專利名稱：一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井及功能下安全監(jiān)測(cè)及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別是一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前煤礦井下安全工作是在煤礦開(kāi)采過(guò)程中最重要的工作之一，煤礦的生產(chǎn)條件十分惡劣，發(fā)生重大事故基本上是瓦斯爆炸和瓦斯突出，要保證煤礦的安全生產(chǎn)，就必須對(duì)礦井下瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等有害氣體以及溫度、風(fēng)速、關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)停狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于高瓦斯礦井就必須安裝礦井安全監(jiān)控設(shè)備，對(duì)于沒(méi)有裝備礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的礦井煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷的掘進(jìn)工作面、無(wú)瓦斯涌出的巖巷的掘進(jìn)工作面以及低瓦斯礦井的采煤工作面必須裝備具有風(fēng)電閉鎖功能的礦井監(jiān)測(cè)儀。隨著科技發(fā)展，煤礦安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不斷更新?lián)Q代，煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)不斷提高，但惡性礦井事故仍然頻繁發(fā)生，礦井工作人員生命安全受到嚴(yán)重威脅。事故發(fā)生后營(yíng)救工作容易受到巷道坍塌等影響，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)受困礦井工作人員。同時(shí)由于礦井工作人員在井下流動(dòng)性大，具體的人員位置與數(shù)量難以及時(shí)確定，一旦發(fā)生事故，救助工作難以及時(shí)進(jìn)行，從而延誤救助工作，極大增加礦井工作人員的危險(xiǎn)系數(shù)。
我國(guó)礦井通信目前存在的主要問(wèn)題一是缺乏可靠的、覆蓋面寬的移動(dòng)通信系統(tǒng)。二是通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、綜合化程度不夠。三是抗災(zāi)害、事故的能力差。目前通信系統(tǒng)以有線為主，一旦發(fā)生災(zāi)害事故，線路極易損壞，造成通信中斷；中頻感應(yīng)通信在感應(yīng)傳輸線路受損的情況下，雖不像有線通信那樣被完全切斷，但其通信距離也大受影響，而礦井通信的要求恰恰是愈在重大災(zāi)害事故下，愈需要保證安全救災(zāi)通信的暢通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了以前的井下通信系統(tǒng)存在的問(wèn)題一是支持無(wú)線移動(dòng)通信，井下工作人員攜帶移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)音通信；二是該無(wú)線通信系統(tǒng)是井下監(jiān)控通信系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化和綜合化的井下監(jiān)控、調(diào)度、人員定位、通信等功能；三是該系統(tǒng)特別適用于緊急救援，語(yǔ)音通信結(jié)合系統(tǒng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遇難人員的迅速救援，減少事故帶來(lái)的損失。該通信系統(tǒng)還可以用于礦井日常的工作調(diào)度、安全管理、考勤等。提高礦井的管理水平和生產(chǎn)效率。
本發(fā)明將現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)和有線通信技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，提供了一整套礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不但能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)礦井環(huán)境參數(shù)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下工作人員位置信息以及工作情況，礦井監(jiān)控人員可以隨時(shí)和礦井內(nèi)容工作人員保持聯(lián)系。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下信息，對(duì)各種危險(xiǎn)情況做出自動(dòng)反應(yīng)并報(bào)告監(jiān)控人員。一旦發(fā)生不可避免礦井事故，監(jiān)控系統(tǒng)提供事故信息，巷道基站(2)把采集到的環(huán)境參數(shù)返回至地面監(jiān)控基站(1)，地面監(jiān)控人員可以通過(guò)主控計(jì)算機(jī)獲得井下的各種環(huán)境信息。巷道基站(2)與地面監(jiān)控基站(1)之間采取了有線通信和無(wú)線通信相結(jié)合的方式，在有線信號(hào)中斷的情況下，無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)生作用，以數(shù)據(jù)跳傳的方式，將數(shù)據(jù)逐級(jí)由遠(yuǎn)至近傳遞至地面監(jiān)控基站(1)。巷道基站(2)和無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)采用無(wú)線通信的方式，巷道基站(2)作為無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的網(wǎng)關(guān)，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到每一個(gè)巷道基站(2)附近時(shí)，就在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，同時(shí)巷道基站(2)將信息返回至地面監(jiān)控基站(1)，從而地面監(jiān)控人員獲得在該巷道基站(2)周圍的工作人員信息。