本發(fā)明涉及煤礦井下安全監(jiān)測領域，具體涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

開采煤礦的過程中煤礦容易自燃，自燃煤層的煤礦的采煤工作面應設置溫度傳感器。相關技術中的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)只能監(jiān)測井下巷道環(huán)境中的溫度，不適于煤自燃發(fā)火預報，會貽誤火災防治時機。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術方案來實現(xiàn)：

提供了基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)，包括煤礦井下火災監(jiān)控中心、通訊模塊和基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦安全監(jiān)測模塊；所述煤礦井下火災監(jiān)控中心位于地面且安裝系統(tǒng)監(jiān)測軟件和后臺數(shù)據(jù)庫，所述煤礦井下火災監(jiān)控中心用于接收煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和發(fā)出監(jiān)測指令；所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦安全監(jiān)測模塊位于煤礦傳感區(qū)域內(nèi)，通過所述的通訊模塊與所述煤礦井下火災監(jiān)控中心通訊，煤礦安全監(jiān)測模塊用于采集和無線傳輸煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的通訊模塊用于接收和傳輸所述煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和所述監(jiān)測指令。

本發(fā)明的有益效果為：具備高度的信息化和智能化，能夠及時準確地監(jiān)測煤礦井下火情，并進行報警，操作簡便。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發(fā)明的結構框圖；

圖2是本發(fā)明煤礦井下火災監(jiān)控中心的連接框圖。

附圖標記：

煤礦井下火災監(jiān)控中心1、通訊模塊2、煤礦安全監(jiān)測模塊3、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)接收模塊10、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊20、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊30、報警模塊40、監(jiān)測指令發(fā)送模塊50。

具體實施方式

結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。

參見圖1、圖2，本實施例提供的基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)，包括煤礦井下火災監(jiān)控中心1、通訊模塊2和基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦安全監(jiān)測模塊3；所述煤礦井下火災監(jiān)控中心1位于地面且安裝系統(tǒng)監(jiān)測軟件和后臺數(shù)據(jù)庫，所述煤礦井下火災監(jiān)控中心1用于接收煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和發(fā)出監(jiān)測指令；所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦安全監(jiān)測模塊3位于煤礦傳感區(qū)域內(nèi)，通過所述的通訊模塊2與所述煤礦井下火災監(jiān)控中心1通訊，煤礦安全監(jiān)測模塊3用于采集和無線傳輸煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的通訊模塊2用于接收和傳輸所述煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和所述監(jiān)測指令。

優(yōu)選地，所述的通訊模塊2通過工業(yè)以太網(wǎng)絡與所述煤礦井下火災監(jiān)控中心1通訊。

優(yōu)選地，所述煤礦井下火災監(jiān)控中心1包括煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)接收模塊10、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊20、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊30、報警模塊40、監(jiān)測指令發(fā)送模塊50，其中煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)接收模塊10、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊20、煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊30、報警模塊40依次連接，煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)接收模塊10、監(jiān)測指令發(fā)送模塊50和通訊模塊2連接。

本發(fā)明上述實施例具備高度的信息化和智能化，能夠及時準確地監(jiān)測煤礦井下火情，并進行報警，操作簡便。

優(yōu)選地，所述煤礦安全監(jiān)測模塊3中的無線傳感器網(wǎng)絡由多個煤礦安全監(jiān)測節(jié)點和一個移動基站組成，所述的通訊模塊2與移動基站通信連接，從而獲取移動基站收集的煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。

進一步地，所述移動基站的狀態(tài)信息的更新和無線傳感器網(wǎng)絡路由的建立與維護局限于骨干網(wǎng)絡，即煤礦安全監(jiān)測節(jié)點到移動基站的路由僅依據(jù)骨干網(wǎng)絡中的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點進行，對于骨干網(wǎng)絡外的其余煤礦安全監(jiān)測節(jié)點，它們監(jiān)測到的煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到距離最近的骨干網(wǎng)絡中的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點，進而傳送至移動基站。

