專利名稱：一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)煤礦安全事故頻發(fā)，礦難發(fā)生后井下人員四處逃散，由于井下通信網(wǎng)絡(luò)受損井上救援指揮中心無(wú)法獲得井下人員在異常狀態(tài)下的分布情況，也無(wú)法了解井下的災(zāi)難損毀情況和井下的環(huán)境信息，因而在制定救援方案時(shí)缺乏有效的信息支持，無(wú)法展開(kāi)行之有效的救援行動(dòng)，給救援工作的展開(kāi)帶來(lái)了很大的困難，也增加了下井施救的危險(xiǎn)性。因此礦難發(fā)生后重建與恢復(fù)井下通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于礦難救援十分重要，礦難發(fā)生后在井下殘存網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上及時(shí)重建和恢復(fù)井下網(wǎng)絡(luò)，一方面可便于井上救援人員及時(shí)了解井下情況，制定切實(shí)可行的救援方案，為礦難救援提供有效的信息支持，另一方面可以實(shí)現(xiàn)井上與井下交流，提振井下被困人員信心，延長(zhǎng)被困人員的生存時(shí)間。礦難發(fā)生時(shí)，井下通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)遭到不同程度的損毀，通常來(lái)說(shuō)有線網(wǎng)絡(luò)受到的破壞性損毀較為嚴(yán)重，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受到的破壞相對(duì)較??；礦難第一發(fā)生地的網(wǎng)絡(luò)損毀嚴(yán)重，而遠(yuǎn)離第一發(fā)生地的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)損毀相對(duì)較輕。但是當(dāng)井下安全事故特別是非爆炸性事故發(fā)生后，并非所有通信設(shè)備都處于損毀或失效狀態(tài)。以基于射頻(RF)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)為例，在非爆炸性安全事故發(fā)生后，井下人員所攜帶的記錄本人身份信息的RFID標(biāo)簽一般保存完好，僅可能因感應(yīng)器或傳輸網(wǎng)絡(luò)失效而無(wú)法讀取有關(guān)信息。隨著適合于井下環(huán)境的無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，以及基于傳感網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的推廣普及，井下網(wǎng)絡(luò)的大部分將基于無(wú)線技術(shù)構(gòu)建，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)與有線網(wǎng)絡(luò)相比難度較低，這使得礦難后井下網(wǎng)絡(luò)的重建與恢復(fù)具備了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。近年來(lái)隨著救災(zāi)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)?shù)V難發(fā)生后可利用機(jī)器人替代人進(jìn)入災(zāi)害發(fā)生區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊空間的救災(zāi)問(wèn)題，這也為礦難后井下網(wǎng)絡(luò)的重建與恢復(fù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)與重建方法，在礦難發(fā)生后快速恢復(fù)與重建井下通信網(wǎng)絡(luò)，便于井上救援指揮中心及時(shí)獲取井下的環(huán)境、人員等信息，制定出有效的救援方案。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建方法，包括以下步驟:S1、當(dāng)?shù)V難發(fā)生后，井上救援人員向井下拋灑大量的可自主移動(dòng)和具有無(wú)線通訊功能的智能機(jī)器人，通過(guò)群機(jī)器人自動(dòng)構(gòu)建臨時(shí)性的井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，重建井下通信網(wǎng)絡(luò)，智能機(jī)器人配置有傳感器，可對(duì)井下環(huán)境數(shù) 據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)定位算法確定井下人員的位置；
S2、群機(jī)器人自動(dòng)對(duì)井下巷道殘余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索，搜索到井下殘余網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，群機(jī)器人根據(jù)地形和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰M(jìn)行自主編隊(duì)，形成井下通信網(wǎng)絡(luò)的主干；S3、群機(jī)器人重建井下通信網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)臨時(shí)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將井下環(huán)境和人員的位置等信息發(fā)送到地面，實(shí)現(xiàn)地面上下的語(yǔ)音、視頻通信，便于井上救援指揮中心及時(shí)掌握井下相關(guān)人員和環(huán)境信息。采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為:當(dāng)?shù)V難發(fā)生后，井下的無(wú)線節(jié)點(diǎn)并未被完全損壞，部分仍可正常工作，這是井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)和重建的基礎(chǔ)。井上救援人員可通過(guò)鉆孔等方式打通井下災(zāi)害發(fā)生區(qū)域，通過(guò)轉(zhuǎn)孔向井下拋灑大量的可自主移動(dòng)和具有無(wú)線通訊功能的智能機(jī)器人，智能機(jī)器人在井下巷道內(nèi)移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)對(duì)井下巷道內(nèi)殘余網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索，當(dāng)搜索到井下殘余網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)后，群機(jī)器人可根據(jù)地形和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰M(jìn)行自主編隊(duì)從而形成井下通信網(wǎng)絡(luò)的主干，構(gòu)建臨時(shí)性的井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，重建井下通信網(wǎng)絡(luò)，使得井下未被破壞的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人建立的網(wǎng)絡(luò)主干與井上通信。機(jī)器人配置有傳感器，可對(duì)井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，還能夠通過(guò)定位算法確定井下人員的位置，并采集井下人員的生命體征信息，將井下環(huán)境和人員的位置等信息通過(guò)臨時(shí)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面；機(jī)器人還可以攜帶視頻和音頻設(shè)備，通過(guò)重建的井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)地面上下的語(yǔ)音、視頻通信，便于井上救援指揮中心及時(shí)掌握井下相關(guān)人員和環(huán)境信息，為事故救援提供針對(duì)性指導(dǎo)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的災(zāi)后井下殘余網(wǎng)絡(luò)搜索示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的災(zāi)后井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1和圖2共同所示，一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建方法，包括以下步驟:S1、當(dāng)?shù)V難發(fā)生后，井上救援人員向井下拋灑大量的可自主移動(dòng)和具有無(wú)線通訊功能的智能機(jī)器人，通過(guò)群機(jī)器人自動(dòng)構(gòu)建臨時(shí)性的井