專利名稱：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)明涉及無線傳感器技術(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)備工況及故障保護傳感器和電量傳感器。傳感器相當于安全監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，負責測量煤礦井下各種參數(shù)；其他部分負責將傳感器測量得到的參數(shù)進行正確的傳輸和利用。因此，傳感器能夠獲得正確的測量信號是煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。傳感器測量得到的信號通過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， 一個煤礦井下的傳感器基站可以連接一個或多個傳感器，傳感器基站充當傳感器與地面監(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連接方式。通常，煤礦井下的傳感器基站因為體積較大、需要特殊供電為固定安裝，不易移動，而傳感器體積較小、供電靈活，因此安裝方便，很容易移動。因而有人就利用傳感器可移動的特點，將傳感器節(jié)點放置在安全的環(huán)境中，從而使得在日常監(jiān)控時，將非真實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無線傳感器節(jié)點進行定位監(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)測點設(shè)置無線傳感器基站、無線傳感器節(jié)點，相對所述基站移動節(jié)點，在節(jié)點相對基站的不同位置坐標點上，檢測并記錄基站接收到當前節(jié)點的信號強度，構(gòu)建信號強度和位置坐標映射表，并存儲于基站；b、在節(jié)點工作時，基站獲取的節(jié)點信號強度，根據(jù)信號強度和位置坐標映射表定位節(jié)點的當前位置坐標；C、當判斷節(jié)點當前位置坐標超過設(shè)定閾值時，所述基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息。本發(fā)明在常見的無線傳感收發(fā)裝置的基礎(chǔ)上，將無線信號傳輸損耗轉(zhuǎn)化為距離的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)用到煤礦井下的安全監(jiān)管系統(tǒng)中，基站通過其接收到無線傳感器節(jié)點的信號強度實現(xiàn)對煤礦井下中的節(jié)點的定位功能，當節(jié)點被移動使其相對于基站的位置坐標超過設(shè)定閾值時，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)控方法的實現(xiàn)無需額外硬件設(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)獲取的信號強度的最小均方差，與信號強度和位置坐標映射表中匹配的位置坐標為節(jié)點的當前位置坐標。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)建信號強度和位置坐標映射表為根據(jù)信號強度值S與節(jié)點與基站的相對距離d間的數(shù)學模型S=-(10η · lg(d)+A)+45,計算節(jié)點的當前位置坐標點,其中，所述A為基站與節(jié)點相距I米時S的絕對值，η為無線信號傳播指數(shù)。通過上述步驟，可進一步精細化本發(fā)明的信號強度和位置坐標映射表，在節(jié)點與基站的相對路徑上，可取多個測量記錄節(jié)點的信號強度的測量點，可取各測量點的間隔距離等同，通過上述的數(shù)學模式快速計算出節(jié)點與基站的相對距離d，從而使得映射表更精細化，從而使得基站對工作時的節(jié)點的定位更準確。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現(xiàn)了對煤礦井下的無線傳感器節(jié)點的位置監(jiān)測，防止了將傳感器節(jié)點放置在安全的環(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)明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中圖I是本發(fā)明中無線傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中無線傳感器基站的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，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。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個實施例而已。實施例參見圖1，本發(fā)明中的無線傳感器節(jié)點由MC9S12NE64單片機(包括處理器和存儲器單元)、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)模塊和聲光報警模塊構(gòu)成。參見圖2，本發(fā)明的無線傳感器基站的無線收發(fā)模塊為Zigbee模塊CC2420E-M，基站和無線傳感器節(jié)點之間的無線通信由該模塊完成；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，包括處理器和存儲器，通過處理器實現(xiàn)本發(fā)明的坐標監(jiān)測模塊功能，在存儲器中寫入本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點的信號強度和位置坐標映射表；有線通信模塊為CAN總線收發(fā)器；告警模塊為聲光報警器；還包括傳感器模塊，即基站也能感知即檢測周圍的環(huán)境參數(shù)。無線傳感器基站是CAN總線系統(tǒng)上的一個節(jié)點，通過有線連接方式與地面監(jiān)控中心通信。當基站的Zigbee模塊CC2420E-M在正確接收節(jié)點當前位置的信號強度值S后，選取式(I)的測距信號衰減模型，將信號強度值S轉(zhuǎn)化為距離，進而構(gòu)建節(jié)點信號強度和位置坐標映射表