該無(wú)線安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠支持語(yǔ)音通信，地面監(jiān)控基站(1)工作人員可以使用監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)有線電纜將信號(hào)傳輸至巷道基站(2)，巷道基站(2)通過(guò)無(wú)線通信的方式將數(shù)據(jù)傳輸至無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，從而與礦井工作人員進(jìn)行語(yǔ)音通信。
一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由地面監(jiān)控基站(1)、巷道基站(2)、無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)構(gòu)成，地面系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)接收由巷道基站(2)傳輸?shù)牡V井?dāng)?shù)據(jù)信息，巷道基站(2)負(fù)責(zé)收集周圍無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的數(shù)據(jù)信息。
一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，地面監(jiān)控基站(1)接收巷道基站(2)返回的信息，并將其傳遞至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，同時(shí)可以將計(jì)算機(jī)的控制以及查詢信息發(fā)送至行道基站，系統(tǒng)方法包括地面監(jiān)控基站方法、巷道基站方法、無(wú)線節(jié)點(diǎn)方法。
該系統(tǒng)可以完成礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦井人員定位跟蹤、語(yǔ)音通信功能，有利于礦井指揮調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)、尤其是事故搶險(xiǎn)救援工作。
在下述詳細(xì)的具體實(shí)時(shí)方式中，盡管以具有一定程度特性的優(yōu)選形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是可以在不背離其宗旨和范圍的前提下實(shí)施本發(fā)明的各種明顯不同的實(shí)施例，應(yīng)理解在不偏離其后的權(quán)利要求的范圍的情況下，發(fā)明不限于具體實(shí)施例。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的地面監(jiān)控基站結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的巷道基站結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的無(wú)線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)方法流程圖。
圖6是本發(fā)明的地面監(jiān)控基站方法流程圖。
圖7是本發(fā)明巷道基站方法流程圖。
圖8是本發(fā)明無(wú)線節(jié)點(diǎn)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，建立一套完整的井下無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括以下幾個(gè)部分地面監(jiān)控基站(1)、巷道基站(2)、無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)、無(wú)線移動(dòng)終端構(gòu)成，地面系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)接收由巷道基站(2)傳輸?shù)牡V井?dāng)?shù)據(jù)信息，巷道基站(2)負(fù)責(zé)收集周圍無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的數(shù)據(jù)信息。
該井下無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能包括井下各種環(huán)境參數(shù)如瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、溫度、風(fēng)速等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若環(huán)境參數(shù)超標(biāo)，則自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)設(shè)備的控制；使用無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井工作人員的定位，地面監(jiān)控人員與礦井工作人員的語(yǔ)音通信；整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下所述巷道基站(2)通過(guò)自身所連接的多種傳感器采集環(huán)境信息，把所采集到的信息經(jīng)過(guò)整理和打包后，通過(guò)總線電纜或無(wú)線模塊，將巷道基站(2)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至地面監(jiān)控基站(1)。無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)由礦工佩戴在身上，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)通過(guò)無(wú)線通信方式可以與周圍的巷道基站(2)進(jìn)行通信。