[发明专利]一种多源传感器融合的矿井瓦斯释放源定位方法

摘要

本发明专利公开了一种多源传感器融合的矿井瓦斯释放源定位方法，属于煤矿公共安全应急监测技术领域。本发明采用的技术方案是通过将综放工作面采空区瓦斯释放源扩散模型与传感器观测模型相结合，进行瓦斯释放源位置参数的反向演算，使得预测模型估计值与观测值间的误差最小化；本发明所述的综放工作面采空区瓦斯释放源定位方法包括以下步骤，步骤1矿井采空区内随机部署传感器节点；步骤2获取瓦斯浓度观测数据信息；步骤3瓦斯释放源位置参数优化计算；步骤4确定瓦斯释放源位置信息。采用本发明所述的瓦斯释放源定位方法，能够实现煤矿井下采空区瓦斯释放源的快速、准确定位，为矿井采空区瓦斯突出预警及瓦斯抽采提供有效的参考依据。

主权项

一种多源传感器融合的矿井瓦斯释放源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在煤矿采空区内随机部署传感器节点,各个传感器节点采用自组织形式连接，并通过簇头节点和传感器节点构成无线传感器网络，实时动态地采集、监测瓦斯浓度数据信息；步骤2、建立煤矿井下采空区瓦斯释放源扩散理论模型；步骤3、建立煤矿井下采空区多源传感器观测模型；步骤4、采用混合卡尔曼粒子滤波算法对采空区瓦斯释放源参数进行估计，并依据迭代运算得到估计参数的坐标位置；步骤5、依据簇头节点的数据融合，实现瓦斯释放源的精确定位，得到定位结果；其特征还在于，所述煤矿井下采空区内的瓦斯释放源扩散理论模型，可表示为c(ri,t)=q2πK1||ri-rs||exp[-V2K(||ri-rs||-Δx)]]]>其中，ri＝(xi,yi)为传感器节点位置，其中i＝1,2,…,N，N为节点总数，rs＝(xs,ys)为瓦斯释放源位置坐标，c(ri,t)为传感器节点ri处瓦斯扩散浓度值，q为瓦斯释放率，K为湍流扩散系数，V为采空区风速；Δx＝(xs‑xi)cosθ+(ys‑yi)sinθ，θ为风向与x轴正向夹角；所述煤矿井下采空区多源传感器观测模型，可表示为y(ri,t)＝c(ri,t)+Θ(ri,t)+b其中，y(ri,t)为传感器节点ri在t时刻的瓦斯浓度观测值，c(ri,t)为传感器节点ri处瓦斯扩散浓度值，Θ(ri,t)为传感器节点i在t时刻的观测噪声，是均值为0、方差为的高斯白噪声；b为系统中的恒定量；对所述煤矿井下采空区多源传感器观测模型进行矢量化，令zi(t)＝y(ri,t)，Θi(t)＝Θ(ri,t)，则y(ri,t)＝c(ri,t)+Θ(ri,t)+b可表示为：zi(t)＝Hi(t)xi(t)+Θi(t)，其中，为瓦斯释放源的参数向量；进一步，将第k时刻传感器节点i所观测的瓦斯浓度表示为离散形式zi,k＝Hi,kxi,k+Θi,k其中，Hi,k是传感器节点i在k时刻的观测矩阵，瓦斯释放源在k时刻的参数状态向量，传感器节点i的观测噪声Θi,k服从均值为0、方差为‖ri‑rs‖α/2的高斯分布，α为扩散衰减系数；以及实现所述定位方法的无线传感器网络部署方式，其特征在于，在煤矿井下采空区内采用LEACH算法随机部署簇头节点，并通过各传感器节点平均分配所述网络的能量负载，以达到降低网络能耗和延长生命周期的目的。