[发明专利]矿用风电无线传感器网络信息管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络应用，特指一种利用矿井巷道风力发电向无线 传器网络节点装置供电的矿用无线传感器网络和使用该网络的管理系统。

背景技术

在煤矿安全生产中，需要在井下建立通讯网络实时监测监控环境状况和生 产情况，比如，使用瓦斯监控系统监测监控井下各地点的瓦斯气体浓度和各种 设备的运转情况；和使用井下人员跟踪定位系统实时监测井下人员的分布和作 业情况，这些监测监控系统大都通过有线通讯网络将井下的各种检测数据上传 至地面的管理计算机，为此，需要在井下各监测地点设置有线通讯网络设备， 过长的通讯线路还另需加装中继设备，使得系统设备的成本高昂，包括设备安 装成本和后期维护成本。而且，井下环境状态异常复杂，常常发生巷道崩塌等 自然灾害事故或人为损坏等情况，极容易造成有线通讯网络线路中断，影响系 统的正常使用。另外，对于井下人员跟踪定位系统而言，要做到十米左右的定 位精度，必需在巷道中大量安置有线通讯网络识别分站，其系统设备成本、安 装成本和使用维护成本加在一起已高到煤炭生产企业无法接受的程度。因此， 现有的井下人员跟踪定位系统一般只在煤矿巷道的分岔口和各人员较为集中的 地方安装有线通讯网络识别分站，各分站间的距离相距几百米以上，故存在大 量的定位盲区，不利于安全生产。

随着相关技术的发展，具有低成本，低通讯速率，安装简便和极少需要维 护的无线传感器网络技术产品已开始应用到一些煤炭生产企业中，例如，使用 IEEE 802.15.4标准的Zigbee无线传感器网络技术产品，其原理在煤矿巷道中以 短间隔距离安置无线传感器网络节点装置，通过每个网络节点装置中继接力传 送数据，将数据传送至远程的监管计算机或服务器，而且，短间隔距离的网络 节点具有地址标杆的属性，显著提高井下人员的跟踪定位精度，然而，因无线 传感网络的每个网络节点装置工作状态下有100mW左右的电能消耗，使用电池 供电不能支持其长久工作，还带来定期更换电池和容易出现通讯系统不稳定的 问题，因此，要解决无线传感器网络节点装置的供电问题。

原则上可将井下的交流电源转换成低压直流电源后供无线传感器网络节点 装置使用，但煤矿井下环境特殊，有严格的供电制度限制随意取电，其次，巷 道中绝大部份区域无交流电源配接箱，故无法向无线传感器网络节点装置提供 所需的电力支持，因此，现有井下使用和计划使用的无线传感器网络节点装置 采取由有线通讯网络通讯设备提供直流电源供电的方案，例如，从井下人员跟 踪定位系统中的识别分站设备引出直流电源向数个无线传感器网络节点装置供 电，低压直流电源线不能将电力运送得太远，故无法将无线传感器网络通讯信 号覆盖整个井下矿区。还有，无线传感器网络与有线通讯网络的混合使用，仍 然无法克服有线通讯网络在煤矿井下使用中存在的高成本、难维护和系统不稳 定问题。

综上所述，因煤矿井下供电条件的限制，使得无线传感器网络只能与有线 通讯网络混合使用，使得无线传感器网络无法全面覆盖井下整个矿区，其优势 性能不能得到发挥，例如，地面管理者无法对每一个井下人员实施全程实时的 跟踪定位和保持可靠的通讯联络状态，一旦发生重大险情时无法将报警紧信息 及时传达到每一个井下人员，或者，井下人员遇到险情时也无法及时将求救信 息发送给周边的人员或井上的管理计算机。

发明内容

因此，本发明根据上述要求，目的在于提供一种矿用风电无线传感器网络 信息管理系统，其具有低成本、无需布线供电、无需维护的特点，并容易建立 全面覆盖井下矿区的通讯网络，对每一个井下人员实现高精度位置定位和行程 跟踪，并与之保持实时联系状态，而且，还能够与井下任何地点的监测监控设 备实现实时数据传输，将所检测数据上传至地面管理计算机，或者，将管理计 算机的控制指令下达至井下指定的监测监控设备，对井下监测监控设备实施远 程控制。

鉴于煤矿井下巷道具有常年不间断强制风机通风的特性，本发明是一种利 用巷道风力发电向无线传感器网络节点装置提供电力支持的无线传感器网络信 息管理系统，在使用过程中，无需对风力供电的无线传感器网络节点装置(简 称风电网络节点装置，下同)另布供电线路或频繁更换电池，另外，沿巷道按 一定的间隔距离安置的多个风电网络节点装置能够相互中继接力传输数据，广 泛分布的风电网络节点装置容易实现覆盖整个井下矿区的风电无线传感器网 络。