刘赫男[1]2001年在《矿井井下移动人员实时位置的监测系统研究》文中研究说明由于煤矿作业环境的特殊性，井下人员的管理问题一直是围绕煤矿安全生产及管理的一大难题。本文首先总结了目前矿井检测监控系统现状与发展；论述了一种漏泄传输系统特性；其次又简述了井下人员监测的现状以及本课题研究的必要性。介绍了一种较先进的RFID发射识别技术，解决人员跟踪问题。提出以新型的RFID射频识别技术结合编码作为监测手段，构成了一种人员跟踪方案应用于井下人员跟踪。运行试验表明：本方案具有监测准确，可靠性好、安装简单等优点。最后，本文提出的人员跟踪系统方案具有一定的通用性，可广泛应用于煤矿、公路、铁路、交通运输、冶金等具有移动人员监测的各行各业，具有广泛的应用前景。
王桃[2]2013年在《基于WIFI的煤矿井下生产环境监测与预警系统研究》文中提出近年来，我国煤矿安全事故频繁发生，不仅造成重大人员伤亡为很多家庭带来不幸，而且使企业蒙受巨大的经济损失，这主要和我国煤矿安全技术相对落后、煤矿安全信息系统网络化程度不高有关。本文通过分析现有煤矿井下生产环境监测系统存在的问题，提出基于WIFI技术的煤矿井下生产环境监测与预警系统，充分利用无线传感器网络和WIFI通信的技术优势，结合工业以太网实现对井下各种生产环境参数进行全方位、实时监测，通过监测数据分析处理进行高效智能预警达到事前预警与过程监测，从而有效保证煤矿井下生产环境的安全生产。本文主要内容包括：（1）通过分析国内外井下生产环境监测研究现状，详细研究本系统中所用到的无线传感器网络技术和WIFI无线通信技术的网络体系结构及特点，提出基于WIFI通信技术的煤矿井下生产环境监测与预警系统。（2）运用无线传感器进行井下生产环境参数如瓦斯浓度、CO浓度、氧气浓度等数据的实时采集与传输，实现了基于WIFI通信技术的煤矿井下生产环境的在线监测。（3）针对煤矿井下生产环境监测数据建立智能预警模型，该模型可自动计算出煤矿井下安全风险的四个等级，并进行相应声光报警信号、短信预警输出，同时针对计算结果自动匹配相应的应急预案，力求使灾害损失降至最小。（4）结合锦界煤矿实际情况进行WIFI网络部署设计，并顺利完成了设备安装、调试和试运行，应用结果表明该系统对于提高井下生产环境的安全系数、保障矿工井下生命安全起到重要作用。随着无线通信技术的发展，基于WIFI技术的煤矿井下生产环境监测与预警系统具有传统井下监测系统无法比拟的优势，具有很好的应用前景和推广价值。
曹清梅[3]2015年在《基于WSN的金属矿井矿车定位及安全监测系统的研究》文中进行了进一步梳理我国金属矿资源丰富,矿车是矿山生产的一种重要纽带运输装备,主要用于运输、提升或装载矿石、材料与人员,然而矿难事故却时常发生。针对现有井下矿车监测系统的布线困难、信息化和可视化水平低等问题,研究并设计了一种基于WSN的地下矿车定位及安全监测系统,实时、合理、高效的调度矿车,从而有效提高了金属矿井安全生产水平与救灾效率。文章重点介绍了系统总体方案、节点软硬件设计、系统定位与跟踪算法的选择及优化、ZigBee组网路由协议及算法的改进、上位机管理系统的开发及实验验证。(1)首先分析了金属矿井地下矿车监管现状、不足和未来安全监测要求,结合调研,对井下环境,电磁波在井下传输特性与损耗,以及节点方向对信号传输的影响分析与研究后,提出了系统的总体方案设计以及叁类节点的部署方式。(2)选择了ZigBee网状拓扑组网方案,并提出了改进路由算法AODV-RD来形成自恢复能力的多跳MESH路由线路,为系统数据的稳定传输提供最优路线。(3)在基于CC2530核心芯片上进行汇聚节点、固定参考节点、矿车车载移动未知节点的硬件电路设计。在分析了这叁类节点的主要工作流程后,利用IAREW8051软件实现了叁类节点的组网软件开发。