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，重建井下通信網(wǎng)絡(luò)，智能機(jī)器人配置有傳感器，可對(duì)井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)定位算法確定井下人員的位置；S2、群機(jī)器人自動(dòng)對(duì)井下巷道殘余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索，搜索到井下殘余網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，群機(jī)器人根據(jù)地形和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰M(jìn)行自主編隊(duì)，形成井下通信網(wǎng)絡(luò)的主干；S3、群機(jī)器人重建井下通信網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)臨時(shí)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將井下環(huán)境和人員的位置等信息發(fā)送到地面，實(shí)現(xiàn)地面上下的語(yǔ)音、視頻通信，便于井上救援指揮中心及時(shí)掌握井下相關(guān)人員和環(huán)境信息。本發(fā)明建立在基于物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，因而本方法成功實(shí)施的基礎(chǔ)在于煤礦應(yīng)建立有井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。在礦難發(fā)生后，在群機(jī)器人投入井下執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建任務(wù)之前，每個(gè)機(jī)器人都須配置一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，釋放到井下后，只要在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過(guò)彼此間自動(dòng)尋找，很快可自組織地形成一個(gè)互聯(lián)互通的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。以下是對(duì)本發(fā)明更為詳細(xì)的說(shuō)明:(I)礦難發(fā)生后，井下殘存網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在未搜索到周邊的無(wú)線信號(hào)情況下可處于休眠狀態(tài)，周期性的發(fā)射無(wú)線信號(hào)；若搜索到周邊有其他殘存節(jié)點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)后，這些可以互通的殘存節(jié)點(diǎn)便形成一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)，周期性選舉出頭部節(jié)點(diǎn)，頭部節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)射無(wú)線信號(hào)，其它節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。(2)地面上的救援人員根據(jù)需要向井下拋撒或通過(guò)某種方式放置若干可自主移動(dòng)(飛行)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人具有無(wú)線通信功能，機(jī)器人間可以相互進(jìn)行通信，也可以與井下帶有無(wú)線節(jié)點(diǎn)的設(shè)備和人進(jìn)行通信；機(jī)器人還可攜帶視頻、音頻、環(huán)境等傳感器或裝置，實(shí)現(xiàn)地面上下的視頻音頻通信，并采集井下的環(huán)境信息，提供給救援使用。(3)機(jī)器人根據(jù)井下地形和通信要求，自動(dòng)編隊(duì)并對(duì)井下巷道逐一搜索。機(jī)器人在巷道內(nèi)發(fā)送喚醒指令，并搜索井下殘余網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，如圖1所示。地面上也可通過(guò)機(jī)器人所攜帶的視頻設(shè)備同步了解井下情況，并給機(jī)器人發(fā)送控制命令。(4)井下殘余節(jié)點(diǎn)被喚醒或者被搜索到之后，可與機(jī)器人進(jìn)行通信，機(jī)器人根據(jù)井下的地形和通信要求進(jìn)行編隊(duì)，形成能夠與地面上通信的網(wǎng)絡(luò)主干，每個(gè)殘余的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可與臨近的機(jī)器人進(jìn)行無(wú)線通信，如圖2所示，通過(guò)群機(jī)器人形成的網(wǎng)絡(luò)主干將井下數(shù)據(jù)傳輸至井上救援指揮中心。(5)井下智能機(jī)器人可與井下礦工所攜帶的通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，根據(jù)通信時(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度等信息借助定位算法對(duì)礦工所攜帶的通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，確定井下人員數(shù)量和分布情況，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至井上救援中心。井下被困人員可通過(guò)機(jī)器人攜帶的視音頻設(shè)備與地面上的人員通話，提振被困人員的信心。本發(fā)明不局限于上述具體的 實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于群機(jī)器人系統(tǒng)的煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、當(dāng)?shù)V難發(fā)生后，井上救援人員向井下拋灑大量的可自主移動(dòng)和具有無(wú)線通訊功能的智能機(jī)器人，通過(guò)群機(jī)器人自動(dòng)構(gòu)建臨時(shí)性的井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，重建井下通信網(wǎng)絡(luò)，智能機(jī)器人配置有傳感器，可對(duì)井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)定位算法確定井下人員的位置； S2、群機(jī)器人自動(dòng)對(duì)井下 巷道殘余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索，搜索到井下殘余網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，群機(jī)器人根據(jù)地形和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰M(jìn)行自主編隊(duì)，形成井下通信網(wǎng)絡(luò)的主干； S3、群機(jī)器人重建井下通信網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)臨時(shí)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將井下環(huán)境和人員的位置等信息發(fā)送到地面，實(shí)現(xiàn)地面上下的語(yǔ)音、視頻通信，便于井上救援指揮中心及時(shí)掌握井下相關(guān)人員和環(huán)境信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于群機(jī)器人技術(shù)的煤礦災(zāi)后井下網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與重建的方法，該方法特征在于當(dāng)?shù)V難發(fā)生后，通過(guò)向井下拋灑大量具有無(wú)線通訊功能的可自主移動(dòng)的智能機(jī)器人，通過(guò)群機(jī)器人對(duì)井下巷道殘余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜素并自主編隊(duì)形成井下通信網(wǎng)絡(luò)的主干，以重建井下通信網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明能夠在礦難發(fā)生后協(xié)助井上救援指揮中心及時(shí)掌握井下相關(guān)信息，為事故救援提供有效的信息支持。
文檔編號(hào)E21F17/18GK103244189SQ20131018715
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者喬鋼柱, 曾建潮, 薛頌東, 董增壽 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)