[发明专利]一种基于演化硬件的井下生命探测装置及方法

权利要求书

1.一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于，所述的井下生命探测装置包括现场可编程门阵列FPGA模块以及与所述FPGA模块连接的外部存储器模块、空气环境传感器模块、采空区监测模块、声光报警模块、供电模块、处理器模块以及与所述处理器模块连接的Ad Hoc通信模块、与所述处理器模块连接的433MHZ通信模块；

所述处理器模块用于处理通信方式的指令，运行切换通信指令切换通信方式，处理生命探测装置与终端节点的通信数据；

所述外部存储器模块用于存储FPGA配置位串；

所述空气环境传感器模块包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、温湿度传感器、火灾传感器，分别采集甲烷浓度、一氧化碳浓度、温湿度和火灾情况；

所述采空区监测模块包括钻孔应力监测传感器、微震监测传感器、巷道收敛监测传感器，监测岩石的应力变化、岩体破裂产生的震动进行监测、岩体的变形滑移、断裂、脱落的监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于：FPGA芯片选用Xilinx的XCV3200E芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于：所述通信方式包括Ad Hoc通信模块和433MHZ通信模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于：Ad hoc通信模块组成一种自组织无线移动网络，能够随时加入、多跳路由、定位功能、报文转发，并且节点地位平等。

5.根据权利要求1所述的一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于：所述处理器模块用于运行演化算法。

6.根据权利要求5所述的一种基于演化硬件的井下生命探测装置，其特征在于：所述演化算法为遗传算法。

7.一种基于演化硬件的井下生命探测方法，采用如权利要求1-6中任一项的井下生命探测装置，包括如下步骤：

步骤一、采空区监测模块监测采空区参数，采空区参数包括岩石的应力变化、岩体位移，空气环境传感器模块采集环境参数，所述环境参数包括甲烷浓度、一氧化碳浓度、温湿度和火灾情况；

步骤二、所述FPGA模块将采空区监测模块和空气环境传感器模块获得的传感器参数转发至所述处理器模块，所述处理器模块根据所述采空区参数与环境参数综合判断矿井环境是否安全，综合判断数据变化异常时，声光报警模块发出报警，并运行遗传算法对各个传感器节点以及通信链路组成的染色体突变进行遗传演化，并执行步骤五，综合判断数据正常时执行步骤三；

步骤三、在环境安全时，基于Ad Hoc通信模块组成一种自组织无线移动网络，具有随时加入、多跳路由、定位功能，并且节点地位平等，有报文转发能力，工人手持节点终端与生命探测装置互联，每个手持终端有专属ID，将外部存储器模块连续的采集数据的信息数据打包，记录工人节点的位置；

步骤四、当手持终端不在生命探测设备覆盖的范围内，相邻的节点终端作为路由器完成多跳路由转发；

步骤五、当矿井发生坍塌导致探测装置发生电路故障时或断电时，将遗传算法演化出新的FPGA配置位串，重新配置FPGA模块得到预期功能的硬件电路，以适应环境的变化。

8.根据权利要求7所述的一种基于演化硬件的井下生命探测方法，其特征在于：所述步骤二中的遗传算法具体又包括如下步骤：

步骤1、周期性的采集空气环境传感器模块和采空区监测模块中各个监测参数，每个参数作为遗传算法中染色体的基因点，多个参数组成基因片段；

步骤2、当所述基因片段或者某个基因点发生突变，即判断井下环境是否发生变化，则执行步骤3；

步骤3、执行系统自检，确定空气环境传感器模块和采空区监测模块中各个传感器能否正常工作，并确定通信链接是否中断，若中断，则执行步骤4；

步骤4、所述处理器模块根据通信链路与各个传感器的工作情况生成FPGA配置位串，并将该FPGA配置位串配置到所述FPGA模块中的外部存储器模块中；

步骤5、重启系统，完成通信方式与传感器监测节点的切换，结合采空区监测力的异常变化和空气环境传感器模块的数据是否在正常的阈值范围内，综合两者对周围综合判断环境是否安全。