煤矿井下机会感知网络与路由算法研究
发布时间：2021-11-14 22:23
我国政府相继出台了多种办法和措施来保障煤矿井下安全生产和工作人员的生命安全。建设智慧矿山,实现煤矿井下无人值守、少人作业就是一个重要举措。对煤矿井下物联网系统尤其是感知层和传输层的深入研究与应用对于推进我国煤矿工业化与信息化深度融合、加快煤矿产业结构更新和生产效率的提高,最终实现煤矿井下无人值守、少人作业这一发展目标具有重要的意义。为实现这一发展目标,本文从煤矿井下环境和设备参数获取和传输的实际需求出发,针对矿井环境和现有煤矿网络感知层和网络层特点,对煤矿井下机会感知网络的构建和关键技术进行了深入研究。提出了利用煤矿井下现有网络资源和电机车、人员的移动,在不增加移动设备、少增加感知装置的情况下,通过“有线固定节点+无线固定节点+无线移动节点”的方式构建煤矿井下机会感知网络,从而对矿山人员、环境、设备进行全面感知,保证了煤矿环境及设备参数的实时传输和矿井上下实时动态响应。主要研究成果如下:（1）设计了一种基于有线+无线固定节点+无线移动节点的煤矿井下机会感知网络,实现了对矿山人员、环境、设备状态信息的全面感知。（2）设计了煤矿井下物联网的智慧感知层与异构传输层。通过分级分类感控、协同感知...
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１无线传感器网络数据采集系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｓｅｎｓｏｒ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ??
?２煤矿井下物联网智慧感知层与异构传输层设计???（１）无线传感器监控节点：监测设备运行及状态参数、环境参数等，并监控??设备运行。??（２）中继节点：检测和控制信息的转发中继。??（３）汇聚节点：传感网和外网的网关，通过无线方式将各种信息及时传送至??监控中心。??煤矿井下无线感知网络结构如图２－１所示。??网关??汇聚节点??无线传感器节点?无线传感器节点?…??温度?瓦斯浓度?…?风压??图２－１无线传感器网络数据采集系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｓｅｎｓｏｒ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ??对煤矿井下设备的感知，不仅要实时掌握设备的运行状况，还需要了解设备的??各类静态参数，如安装地点、使用状况等等，以便对设备进行管理。通常使用大量??的ＲＦＩＤ电子标签来实现。ＲＦＩＤ标签与传感器的融合模型如图２－２所示，通过多??端口?ＲＡＭ实现传感器与ＲＦＩＤ的信息融合。??，?｜可编程?????１?计时器＼??—？传感器?１??？?Ａ／Ｄ??—？传感器?２??？?Ａ／Ｄ??ＲＦＩＤ?标签??￣￣？传感器ｎ??？?Ａ／Ｄ?＇?多功能／??????｜微处ｌｉ器??图２－２?ＲＦＩＤ标签与传感器的融合模型??Ｆｉｇ．２－２?Ｆｕｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＲＰＩＤ?ｔａｇｓ?ａｎｄ?ｓｅｎｓｏｒｓ??另外为实现煤矿井下全方位实施监控，作为一种可视化手段，在矿井关键场所??和适当位置安装防爆摄像头，实时监控煤矿井下环境状况和设备运行状况，这些防??－１９?－??
