无线网络及信息融合技术在煤矿安全监测系统中的应用研究

论文摘要

近年来,煤矿安全事故频频发生,造成了重大人员伤亡和巨大经济损失。这与我国煤矿安全信息技术的网络化程度不高密切相关。而现有的煤矿安全信息系统基本上是通过有线网络建立的,有线监控系统很难灵活的布网,对煤矿所有区域进行监测。因此本文提出了一种适用于煤矿巷道环境监测的无线传感器网络,并把改进的信息融合技术运用于其中,作为有线监控系统很好的补充,可以提高煤矿爆炸预警力度。根据煤矿的特点论述了无线传感器网络的建网过程,提出了网络地址再利用策略。由于矿井巷道监测系统对网络的稳定性要求较高,而且网络中需要传输的参数较多,因此对于网络的路由协议,本文在最小跳数路由协议的基础上提出了改进,将节点剩余电池能量考虑其中,并采用OMNTE++软件进行了网络路由的仿真。根据引起煤矿爆炸的各参数重要性不同,设计了周期巡检与中断方式相结合的煤矿环境信息采集的方法。还设计了时隙再利用机制,提高路由器分配给端设备的时隙的利用率。并配合路由协议,设计了两级数据融合机制,一级自适应加权算法融合与二级RBF神经网络融合的机制,该机制既可以节省因为重复传输信息浪费的节点能量,又可以减少网络中数据包数量,降低丢包率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 无线传感器网络的综述
• 1.2.1 无线传感器网络的概念
• 1.2.2 无线传感器网络的特点
• 1.3 煤矿无线传感器监测网络的现状
• 1.4 煤矿无线传感器监测网络的信息融合
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 2 煤矿无线传感器监测网络的硬件系统和网络协议
• 2.1 电路硬件系统
• 2.1.1 传感器模块
• 2.1.2 控制器模块
• 2.1.3 无线通信模块
• 2.1.4 能量供应模块
• 2.2 传感器网络协议
• 2.2.1 ZigBee 技术及其特点
• 2.2.2 ZigBee 协议
• 2.3 结论
• 3 煤矿无线传感器监测网络的组网和路由
• 3.1 煤矿无线传感器监测网络的建立
• 3.1.1 建立新网络
• 3.1.2 允许设备加入网络
• 3.1.3 节点加入网络
• 3.1.4 无线传感器监测网络地址分配及地址资源的再利用
• 3.2 无线传感器网络环境监测参数的发布
• 3.3 煤矿无线传感器监测网络路由的建立
• 3.3.1 基于最小跳数的路由协议及其改进
• 3.3.2 最小跳数的广播
• 3.4 无线传感器网络仿真
• 3.4.1 OMNET++仿真
• 3.4.2 网络仿真结果
• 3.5 结论
• 4 煤矿环境监测信息的采集
• 4.1 周期巡检工作方式的环境信息采集
• 4.1.1 周期巡检时序设计
• 4.1.2 端节点信道使用策略
• 4.1.3 创建休眠同步机制
• 4.1.4 数据采集
• 4.2 中断工作方式的环境信息采集
• 4.3 结论
• 5 煤矿无线传感器监测网络的信息融合
• 5.1 煤矿无线传感器监测网络的信息融合的结构
• 5.2 煤矿无线传感器监测网络的信息融合的方式
• 5.3 一级融合算法及应用
• 5.3.1 自适应加权算法原理
• 5.3.2 基于自适应加权算法的煤矿环境监测参数的一级融合
• 5.4 二级融合算法及应用
• 5.4.1 RBF 神经网络算法
• 5.4.2 RBF 神经网络的结构模型
• 5.4.3 RBF 神经网络的学习算法
• 5.4.4 基于 RBF 神经网络的煤矿环境监测参数的二级融合及仿真
• 5.5 结论
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文