巷道基站(2)確定周圍的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，與無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行通信，傳遞數(shù)據(jù)信息。地面監(jiān)控基站(1)負(fù)責(zé)收集由巷道基站(2)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息，以及向巷道基站(2)傳遞數(shù)據(jù)信息。地面監(jiān)控基站(1)連接巷道基站(2)，相互之間進(jìn)行通信。巷道基站(2)具有有線和無(wú)線兩條通信信道，在平時(shí)有線信道起主要作用。巷道基站(2)采用總線通信的方式，所有的巷道基站(2)掛接在一條總線上。每個(gè)巷道基站(2)具有不同的地址，地面監(jiān)控基站(1)對(duì)每個(gè)巷道基站(2)發(fā)出查詢信息，當(dāng)巷道基站(2)接到本機(jī)地址的指令后，返回本機(jī)的當(dāng)前數(shù)據(jù)信息。地面監(jiān)控基站(1)和巷道基站(2)之間具有無(wú)線和有線兩條信道，當(dāng)有線信道受到損害而不能進(jìn)行有效數(shù)據(jù)通信時(shí)，無(wú)線信道發(fā)生作用。由于巷道基站(2)只能和最鄰近的兩個(gè)巷道基站(2)進(jìn)行通信，因此，距離地面監(jiān)控基站(1)遠(yuǎn)處的巷道基站(2)通過(guò)數(shù)據(jù)多跳傳輸?shù)姆绞?，將?shù)據(jù)逐級(jí)傳輸至地面監(jiān)控基站(1)。巷道基站(2)帶有控制器，當(dāng)巷道基站(2)采集的環(huán)境信息超過(guò)指標(biāo)后，巷道基站(2)控制相關(guān)設(shè)備關(guān)閉礦井其他工作設(shè)備。
圖2是地面監(jiān)控基站(1)的結(jié)構(gòu)圖，地面監(jiān)控基站(1)由中央處理器、存儲(chǔ)器、總線接口、無(wú)線模塊、計(jì)算機(jī)接口構(gòu)成。中央處理器、存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)接口、總線通信接口、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。
處理器負(fù)責(zé)將從總線接口或者無(wú)線模塊傳輸來(lái)的所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并送至存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，地面監(jiān)控基站(1)作為整個(gè)無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，所有巷道基站(2)的信息都要通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行傳輸。地面監(jiān)控基站(1)連接主控計(jì)算機(jī)與井下無(wú)線安全監(jiān)測(cè)部分。巷道基站(2)的信息通過(guò)系統(tǒng)總線(4)或無(wú)線通信方式傳輸至地面監(jiān)控基站(1)，地面監(jiān)控基站(1)將接收到的巷道基站(2)的信息進(jìn)行綜合處理與簡(jiǎn)單存儲(chǔ)之后，集中發(fā)送到主控計(jì)算機(jī)由主控軟件進(jìn)行存儲(chǔ)與處理，將數(shù)據(jù)顯示在主控軟件中。同時(shí)主控計(jì)算機(jī)可以向地面監(jiān)控基站(1)發(fā)出控制命令，由地面監(jiān)控基站(1)將命令進(jìn)行解釋，發(fā)送到巷道基站(2)。地面監(jiān)控基站(1)與巷道基站(2)的連接方式有兩種，一種是在普通工作狀態(tài)下，地面監(jiān)控基站(1)通過(guò)系統(tǒng)總線(4)與巷道基站(2)進(jìn)行連接，所有的巷道基站(2)都掛接在系統(tǒng)總線上，總線傳輸采用載波調(diào)制的方式，從而使傳輸距離能夠達(dá)到更遠(yuǎn)。另外一種工作方式是在普通工作狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，如發(fā)生礦井事故，系統(tǒng)總線被破壞，不能夠進(jìn)行正常信號(hào)通信的情況，地面監(jiān)控基站(1)通過(guò)無(wú)線通信模塊與巷道基站(2)進(jìn)行通信，接收巷道基站(2)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)向巷道基站(2)發(fā)送控制信息。
圖3是本發(fā)明的巷道基站(2)結(jié)構(gòu)圖，巷道基站(2)為掛接在系統(tǒng)總線(4)上的節(jié)點(diǎn)。巷道基站(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括中央處理器、存儲(chǔ)器、傳感器、總線接口、無(wú)線通信模塊。中央處理器、存儲(chǔ)器與傳感器、總線接口、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。巷道基站(2)上接有傳感器，分別采集巷道內(nèi)瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、溫度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)信息。所采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)巷道基站(2)處理器進(jìn)行處理，通過(guò)系統(tǒng)總線接口發(fā)送至地面監(jiān)控基站(1)，同時(shí)地面監(jiān)控基站(1)的控制命令通過(guò)系統(tǒng)總線接口發(fā)送到巷道基站(2)，對(duì)巷道基站(2)所控制的井下設(shè)備進(jìn)行管理控制。巷道基站(2)有線通信方式采用電力線載波的方式。當(dāng)?shù)V井發(fā)生意外事故導(dǎo)致系統(tǒng)總線中斷時(shí)，巷道基站(2)啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊進(jìn)行傳輸。在使用無(wú)線通信模塊時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸采用多跳傳輸?shù)姆绞?