(4)针对选取的RSSI定位算法和PF跟踪算法实现矿车的定位跟踪并进行仿真,通过参数优化及二次线性拟合推导出信号传输的测距模型,并提出加权质心算法使平均定位误差降低了74.94%,PF跟踪算法相比于EKF与UKF算法的跟踪误差最小。(5)本系统还应用RBF神经网络对矿车的速度进行预测预警,其预测值的均方误差为0.04695明显小于BP神经网络的0.11796,预测精度较好,能够很好的符合系统设计的要求。文章采用PC机、CC2530节点与智能小车搭建了一个简易的系统进行实验,通过基于LabVIEW和C#语言开发的上位机系统对定位与跟踪效果比较和分析,验证了系统在井下应用的合理性与可行性。系统成本低、稳定性与可靠性好、功耗低、鲁棒性强,弥补了现有金属矿井监测系统的不足,具有较高实用价值和创新性。
蒋仕俊[4]2007年在《煤矿井下安全监测与人员定位系统的应用研究》文中指出煤矿安全监测技术是煤矿安全生产的重要保障。鉴于现有安全监测设备采用技术的局限性以及设备工作环境的特殊性,需要进一步提高该类设备的性能。在深入研究了无线传感器网络的基础上,结合参考当前煤矿安全监测设备的各项技术指标,设计的基于无线传感器网络的煤矿安全监测和人员定位系统将为煤矿事故避免及矿井员工安全提供更高的保障。通过深入研究国内外矿井安全监测技术,并对我国煤矿安全监测设备的现状进行了分析,提出了基于无线传感器网络的煤矿安全监测和人员定位系统的总体方案。该方案阐述了系统的总体结构、各部分的功能以及性能指标。完整的安全监测和人员定位系统的总体方案的设计,为系统各个部分的具体开发提供依据;为了适应煤矿井下工作环境,在现有无线传感器网络结点的基础上,设计了采用CC2420芯片为射频通信模块的无线传感器网络结点。根据实际环境的需求,结点硬件具有瓦斯、温度传感器电路,并编写了人员定位,数据采集、数据处理和数据收发等模块软件;通过对煤矿井下网络拓扑方式及连通性的研究分析,并参考无线传感器网络经典的路由协议,设计了基于距离有效性的层次路由协议。协议以结点间的最小距离为条件建立路由,层次化的设计思想更加适应网络拓扑结构的变化。针对网络通信可靠性的要求,设计了多路径作为保障。通过omnet++仿真测试,该协议在路由建立,维护和数据传输跳数等方面具有良好性能;针对矿井员工定位的需求,设计了基于RSSI的协同定位算法。该定位算法以结点内的地理坐标为依据,按照结点主次,采用极大似然估计法对结点位置的坐标进行计算,获得定位坐标。仿真结果表明定位精度达到预期目标。在煤矿井下安全监测与人员定位系统设计中,提出的基于距离有效性的层次路由协议与基于RSSI的协同定位算法,解决了将无线传感器网络应用于矿井监测的网络构架和定位精度问题;实现了以无线传感器网络为基础的煤矿安全监测和矿井人员定位系统。
路坦[5]2010年在《矿井瓦斯浓度监测及人员定位无线传感网络研究》文中指出煤矿安全生产和管理是项复杂的系统工程,其中有效的安全监测系统是其重要的组成部分,它在矿井的防灾、减灾方面以及提高生产效率方面起着决定性的作用。本课题的目的是开发一种性能稳定、造价低廉、维护简单的煤矿井下安全监测系统,实现矿井的环境监测和人员的跟踪定位,将人员伤亡和国家财产的损失降低到最低。本文针对国内外煤矿安全监测系统的发展现状,阐述了无线传感网络应用于矿井环境的可行性和优势,分析了矿井综合监测系统的需求,阐述了无线传感网络应用于矿井环境的可行性和优势,提出了基于zigbee技术的无线与光纤网络相结合,集安全监测和人员定位的矿井安全监控系统解决方案,具有节点布置简单,方便网络扩展,定位精度高及成本低等优势。本文以XBee_Pro无线收发芯片和C8051F系列单片机为核心设计了无线固定节点、移动矿工节点、遥控器的硬件电路,开发了固定节点网络和移动节点网络通信的软件平台。并研究和提出了适合于跟踪定位井下矿工的人员定位算法。通过对系统在楼道环境和实际煤矿环境的测试,试验表明,基于XBee_Pro的无线传感网络解决方案和基于RSSI的区域差分人员定位算法,完全满足矿井监测的需求和人员定位的要求。
