系統非常的重要。

1 無線傳感器網絡的簡要分析

1.1 無線傳感器網絡的含義

無線傳感器網絡中包括了許多的微星移動傳感器，由大量的傳感器節點構成一個有目標、有任務的無線網絡，利用這一無線網絡可以實時的對受監控位置的數據開展監控、感應和搜集，同時對這些數據開展研究分析，無線傳感器網絡里，首先利用無線訊息把內容傳輸進入相應的集中節點，再通過節點把訊息反饋進入地面的監控平臺，以實現對監控地區實時監控的目標，同時能夠幫助及時發現監控地區的突發事故及時制訂有效地應對策略。

1.2 無線傳感器網絡應用

無線傳感器網絡能夠應用于各種以前的監控系統難以展現作用的區域，將其應用于受監控地區，其通過在區域中布置大量的傳感器節點，利用節點的集中和外部監控中心構成一個統一的網絡監控系統，因為在無線傳感器網絡里擁有多個傳感器節點，所以在對傳感器進行設置的時候無法實現對傳感器的手段區域進行預設，節點利用無線訊息完成關聯，構成網絡的拓撲構造，在統一的網絡系統里進行信息搜集、處理完成任務。無線傳感器網絡里使用的通訊手段一般為多跳和對等的形式，這些手段可以防止長時間地下監控的時候受到距離的影響，削弱信號或者對信號產生干擾的各項因素等問題。

1.3 無線傳感器網絡特點

和以往的網絡系統進行對比，無線傳感器網絡擁有不可替代的優勢，主要體現在下列內容中：

（1）無線傳感器網絡中擁有大量的傳感器節點，分布非常密集，在相同的監控地區里可以設置大量的傳感器節點。

（2）無線傳感器網絡里的拓撲構造不是固定的，產出發生轉變，所以需要對其認真的進行監管。

（3）無線傳感器網絡的節點通訊方式是點對點，所以一般采用的是廣播通訊體系。

（4）無線傳感器網絡的節點對電源功率、儲備容量等內容具有局限性，所以通常使用的是喚醒式的工作形式。

（5）無線傳感器網絡通常是位于一個開放空間里開展的自行無人看守工作，有效地節約了人力資源成本。

2 無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的應用的重要作用

煤礦生產工作環境位于井下，生產條件非常的差且沒有信號，還存在大量的不可確定的因素。因此大多數煤礦都會通過監控系統來滿足安全需要，之前的無線傳感器網絡的數據精準性要求不高，并且容易被環境所影響，不僅可靠性較差，同時對后期維護工作帶來巨大的難題。無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的應用能夠有效處理以上所述的難題。同時在井下采用無線傳感器網絡能夠使得監控系統的監控區域得到增加，有效規避潛藏隱患，解決之前的煤礦安全監控系統里出現的監控盲區的安全問題。同時因為無線傳感器網絡里面涵蓋了大量的散布非常集中的無線傳感器網絡節點，本身憑借其擁有的體積小、資金投入小、布設簡便、操作簡易等多項長處脫穎而出，還有它的網絡節點還能夠接駁傳環境、視頻等傳感器，能夠使得采集的數據種類更加多樣化。

3 無線傳感器網絡智能監控系統設計工作程序

3.1 信息搜集

信息搜集程序是安全監控系統可以完成的基礎。傳感器是安全監控系統網絡里的資料終端搜集設施，它可以搜集井下的空氣狀況、水位狀況、土層結構狀況、設施的運行狀況等，詳細來講就是可以了解瓦斯氣體、一氧化碳濃度、巖層構造穩定性變換狀況等等。利用傳感器得到的相應的信息來研究井下安全情況，給作業人員供給可靠的信息，確保作業人員可以及時的逃離危險環境，以及對突發事故采取有效地解決對策。

