[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系统监测软件和后台数据库，所述监测主机用于接收矿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，在所述煤矿井下火灾监测系统中，各传感器节点在采集煤矿安全数据之前，先通过拓扑演化的方式构建无线传感器网络拓扑结构，具体为：

(1)在撒布好的传感器节点中，所述通讯主站从其附近的个传感器节点中选取M个传感器节点作为簇首，所述通讯主站和其附近的个传感器节点一同构成初始拓扑；

(2)每隔一个时间步长，从当前拓扑以外的可选范围内选择一个距离所述通讯主站最近的传感器节点加入当前拓扑，并获得该传感器节点的邻节点集；计算新加入的传感器节点与每一个既在其通信半径内又在当前拓扑内的传感器节点、通讯主站之间的连接概率；

(3)如果新加入的传感器节点与所述通讯主站的连接概率最大，则该传感器节点当选为簇首，否则，该传感器节点归属于与其连接概率值最大的簇首，成为该簇首的簇成员节点；

(4)继续执行(2)-(3)，直至撒布在煤矿传感区域的所有传感器节点加入拓扑，得到更新后的无线传感器拓扑结构。

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，所述通讯主站从其附近的个传感器节点中选取M个传感器节点作为簇首，具体是：计算所述的个传感器节点的成簇参数，并将得到的成簇参数进行降序排列，选择成簇参数最大的前M个传感器节点作为簇首，M为预设的初始簇首数，其中，传感器节点k的成簇参数可利用下式计算得到：

式中，Clu(k)为传感器节点k的成簇参数，成簇参数用来评价传感器节点成为簇首的能力，成簇参数越大，代表传感器节点成为簇首的可能性越大；E_res(k)为传感器节点k的剩余能量值，E_res(i)为第i个传感器节点的剩余能量值，且Y_k,BS为传感器节点k与所述通讯主站的广义距离，Y_i,BS为传感器节点i与所述通讯主站的广义距离，Y_k,i为传感器节点k与第i个传感器节点的广义距离，且当i＝k时，此时Y_k,i＝0，Pt_k为传感器节点k的发射功率，Pt_BS为所述通讯主站BS的接收功率，α为衰减因子，d(k,BS)为传感器节点k和通讯主站的空间距离，ε为调控因子，其取值范围为3～8。