导　　师： 杨维

学科专业： H1001

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 北京交通大学

摘　　要： 我国煤炭资源丰富,但是煤矿大多为地下开采,地质条件复杂,生产条件恶劣,给煤矿安全生产带来极大的威胁。现有的井下有线监控系统部署困难、扩展性差,很难全面监测煤矿所有区域；现有的井下人员定位系统定位精确低、存在遗漏情况,很难及时掌握井下人员的分布情况。而环境监测与人员定位对煤矿安全生产都具有重要意义。基于这种背景,本论文采用物联网技术,设计了集环境监测及人员定位于一体的煤矿安全生产管理系统。该系统以无线传感器网络为支撑,采集煤矿井下多种环境参数,定位井下人员,经过汇聚后通过有线光纤骨干网络传输至地面监控调度中心。实现了环境信息的采集和工作人员的定位,提高了煤矿生产的安全性。为了对煤矿环境进行全面有效的监测,设计了周期巡检和中断预警两种工作方式。提出了一种既能进行网内数据聚合,又能满足超限数据紧急处理的数据汇聚机制,并针对数据汇聚中可能出现的超时和超限等问题,分别采取了相应的应对措施。保证了煤矿环境信息的自动化采集与存储。在分析诸多无线定位算法的基础上,结合煤矿井下地形狭长、通信条件复杂等特点,提出了一种基于接收信号强度的加权质心定位算法。该算法通过动态获取路径衰落指数,弱化信号衰减模型的作用,提高了定位精度。为避免同一区域内多个移动节点同时定位可能造成的通信拥塞,提出了一种基于组团协议的冲突避免机制,提高了通信效率。煤矿井下无线传感器网络一旦部署,将长期处于工作状态,网络节点可能会发生故障。为此,分别从网络配置管理、拓扑管理、能量管理和故障管理等4个方面提出了一套完整的网络管理方案,以对网络运行状况进行监测。为了完成井下数据的传输和利用以及网络的方便管理,需要无线传感器网络与地面监控调度中心进行通信,设计了无线传感器网络接入网关以实现无线传感器网络与有线光纤骨干网络的互联。最后,为了测试提出的基于物联网的煤矿井下环境监测及人员定位系统的性能,在模拟真实煤矿井下的实验室环境下进行了一系列试验。试验结果表明所提出的煤矿安全生产管理系统运行状况良好,实现了预期的功能；设计的网络管理方案能够实时监测网络的运行状况；开发的无线传感器网络接入网关运行稳定。实现了管理员对无线传感器网络的远程管理、对井下环境的有效监测,以及对井下人员的定位和调度。

关 键 词： 物联网 无线传感器网络 煤矿井下 环境监测 人员定位 数据汇聚 网络管理

分 类 号： [TN929.5;TP391.44;TP274]

领　　域： [电子电信] [电子电信]