?安徽理工大学博士学位论文???节点采用Ｍｅｓｈ网络连接，每一个网关节点都可选择直接通过有线通道连接煤矿的??地面控制台，这种网络结构既增大了网络效率，也大大提高了网络的安全性。??煤矿井下异构网络融合网关接收终端节点采集的各种设备状态信息、环境信??息、人员信息等，并通过工业以太网转发到煤矿地面生产指挥监控中心，地面监控??中心通过该异构网络下达监控命令控制煤矿井下设备工作。煤矿井下基于千兆光??纤工业以太网的监测监控主干网络，提供统一标准化的接入接口。煤矿井下的异构??融合网络结构如图２－３所示。??ｒｉ．．．?ｕ?Ｖ??」?Ｉ?（：丄一：二：＾?以太网??井下???＾?１业以太环网＾换机??聲」?ｈ、、夂」』??ｖ〇?Ｉ?：．．．．．（ｆ?Ａ?Ａ?ｖ?￥??七?Ｉ?＿?电＿?Ａ?．１?＆??图２－３煤矿井下异构融合网络结构??Ｆｉｇ．２－３?Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｆｕｓｉｏｎ?ｎｅｔｗｏｒｋ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ｃｏａｌ?ｍｉｎｅ??煤矿井下的有线和无线异构的网络，主要特点如下：??（１）有线光纤传输与无线电磁波传输物理层的异构性；??（２）通信协议和网络控制机理的不同；??（３）单跳式、多跳式、分布式协同控制等组网方式的多样性和异构性；??（４）信息传输业务的异构性。??煤矿井下异构网络的融合通过异构融合网关实现。异构融合网关具有多种网??络通信制式，其他单一通信制式的网络节点，通过连接异构融合网关，再由网关将??信息传输到具有其他通信制式的节点，从而实现异构网络的融合。可知，异构融合??－２２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿信息物理融合系统架构及其感控节点研究[J]. 张梅,牛士会,李敬兆. 工矿自动化. 2019(02)
[2]煤矿安全隐患智能语义采集与智慧决策支持系统[J]. 陈梓华,李敬兆. 工矿自动化. 2018(11)
[3]主动感知的煤矿井下设备全生命周期自动化管理系统[J]. 许欢,李敬兆. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]高并发煤矿安全监控数据采集系统的设计[J]. 周海坤. 煤矿安全. 2018(06)
[5]矿山分布式分级自治系统设计[J]. 李敬兆,江洋. 工矿自动化. 2018(05)
[6]矿山物联网云计算与平台技术[J]. 卢新明,阚淑婷,张杏莉. 工矿自动化. 2018(02)
[7]煤矿信息物理系统执行的忠实性分析[J]. 李敬兆,黄志宏. 煤炭技术. 2018(01)
[8]煤矿井下物联网监控框架及关键技术研究[J]. 马丽丽. 煤炭技术. 2017(09)
[9]矿山物联网顶层设计[J]. 丁恩杰,施卫祖,张申,赵小虎. 工矿自动化. 2017(09)
[10]DV-Hop定位算法误差分析与优化[J]. 李敬兆,孙睿,谭大禹. 计算机系统应用. 2017(04)
博士论文
[1]基于4M理论的煤矿本质安全研究[D]. 高晓旭.西安科技大学 2010
本文编号：3495462
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１无线传感器网络数据采集系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｓｅｎｓｏｒ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ??
?２煤矿井下物联网智慧感知层与异构传输层设计???（１）无线传感器监控节点：监测设备运行及状态参数、环境参数等，并监控??设备运行。??（２）中继节点：检测和控制信息的转发中继。??（３）汇聚节点：传感网和外网的网关，通过无线方式将各种信息及时传送至??监控中心。??煤矿井下无线感知网络结构如图２－１所示。??网关??汇聚节点??无线传感器节点?无线传感器节点?…??温度?瓦斯浓度?…?风压??图２－１无线传感器网络数据采集系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｓｅｎｓｏｒ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ??对煤矿井下设备的感知，不仅要实时掌握设备的运行状况，还需要了解设备的??各类静态参数，如安装地点、使用状况等等，以便对设备进行管理。通常使用大量??的ＲＦＩＤ电子标签来实现。ＲＦＩＤ标签与传感器的融合模型如图２－２所示，通过多??端口?ＲＡＭ实现传感器与ＲＦＩＤ的信息融合。??，?｜可编程?????１?计时器＼??—？传感器?１??？?Ａ／Ｄ??—？传感器?２??？?Ａ／Ｄ??ＲＦＩＤ?标签??￣￣？传感器ｎ??？?Ａ／Ｄ?＇?多功能／??????｜微处ｌｉ器??图２－２?ＲＦＩＤ标签与传感器的融合模型??Ｆｉｇ．２－２?Ｆｕｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＲＰＩＤ?ｔａｇｓ?ａｎｄ?ｓｅｎｓｏｒｓ??另外为实现煤矿井下全方位实施监控，作为一种可视化手段，在矿井关键场所??和适当位置安装防爆摄像头，实时监控煤矿井下环境状况和设备运行状况，这些防??－１９?－??
