專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)，特別涉及一種用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)已成為煤礦井下安全管理、生產(chǎn)與設(shè)備管理的重要手段。煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器、傳感器基站、面監(jiān)控中心及傳輸信道組成。煤礦井下常用的傳感器種類(lèi)主要有環(huán)境參數(shù)傳感器、生產(chǎn)參數(shù)傳感器、設(shè)備工況及故障保護(hù)傳感器和電量傳感器。傳感器相當(dāng)于安全監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，負(fù)責(zé)測(cè)量煤礦井下各種參數(shù)；其他部分負(fù)責(zé)將傳感器測(cè)量得到的參數(shù)進(jìn)行正確的傳輸和利用。因此，傳感器能夠獲得正確的測(cè)量信號(hào)是煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。傳感器測(cè)量得到的信號(hào)通過(guò)煤礦井下的傳感器基站經(jīng)信道傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心， 一個(gè)煤礦井下的傳感器基站可以連接一個(gè)或多個(gè)傳感器，傳感器基站充當(dāng)傳感器與地面監(jiān)控中心之間通信的基站，傳感器基站與地面監(jiān)控中心之間采用有線(xiàn)連接方式。通常，煤礦井下的傳感器基站因?yàn)轶w積較大、需要特殊供電為固定安裝，不易移動(dòng)，而傳感器體積較小、供電靈活，因此安裝方便，很容易移動(dòng)。因而有人就利用傳感器可移動(dòng)的特點(diǎn)，將傳感器節(jié)點(diǎn)放置在安全的環(huán)境中，從而使得在日常監(jiān)控時(shí)，將非真實(shí)的煤礦井下信息傳輸給地面監(jiān)控中心，以規(guī)避安全監(jiān)控，進(jìn)行違規(guī)操作。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于煤礦井下的能對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位監(jiān)控的安全監(jiān)控方法。本發(fā)明的安全監(jiān)控方法包括下列步驟a、在被監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置無(wú)線(xiàn)傳感器基站、無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，相對(duì)所述基站移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)相對(duì)基站的不同位置坐標(biāo)點(diǎn)上，檢測(cè)并記錄基站接收到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表，并存儲(chǔ)于基站；b、在節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，基站獲取的節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表定位節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)；C、當(dāng)判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置坐標(biāo)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，所述基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息。本發(fā)明在常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)傳感收發(fā)裝置的基礎(chǔ)上，將無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸損耗轉(zhuǎn)化為距離的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)用到煤礦井下的安全監(jiān)管系統(tǒng)中，基站通過(guò)其接收到無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下中的節(jié)點(diǎn)的定位功能，當(dāng)節(jié)點(diǎn)被移動(dòng)使其相對(duì)于基站的位置坐標(biāo)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，則基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息，防止了將傳感器節(jié)點(diǎn)放置在安全的環(huán)境中的規(guī)避安全監(jiān)控的違規(guī)操作，能有效的杜絕了煤礦井下的安全隱患，防范煤礦井下安全事故的發(fā)生，且本發(fā)明的安全監(jiān)控方法的實(shí)現(xiàn)無(wú)需額外硬件設(shè)施，兼容性好、成本低廉。本發(fā)明的用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，所述步驟b中，基站根據(jù)獲取的信號(hào)強(qiáng)度的最小均方差，與信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表中匹配的位置坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)。本發(fā)明的用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，所述步驟a中，構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表為根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度值S與節(jié)點(diǎn)與基站的相對(duì)距離d間的數(shù)學(xué)模型S=-(10η · lg(d)+A)+45,計(jì)算節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)點(diǎn),其中，所述A為基站與節(jié)點(diǎn)相距I米時(shí)S的絕對(duì)值，η為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播指數(shù)。通過(guò)上述步驟，可進(jìn)一步精細(xì)化本發(fā)明的信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表，在節(jié)點(diǎn)與基站的相對(duì)路徑上，可取多個(gè)測(cè)量記錄節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量點(diǎn)，可取各測(cè)量點(diǎn)的間隔距離等同，通過(guò)上述的數(shù)學(xué)模式快速計(jì)算出節(jié)點(diǎn)與基站的相對(duì)距離d，從而使得映射表更精細(xì)化，從而使得基站對(duì)工作時(shí)的節(jié)點(diǎn)的定位更準(zhǔn)確。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是低成本的實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置監(jiān)測(cè)，防止了將傳感器節(jié)點(diǎn)放置在安全的環(huán)境中的規(guī)避安·全監(jiān)控的違規(guī)操作，能有效的杜絕煤礦井下的安全隱患，防范煤礦井下安全事故的發(fā)生。


本發(fā)明將通過(guò)實(shí)施例并參照附圖的方式說(shuō)明，其中圖I是本發(fā)明中無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中無(wú)線(xiàn)傳感器基站的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)實(shí)施例而已。實(shí)施例參見(jiàn)圖1，本發(fā)明中的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)由MC9S12NE64單片機(jī)(包括處理器和存儲(chǔ)器單元)、Zigbee模塊CC2420E-M (包括網(wǎng)絡(luò)和收發(fā)器單元)、瓦斯氣體傳感器模塊(包括傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元)、電力供應(yīng)模塊和聲光報(bào)警模塊構(gòu)成。參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)傳感器基站的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊為Zigbee模塊CC2420E-M，基站和無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)通信由該模塊完成；控制器為集成控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Contro 11 er Area Network, CAN)的C851 H)20單片機(jī)，包括處理器和存儲(chǔ)器，通過(guò)處理器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的坐標(biāo)監(jiān)測(cè)模塊功能，在存儲(chǔ)器中寫(xiě)入本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表；有線(xiàn)通信模塊為CAN總線(xiàn)收發(fā)器；告警模塊為聲光報(bào)警器；還包括傳感器模塊，即基站也能感知即檢測(cè)周?chē)沫h(huán)境參數(shù)。無(wú)線(xiàn)傳感器基站是CAN總線(xiàn)系統(tǒng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)有線(xiàn)連接方式與地面監(jiān)控中心通信。當(dāng)基站的Zigbee模塊CC2420E-M在正確接收節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的信號(hào)強(qiáng)度值S后，選取式(I)的測(cè)距信號(hào)衰減模型，將信號(hào)強(qiáng)度值S轉(zhuǎn)化為距離，進(jìn)而構(gòu)建節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表
