[发明专利]基于mesh网络的井下多飞行器协同救援方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于mesh网络的井下多飞行器协同救援方法及系统，本发明应用于矿井发生瓦斯爆炸和火灾等事故后，尤其是针对救护队员难以到达相关区域进行抵近侦察、搜寻和救援，且井下通信系统损坏较多的事故现场的应急救援中；本发明的矿井灾后多飞行器协同救援系统具有快速协同搜救和定位被困矿工，在飞行器行进过程中，由所携带的组网模块，使飞行器之间通过mesh网络进行实时组网，保证飞行器与控制设备的通信正常，使飞行器的搜行范围随着不断推进而扩大，并通过mesh网络的覆盖实现救援飞行器的目标搜索，最终确定携带有定位终端的矿工位置，同时将数据通过mesh网络传输至救援指挥中心，从而实现矿井发生事故后的快速救援目的。

技术领域

本发明涉及矿井灾变后应急救援领域，主要涉及无线网络技术、多无人机协同控制和信息采集技术等。

背景技术

在危险场合作业时，采用机器人替代人员作业是当前的一个新的发展方向。世界上许多国家研制出应急通信飞行器、反恐防爆飞行器、飞行器等，煤矿井下探测救援飞行人也有部分的研究。由于煤矿巷道有多种类型，不同巷道面受类型不同，巷道形状、截面大小、稳定程度大不相同，尤其在灾害期，狭窄的巷道面充斥大量障碍物。常用的履带式机器人因其本身结构限制，无法翻越障碍物而无法继续前进的弊端。飞行器具有小型化、高机动性、便携性的特点，在矿井发生事故后，可以将飞行器投送到巷道内，实现井下环境快速侦测，但是井下灾后环境复杂，飞行器在井下前进困难且容易发生“炸机”。因此研究复杂环境下的飞行器自主保护等相关技术十分重要。

随着各类矿井生产的机械化、信息化和智能化程度的提高，当前各类事故发生率均大幅下降。但是井下工作环境复杂，仍然无法保障事故的零发生。当井下发生瓦斯爆炸和火灾等事故后，事故现场一般有毒有害物质浓度超标、氧气含量较低，救护队员难以到达相关区域进行抵近侦察、搜寻和救援。而且事故发生后，井下通信系统损坏较多，巷道内原有的通信系统一般都无法正常使用，作为井下侦查飞行器必须自带无线通信系统进行数据通信。目前井下无线传感器网络已得到较广泛的应用，无线传感器网络通信具有成本低、组网灵活方便等特点，但通信距离受发射功率和空间阻挡等因素影响，直接影响井下飞行器的工作距离。为了及时掌握井下事故现场情况，减少事故人员伤亡，研究井下多飞行器快速环境侦测的无线数据传输技术十分必要。

发明内容

鉴于上述井下救援的复杂情况，提出一种基于mesh网络的井下多飞行器协同救援方法及系统，采用多架飞行器协同救援，可以及时掌握井下事故现场情况，减少事故人员伤亡，解决事故发生后，飞行器自带无线通信系统进行数据通信，而飞行器的工作距离受限，且在进行前进困难的问题。

一种基于mesh网络的矿井灾后多飞行器协同救援方法，其特征在于：用于协同救援的飞行器均携带有组网模块和网络节点模块，所述的协同救援方法步骤如下：

(1)对飞行器进行编号、地址配置和飞行测试，并使每个飞行器所携带的组网模块都有不同的地址；

(2)对进入巷道的飞行器启动行进搜索，采集灾变环境中的巷道信息，并对被困矿工进行目标搜索，确定被困矿工的位置；

(3)对mesh网络的信号强度值进行采集，采集最近的网络节点模块的无线信号强度，并判断所述无线信号强度值是否小于设定阈值，如果小于，则顺序执行步骤(4)，否则返回步骤(2)；

(4)启动飞行器的组网模块，搜索最近的mesh网络节点，并形成到救援指挥中心的最佳路由，同时向mesh网络发送跟进指令，救援指挥中心接收到跟进指令后，分析和响应跟进指令，并向飞行器到救援指挥中心的路径上的所有跟进飞行器发送协同跟进指令；

(5)判断mesh网络节点模块的信号强度值RSSI是否大于设定阈值，如果大于，则进入步骤(6)，否则返回步骤(4)；