一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法，涉及煤矿灾害技术领域，采用具有自组网能力的无线传感器网络估计煤矿井下长链状空间灾变信息，煤矿井下长链状空间灾变信息包括灾变的最小影响范围、灾变位置和灾变时间；本发明专利技术在煤矿井下预先部署无线传感器网络条件下，通过无线传感器网络节点灾变前后的不同时空环境信息对比预测，结合相关灾变先验知识，可实现无线传感器网络灾变前环境监测，灾变后灾变信息估计的双重功能。灾变后灾变信息估计的双重功能。灾变后灾变信息估计的双重功能。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法


[0001]本专利技术涉及煤矿灾害
，特别是一种基于无线传感器网络的煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法。

技术介绍

[0002]我国是一个煤矿大国，地下煤矿众多，煤矿安全是我国安全生产的重中之重。众所周知，煤矿井下是一个事故高发环境，突发矿难往往会造成不同程度的人员伤亡，财产损失。为了减小灾害的影响，相关部门通常只能提前安排部署应急预案，灾害后往往由于对灾害信息未知而不能够做出正确而紧急的决策，不能及时进行应急救援指导。
[0003]在巷道等长链状空间中，通常会部署一些无线传感器节点，构成无线传感器网络，用作环境监测，作为井下环境信息的获取源。巷道开拓，巷道掘进，煤炭开采等过程中会产生一些易燃易爆性气体，遇明火即发生爆炸；同时也会发生一些像岩爆，突涌水等煤矿灾害。这些灾害的一个共通点是会给井下原先部署的传感器节点带来一定的冲击作用，甚至是一些高温高压作用，从而改变节点原有的状态，对传感器网络造成一定的破坏。节点受此影响，可能会失效，可能会脱离初始位置而继续工作，还能保持正常工作的节点在灾变后会重新建立一个新的网络，其功能同原始网络。
[0004]针对这种情况，初始条件下部署的无线传感器网络不管在灾变前还是灾变后仅能实现预期的环境监测的功能，并不能够根据实际的环境条件而获取不同的环境信息，甚至挖掘不同环境信息潜在的灾变信息，也不能够发挥指导应急救援的作用。
[0005]灾变后，我们所关注的是灾变信息，包括灾变位置，灾变类型，灾变时间，灾变强度，灾变影响等等，这些信息可指导我们进行应急救援，尽量减少因信息匮乏而带来的人员生命财产损失。因此，煤矿井下亟需这样一种基于无线传感器网络的长链状空间灾变信息估计方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于无线传感器网络的煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法，在煤矿井下预先部署无线传感器网络条件下，通过无线传感器网络节点灾变前后的不同时空环境信息对比预测，结合相关灾变先验知识，可实现无线传感器网络灾变前环境监测，灾变后灾变信息估计的双重功能。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法，采用具有自组网能力的无线传感器网络估计煤矿井下长链状空间灾变信息，煤矿井下长链状空间灾变信息包括灾变的最小影响范围、灾变位置和灾变时间；其中，无线传感器网络包括多个无线传感器节点，多个无线传感器节点包括M个普通节点和多个汇聚节点，M为大于1的整数，第1个至第M个无线传感器节点为普通节点，第M+1个至第M+N个无线传感器节点为汇聚节点，N为汇聚节点的总数；普通节点呈链状的依次顺序
部署在巷道的两侧或顶部且普通节点之间是等距的，汇聚节点部署在巷道的两端；估计煤矿井下长链状空间灾变信息的方法如下：步骤一、多个无线传感器节点形成一个网络，实时获取每个无线传感器节点的信息数据，信息数据包括初始位置信息、身份信息ID和节点的类型，第i个无线传感器节点的初始位置信息、身份信息ID和节点的类型分别为X
i
、ID
i
和T
i
，节点的类型是指普通节点和汇聚节点；根据信息数据生成每一个无线传感器节点的第一信息表，通过网络内无线传感器节点之间的传输与交换，生成扩展后的第一信息表NT，扩展后的第一信息表NT包括整个网络内所有无线传感器节点的信息数据；i为整数且0<i<M+N；步骤二、当发生灾变，无线传感器节点重新组网形成应急救援网络，获取应急救援网络下每个无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型，其中，第i个无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型分别为X*
i
、ID* i
和T* i
，根据X*
i
、ID* i
和T* i
扩展第二信息表NT*，NT*包括应急救援网络下所有无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型；步骤三、汇聚节点根据第二信息表NT*，找到最小编号为s的无线传感器节点，获取NT中第s个无线传感器节点的初始位置信息X s
，根据X s
得出灾变的最小影响范围，所述灾变的最小影响范围是[X s
，X*
s
]；步骤四、第s个无线传感器节点记录和第s
‑
