[发明专利]一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统

权利要求书

1.一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，包括参数监测模块、数据传输模块、数据库模块和界面显示模块，所述参数监测模块利用传感器节点采集矿井内的环境数据并通过无线传感器网络将所述环境数据发送至数据传输模块，所述数据传输模块用于将所述环境数据传输至数据库模块，所述数据库模块用于对接收到的数据进行存储和处理，并判断井下的环境状态，当井下环境状态为危险时即进行预警，所述界面显示模块用于将传感器的位置信息和环境数据显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，所述参数监测模块的传感器节点包括一氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器和风速传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，所述数据库模块包括数据存储单元、数据处理单元和报警单元，所述数据存储单元用于对接收到的井下环境数据进行存储，所述数据处理单元用于对接收到的井下环境数据进行处理，并判断井下的环境状态，当井下环境状态为危险时即令报警单元进行预警。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，所述参数监测模块和数据传输模块通过无线传感器网络实现数据的传输，所述数据传输模块和数据库模块通过GPRS实现数据的传输。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，所述参数监测模块中的无线传感器网络采用改进算法对每个未知节点的平均每跳距离进行计算，并根据计算所得的平均每跳距离估计未知节点到其他信标节点的跳段距离，具体包括：

a.采用下列公式计算每个信标节点的平均每跳距离li，

式中，l_i为每个信标节点的平均每跳距离，(x_i，y_i)为信标节点i的位置坐标，(x_j，y_j)为信标节点j的位置坐标，h_ij为信标节点i和信标节点j之间的跳段数；

b.根据上述计算所得的平均每跳距离计算未知节点到其他信标节点的跳段距离，定义未知节点为k，则未知节点k到其他信标节点的跳段距离的计算公式为：

当信标节点p为距离未知节点k最近的信标节点时，则未知节点k到信标节点p之间的跳段距离d_kp为：

式中，为未知节点k的平均每跳距离，h_kp为未知节点k与信标节点p之间的跳段数,l_i为每个信标节点的平均每跳距离,为信标节点p到其他信标节点之间实际距离的平均值，为信标信标节点p到其他信标节点之间跳段数的平均值；

当信标节点g为距离未知节点k较远的信标节点时，则未知节点k到信标节点g之间的跳段距离d_kg为：

d_kp＝l_kg×h_kg

式中，l_kg为未知节点k与信标节点g之间的平均每跳距离，为未知节点k的平均每跳距离，J_pg为信标节点p与信标节点g之间的实际距离，h_pg为信标节点p与信标节点g之间的跳段数,h_kg为未知节点k与信标节点g之间的最小跳数。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的矿井安全监测系统，其特征是，所述参数监测模块中的无线传感器网络采用基于差分进化算法对未知节点进行定位，对差分进化算法中的适应度函数进行改进，设无线网络中信标节点为A，未知节点数为B，则改进后的适应度函数为：

式中，为未知节点k第t代种群的的位置坐标，(x_m,y_m)为信标节点m的位置坐标，d_km为与该种群个体对应的未知节点k到信标节点m的跳段距离，G为到未知节点k跳段距离最近的信标节点数，h_kn为未知节点k到信标节点n之间的跳段数。