無線傳感器網絡在煤礦安全監控中的運用

宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業有限公司，山西朔州 036000）

無線傳感器網絡在煤礦安全監控中的運用

宋奧 陳瑞紅

（山西中煤潘家窯煤業有限公司，山西朔州 036000）

在我國能源結構中，煤炭占據著重要的地位，它為人們的生活與生產提供了可靠的能源保障，但當前，煤礦生產的安全事故層出不窮，此時的事故造成了嚴重的損失，為了有效避免安全事故的出現，其安全監控的建設得到了廣泛的關注。本文主要介紹了無線傳感網絡與煤礦安全監控的概況，同時重點闡述了煤礦安全監控對無線傳感網絡的運用，在先進技術的支持下，其監控具有了低成本與高效性的特點。

無線傳感器網絡 煤礦安全監控 運用

目前，科學技術水平的提升有著較快的速度，在傳感技術、通信技術、嵌入式技術的支持下，無線傳感器網絡在眾多領域均有著廣泛的應用，它對監視對象的信息實現了檢測、采集與處理，從而為監測任務的完成提供了可靠的信息。無線傳感器網絡具有一系列的優點，如：低成本、低能耗、可靠性與可擴展性等，它滿足了我國煤礦安全監控的發展需求，通過高效的監控，保證煤礦生產效率的提高，推動了我國煤礦行業的穩定、健康與可持續發展。

1 無線傳感器網絡的概況

無線傳感器網絡的簡稱為WSN，它融合了三大先進的技術，分別為傳感器技術、計算機技術與通信技術，三者分別承擔著信息的采集、處理與傳輸的作用，在科學技術不斷發展的背景下，WSN的信息化、現代化與先進化的特點日益顯著。

目前，在各個領域均對WSN有著較為廣泛的運用，如：軍事、農業與醫療等，它作為新型網絡系統，具有一系列的顯著特點，如：規模性、動態性與可靠性等。WSN的構成主要有傳感器節點、匯聚節點、外部網絡與用戶界面［1］。

2 煤礦安全監控的概況

煤礦安全監控系統具有復雜的結構與豐富的功能，其功能主要有信號的采集、傳遞、保存與處理等，主要監控的對象為現場的氣體濃度、溫度、濕度與煙霧等，同時對于井下的設備也實現了遠程遙控。

現階段，煤礦安全監控系統主要分為兩類，第一類為有線通信監控系統，第二類為無線通信監控系統。在我國，主要應用了有線通信監控系統，但此時的有線系統具有諸多的缺點，其移動性、組網能力與抗災能力均相對較弱，該系統主要對RFID技術進行了應用，此時的監控受通信距離的影響，使其監控的可靠性相對較低。隨著WSN技術的發展，在煤礦安全監控中對WSN進行了應用，在科學技術的支持下，其監控系統得到了進一步的發展。

煤礦安全監控系統中應用的RFID技術，其不足主要體現在以下幾方面：

其一，較短的通信距離。對于RFID的煤礦安全監控而言，其監控距離僅維持在十米以內，但礦井內的工作人員極易超出其控制范圍，在此情況下出現的安全事故，難以實現有效的搜救，同時其監控的安全性、可靠性與高效性等均存在不足［2］。

其二，較小的通信容量。此時的監控系統其傳輸的信息量相對較少，對于信息的發送缺少實時性。由于傳感器的位置屬于固定的，致使檢測的實時性難以得到保證，因此，礦井下的安全預防與監控均受到了不同程度的影響。

其三，較差的可擴展性。對于煤礦的生產而言，其開采保持著持續性，此時的監控范圍在不斷擴大，但有線連接的基站設備未能進行及時的移動，難以滿足實際監控的需求。

3 煤礦安全監控中對無線傳感器網絡的運用

3.1 WSN方案的制定

針對煤礦監控系統存在的問題，為了有效解決RFID的技術問題，本文提出了WSN安全監控方案，在礦井下進行了路由節點的設置，其間距為幾十米；同時礦井的工作人員均攜帶終端設備，在此基礎上，促進了無線傳感器子網的形成，同時各子網借助協調器實現了與網關設備或者控制服務器的連接。

在煤礦安全監控系統中應用WSN技術，其優勢是顯著的，具體內容如下：

其一，較長的通信距離。此系統對煤礦的監測達到了一百二十米左右，在井下通信距離問題得到解決后，監控系統的可靠性得到了大幅度的提高。其二，實時的信號采集。此系統對礦井中各個信息的采集具有了實時性，同時保證了信息的高效轉發與處理。其三，豐富的節點功能。此系統的網絡通信，通過定位參數的獲取，實現了對人員的準確定位，在此基礎上，為事故的搜救奠定了堅實的基礎。其四，較低的功耗與成本。此系統的工作周期較短，并對功耗的要求較低，再者還擁有休眠模式，同時在系統用量與日俱增的背景下，其價格在逐漸下降。其五，良好的可擴展性。此系統對無線通信技術進行了應用，通過路由節點的添加，便可以實現監控范圍的擴展，同時其具有良好的移動性與便捷的維護［3］。

3.2 監控系統的設計

在硬件方面，主要為傳感器節點的設計，此時的設計要滿足其功能的需求，具體的功能要求為：實現不同信號的實時采集與處理，保證瓦斯濃度報警器的準確性，實現對井下工作人員的實時監測，同時要具備多種工作模式。在此基礎上，具體的節點設計分別為便攜式傳感器網絡節點與固定式節點，前者主要有處理器、聲光振報警、顯示器、瓦斯傳感器板與電池電源等；后者主要有處理器、聲光振報警、電池電源及其他傳感器等。在對傳感器進行選擇時，主要的類型為溫濕度傳感器與瓦斯傳感器。

在軟件方面，對于無線傳感其通信節點而言，軟件是重要的一部分，它主要是為無線傳感器硬件電路提供服務，在軟件的作用下，使節點滿足了各項要求，進而保證了電路的有效運行。同時，軟件的可升級性與可擴展性，使系統適應了不同工作環境的需求［4］。

4 結語

綜上所述，在煤礦安全監控系統中應用無線傳感器網絡，此技術提高了監控系統的監控質量，保證了煤礦生產的安全性與經濟性。本文提出了WSN方案具有一系列的優勢，它不僅解決了舊方案中存在的不足，還為煤礦安全監控提出了新型的、高效的方案，相信，在先進技術的支持下，煤礦生產的效益將更加顯著。

［1］朱珠.煤礦安全監控中無線傳感器網絡的技術應用［J］.信息系統工程，2015，02：15-16.

［2］宋楠楠，陳巖.一種基于無線傳感器網絡的煤礦安全監控系統［N］.北京工商大學學報（自然科學版），2010，02：47-49+54.

［3］邊晶.基于無線傳感器網絡的煤礦安全監控系統的研究［J］.制造業自動化，2010，09：39-41+71.

［4］朱軍.無線傳感器網絡在煤礦井下的應用［J］.煤炭技術，2014，01：127-128.