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项目案例1:井下安全综合监控系统
一、实施目标
针对矿山重大安全事故频发、现有矿山监控系统有线覆盖不足等问题,结合已取得的多项专利技术,采用无线传感器网络技术对井下巷道、工作面、重点监控区域进行监控,实现井下无盲区覆盖。设计了面向矿山的无线传感器节点,研发了无线传感器网络自定位技术对井下人员、移动设备、载运工具及被动移动的设备(如***探头等)实行自动定位和跟踪;通过无线传感器网络节点上所接驳的各种类型传感器,如***、一氧化碳、火灾、温度等各类环境和设备传感器,实现了对井下环境和设备的连续、低成本的监控,有效发现设备失信的发生;通过无线传感器网络的语音通讯,构建井下移动通讯网络;通过无线传感器网络有效地将不同的类型的数据在同一个平台上传输,同时传输井下的图像、语音、监测监控信息,有效地实现井下安全监控系统在传输层上统一,并通过矿山井下地理信息系统(GIS)将井下各处的环境数据、人员发布数据、设备信息数据与监控系统有效集成,以矢量图的形式显示实时监测数据,实现井下人员定位、地图导航,实现可视化的安全监控。
二、主要功能
基于无线传感器网络的井下安全综合监控系统由传感与检测系统、安全信息网络与通讯系统、安全管理信息系统、安全预警决策与决策支持系统以及救援信息保障系统组成的矿山井下安全综合监控系统组成。具体子系统如下:
(1)传感与检测系统。主要由井下的各类传感器、监测监控设备和无线传感器网络节点组成,能够实时采集井下环境、设备数据,并根据应用层的指令实现对井下设备的控制;
(2)安全信息网络与通讯系统。主要由井下部署的有线传输网络和无线传输网络所组成,能够将传感与检测系统采集到的数据上传到井上,并将井上的指令传送给井下控制器,满足矿井不同类型数据(控制数据、监测数据、语音和视频)高速、综合的传输要求;
(3)安全管理信息系统。主要由各类井下信息管理系统组成,通过上层的监控系统,访问和控制井下各个传感器等监测监控设备,实现监测数据的收集、存储、显示、报警、处理、分析、报表打印等。安全管理信息系统中通过地理信息系统将不同的监控信息系统有效地集成在一起。
(4)安全预警与决策支持系统。通过构建各种矿山安全生产模型,依据矿山生产、环境、设备数据,对矿山安全隐患进行分析与预警;
(5)救援信息保障系统。在矿难发生时从矿山安全信息管理系统中提取矿难发生时矿山井下人员、设备、环境等救援所需数据,为矿难救援提供信息保障。
(6)井下人员精确定位技术。基于矿井巷道受限、无线信号易受干扰的特点,摒弃传统的基于无线信号强度的定位技术,提出适用于矿井的高精度井下人员定位技术。
(7)可靠实时的井下无线传感器网络数据收集技术。数据收集协议提供到基站节点的尽力、多跳传输,负责将传感器节点监控到的感知数据和人员位置等信息汇聚到基站。然而,由于井下无线网络中不稳定的链路、不准确的链路质量估计、链路动态性和路由循环等因素导致数据收集协议的可靠性和实时性无法保证。现有的数据收集协议可达到的最大带宽为14
KB/s,距离256KB/s的理论最大值相差甚远。在最大带宽为14KB/s的情况下,井下无线传感器网络应用不得不降低数据的采样频率和减小网络的部署规模,使得无线传感器网络的应用效果大打折扣。此外,上述最大带宽是在所有传感器节点不休眠的情况下得到的,这会使得传感器节点的能量快速耗尽,井下的传感器频繁耗尽能量会导致网络的频繁失效,增加维护成本,降低系统的安全性。本项目提出实时、高可靠的无线传感器网络数据收集协议以解决上述问题。
三、项目实施方案
1、传感与检测系统
传感与检测系统是矿山安全综合监控系统的底层支撑系统,由大量的井下传感器和无线传感器网络节点组成,实现对井下基础数据的采集,并将其上传至上层系统处理。
传感器是井下数据采集的终端设备,可以采集井下的环境、设备数据。按井下安全生产监控的需要,传感器包括:
(1)环境传感器,如甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气浓度传感器、顶板压力传感器、水位传感器、火灾传感器、风速传感器、风压传感器、温度传感器、烟雾传感器等,用以获取井下环境中***、一氧化碳、氧气、水、顶板压力、温度等环境参数;
(2)设备传感器,如馈电状态传感器、风门状态传感器、风筒状态传感器、局部通风机开停传感器、主通风机开停传感器等,用以监测矿井设备的运行状态;
(3)视频传感器,用以监控井下关键区域或位置;
(4)音频传感器,用以井下语音通讯的语音输入。使用时经切换具有语音输出功能;
(5)生命体征传感器,用以监测井下人员生命体征如心跳、血压、脉搏等。
每种传感器通过接口与井下无线传感器网络节点相连,井下的每个传感器网络节点具有计算、存储、无线通讯功能,内置嵌入式操作系统,根据监控需要写入监控程序,每个传感器节点具有智能接口识别功能,可自动识别所接驳的传感器类型和型号,并自动调用相应的监控程序驱动传感器工作。每种无线传感器网络节点可根据需要接驳一种或多种传感器,如井下作业人员携带的传感器节点可接驳生命体征传感器和音频传感器等;井下作业面的网络节点可同时接驳甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气浓度传感器等。
按照作用将传感器网络节点分为以下几类:
(1)环境监测用传感器网络节点。此类节点接驳环境传感器,节点定时将采集的环境数据上传至井上,当采集到的环境数据超限时节点将会自动报警,并将超限数据上传调度中心;
(2)设备监测用传感器网络节点。此类节点上接驳设备传感器,节点定时将采集的设备信息上传至井上,当采集的设备数据出现异常时自动报警,并上报传调度中心。节点还可以根据井上下达的指令对设备进行控制;
(3)视频监控用传感器网络节点。此类节点上接驳视频摄像头,部署在井下重要区域,用于监控失信行为;
(4)井下作业人员携带的网络节点。此类节点由井下作业人员随身携带,通常接驳两类传感器:语音通讯传感器,用于采集语音和播放语音,通过无线传感器网络和其他同类节点通话,矿难发生后,当井上建立起与井下人员的无线通讯,通过该节点可实现井下人员与井上的通话;生命体征节点,矿难发生后,当井上建立了与井下人员的无线通讯后,可将井下人员的生命体征信息及时上传至井上;
(5)载运工具定位用传感器网络节点。此类节点部署在井下载运工具上,用于对井下载运工具的定位和跟踪;
(6)普通传感器网络节点。此类节点通常部署在井下巷道内,无需接驳传感器,用于网络路由中继和辅助定位
2、安全信息网络与通讯系统
该系统主要用于安全监控系统的数据传输。现有监控系统主要采用有线方式传输,但由于矿山井下工况环境十分复杂,有线监控系统由于自身的局限性还难以对***、灰尘、火灾、地压、温度、风速等对矿井安全生产具有重要影响的矿井环境参数实施全面、有效和灵活的监测,不可避免地留下大量的安全隐患,基于无线传感器网络建立矿井无线安全监测可以对有线监控系统难以监测的区域实施有效、实时和灵活的监测,而进一步将有线、无线系统相结合,构造统一、优化、共享的矿井综合监控信1
内容来自淘豆网转载请标明出处.煤矿井下一氧化碳气体检测发展与研究--《矿山机械》2006年05期
煤矿井下一氧化碳气体检测发展与研究
【摘要】：论述了一氧化碳(CO)检测的基本原理与方法、CO传感器的分类、研究的现状及存在的问题。提出了基于红外吸收原理检测CO浓度是CO传感器热点研究问题,展望了CO检测仪未来的发展方向。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TD711.41【正文快照】：
一氧化碳(CO)是一种有毒有害的气体,它给工业安全生产带来巨大危害。在煤矿井下,CO2中国矿是引起瓦斯爆炸的主要气体之一,近年来,我国煤矿多次发生瓦斯爆炸事故,伤亡人数超过全部重大事故伤亡人数的一半。而无论是瓦斯爆炸产生的原因还是瓦斯爆炸过后的产物都和CO有关,可见一
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