宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控中的運用

宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)著重要的地位，它為人們的生活與生產(chǎn)提供了可靠的能源保障，但當前，煤礦生產(chǎn)的安全事故層出不窮，此時的事故造成了嚴重的損失，為了有效避免安全事故的出現(xiàn)，其安全監(jiān)控的建設(shè)得到了廣泛的關(guān)注。本文主要介紹了無線傳感網(wǎng)絡(luò)與煤礦安全監(jiān)控的概況，同時重點闡述了煤礦安全監(jiān)控對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運用，在先進技術(shù)的支持下，其監(jiān)控具有了低成本與高效性的特點。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 煤礦安全監(jiān)控 運用

目前，科學(xué)技術(shù)水平的提升有著較快的速度，在傳感技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)的支持下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用，它對監(jiān)視對象的信息實現(xiàn)了檢測、采集與處理，從而為監(jiān)測任務(wù)的完成提供了可靠的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有一系列的優(yōu)點，如：低成本、低能耗、可靠性與可擴展性等，它滿足了我國煤礦安全監(jiān)控的發(fā)展需求，通過高效的監(jiān)控，保證煤礦生產(chǎn)效率的提高，推動了我國煤礦行業(yè)的穩(wěn)定、健康與可持續(xù)發(fā)展。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概況

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡稱為WSN，它融合了三大先進的技術(shù)，分別為傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)，三者分別承擔著信息的采集、處理與傳輸?shù)淖饔?，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，WSN的信息化、現(xiàn)代化與先進化的特點日益顯著。

目前，在各個領(lǐng)域均對WSN有著較為廣泛的運用，如：軍事、農(nóng)業(yè)與醫(yī)療等，它作為新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有一系列的顯著特點，如：規(guī)模性、動態(tài)性與可靠性等。WSN的構(gòu)成主要有傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、外部網(wǎng)絡(luò)與用戶界面［1］。

2 煤礦安全監(jiān)控的概況

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與豐富的功能，其功能主要有信號的采集、傳遞、保存與處理等，主要監(jiān)控的對象為現(xiàn)場的氣體濃度、溫度、濕度與煙霧等，同時對于井下的設(shè)備也實現(xiàn)了遠程遙控。

現(xiàn)階段，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩類，第一類為有線通信監(jiān)控系統(tǒng)，第二類為無線通信監(jiān)控系統(tǒng)。在我國，主要應(yīng)用了有線通信監(jiān)控系統(tǒng)，但此時的有線系統(tǒng)具有諸多的缺點，其移動性、組網(wǎng)能力與抗災(zāi)能力均相對較弱，該系統(tǒng)主要對RFID技術(shù)進行了應(yīng)用，此時的監(jiān)控受通信距離的影響，使其監(jiān)控的可靠性相對較低。隨著WSN技術(shù)的發(fā)展，在煤礦安全監(jiān)控中對WSN進行了應(yīng)用，在科學(xué)技術(shù)的支持下，其監(jiān)控系統(tǒng)得到了進一步的發(fā)展。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的RFID技術(shù)，其不足主要體現(xiàn)在以下幾方面：

其一，較短的通信距離。對于RFID的煤礦安全監(jiān)控而言，其監(jiān)控距離僅維持在十米以內(nèi)，但礦井內(nèi)的工作人員極易超出其控制范圍，在此情況下出現(xiàn)的安全事故，難以實現(xiàn)有效的搜救，同時其監(jiān)控的安全性、可靠性與高效性等均存在不足［2］。

其二，較小的通信容量。此時的監(jiān)控系統(tǒng)其傳輸?shù)男畔⒘肯鄬^少，對于信息的發(fā)送缺少實時性。由于傳感器的位置屬于固定的，致使檢測的實時性難以得到保證，因此，礦井下的安全預(yù)防與監(jiān)控均受到了不同程度的影響。

其三，較差的可擴展性。對于煤礦的生產(chǎn)而言，其開采保持著持續(xù)性，此時的監(jiān)控范圍在不斷擴大，但有線連接的基站設(shè)備未能進行及時的移動，難以滿足實際監(jiān)控的需求。

3 煤礦安全監(jiān)控中對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運用

3.1 WSN方案的制定

針對煤礦監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，為了有效解決RFID的技術(shù)問題，本文提出了WSN安全監(jiān)控方案，在礦井下進行了路由節(jié)點的設(shè)置，其間距為幾十米；同時礦井的工作人員均攜帶終端設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，促進了無線傳感器子網(wǎng)的形成，同時各子網(wǎng)借助協(xié)調(diào)器實現(xiàn)了與網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者控制服務(wù)器的連接。

在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用WSN技術(shù)，其優(yōu)勢是顯著的，具體內(nèi)容如下：

其一，較長的通信距離。此系統(tǒng)對煤礦的監(jiān)測達到了一百二十米左右，在井下通信距離問題得到解決后，監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性得到了大幅度的提高。其二，實時的信號采集。此系統(tǒng)對礦井中各個信息的采集具有了實時性，同時保證了信息的高效轉(zhuǎn)發(fā)與處理。其三，豐富的節(jié)點功能。此系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，通過定位參數(shù)的獲取，實現(xiàn)了對人員的準確定位，在此基礎(chǔ)上，為事故的搜救奠定了堅實的基礎(chǔ)。其四，較低的功耗與成本。此系統(tǒng)的工作周期較短，并對功耗的要求較低，再者還擁有休眠模式，同時在系統(tǒng)用量與日俱增的背景下，其價格在逐漸下降。其五，良好的可擴展性。此系統(tǒng)對無線通信技術(shù)進行了應(yīng)用，通過路由節(jié)點的添加，便可以實現(xiàn)監(jiān)控范圍的擴展，同時其具有良好的移動性與便捷的維護［3］。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

在硬件方面，主要為傳感器節(jié)點的設(shè)計，此時的設(shè)計要滿足其功能的需求，具體的功能要求為：實現(xiàn)不同信號的實時采集與處理，保證瓦斯?jié)舛葓缶鞯臏蚀_性，實現(xiàn)對井下工作人員的實時監(jiān)測，同時要具備多種工作模式。在此基礎(chǔ)上，具體的節(jié)點設(shè)計分別為便攜式傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與固定式節(jié)點，前者主要有處理器、聲光振報警、顯示器、瓦斯傳感器板與電池電源等；后者主要有處理器、聲光振報警、電池電源及其他傳感器等。在對傳感器進行選擇時，主要的類型為溫濕度傳感器與瓦斯傳感器。

在軟件方面，對于無線傳感其通信節(jié)點而言，軟件是重要的一部分，它主要是為無線傳感器硬件電路提供服務(wù)，在軟件的作用下，使節(jié)點滿足了各項要求，進而保證了電路的有效運行。同時，軟件的可升級性與可擴展性，使系統(tǒng)適應(yīng)了不同工作環(huán)境的需求［4］。

4 結(jié)語

綜上所述，在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，此技術(shù)提高了監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量，保證了煤礦生產(chǎn)的安全性與經(jīng)濟性。本文提出了WSN方案具有一系列的優(yōu)勢，它不僅解決了舊方案中存在的不足，還為煤礦安全監(jiān)控提出了新型的、高效的方案，相信，在先進技術(shù)的支持下，煤礦生產(chǎn)的效益將更加顯著。

［1］朱珠.煤礦安全監(jiān)控中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用［J］.信息系統(tǒng)工程，2015，02：15-16.

［2］宋楠楠，陳巖.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)［N］.北京工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，02：47-49+54.

［3］邊晶.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.制造業(yè)自動化，2010，09：39-41+71.

［4］朱軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2014，01：127-128.