3.2 信息輸送

安全監控系統里的信息輸送是互相的，即將終端設施搜集的信息輸送到處理平臺，處理平臺再把控制處理命令輸送給執行終端，所以信息的輸送程序極其關鍵，信息輸送是安全監控系統發揮監管必不可少的程序。和以往的監控手段的區別在于，無線傳感器監控系統的輸送設施沒有電纜線路，能夠利用無線訊息來完成輸送，依照輸送的類型和信號的種類來安排對應的節點，從而確保信號輸送的速度和質量，防止發生輸送不及時、信息缺失、信息混亂等問題?？刂破饕蠛w電源板塊、控制板塊、編輯板塊、通訊板塊等，確保系統工作的穩定性。

3.3 信息研究

信息研究是安全監控系統完成監控和控制不可缺少的程序。監控系統要求對傳感器搜集的信息開展簡單的研究，把搜集的信息輸送到數據庫里，以及將其反饋到對應的監控系統，工作人員利用系統的幫助來進行對應的判斷。并且對搜集到的信息進行儲存，其中包含空氣狀況、水位狀況等等，同時用于支撐構成各種匯報報表，可以在線查看，也可以打印查閱，有利于從業人員對信息開展深入的研究。

3.4 診斷控制

診斷控制是安全監控系統的重要功能，在完成信息的搜集和研究以后，安全監控系統同時要擁有自主診斷功能，這一診斷是根據系統研究結果以及工作人員研究的結果開展的，涵蓋了對終端傳感器以及通訊計算機的故障診斷，可以確保系統的安全運行。并且根據研究結果和診斷結果來開展對應的控制，含有井下的信號燈、照明裝置、通風裝置等，以確保再發生異常問題時候井下工作人員可以安全逃離，以及實施有效地急救手段。

4 無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的設計手段

4.1 硬件平臺要求

無線傳感器網絡在應用的時候，會面對各種差異化的環境和要求具備不同的硬件平臺需要，然而整體來說，無線傳感器網絡里廣泛使用的硬件重點涵蓋了傳感器節點、聚集節點和監控平臺三種，這里面傳感器節點重點由傳感器、微處理器、無線通訊還有電池四項內容構成，微處理器是對節點開展控制和管理的硬件設施，無線通訊是對節點之間互相通訊的硬件設施，電池設備作用是給節點供電，保證節點的感應電量充沛；聚集節點利用通訊網絡和通訊網絡之間的資料訊息互換開展通訊協議交換的硬件設備，基于檢測來輸送數據信息到外部網絡；監控平臺利用無線接收板塊開展節點資料搜集的硬件，其把瓦斯、溫度等資料利用無線傳感節點開展搜集和獲悉，從而對信息開展研究輸送控制信號，實現報警的作用。

4.2 操作系統設計

無線傳感器網絡的操作系統設計過程里，重點分為兩個操作系統，也就是鑲入式和分布式，無線傳感器網絡是一種經典的鑲入式應用技術，對鑲入式實時操作系統的使用時開展無線傳感器網絡應用的重點，目前來說，無線傳感器網絡特定的操作系統為TinyOS系統，這一系統利用縮減網絡的AD hoc 多跳輸送構造對傳感器網絡開展有效地定位算法。操作系統是無線傳感器網絡里的重點內容，對操作系統的設計具有不可忽視的意義。

4.3 通訊協議設計

無線傳感器網絡里的通訊協議的設計和完成通訊的根本，協議設計目標就是想要讓無線傳感器網絡里的通訊體系和上層的應用互相劃分開來，從而給傳感器的節點供給一種自組織的無線網絡下的通訊功能。這一協議里涵蓋了物理層、網絡層、輸送層等豐富的層次平臺，所有的平臺都對協議的優化協調發揮了巨大的作用。

5 無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的應用

5.1 明確煤礦安全智能監控任務

在根據無線傳感器網絡進行的煤礦安全智能監控系統的設計過程里，要全面思考到煤礦安全生產不同方向的要求，讓所有的系統都可以在無線傳感器網絡里完成信息的共享，依照這一需求構建得到的監控任務重點涵蓋了下列三個內容：