1个无线传感器节点失去通信的时间点，该时间点作为估计出的灾变时间ZT；步骤五、无线传感器节点判断出灾变类型，根据灾变类型获得灾变运动的速度；获得第s个无线传感器节点的位移的变化量ΔX s = X* s
ꢀ‑
X s
，根据第s个无线传感器节点的加速度记录第s个无线传感器节点在受到外界瞬时载荷的时间T；根据ZT得出灾变的运动时间间隔ΔT=T
‑
ZT，然后将灾变运动的速度与ΔT相乘得出灾变的位移X1，那么灾变位置表示为X1+ΔX s
。
[0008]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，无线传感器节点包括处理器模块、备用电源模块、加速度传感器和用于判断灾变类型的传感器模块。
[0009]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，发生灾变是指：当存在至少两个无线传感器节点不工作或无线传感器节点的位置已经发生改变。
[0010]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，无线传感器节点还包括防爆外壳模块，防爆外壳模块中设有缓冲减震模块。
[0011]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，汇聚节点靠近外部的控制中心。
[0012]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和气体传感器。
[0013]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，气体传感器用于检测的气体包括氧气、一氧化碳、二氧化碳、烟雾和甲烷。
[0014]作为本专利技术所述的一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法进一步优化方案，
灾害类型包括气体爆炸或突涌水或岩爆。
[0015]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本专利技术提出了一种基于无线传感器网络的煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法，通过在煤矿井下长链状空间部署一系列无线传感器节点，分析传感器节点在灾变前后的状态的变化，进而通过数据分析，在结合先验知识的情况下，获得灾变的相关信息。可做到灾害信息实时发布，为应急救援提供信息支持，降低灾害损失；（2）本专利技术扩展了环境监测网络的功能，在具备环境监测的同时，能够做到灾变信息的估计。
附图说明
[0016]图1是无线传感器节点模块组成；图2是灾变前后节点分布；其中，（a）是灾变前，（b）是灾变后；图3是一种基于无线传感器节点时空差异，存活状态，与先验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下长链状空间灾变信息估计方法，其特征在于，采用具有自组网能力的无线传感器网络估计煤矿井下长链状空间灾变信息，煤矿井下长链状空间灾变信息包括灾变的最小影响范围、灾变位置和灾变时间；其中，无线传感器网络包括多个无线传感器节点，多个无线传感器节点包括M个普通节点和多个汇聚节点，M为大于1的整数，第1个至第M个无线传感器节点为普通节点，第M+1个至第M+N个无线传感器节点为汇聚节点，N为汇聚节点的总数；普通节点呈链状的依次顺序部署在巷道的两侧或顶部且普通节点之间是等距的，汇聚节点部署在巷道的两端；估计煤矿井下长链状空间灾变信息的方法如下：步骤一、多个无线传感器节点形成一个网络，实时获取每个无线传感器节点的信息数据，信息数据包括初始位置信息、身份信息ID和节点的类型，第i个无线传感器节点的初始位置信息、身份信息ID和节点的类型分别为X
i
、ID
i
和T
i
，节点的类型是指普通节点和汇聚节点；根据信息数据生成每一个无线传感器节点的第一信息表，通过网络内无线传感器节点之间的传输与交换，生成扩展后的第一信息表NT，扩展后的第一信息表NT包括整个网络内所有无线传感器节点的信息数据；i为整数且0<i<M+N；步骤二、当发生灾变，无线传感器节点重新组网形成应急救援网络，获取应急救援网络下每个无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型，其中，第i个无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型分别为X*
i
、ID* i
和T* i
，根据X*
i
、ID* i
和T* i
扩展第二信息表NT*，NT*包括应急救援网络下所有无线传感器节点的当前位置信息、身份信息和节点的类型；步骤三、汇聚节点根据第二信息表NT*，找到最小编号为s的无线传感器节点，获取NT中第s个无线传感器节点的初始位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘年胜，韩链锋，王立兵，毕婉莹，张传生，王曙东，刘鑫，郭俊峰，石复兴，顾对芳，
申请(专利权)人：徐州科瑞矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：