，每一?jí)巷道基站(2)的信息將會(huì)被傳輸至上一級(jí)巷道基站(2)，依次傳輸直到地面監(jiān)控基站(1)。同樣，地面監(jiān)控基站(1)使用無(wú)線傳輸方式向某一巷道基站(2)傳輸信息時(shí)，也使用類似的方法，將數(shù)據(jù)依次向下級(jí)傳輸，直到所需要達(dá)到的巷道基站(2)。巷道基站(2)與周圍的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。巷道基站(2)監(jiān)測(cè)周圍無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的情況，獲得存在于該巷道基站(2)周圍無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)信息，并與之進(jìn)行通信。巷道基站(2)與無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的無(wú)線通信協(xié)議和巷道基站(2)之間的無(wú)線通信協(xié)議不同，因此該通信方式只會(huì)與無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)通信，而不會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給其他的巷道基站(2)。
圖4是無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)結(jié)構(gòu)圖。無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)包括中央處理器、存儲(chǔ)器、語(yǔ)音處理模塊、無(wú)線通信模塊。中央處理器、存儲(chǔ)器與語(yǔ)音處理模塊、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)集成在礦燈上，使用礦燈電池對(duì)無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行供電。語(yǔ)音處理模塊負(fù)責(zé)采集佩戴該節(jié)點(diǎn)的礦井工作人員的語(yǔ)音信息，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送至處理器進(jìn)行存儲(chǔ)及傳輸處理。處理器負(fù)責(zé)處理語(yǔ)音處理模塊送來(lái)的數(shù)據(jù)信息，將其送至無(wú)線通信模塊進(jìn)行傳輸。無(wú)線通信模塊接收到的無(wú)線數(shù)據(jù)也要送至處理器，處理器進(jìn)行處理后，將其中的語(yǔ)音信息送至語(yǔ)音處理模塊進(jìn)行處理。無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)完成兩種功能。第一，使用語(yǔ)音模塊完成礦井地面人員和使用該節(jié)點(diǎn)的人員進(jìn)行語(yǔ)音通信的功能；第二，帶有該節(jié)點(diǎn)的礦井工作人員可以由巷道基站(2)確定該工作人員的位置信息，為礦井人員管理提供極大方便。
圖5的井下無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方法，其具體步驟如下步驟S5-1，礦井主監(jiān)控計(jì)算機(jī)與地面監(jiān)控基站(1)啟動(dòng)；步驟S5-2，啟動(dòng)巷道基站(2)，各個(gè)掛接在系統(tǒng)總線(4)上的巷道基站(2)設(shè)備啟動(dòng)；步驟S5-3，地面監(jiān)控設(shè)備和巷道基站(2)通過(guò)系統(tǒng)總線(4)或無(wú)線模塊建立連接，當(dāng)系統(tǒng)總線(4)可以進(jìn)行通信時(shí)，地面監(jiān)控設(shè)備首先選用系統(tǒng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，當(dāng)系統(tǒng)總線不能正常通信時(shí)，地面監(jiān)控設(shè)備通過(guò)無(wú)線模塊與巷道基站(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S5-4，巷道基站(2)收集傳感器所采集的數(shù)據(jù)，地面監(jiān)控設(shè)備向巷道基站(2)發(fā)出查詢命令，巷道基站(2)把數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控設(shè)備；步驟S5-5，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)啟動(dòng)，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)運(yùn)動(dòng)到某一巷道基站(2)附近時(shí)，與該巷道基站(2)建立連接，在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，巷道基站(2)可以獲得該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的信息，同時(shí)可以進(jìn)行語(yǔ)音通信；步驟S5-6，當(dāng)巷道基站(2)由于外因而導(dǎo)致系統(tǒng)總線不能正常工作時(shí)，巷道基站(2)啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，采用多跳傳輸?shù)姆椒?，與地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
圖6的地面監(jiān)控基站(1)方法流程圖，其具體步驟如下步驟S6-1，系統(tǒng)啟動(dòng)；步驟S6-2，地面監(jiān)控基站(1)電源供電啟動(dòng)；步驟S6-3，地面監(jiān)控基站(1)與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，建立連接；步驟S6-4，地面監(jiān)控基站(1)使用系統(tǒng)總線尋找在系統(tǒng)中注冊(cè)的巷道基站(2)，向每個(gè)巷道基站(2)發(fā)出確認(rèn)信息，建立連接；步驟S6-5，當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控基站(1)不能尋找到某一巷道基站(2)時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)總線在該巷道基站(2)處出現(xiàn)問(wèn)題，啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，使用無(wú)線通信的方式，與該巷道基站(2)建立連接；步驟S6-6，地面監(jiān)控基站(1)與巷道基站(2)和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