?安徽理工大学博士学位论文???节点采用Ｍｅｓｈ网络连接，每一个网关节点都可选择直接通过有线通道连接煤矿的??地面控制台，这种网络结构既增大了网络效率，也大大提高了网络的安全性。??煤矿井下异构网络融合网关接收终端节点采集的各种设备状态信息、环境信??息、人员信息等，并通过工业以太网转发到煤矿地面生产指挥监控中心，地面监控??中心通过该异构网络下达监控命令控制煤矿井下设备工作。煤矿井下基于千兆光??纤工业以太网的监测监控主干网络，提供统一标准化的接入接口。煤矿井下的异构??融合网络结构如图２－３所示。??ｒｉ．．．?ｕ?Ｖ??」?Ｉ?（：丄一：二：＾?以太网??井下???＾?１业以太环网＾换机??聲」?ｈ、、夂」』??ｖ〇?Ｉ?：．．．．．（ｆ?Ａ?Ａ?ｖ?￥??七?Ｉ?＿?电＿?Ａ?．１?＆??图２－３煤矿井下异构融合网络结构??Ｆｉｇ．２－３?Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｆｕｓｉｏｎ?ｎｅｔｗｏｒｋ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ｃｏａｌ?ｍｉｎｅ??煤矿井下的有线和无线异构的网络，主要特点如下：??（１）有线光纤传输与无线电磁波传输物理层的异构性；??（２）通信协议和网络控制机理的不同；??（３）单跳式、多跳式、分布式协同控制等组网方式的多样性和异构性；??（４）信息传输业务的异构性。??煤矿井下异构网络的融合通过异构融合网关实现。异构融合网关具有多种网??络通信制式，其他单一通信制式的网络节点，通过连接异构融合网关，再由网关将??信息传输到具有其他通信制式的节点，从而实现异构网络的融合。可知，异构融合??－２２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿信息物理融合系统架构及其感控节点研究[J]. 张梅,牛士会,李敬兆. 工矿自动化. 2019(02)
[2]煤矿安全隐患智能语义采集与智慧决策支持系统[J]. 陈梓华,李敬兆. 工矿自动化. 2018(11)
[3]主动感知的煤矿井下设备全生命周期自动化管理系统[J]. 许欢,李敬兆. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]高并发煤矿安全监控数据采集系统的设计[J]. 周海坤. 煤矿安全. 2018(06)
[5]矿山分布式分级自治系统设计[J]. 李敬兆,江洋. 工矿自动化. 2018(05)
[6]矿山物联网云计算与平台技术[J]. 卢新明,阚淑婷,张杏莉. 工矿自动化. 2018(02)
[7]煤矿信息物理系统执行的忠实性分析[J]. 李敬兆,黄志宏. 煤炭技术. 2018(01)
[8]煤矿井下物联网监控框架及关键技术研究[J]. 马丽丽. 煤炭技术. 2017(09)
[9]矿山物联网顶层设计[J]. 丁恩杰,施卫祖,张申,赵小虎. 工矿自动化. 2017(09)
[10]DV-Hop定位算法误差分析与优化[J]. 李敬兆,孙睿,谭大禹. 计算机系统应用. 2017(04)
博士论文
[1]基于4M理论的煤矿本质安全研究[D]. 高晓旭.西安科技大学 2010
本文编号：3495462
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