礦井安全智能監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、煤礦事故頻發(fā)，造成了巨大人員傷亡和經(jīng)濟損失，井下安全生產(chǎn)問題已受到了國家高度重視，2011年國家安監(jiān)總局與煤礦安監(jiān)局提出了建設(shè)礦井安全避險“六大系統(tǒng)”的要求。傳統(tǒng)的并下安全監(jiān)測技術(shù)已不能適應(yīng)當(dāng)今煤炭生產(chǎn)的需求，迫切需要一種有效的現(xiàn)代自動化的先進監(jiān)測技術(shù)來更新。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一種現(xiàn)代智能自動化的世界最新無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，綜合了多個領(lǐng)域的先進技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。針對上述情況，論文對煤礦安全智能無線監(jiān)測采用最新WSN技術(shù)進行

2、了探索，研究工作獲得了江西省科技支撐計劃、自然科學(xué)基金和教育廳科技計劃三個項目的資助，重點對井下安全監(jiān)測需要解決WSN的無線通信、傳輸路由協(xié)議、數(shù)據(jù)去冗和人員定位四個關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。主要取得了以下一些解決方案和理論方法:
　　 (1)針對煤礦安全監(jiān)測WSN井下無線通信問題。通過對無線通信介質(zhì)、短距離無線通信技術(shù)和井下監(jiān)測無線通信特征等進行了研究分析，得出了ZigBee最適合作為井下安全監(jiān)測WSN的無線通信技術(shù)方案。此方案功耗

3、與成本最低、擴展性與可靠性好、速率和時延小、網(wǎng)絡(luò)容量大、拓撲結(jié)構(gòu)靈活，通過設(shè)計節(jié)點入網(wǎng)和地址分配方案，驗證了ZigBee無線通信技術(shù)的可行性。
　　 (2)針對WSN井下安全監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸路由問題。對典型路由協(xié)議、WSN路由特點和井下安全監(jiān)測路由需求等進行了分析與研究，通過對APTEEN簇首選舉算法及其Sink附近節(jié)點負載均衡進行改進，創(chuàng)新設(shè)計了一種低轉(zhuǎn)換代價的能量均衡(LRCEB)的高能效的分層路由協(xié)議。經(jīng)NS-2仿真模擬對

4、比，結(jié)果驗證了新的LRCEB路由協(xié)議比APTEEN協(xié)議更節(jié)能，能耗降低明顯，延長了WSN安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的壽命（降低了成本），井下監(jiān)測安全性得到了提高。
　　 (3)針對WSN井下安全智能監(jiān)測信息數(shù)據(jù)去冗問題。通過對WSN的數(shù)據(jù)去冗意義及技術(shù)、井下安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)特點及去冗要求、WSN數(shù)據(jù)融合技術(shù)等進行了分析研究，創(chuàng)新設(shè)計了一種基于LRCEB路由協(xié)議的信息挑選高效能的數(shù)據(jù)融合(ISEDA)算法。經(jīng)理論數(shù)值分析及MATLAB仿真對比，結(jié)

5、果均驗證了新算法ISEDA在數(shù)據(jù)融合方面有更好的數(shù)據(jù)融合率和節(jié)能效果，網(wǎng)絡(luò)壽命接近是LEACH算法的3倍，提升了WSN井下安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，且具有一定的信息安全性。
　　 (4)針對煤礦安全監(jiān)測WSN井下人員定位問題。對WSN的定位特點及技術(shù)理論、典型定位算法、井下人員定位需求及特征等進行了分析對比和研究，創(chuàng)新設(shè)計了一種基于錨節(jié)點優(yōu)化的R-A(RSSI-APIT)混合定位算法。通過模擬測試與MATLAB分析，結(jié)果驗證了R-A