圖7的巷道基站(2)方法流程圖，其具體步驟如下步驟S7-1，系統(tǒng)啟動(dòng)；步驟S7-2，巷道基站(2)電源供電、啟動(dòng)；步驟S7-3，巷道基站(2)使用系統(tǒng)總線(4)與地面監(jiān)控基站(1)通信，建立連接，巷道基站(2)為被動(dòng)通信方式，地面監(jiān)控基站(1)向每個(gè)巷道基站(2)發(fā)出查詢命令，巷道基站(2)才有獲得傳遞數(shù)據(jù)的權(quán)限；步驟S7-4，如果系統(tǒng)總線(4)可以正常使用，則巷道基站(2)通過(guò)系統(tǒng)總線(4)與地面監(jiān)控基站(1)建立連接；步驟S7-5，若某一段系統(tǒng)總線出現(xiàn)特殊問(wèn)題而導(dǎo)致該段系統(tǒng)總線不能夠傳遞信息時(shí)，則位于該段系統(tǒng)總線的巷道基站(2)啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，巷道基站(2)間進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信，多個(gè)巷道基站(2)進(jìn)行無(wú)線通信時(shí)，采用多跳傳輸?shù)姆椒?，將?shù)據(jù)沿著每一級(jí)巷道基站(2)向地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行傳輸；步驟S7-6，建立連接后，巷道基站(2)根據(jù)上述步驟所采用的連接方式，與地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S7-7，巷道基站(2)啟動(dòng)傳感器，采集周圍環(huán)境信息，同時(shí)使用上述步驟3或步驟4的方法將數(shù)據(jù)向地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行傳輸；步驟S7-8，巷道基站(2)檢測(cè)到周圍有無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)存在，則與該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行通信，使得該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，巷道基站(2)將無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的數(shù)據(jù)信息傳遞至地面監(jiān)控基站(1)，同時(shí)將地面監(jiān)控基站(1)的信息傳遞至無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)。
圖8的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的方法流程圖，其步驟如下步驟S8-1，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)系統(tǒng)供電，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)；步驟S8-2，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)向外發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)，尋找處于該節(jié)點(diǎn)周圍的巷道基站(2)；步驟S8-3，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)發(fā)現(xiàn)周圍的巷道基站(2)，在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，則巷道基站(2)通知地面監(jiān)控基站(1)，該巷道基站(2)周圍有該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的存在。無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)自身具有多跳傳輸?shù)墓δ埽瑹o(wú)線節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行通信距離判斷，然后在巷道基站進(jìn)行注冊(cè)；步驟S8-4，對(duì)于距離巷道基站(2)較近的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，該節(jié)點(diǎn)使用直接通信的方式，在巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)；步驟S8-5，對(duì)于距離巷道基站(2)較遠(yuǎn)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，無(wú)線信號(hào)不能夠直接到達(dá)巷道基站(2)，則無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)使用多跳傳輸?shù)姆椒?，通過(guò)其他節(jié)點(diǎn)在巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)。