S=-(10η · I g(d)+A)+45 式(I)其中A為基站與節(jié)點相距I米時RSS I的絕對值，本實驗中測得A ^ 40, η為無線信號傳播指數(shù)，一般取2 4，在本發(fā)明中經(jīng)過多次試驗取3. O效果較優(yōu)。在本發(fā)明中，無線傳感器基站和節(jié)點均使用短桿狀天線，基站放置高度為2m左右。固定基站，相對基站逐漸移動節(jié)點，經(jīng)過大量的實驗分析得出，基站接收到節(jié)點的信號強度值S在30m的范圍內(nèi)隨著節(jié)點與基站的相對距離d的增加變化比較明顯，故本發(fā)明的測試范圍限定在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)點當前位置的信號強度值S，每個位置均接收100個左右的數(shù)據(jù)包，對信號強度值S先進行均值處理，然后基于式(I)構(gòu)建節(jié)點信號強度和位置坐標映射表，并將該映射表寫入C85IF020單片機的存儲器中。在節(jié)點工作時，基站取獲取的信號強度的最小均方差，與信號強度和 位置坐標映射表中匹配的位置坐標為節(jié)點的當前位置坐標，基站取信號強度的最小均方差處理具體為在一段時間內(nèi)(如104us)進行基帶IQ功率積分得到信號強度值S的瞬時值Si,即Si=Sum(Γ2+(Γ2);然后在約I秒內(nèi)對η個(本實施例中取η為8192) Si進行平均得到信號強度的平均值Stt，即Stt=SumSiAi,同時給出I秒內(nèi)Si的最大值和Si大于某一門限K (K為η個Si的算術(shù)平均值)時的比率，即Si大于K的個數(shù)/η)。根據(jù)獲取的節(jié)點信號強度，由信號強度和位置坐標映射表定位節(jié)點的當前位置坐標，當判斷節(jié)點當前位置坐標超過設(shè)定閾值(根據(jù)實際的應(yīng)用環(huán)境，本實施例中設(shè)定閾值為節(jié)點相距基站直線距離5m)時，基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息，實現(xiàn)對規(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施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書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)測點設(shè)置無線傳感器基站、無線傳感器節(jié)點，相對所述基站移動節(jié)點，在節(jié)點相對基站的不同位置坐標點上，檢測并記錄基站接收到當前節(jié)點的信號強度，構(gòu)建信號強度和位置坐標映射表，并存儲于基站； b、在節(jié)點工作時，基站獲取的節(jié)點信號強度，根據(jù)信號強度和位置坐標映射表定位節(jié)點的當前位置坐標； C、當判斷節(jié)點當前位置坐標超過設(shè)定閾值時，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)獲取的信號強度的最小均方差，與所述信號強度和位置坐標映射表中匹配的位置坐標為節(jié)點的當前位置坐標。
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)建信號強度和位置坐標映射表為 根據(jù)信號強度值S與節(jié)點與基站的相對距離d間的數(shù)學模型S=-(10n ·4((1)+Α)+45，計算節(jié)點的當前位置坐標點； 其中，所述A為基站與節(jié)點相距I米時S的絕對值，η為無線信號傳播指數(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)測點設(shè)置無線傳感器基站、無線傳感器節(jié)點，相對所述基站移動節(jié)點，在節(jié)點相對基站的不同位置坐標點上，檢測并記錄基站接收到當前節(jié)點的信號強度，構(gòu)建信號強度和位置坐標映射表，并存儲于基站；b、在節(jié)點工作時，基站獲取的節(jié)點信號強度，根據(jù)信號強度和位置坐標映射表定位節(jié)點的當前位置坐標；c、當判斷節(jié)點當前位置坐標超過設(shè)定閾值時，所述基站向地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信息。本發(fā)明以低成本的實現(xiàn)對煤礦井下的無線傳感器節(jié)點的位置監(jiān)測，防止了將傳感器節(jié)點放置在安全的環(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E21F17/18GK102900469SQ20121038818
公開日2013年1月30日 申請日期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 申請人:電子科技大學