（1）要擁有信息搜集的自動化功能，利用傳感器節點搜集溫度、瓦斯等各項資料，同時可以按時的利用網絡反饋到地面；

（2）要讓控制擁有自動化的功能，當井下發生瓦斯濃度過大等問題時可以自動化開展處理，給出警報信號、斷電等操作；

（3）要擁有信息自動化發布的功能，利用傳感器節點對井下數據開展搜集以后立刻反饋到地面，讓地面控制平臺收到信息數據后可以立刻給出決策。

5.2 設置煤礦安全智能監控計劃

無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的應用，其中包含了無線監控分站、有線監控分站、光線骨干網、地面監控平臺還有總監控中心五項內容，這里面光線骨干網時信息輸送的核心，它融合了有線和無線兩項監控手段，在井下比較開闊、光線充裕的區域通常采用的是有線監控設備，在地形復雜的區域通常采用的是無線傳感設施，利用有線與無線兩種手段的信息搜集先把信息輸送到相應的聚集節點，再開展處理，完成處理后再利用光纖骨干網反饋到地面的監控平臺，以對井下實時情況給出對應的反應。

5.3 健全煤礦安全智能監控體系

無線傳感器網絡在煤礦安全智能監控系統中的應用是對煤礦開采程序里部分比較特殊的位置開展實時監控的設施，目的是想要應對井下出現的各種緊急事故，利用這一技術的應用來防止事故出現，所以對煤礦安全智能監控系統的健全是非常關鍵的，利用科學的系統健全可以讓無線傳感器節點在睡眠、革新、激活三種情況下獲得最佳發揮，并且還可以節約無線傳感器節點的能源損耗，發揮巨大的監控、安全預防作用。

5.4 無線傳感器網絡在煤礦信息管理系統中的應用

下面將對煤礦的環境信息系統和設施信息系統進行簡述。井下作業的過程中，一般要求布置大量的檢測傳感器。這一種類的傳感器的重點工作程序就是，搜集大量的檢測點的詳細資料，利用信息渠道把精準的信息輸送到地面，反饋給信息監控平臺，然后對這些資料開展處理。重點針對環境數據里的瓦斯、風速和溫度等數據開展研究，同時對工作現場開展安全監控，保證井下突發瓦斯爆炸不會危害作業人員生命安全。另外這一傳感器能夠自動發出警報信號，一旦采集的信息存在異常，井下的節點就會自動給出報警訊號，控制中心能夠立刻掌握井下地理信息情況。環境信息系統可以獲悉井下工作面的所有信息，還能夠掌握各種各樣的信息，確保生產時的環境安全。第二種是煤礦的設備資料系統，這一系統重點是把傳感器設置在礦井作業時的各種設備里，完成對有關設備的自動監控和故障診斷。重點的工作程序為，在工作設備里安裝傳感器節點，以及安排定時輸送，地面信息監控平臺重點承擔對輸送的資料的分析和整理工作，同時對信息表現出的問題立刻進行處理。還有，安排監控系統能夠停止井下設施，調度平臺給出命令后，設施監控系統依照命令內容整改設施，已完成對井下設施的實時監控和研究。

5.5 無線傳感器網絡在煤礦預警決策系統中的應用

應用無線傳感器網絡構建煤礦安全決策和預警系統可以有效防止井下安全事故發生，是加強煤礦安全生產水平的輔助措施。大家都知道，煤礦井下作業隱藏風險極大，預警決策系統能夠依照煤礦工作過程的詳細環境，分析得知隱藏風險，這是由于這一系統里設置各種預警模型，可以研究得到大部分風險源并給出預警訊息，然后開啟預警的應對策略。并且，這一系統還可以對風險源開展全程監控，依照采集到的風險源實時資料，調整預警層級，有利于煤礦工作有效開展。但是決策支撐系統重點是以企業、行業主管部門批準或要求的臨界值或臨界數值為根本值，對風險源開展判斷，假如風險源進入臨界值，就啟動預警管理鞏固做法，通過預警管理平臺輸送預警訊息，有關部門和從業人員依照提供的預警層級實施相應的處理策略，在這個時候還要加強監控，直到危險源的數值重新回到安全值里。

6 總結

對于煤礦安全監控是非常重要的工作，應用無線傳感器網絡構建其安全智能監控系統能夠有效處理煤礦里的安全問題。