步驟S8-6，建立連接之后，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)與巷道基站(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S8-7，在需要進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，地面監(jiān)控人員通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)向巷道基站(2)發(fā)送語(yǔ)音通信信息，巷道基站(2)將接收到的語(yǔ)音通信信息轉(zhuǎn)發(fā)到所需要到達(dá)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)上，再由無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)語(yǔ)音處理模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音輸出，由礦井工作人員接收。礦井工作人員要與地面監(jiān)控人員進(jìn)行語(yǔ)音通信則向地面監(jiān)控人員發(fā)出請(qǐng)求，該數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)所注冊(cè)的巷道基站(2)發(fā)送至地面監(jiān)控基站(1)，之后輸入到主控計(jì)算機(jī)，地面監(jiān)控人員接到請(qǐng)求后，發(fā)送數(shù)據(jù)同意該請(qǐng)求，則地面監(jiān)控人員可以與持有該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的礦井工作人員進(jìn)行語(yǔ)音通信。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由地面監(jiān)控基站(1)、巷道基站(2)、無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)構(gòu)成，地面系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)接收由巷道基站(2)傳輸?shù)牡V井?dāng)?shù)據(jù)信息，巷道基站(2)負(fù)責(zé)收集周圍無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的數(shù)據(jù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于地面監(jiān)控基站(1)接收由巷道基站(2)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，以及向巷道基站(2)發(fā)送信息，地面監(jiān)控基站(1)由中央處理器、存儲(chǔ)器、總線通信接口、無(wú)線通信模塊、計(jì)算機(jī)接口構(gòu)成，中央處理器、存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)接口、總線通信接口、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于巷道基站(2)帶有多種傳感器，可以采集礦井環(huán)境參數(shù)，包括瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、溫度、風(fēng)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于巷道基站(2)采用無(wú)線通信和有線通信結(jié)合的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，巷道基站(2)接收無(wú)線節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，向地面監(jiān)控基站(1)發(fā)送信息數(shù)據(jù)以及接收由地面主控基站發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)，巷道基站(2)包括中央處理器、存儲(chǔ)器、傳感器、總線接口、無(wú)線通信模塊，中央處理器、存儲(chǔ)器與傳感器、總線接口、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于巷道基站(2)有線通信方式采用電力線載波的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于巷道基站(2)在有線通信不能進(jìn)行的地方，采用無(wú)線接力通信的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)跳傳，逐級(jí)將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控基站(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)具有無(wú)線通信以及控制模塊，與上述權(quán)利所述的巷道基站(2)進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)包括中央處理器、存儲(chǔ)器、語(yǔ)音處理模塊、無(wú)線通信模塊，中央處理器、存儲(chǔ)器與語(yǔ)音處理模塊、無(wú)線通信模塊互聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)和礦燈結(jié)合，使用礦燈電瓶或?qū)Ｓ秒姵毓╇姟?br> 9.一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，地面監(jiān)控基站(1)接收巷道基站(2)返回的信息，并將其傳遞至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，同時(shí)可以將計(jì)算機(jī)的控制以及查詢信息發(fā)送至行道基站，系統(tǒng)方法包括地面監(jiān)控基站方法、巷道基站方法、無(wú)線節(jié)點(diǎn)方法；系統(tǒng)方法其步驟如下步驟S5-1，礦井主監(jiān)控計(jì)算機(jī)與地面監(jiān)控基站(1)啟動(dòng)；步驟S5-2，啟動(dòng)巷道基站(2)，各個(gè)掛接在系統(tǒng)總線(4)上的巷道基站(2)設(shè)備啟動(dòng)；步驟S5-3，地面監(jiān)控設(shè)備和巷道基站(2)通過(guò)系統(tǒng)總線(4)或無(wú)線模塊建立連接，當(dāng)系統(tǒng)總線(4)可以進(jìn)行通信時(shí)，地面監(jiān)控設(shè)備首先選用系統(tǒng)總線(