[发明专利]基于无线传感器网络的煤矿井下火灾监测系统

摘要

本发明提供了基于无线传感器网络的煤矿井下火灾监测系统，包括煤矿井下火灾监控中心、通讯模块和基于无线传感器网络的煤矿安全监测模块；所述煤矿井下火灾监控中心位于地面且安装系统监测软件和后台数据库，所述煤矿井下火灾监控中心用于接收煤矿安全监测数据和发出监测指令；所述的基于无线传感器网络的煤矿安全监测模块位于煤矿传感区域内，通过所述的通讯模块与所述煤矿井下火灾监控中心通讯，煤矿安全监测模块用于采集和无线传输煤矿安全监测数据；所述的通讯模块用于接收和传输所述煤矿安全监测数据和所述监测指令。本发明具备高度的信息化和智能化，能够及时准确地监测煤矿井下火情，并进行报警，操作简便。

主权项

1.基于无线传感器网络的煤矿井下火灾监测系统，其特征是，包括煤矿井下火灾监控中心、通讯模块和基于无线传感器网络的煤矿安全监测模块；所述煤矿井下火灾监控中心位于地面且安装系统监测软件和后台数据库，所述煤矿井下火灾监控中心用于接收煤矿安全监测数据和发出监测指令；所述的基于无线传感器网络的煤矿安全监测模块位于煤矿传感区域内，通过所述的通讯模块与所述煤矿井下火灾监控中心通讯，煤矿安全监测模块用于采集和无线传输煤矿安全监测数据；所述的通讯模块用于接收和传输所述煤矿安全监测数据和所述监测指令；所述煤矿安全监测模块中的无线传感器网络由多个煤矿安全监测节点和一个移动基站组成，所述的通讯模块与移动基站通信连接，从而获取移动基站收集的煤矿安全监测数据；所述移动基站的状态信息的更新和无线传感器网络路由的建立与维护局限于骨干网络，即煤矿安全监测节点到移动基站的路由仅依据骨干网络中的煤矿安全监测节点进行，对于骨干网络外的其余煤矿安全监测节点，它们监测到的煤矿安全监测数据发送到距离最近的骨干网络中的煤矿安全监测节点，进而传送至移动基站；所述的煤矿安全监测模块在采集煤矿安全监测数据前构建所述的骨干网络，具体为：从煤矿安全监测节点中选出合适的煤矿安全监测节点作为骨干网络的构成节点，对于构成节点的三跳内的其他构成节点，将作为该构成节点的候选连接构成节点，并对应选择与候选连接构成节点进行连接所需的连接节点，从而得到该构成节点的多条候选连接路径；每个构成节点将获取的多条候选连接路径信息发送至移动基站，其中候选连接路径信息包括待构成节点及对应的连接节点，移动基站为每个构成节点选取最优候选连接路径与对应的构成节点进行连接，最终形成具有最少煤矿安全监测节点数目的骨干网络，具体为：(1)令各构成节点为学习自动机，令各构成节点对应的各个候选连接路径为动作，则构成节点β的动作集表示为其中为构成节点β的候选连接路径集合，n_β表示构成节点β具有的候选连接路径数量；(2)对学习次数、第一次选择候选连接路径时的动作概率向量，以及选择候选连接路径时能够从环境获得奖励的估计期望值进行初始化；(3)在第J次学习中，学习自动机根据动作概率向量E(J)，选择一条候选连接路径(4)执行候选连接路径后，学习自动机从环境获得反馈P(J)，并根据下列公式对估计期望值的取值进行更新：其中式中，表示构成节点β选择候选连接路径时所对应的估计期望值的更新值，表示进行J次学习后构成节点β选择候选连接路径时从环境获得奖励的次数，表示进行J次学习后候选连接路径被选择的次数；W_J为由当前选择的所有候选连接路径连接形成的骨干网络中煤矿安全监测节点的数量，W_m表示到目前为止连接形成的骨干网络中的最小煤矿安全监测节点数目；其中，P(J)＝1时，表示学习自动机从环境获得奖励，P(J)＝0时，表示学习自动机从环境中没有获得奖励；(5)对下一次学习过程中的动作概率向量E(J+1)的取值按照下列公式进行更新：式中，为取值函数，当相对于之前的估计期望值取值最大时，否则(6)若满足设定的终止条件，将构成节点当前选取的候选连接路径作为选取的最优候选连接路径，否则，学习次数J自增1，转到步骤3)，所述设定的终止条件为：各学习自动机的学习次数大于设定的次数阈值或者在最近的三次学习中，连接形成的骨干网络中包含的煤矿安全监测节点数目没有变化；构建骨干网络的过程中，对应选择与候选连接构成节点进行连接所需的连接节点，具体为：(1)获取构成节点与候选连接构成节点所有连接路径，表示为：其中，表示构成节点D_N与其候选连接构成节点之间的第ε条连接路径；(2)按照下列公式计算构成节点与候选连接构成节点连接的所有路径的优选值，选取优选值为最大的路径作为该构成节点与候选连接构成节点连接的最优路径：式中，表示构成节点D_N与其候选连接构成节点之间的第ε条连接路径的优选值，为中所包含的连接节点数目，表示中的第B个连接节点具有的邻居节点数目，Y为设定的权重系数，且满足0.6≤Y≤0.8；(3)选取的最优路径中的连接节点即为所述的所需的连接节点。