基于无线传感器网络的矿井环境及人员监测系统研究

论文摘要

煤矿井下环境恶劣,给煤矿的安全生产和矿工的身心健康带来很大威胁。为了煤矿安全生产和管理以及矿工健康,有必要对矿井环境条件和矿工生命体征进行监控。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,它具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特性,非常适合于煤矿井下监控。本文将无线传感器网络技术引入矿井管理中,利用无线传感器网络对矿井环境及矿工生命体征进行监测,设计了基于无线传感器网络的矿井环境及人员监测系统(MEPMSoWSN),并对其中的关键技术进行了研究。基于无线传感器网络的矿井环境及人员监测系统通过采集井下瓦斯、二氧化碳、温湿度以及矿工的脉搏和体温等传感器信号来监测井下环境和矿工生命体征。针对矿井特殊的拓扑结构和节点的移动性,本文设计了满足井下数据传输要求的路由协议——同向梯度路由协议(SDG);针对矿井巷道带状分布的特点设计了基于接收信号强度指示的井下人员辅助定位方法,该方法可以将矿工位置信息及时提供给监控中心。经仿真实验分析得出,矿井环境及人员监测无线传感器网络工作稳定可靠,井下通信采用SDG路由协议是可行的,并且能够满足矿井监测网络数据传输的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究及应用现状
• 1.2.2 国内研究及应用现状
• 1.2.3 我国矿井监测系统存在的问题
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 无线传感器网络及关键技术
• 2.1 无线传感器网络
• 2.1.1 无线传感器网络与现有无线网络的区别
• 2.1.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.2 无线传感器网络关键技术
• 2.2.1 路由选择
• 2.2.2 定位技术
• 2.2.3 能量管理
• 2.2.4 数据融合
• 2.2.5 时间同步
• 2.3 ZigBee无线通信技术
• 2.3.1 ZigBee技术的特点
• 2.3.2 矿井采用ZigBee技术的可行性
• 2.4 本章小结
• 第三章 MEPMSoWSN系统方案设计
• 3.1 MEPMSoWSN系统设计目标与要求
• 3.1.1 系统设计目标
• 3.1.2 系统设计要求
• 3.2 MEPMSoWSN整体结构和数据处理流程
• 3.2.1 MEPMSoWSN整体结构
• 3.2.2 MEPMSoWSN数据处理流程
• 3.3 传感器节点设计
• 3.3.1 传感器节点的设计原则
• 3.3.2 传感器节点的结构
• 3.3.3 传感器节点详细设计
• 3.4 汇聚节点设计
• 3.5 信息监控中心系统设计
• 3.5.1 信息监控中心的功能
• 3.5.2 信息监控中心的结构
• 3.5.3 监控软件功能模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 MEPMSoWSN关键技术研究
• 4.1 MEPMSoWSN路由算法研究
• 4.1.1 矿用无线传感器网络信息传输要求
• 4.1.2 无线传感器网络路由技术的现状分析
• 4.1.3 MEPMSoWSN路由设计
• 4.1.4 MEPMSoWSN路由实现
• 4.2 MEPMSoWSN定位技术研究
• 4.2.1 矿用无线传感器网络定位问题概述
• 4.2.2 无线传感器网络常用定位算法
• 4.2.3 MEPMSoWSN定位算法设计
• 4.2.4 MEPMsoWSN定位实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 SDG路由协议仿真及分析
• 5.1 仿真工具OPNET简介
• 5.1.1 OPNET Modeler的优点
• 5.1.2 OPNET仿真机制
• 5.2 仿真目的
• 5.3 仿真环境
• 5.3.1 网络模型
• 5.3.2 节点模型
• 5.3.3 进程模型
• 5.3.4 性能指标
• 5.4 仿真结果分析
• 5.4.1 节点速度对网络性能的影响
• 5.4.2 节点数量对网络性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