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，當(dāng)系統(tǒng)總線不能正常通信時(shí)，地面監(jiān)控設(shè)備通過(guò)無(wú)線模塊與巷道基站(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S5-4，巷道基站(2)收集傳感器所采集的數(shù)據(jù)，地面監(jiān)控設(shè)備向巷道基站(2)發(fā)出查詢命令，巷道基站(2)把數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控設(shè)備；步驟S5-5，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)啟動(dòng)，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)運(yùn)動(dòng)到某一巷道基站(2)附近時(shí)，與該巷道基站(2)建立連接，在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，巷道基站(2)可以獲得該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的信息，同時(shí)可以進(jìn)行語(yǔ)音通信；步驟S5-6，當(dāng)巷道基站(2)由于外因而導(dǎo)致系統(tǒng)總線不能正常工作時(shí)，巷道基站(2)啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，采用多跳傳輸?shù)姆椒?，與地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，巷道基站(2)連接方式，在正常工作時(shí)，巷道基站(2)采用有線通信方式，且為總線工作方式，所有巷道基站(2)掛接在一條總線上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，巷道基站(2)連接方式，當(dāng)發(fā)生礦難事故，有線信號(hào)被中斷時(shí)，巷道基站(2)采用無(wú)線信號(hào)通信的方式，采用數(shù)據(jù)多跳傳輸?shù)姆椒?，將距離地面監(jiān)控基站(1)遠(yuǎn)處的信號(hào)傳遞至地面監(jiān)控基站(1)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)與巷道基站(2)的連接，使用無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)向巷道基站(2)返回位置、語(yǔ)音信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，地面監(jiān)控基站方法，其具體步驟如下步驟S6-1，系統(tǒng)啟動(dòng)；步驟S6-2，地面監(jiān)控基站(1)電源供電啟動(dòng)；步驟S6-3，地面監(jiān)控基站(1)與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，建立連接；步驟S6-4，地面監(jiān)控基站(1)使用系統(tǒng)總線(4)尋找在系統(tǒng)中注冊(cè)的巷道基站(2)，向每個(gè)巷道基站(2)發(fā)出確認(rèn)信息，建立連接；步驟S6-5，當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控基站(1)不能尋找到某一巷道基站(2)時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)總線在該巷道基站(2)處出現(xiàn)問(wèn)題，啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，使用無(wú)線通信的方式，與該巷道基站(2)建立連接；步驟S6-6，地面監(jiān)控基站(1)與巷道基站(2)和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，巷道基站方法，其具體步驟如下步驟S7-1，系統(tǒng)啟動(dòng)；步驟S7-2，巷道基站(2)電源供電、啟動(dòng)；步驟S7-3，巷道基站(2)使用系統(tǒng)總線(4)與地面監(jiān)控基站(1)通信，建立連接，巷道基站(2)為被動(dòng)通信方式，地面監(jiān)控基站(1)向每個(gè)巷道基站(2)發(fā)出查詢命令，巷道基站(2)才有獲得傳遞數(shù)據(jù)的權(quán)限；步驟S7-4，如果系統(tǒng)總線(4)可以正常使用，則巷道基站(2)通過(guò)系統(tǒng)總線(4)與地面監(jiān)控基站(1)建立連接；步驟S7-5，若某一段系統(tǒng)總線出現(xiàn)特殊問(wèn)題而導(dǎo)致該段系統(tǒng)總線不能夠傳遞信息時(shí)，則位于該段系統(tǒng)總線的巷道基站(2)啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，巷道基站(2)間進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信，多個(gè)巷道基站(2)進(jìn)行無(wú)線通信時(shí)，采用多跳傳輸?shù)姆椒ǎ瑢?shù)據(jù)沿著每一級(jí)巷道基站(2)向地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行傳輸；步驟S7-6，建立連接后，巷道基站(2)根據(jù)上述步驟所采用的連接方式，與地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S7-7，巷道基站(2)啟動(dòng)傳感器，采集周圍環(huán)境信息，同時(shí)使用上述步驟3或步驟4的方法將數(shù)據(jù)向地面監(jiān)控基站(1)進(jìn)行傳輸；步驟S7-8，巷道基站(2)檢測(cè)到周圍有無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)存在，則與該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行通信，使得該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，巷道基