[发明专利]一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统

说明书

技术领域

本发明创造涉及煤矿安全监测技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统。

背景技术

矿井围岩无线监测系统的研究与开发为及早预防矿井开采过程中出现的围岩灾害提供了技术手段与判别依据，然而煤矿井下巷道的无线通信环境与地面移动通信环境完全不同，煤矿井下空间有限、煤层以及岩石会对无线电磁波传播造成很大的衰减，这些问题导致常规地面移动通信的方法很难直接应用在矿井下，为了提高无线监测系统在矿井应用下的可靠性，本发明提供了一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统，对无线传感器网络的路由算法和数据纠错率进行改进，提高了无线传感器网络的使用寿命和可靠性。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统，包括数据监测模块、数据传输模块和地面监控中心，所述数据监测模块用于采集煤矿井下开采过程中由于围岩应力的改变而导致的特征变化，包括温度采集、压力采集和微震信号采集，所述数据传输模块采用无线传感器网络技术将采集到的温度、压力和微震信号传输到地面监控中心，所述地面监控中心用于根据接收到的监测数据的变化对井下开采时的地质情况进行分析并在监测数据出现异常时进行报警处理。

本发明创造的有益效果：本系统通过无线传感器网络技术实现了矿井围岩的安全监测，在系统的无线传感器网络中采用改进的LEACH算法进行网络中簇头的选择，优化了簇头竞争条件，克服了簇头节点分布不均匀的问题；在传感器节点选择簇头时，引入代价函数，综合考虑了传感器节点到簇头的距离、传感器节点和簇头的能量值以及簇头到基站的距离，均衡选择合适的簇头，进一步改善了网络的拓扑结构，减少了通信消耗的能量；采用多跳路由的数据传输方式，减少了数据传输所消耗的能量，延长了簇头的生命周期，均衡了网络能耗，达到了节能的效果。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明数据传输模块的结构示意图；

图3是本发明地面监控中心结构示意图。

附图标记：

数据监测模块1；数据传输模块2；地面监控中心3；簇头选择单元21；节点成簇单元22；路由设计单元23；异常预警单元31；数据分析单元32。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2和图3，本实施例的一种基于无线传感器网络的矿井围岩监测系统，包括数据监测模块、数据传输模块和地面监控中心，所述数据监测模块用于采集煤矿井下开采过程中由于围岩应力的改变而导致的特征变化，包括温度采集、压力采集和微震信号采集，所述数据传输模块采用无线传感器网络技术将采集到的温度、压力和微震信号传输到地面监控中心，所述地面监控中心用于根据接收到的监测数据的变化对井下开采时的地质情况进行分析并在监测数据出现异常时进行报警处理。

本优选实施例通过无线传感器网络技术实现了矿井围岩的安全监测，在系统的无线传感器网络中采用改进的LEACH算法进行网络中簇头的选择，优化了簇头竞争条件，克服了簇头节点分布不均匀的问题；在传感器节点选择簇头时，引入代价函数，综合考虑了传感器节点到簇头的距离、传感器节点和簇头的能量值以及簇头到基站的距离，均衡选择合适的簇头，进一步改善了网络的拓扑结构，减少了通信消耗的能量；采用多跳路由的数据传输方式，减少了数据传输所消耗的能量，延长了簇头的生命周期，均衡了网络能耗，达到了节能的效果。

优选地，所述数据传输模块2采用无线传感器网络技术将采集到的温度、压力和微震信号传输到地面监控中心，包括簇头选择单元21、节点成簇单元22和路由设计单元23，所述簇头选择单元21用于确定分层路由算法中的簇头，所述节点成簇单元22通过改进传感器节点成簇机制，使得传感器节点选择合适的簇头，所述路由设计单元23用于在数据传输的过程中，选择合适的中继节点实现簇头和基站之间的数据传输；

优选地，所述簇头选择单元21采用改进的LEACH算法确定路由算法中的簇头，定义算法中的阈值为T(n)，则T(n)的计算公式为：