優(yōu)選地，所述的煤礦安全監(jiān)測模塊3在采集煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)前構建所述的骨干網(wǎng)絡，具體為：從煤礦安全監(jiān)測節(jié)點中選出合適的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點作為骨干網(wǎng)絡的構成節(jié)點，對于構成節(jié)點的三跳內(nèi)的其他構成節(jié)點，將作為該構成節(jié)點的候選連接構成節(jié)點，并對應選擇與候選連接構成節(jié)點進行連接所需的連接節(jié)點，從而得到該構成節(jié)點的多條候選連接路徑；每個構成節(jié)點將獲取的多條候選連接路徑信息發(fā)送至移動基站，其中候選連接路徑信息包括待構成節(jié)點及對應的連接節(jié)點，移動基站為每個構成節(jié)點選取最優(yōu)候選連接路徑與對應的構成節(jié)點進行連接，最終形成具有最少煤礦安全監(jiān)測節(jié)點數(shù)目的骨干網(wǎng)絡，具體為：

(1)令各構成節(jié)點為學習自動機，令各構成節(jié)點對應的各個候選連接路徑為動作，則構成節(jié)點β的動作集表示為其中為構成節(jié)點β的候選連接路徑集合，nβ表示構成節(jié)點β具有的候選連接路徑數(shù)量；

(2)對學習次數(shù)、第一次選擇候選連接路徑時的動作概率向量，以及選擇候選連接路徑時能夠從環(huán)境獲得獎勵的估計期望值進行初始化；

(3)在第j次學習中，學習自動機根據(jù)動作概率向量e(j)，選擇一條候選連接路徑

(4)執(zhí)行候選連接路徑后，學習自動機從環(huán)境獲得反饋p(j)，并根據(jù)下列公式對估計期望值的取值進行更新：

其中

式中，表示構成節(jié)點β選擇候選連接路徑時所對應的估計期望值的更新值，表示進行j次學習后構成節(jié)點β選擇候選連接路徑時從環(huán)境獲得獎勵的次數(shù)，表示進行j次學習后候選連接路徑被選擇的次數(shù)；wj為由當前選擇的所有候選連接路徑連接形成的骨干網(wǎng)絡中煤礦安全監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量，wm表示到目前為止連接形成的骨干網(wǎng)絡中的最小煤礦安全監(jiān)測節(jié)點數(shù)目；其中，p(j)＝1時，表示學習自動機從環(huán)境獲得獎勵，p(j)＝0時，表示學習自動機從環(huán)境中沒有獲得獎勵；

(5)對下一次學習過程中的動作概率向量e(j+1)的取值按照下列公式進行更新：

式中，為取值函數(shù)，當相對于之前的估計期望值取值最大時，否則

(6)若滿足設定的終止條件，將構成節(jié)點當前選取的候選連接路徑作為選取的最優(yōu)候選連接路徑，否則，學習次數(shù)j自增1，轉到步驟3)，所述設定的終止條件為：各學習自動機的學習次數(shù)大于設定的次數(shù)閾值或者在最近的三次學習中，連接形成的骨干網(wǎng)絡中包含的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點數(shù)目沒有變化。

本優(yōu)選實施例的煤礦安全監(jiān)測模塊3采用上述方式構建骨干網(wǎng)絡，使得骨干網(wǎng)絡能夠滿足移動基站的狀態(tài)信息的更新以及無線傳感器網(wǎng)絡路由重建的需求，且優(yōu)化了自身包含的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點數(shù)目，能夠降低無線傳感器網(wǎng)絡采集和傳送煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的能耗，在整體上降低環(huán)境煤礦安全監(jiān)測模塊3進行煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的通信開銷，進一步降低煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)的運行成本。

