无线传感器网络在矿井中应用

无线传感器网络在矿井中应用

范俊杰

中煤科工集团常州研究院有限公司 江苏 常州 213000

摘要：当前，煤矿资源是一种应用较广泛的资源，因而，煤矿事业的发展至关重要。对于从事煤炭经营的企业而言，确保煤矿的安全生产是一项重要工作前提。然而矿井的工作环境往往都是非常恶劣的，并且其中的工作人流量相对而言也是比较多，因此常常出现比较危险的情况。对此，无线传感器网络的应用就可以有效解决这种问题^[1]。

关键词：无线传感器网络；矿井；应用

引言：矿井问题是广大从事煤矿产业工作人员所重视的问题，对于企业的发展也是有着很大的影响。无线传感器网络对于矿井的监控以及自动化的系统控制都能起到比较好的作用，在出现人员安全问题的时候能够及时的营救遇险的工作人员。据此，本文将主要围绕无线传感器网络在矿井中的应用^[2]。

一、无线传感器网络的概念以及特点

无线传感器网络于计算机网络相比之下是不一样的；无线传感器网络是侧重于感知信息，并且无线传感器网络的实时性与容错性也是比较好的，对于环境的适应能力也比较强。首先，无线传感器网络的硬件资源对于节能技术的要求比较高，因为其资源和电源相对而言都比较有限，但是其在设计方面就比较简单；使用的环境通常是比较特殊的。其次，无线传感器网络通常都是自组织，并且具有自动管理化以及高度协作性的特点，都是不具备严格控制中心；因此，无线传感器网络往往不需要提前布局，并且各个节点之间还能实现信息数据的共享，相互之间能够高效的合作，以此来确保矿井监控过程中数据比较完善。另外，无线传感器网络还有一个特点就是动态拓扑和多跳路由；其网络呈现的是动态，并且节点位置以及数量也是可改变的。此外，无线传感器网络具备的节点数量比较多，并且根据所有节点分布的情况来看，也是呈现相对密集的状态，这对于确保一个节点的问题不会妨碍整个网络工作有着很大的帮助。除此之外，无线传感器网络中节点的通信工作通常都是采取广播模式，因此，在相对比较恶劣的环境当中，产生网络故障的情况就经常发生。

二、无线传感器网络在矿井中的应用

（一）无线传感器网络对井下人员的定位

矿井下的工作环境相对来说是比较恶劣的，随时都有可能出现情况，这对于在矿井下工作的工作人员而言是一种极大的安全威胁。因此，必须采取有效的措施来实时控制井下工作人员所处的具体位置，方便发生情况的时候能够及时找到井下人员，并且及时作出营救。因此，无线传感器网络对于井下人员的定位应用是一项非常有效的安全保障。

以井下工作人员的定位为例。首先，是将ZigBee传感器节点进行安装，通常都是安装在井下工作人员的安全帽上，而这些ZigBee传感器节点都可以负责在井下发出信息；并且在井下工作人员的安全帽上安装报警键，这样一来，在井下工作人员遇到危险的突发情况时可以快速的通过按报警键来对外界求助。其次，可以结合矿井的实际情况，在需要工作的区域进行一百五十米到两百米的间隔划分，每个间隔的划分点安装一个ZigBee无线传感基站模块，这些ZigBee无线传感基站模块负责接收各个井下人员安全帽上ZigBee传感器节点发出的信息；并且，针对一些有着特殊需要的位置也要进行ZigBee无线传感基站模块的安装，将这些安装上的ZigBee无线传感基站模块形成完整的分散形式无线通信网络，而在这整个的无线通信网络中，每个ZigBee无线传感基站模块都充当着一个网络节点，负责接收信息数据。在整个过程中，井下工作人员的位置就可以通过各个节点进行传递，最后传进GPRS无线网络当中。而井下工作人员的定位也就由此完成。

（二）无线传感器网络对井下机械设备的实时监控

无线传感器网络除了对井下工作人员所处具体位置作出实时的定位以外，还可以对井下机械设备进行实时监控。众所周知，矿井下的工作是非常复杂的，因此对于井下引用的机械设备的管理工作在具体的实施过程中也是比较困难的。对此，通过利用无线传感器网络来对矿井下机械设备进行实时监控和管理是一项非常便利的选择。

以井下机械设备的实时监控为例。首先，可以通过利用无线传感器网络来对矿井下比较复杂的坑道进行线路的分布以及电源的供给；并且对相关参数进行检测和估计。其次，通过无线传感器网络分布在设备中的各个节点来对矿井下的机械设备进行实时的监控以及设备具体运行状况以及各个设备在矿井下具体的分布位置进行跟踪，技术人员还可以在收集机械设备信息数据的基础上制定机械设备的维护计划，以此来确保矿井下的机械设备可以维持寿命；除此之外，还可以通过无线传感器网络来对发生故障的机械设备进行安全诊断，以此来确保机械设备在运行过程中的安全以及一些安全事故的避免。由此可见，无线传感器网络在矿井的应用中对井下设备的实时监控也是一个重要方面。

（三）无线传感器网络对矿井下生态环境的实时监控

矿井中的工作生态环境相对而言比较难把握，然而在矿井工作中，矿井的生态环境情况对于工作的影响是体现在很多方面的，并且影响也是比较大的。因此，对于矿井下生态环境有关信息数据的采集工作是非常有必要的。而无线传感器网络的应用对于这一问题的解决是有着很大的帮助，通过无线传感器网络来对矿井下生态环境实时监控是无线传感器网络在矿井中的一项重要应用。

以矿井下生态环境的实时监控为例。首先，技术人员可以利用无线传感器网络来对矿井下的环境进行测试以及生态的监控，类似于对矿井下的一个具体位置或者具体区域进行温度的测定，或者气压以及空气湿度等参数都可以通过无线传感器网络进行测定。其次，通过无线传感器网络记录井下环境的情况，包括瓦斯的监测以及井下粉尘和沼气污染对于矿井下工作人员展开工作的影响。除此之外，技术人员对于井下节点的安装可以对一个节点安装多个感知的设备，并且要主义自带电源，以此来对数据进行收集，并且在利用网络节点的基础上将收集的数据信息及时的传递到数据采集中心，井上人员可以及时的获得情报。

总结：综上所述，无线传感器网络在矿井中的应用对于维护矿井工作安全、稳定、高效运行有着很大的帮助作用，是一项实现了多功能化、微型化、便利化的技术，对于矿井工作有着很大的实用价值^[3]。

参考文献：

1. 赵跃光. 无线传感器网络在矿井电网漏电保护系统中的应用研究[J]. 山东煤炭科技, 2018, 000(001):178-179.

2. 王后连. 提升机滚筒表面应力监测无线传感器网络的能量管理方法研究[D]. 2019.

3. 胡小平, 吴开盛. 煤矿井下移动无线传感器网络的局部节点部署研究[J]. 计算机科学与应用, 2019, 009(005):P.864-873.