S=-(10η · I g(d)+A)+45 式(I)其中A為基站與節(jié)點(diǎn)相距I米時(shí)RSS I的絕對(duì)值，本實(shí)驗(yàn)中測(cè)得A ^ 40, η為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播指數(shù)，一般取2 4，在本發(fā)明中經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)取3. O效果較優(yōu)。在本發(fā)明中，無(wú)線(xiàn)傳感器基站和節(jié)點(diǎn)均使用短桿狀天線(xiàn)，基站放置高度為2m左右。固定基站，相對(duì)基站逐漸移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)分析得出，基站接收到節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值S在30m的范圍內(nèi)隨著節(jié)點(diǎn)與基站的相對(duì)距離d的增加變化比較明顯，故本發(fā)明的測(cè)試范圍限定在O 30m。在O 30m的范圍內(nèi)，每間隔O. 2m或者O. 3m記錄基站能收到節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的信號(hào)強(qiáng)度值S，每個(gè)位置均接收100個(gè)左右的數(shù)據(jù)包，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度值S先進(jìn)行均值處理，然后基于式(I)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表，并將該映射表寫(xiě)入C85IF020單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。在節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，基站取獲取的信號(hào)強(qiáng)度的最小均方差，與信號(hào)強(qiáng)度和 位置坐標(biāo)映射表中匹配的位置坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)，基站取信號(hào)強(qiáng)度的最小均方差處理具體為在一段時(shí)間內(nèi)(如104us)進(jìn)行基帶IQ功率積分得到信號(hào)強(qiáng)度值S的瞬時(shí)值Si,即Si=Sum(Γ2+(Γ2);然后在約I秒內(nèi)對(duì)η個(gè)(本實(shí)施例中取η為8192) Si進(jìn)行平均得到信號(hào)強(qiáng)度的平均值Stt，即Stt=SumSiAi,同時(shí)給出I秒內(nèi)Si的最大值和Si大于某一門(mén)限K (K為η個(gè)Si的算術(shù)平均值)時(shí)的比率，即Si大于K的個(gè)數(shù)/η)。根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，由信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表定位節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)，當(dāng)判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置坐標(biāo)超過(guò)設(shè)定閾值(根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，本實(shí)施例中設(shè)定閾值為節(jié)點(diǎn)相距基站直線(xiàn)距離5m)時(shí)，基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)避安全監(jiān)控的違規(guī)操作的有效監(jiān)督。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，其特征在于，包括下列步驟 a、在被監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置無(wú)線(xiàn)傳感器基站、無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，相對(duì)所述基站移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)相對(duì)基站的不同位置坐標(biāo)點(diǎn)上，檢測(cè)并記錄基站接收到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表，并存儲(chǔ)于基站； b、在節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，基站獲取的節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表定位節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)； C、當(dāng)判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置坐標(biāo)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，所述基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信肩、O
2.如權(quán)利要求I所述的用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b中，基站根據(jù)獲取的信號(hào)強(qiáng)度的最小均方差，與所述信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表中匹配的位置坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟a中，構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表為 根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度值S與節(jié)點(diǎn)與基站的相對(duì)距離d間的數(shù)學(xué)模型S=-(10n ·4((1)+Α)+45，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)點(diǎn)； 其中，所述A為基站與節(jié)點(diǎn)相距I米時(shí)S的絕對(duì)值，η為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播指數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，其特征在于，所述A為40，η的取值范圍為2 4。
5.如權(quán)利要求4所述用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，其特征在于，所述η為3.O。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于煤礦井下的安全監(jiān)控方法，包括如下步驟a、在被監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置無(wú)線(xiàn)傳感器基站、無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，相對(duì)所述基站移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)相對(duì)基站的不同位置坐標(biāo)點(diǎn)上，檢測(cè)并記錄基站接收到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表，并存儲(chǔ)于基站；b、在節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，基站獲取的節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)映射表定位節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置坐標(biāo)；c、當(dāng)判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置坐標(biāo)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，所述基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息。本發(fā)明以低成本的實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置監(jiān)測(cè)，防止了將傳感器節(jié)點(diǎn)放置在安全的環(huán)境中的規(guī)避安全監(jiān)控的違規(guī)操作，能有效的杜絕煤礦井的安全隱患，防范煤礦井安全事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)E21F17/18GK102900469SQ20121038818
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月13日
發(fā)明者張子為, 許都, 廖丹, 董青 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)