站(2)將無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的數(shù)據(jù)信息傳遞至地面監(jiān)控基站(1)，同時(shí)將地面監(jiān)控基站(1)的信息傳遞至無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，無(wú)線節(jié)點(diǎn)的方法，其步驟如下步驟S8-1，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)系統(tǒng)供電，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)；步驟S8-2，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)向外發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)，尋找處于該節(jié)點(diǎn)周圍的巷道基站(2)；步驟S8-3，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)發(fā)現(xiàn)周圍的巷道基站(2)，在該巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)，則巷道基站(2)通知地面監(jiān)控基站(1)，該巷道基站(2)周圍有該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的存在，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)自身具有多跳傳輸?shù)墓δ?，無(wú)線節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行通信距離判斷，然后在巷道基站進(jìn)行注冊(cè)；步驟S8-4，對(duì)于距離巷道基站(2)較近的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，該節(jié)點(diǎn)使用直接通信的方式，在巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)；步驟S8-5，對(duì)于距離巷道基站(2)較遠(yuǎn)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)，無(wú)線信號(hào)不能夠直接到達(dá)巷道基站(2)，則無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)使用多跳傳輸?shù)姆椒?，通過(guò)其他節(jié)點(diǎn)在巷道基站(2)進(jìn)行注冊(cè)。步驟S8-6，建立連接之后，無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)與巷道基站(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；步驟S8-7，在需要進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，地面監(jiān)控人員通過(guò)地面監(jiān)控基站(1)向巷道基站(2)發(fā)送語(yǔ)音通信信息，巷道基站(2)將接收到的語(yǔ)音通信信息轉(zhuǎn)發(fā)到所需要到達(dá)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)上，再由無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)語(yǔ)音處理模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音輸出，由礦井工作人員接收，礦井工作人員要與地面監(jiān)控人員進(jìn)行語(yǔ)音通信則向地面監(jiān)控人員發(fā)出請(qǐng)求，該數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)所注冊(cè)的巷道基站(2)發(fā)送至地面監(jiān)控基站(1)，之后輸入到主控計(jì)算機(jī)，地面監(jiān)控人員接到請(qǐng)求后，發(fā)送數(shù)據(jù)同意該請(qǐng)求，則地面監(jiān)控人員可以與持有該無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)的礦井工作人員進(jìn)行語(yǔ)音通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及礦井及功能下安全監(jiān)測(cè)及無(wú)線通信領(lǐng)域，一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法。該系統(tǒng)由地面監(jiān)控基站(1)、巷道基站(2)、無(wú)線節(jié)點(diǎn)(3)構(gòu)成。系統(tǒng)方法包括地面監(jiān)控基站方法、巷道基站方法、無(wú)線節(jié)點(diǎn)方法。地面監(jiān)控基站用于傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。巷道基站帶有傳感器，可以采集礦井巷道內(nèi)的各種包括瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、風(fēng)速。巷道基站使用有線通信與無(wú)線通信相結(jié)合的方法，將采集的數(shù)據(jù)信息與礦井人員信息傳輸至地面主控中心。該系統(tǒng)可以完成礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦井人員定位跟蹤、語(yǔ)音通信功能，有利于礦井指揮調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)、尤其是事故搶險(xiǎn)救援工作。
文檔編號(hào)E21F17/00GK1676881SQ20051007114
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者趙澤, 崔莉, 費(fèi)璟昊, 崔洪亮, 劉巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所