優(yōu)選地，構建骨干網(wǎng)絡的過程中，對應選擇與候選連接構成節(jié)點進行連接所需的連接節(jié)點，具體為：

(1)獲取構成節(jié)點與候選連接構成節(jié)點所有連接路徑，表示為：

其中，表示構成節(jié)點dn與其候選連接構成節(jié)點之間的第ε條連接路徑；

(2)按照下列公式計算構成節(jié)點與候選連接構成節(jié)點連接的所有路徑的優(yōu)選值，選取優(yōu)選值為最大的路徑作為該構成節(jié)點與候選連接構成節(jié)點連接的最優(yōu)路徑：

式中，表示構成節(jié)點dn與其候選連接構成節(jié)點之間的第ε條連接路徑的優(yōu)選值，為中所包含的連接節(jié)點數(shù)目，表示中的第b個連接節(jié)點具有的鄰居節(jié)點數(shù)目，y為設定的權重系數(shù)，且滿足0.6≤y≤0.8；

(3)選取的最優(yōu)路徑中的連接節(jié)點即為所述的所需的連接節(jié)點。

本優(yōu)選實施例按照上述設定的選取規(guī)則進行構成節(jié)點與其三跳內(nèi)的其他構成節(jié)點之間的連接節(jié)點選取，有利于在構建骨干網(wǎng)絡的過程中實現(xiàn)連接節(jié)點的重復利用，從而最小化骨干網(wǎng)絡的規(guī)模，降低無線傳感器網(wǎng)絡的能耗，優(yōu)化煤礦安全監(jiān)測模塊3在煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和傳輸方面的通信開銷，從而整體上在保證煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的可靠性的前提下減少煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)的運行成本。

優(yōu)選地，所述的從煤礦安全監(jiān)測節(jié)點中選出合適的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點作為骨干網(wǎng)絡的構成節(jié)點和連接節(jié)點，具體包括：

(1)每個煤礦安全監(jiān)測節(jié)點向其鄰居節(jié)點交換序列值信息，其中煤礦安全監(jiān)測節(jié)點的序列值通過下列公式確定：

式中，x(di)表示第i個煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的序列值，表示煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的鄰居節(jié)點數(shù)目，i表示預先設定的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點號，表示第i個煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的剩余能量值，qt為設定的剩余能量值閾值；

(2)如果煤礦安全監(jiān)測節(jié)點滿足下述構成節(jié)點競選條件，則競選為骨干網(wǎng)絡的構成節(jié)點，并向鄰居節(jié)點廣播競選成功消息，接收到競選成功消息的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點成為拓展節(jié)點，如果煤礦安全監(jiān)測節(jié)點不滿足構成節(jié)點競選條件，則成為普通節(jié)點：

或者

當時，diμ為拓展節(jié)點；

式中，x(dij)為煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的一跳鄰居節(jié)點中第j個鄰居節(jié)點的序列值，為煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的一跳鄰居節(jié)點的數(shù)量，表示煤礦安全監(jiān)測節(jié)點di的一跳鄰居節(jié)點集合；

(3)拓展節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播構成節(jié)點競選消息，接收到構成節(jié)點競選消息的煤礦安全監(jiān)測節(jié)點按照構成節(jié)點競選條件參與骨干網(wǎng)絡的構成節(jié)點競選。

本優(yōu)選實施例優(yōu)化了骨干網(wǎng)絡中構成節(jié)點的選取方式，能夠較快速地為骨干網(wǎng)絡選出較優(yōu)的構成節(jié)點，從而保障骨干網(wǎng)絡的快速構建；選取構成節(jié)點時，考慮了煤礦安全監(jiān)測節(jié)點的鄰居數(shù)量和剩余能量值因素，使得選出的構成節(jié)點能夠滿足構建骨干網(wǎng)絡以及對鄰近煤礦安全監(jiān)測節(jié)點發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行接收的需求，保障煤礦井下火災監(jiān)測系統(tǒng)對煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的可靠性和效率。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質和范圍。