[发明专利]一种受控与机会混合式无线充电方法

说明书

本发明公开了一种受控与机会混合式无线充电方法，涉及煤矿相关领域，为了实现矿山物联网节点的无线充电，需在煤矿巷道内部署一定数量的固定充电站，它们直接与井下电网相接，因此具有稳定的电能供应。每个固定充电站还需配备若干移动充电装置，移动充电装置在固定充电站处充满电之后，按照一定调度策略为巷道内的节点充电。本发明为一种受控与机会混合式无线充电方法，在不影响矿工工作效率的情况下，利用携带便携式充电装置的矿工的顺带充电能力，提高矿井无线充电的充电性能。

技术领域

本发明涉及煤矿相关领域，具体为一种受控与机会混合式无线充电方法。

背景技术

实时掌握煤矿井下设备工况、人员状态和环境信息对于提高生产效率和保障生产安全至关重要。在矿井中部署矿山物联网，通过矿山物联网节点感知设备工况参数，可实现设备的远程监控和预知维护；通过矿山物联网节点对矿井环境参数进行动态感知，可实现矿山灾害的预测预警，大幅降低灾害损失。

根据是否可在地面充电，可将节点分为两类，一类节点是工作人员随身携带的传感器，比如用于检测矿工生命体征(如脉搏)的传感器，它们能够在工作人员升井后在特定位置(如矿灯充电房)得到电能补充。另外一类是固定安装于矿井中的节点，比如瓦斯浓度传感器，它们采用电池供电。对于电池供电节点而言，尽管可以采用低功耗器件和节能算法提高工作寿命，但是节点能量始终处于不断降低状态并最终趋近于零，必须通过更换电池或充电的方式补充能量。为大量节点更换电池一方面工作量太大，在实践中多有抵触情绪，另一方面为某些位置的节点更换电池的难度较大。

发明内容

本发明提出一种受控与机会混合式无线充电方法，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种受控与机会混合式无线充电方法，其具体方方法为：

在巷道侧壁上安装有N个无线可充电节点，巷道中每隔一定距离部署有一个固定充电站(Stationary Charger，SC)，其中SC负责为移动充电装置(Mobile Charger，MC)充电，每个检修工携带有一个便携式充电装置，因此一个检修工就是一个机会MC，假定MC(若无特殊说明，MC泛指受控MC或机会MC，受控MC指携带便携式充电装置的矿工，机会MC指受控充电模式中的MC)的充电半径为r_ch，通信半径为r_co，且有r_ch≤r_co；其中，机会MC可通过在SC处充电和电池交换的方式补充能量；

不失一般性，假定检修工按照区域1-5的顺序进行检修，当检修工到达一个区域(比如区域2)后，检修工对该区域内的待检修设备进行检修，在检修过程中，将有一定数量的矿山物联网(Mine Internet of Things,MIoT)节点位于机会MC的充电半径r_ch内，它们可以通过机会充电的方式从机会MC处获得能量，从机会MC的移动路径看，当检修工在检修区域之间移动的时候，其移动路径将会形成一种逻辑环形结构，在检修工对某个检修区域中的待检修设备进行检修的时候，待检修设备与该检修区域形成一种分支结构，检修设备附近的MIoT节点则作为待检修的分支，最终将形成以检修区域为环、待检修设备与MIoT节点为分支的环形与树形混合结构；

不失一般性，假定第i个检修区域P_i,i＝1,…,m中有n_i个待检修设备和o_i个待充电节点，当检修工检修1#待检修设备时，第1、8、9号节点处于检修工所携带的机会MC的充电半径r_ch内，然后可为它们提供充电服务。

优选的，某个待充电节点(比如Node_k,k∈[1,N])从MC接收到的功率P_r(k)可表示为：