[发明专利]一种煤矿井下火灾监测系统

权利要求书

1.一种煤矿井下火灾监测系统，其特征是，包括：

监测主机，所述监测主机位于地面且安装有系统监测软件和后台数据库，所述监测主机用于接收井下安全数据和发出监测指令；

通讯主站，所述通讯主站通过工业以太网络与所述监测主机通讯，且用于接收和传输所述井下安全数据和所述监测指令；和

无线传感器网络，所述无线传感器网络位于煤矿传感区域内，通过所述通讯主站与所述监测主机通讯，且包括多个传感器节点，所述传感器节点用于采集煤矿安全数据和无线传输所述煤矿安全数据；和

无线网关，所述无线网关与所述传感器节点通过无线通讯并且与所述通讯主站通过现场总线通讯，所述无线网关将所述煤矿安全数据传输到所述通讯主站并向所述传感器节点传输所述监测指令；

所述无线传感器网络的路由算法采用CRAM算法，所述传感器节点和所述无线网关采用突发唤醒通讯机制，仅在一定时间间隔内数据发生了变化或根据所述监测主机的监测指令才进行无线网络通讯。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述煤矿安全数据包括一氧化碳浓度数据、矿内压力变化数据和煤矿内温度数据。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述传感器节点内置至少一种下述传感器：

一氧化碳传感器，用于采集煤矿内一氧化碳浓度数据；

风压传感器，用于采集煤矿内压力变化数据；

温度传感器，用于采集煤矿内温度数据。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述无线网关包括ZigBee无线网络通信模块。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述传感器节点具有网络标识和地理坐标，所述的煤矿井下火灾监测系统能够以地点和名称为索引进行存储和查询。

6.根据权利要求1所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述无线传感器网络为分簇结构的无线传感器网络，在无线传感器网络启动时刻，所述通讯主站对传感器节点进行簇划分，确定作为簇首的传感器节点，而剩余传感器节点作为簇成员节点；所述簇成员节点用于采集煤矿安全数据并将所述煤矿安全数据发送至所属簇的簇首；所述簇首用于将自身采集的煤矿安全数据和接收到的其簇成员节点发送的煤矿安全数据汇聚后传递给所述通讯主站，所述通讯主站将收集到的煤矿安全数据发送至所述监测主机。

7.根据权利要求6所述的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，所述通讯主站对传感器节点进行簇划分，具体是：

(1)所述通讯主站从所述传感器节点中确定Q个临时簇首；

(2)对Q个临时簇首进行筛选，具体为：利用下式计算任意两个临时簇首a,b之间的相似度值，若相似度值大于设定的阈值，则将其中一个能量较小的临时簇首恢复为簇成员节点：

式中，Sim(a,b)为临时簇首a和临时簇首b之间的相似度值，E_a为临时簇首a的当前剩余能量值，E_b为临时簇首b的当前剩余能量值，E为所述无线传感器网络中传感器节点的初始能量值，且设所述无线传感器网络中所有传感器节点的初始能量值均为E，SNR_a和SNR_b分别为临时簇首a和临时簇首b的当前信噪比，d(a,b)为临时簇首a和临时簇首b之间的距离，d(a,BS)为临时簇首a与通讯主站BS之间的距离，d(b,BS)为临时簇首b与通讯主站BS之间的距离，κ为设定的常数因子；

(3)将仍是临时簇首的传感器节点作为所述无线传感器网络的簇首，成为簇首的传感器节点进行成簇广播，剩余传感器节点选择与之通信距离最近的簇首进行加簇，成为簇成员节点。