陈晓坤[6]2012年在《煤自燃多源信息融合预警研究》文中研究表明我国煤炭自燃火灾十分严重，给矿井安全生产带来了极大的威胁。煤自燃早期的监测、识别与预警，对煤自燃火灾的预防与治理具有重要意义。本文基于大型煤自然发火模拟实验，分析了气体指标与煤温的对应关系，确定了煤自燃程度量化识别指标，采用多源信息融合与模式识别方法建立了煤自燃预警模型，研究了煤自燃多元化特征信息的监测方法和煤自燃多源信息融合预警方法，并开发出煤自燃多源信息融合预警系统。采用装煤量15t的特大型煤自然发火实验台，模拟了煤从常温至燃点的自然发火全过程，总结分析了气体指标参数与煤温的对应关系，确定了煤自燃程度量化识别指标，建立了煤自燃火灾监测预警指标体系；基于实验数据与现场观测结果，采用模糊聚类与模式识别、支持向量机、神经网络等数学方法建立了煤自燃预警模型。针对煤自燃易发的采空区，研究了束管监测系统和无线组网温度监测系统相结合的煤自燃监测方法，基于煤自然发火中心热量传递模型和气体渗流模型，确定出采空区煤自燃特征参数监测点布置的关键参数，优化了测点布置方案；提出了通过融合来自不同监测系统、不同监测地点的温度、气体等多元化煤自燃特征信息来，判定煤自燃程度、确定发火位置的自燃多源信息融合预警方法；研发出基于矿井安全监控、束管监测和无线自组网温度监测集成的多源信息融合煤自燃火灾预警系统，实现了煤自燃火灾的全面监测、识别与早期预警；结合试验矿井的具体情况，制定了煤自燃多源信息融合预警系统建设方案，完成集成通讯网络构建与系统软硬件的安装；现场工业试验结果表明，各类监测数据采集、通讯具有良好的时效性和可靠性，整个系统运行稳定，关键功能和技术指标能满足煤自燃早期识别与预警的需要。煤自燃多源信息融合预警方法的研究与相应系统的开发对煤自燃火灾监测预防技术的发展具有重要的促进作用。
管镇铭[7]2014年在《基于物联网的煤矿安全生产专家系统的研究与设计》文中提出进入21世纪以来,我国的煤矿采掘安全状况连年好转,事故、死亡人数、一百万吨死亡率明显下降。为了满足煤矿安全生产的需要,现有的煤矿安全生产监控系统中的人员位置监测系统,安防监控系统,视频监控系统,生产调度、移动通信系统等子系统在应急救援,事故调查工作、煤矿安全生产监控中已经起着举足轻重的作用。但与其他主要产煤国家相比特别是欧美国家,还有非常明显的差距。现急需根据煤矿安全生产监控的实际情况,开发一套将利用物联网技术,将安全生产监控和专家系统相结合的系统,从而减少煤矿安全生产事故的发生。本课题根据我国煤矿安全生产系统的发展现状,首先找出现有煤矿安全生产管理系统所存在的问题。通过分析现有系统存在问题,提出问题的解决方案。并根据煤矿安全生产流程和客户需求确定基于物联网的煤矿安全生产专家系统的需求。其次,在需求分析的基础上,将计算机信息分布式处理、云计算、神经网络、物联网通信与工业自动化技术有机的结合起来,构建一个多层次系统,实现多级多业务多部门的协同工作与监管在同一平台上,实现煤矿安全生产监控系统和专家子系统的体系结构设计和功能结构设计。然后,根据系统的总体设计对系统用户管理模块、矿井监控子系统模块、专家子系统模块、综合数据管理模块、网络传输子系统模块进行详细设计和实现,系统利用.NET编程环境和SQL SERVER2005数据库实现系统具体功能模块。最后通过对系统进行压力测试和性能测试检测和分析系统的各项性能。系统在煤矿企业进行了现场的试应用,在完成日常矿井井下作业现场监控的前题下,提高了煤矿生产现场次生灾害的预报效率,并能根据预报进行数据智能分析和事故预处理并将灾害数据进行有效上报。达到了系统所设计的性能指标。
刘超[8]2011年在《采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究》文中研究说明煤与瓦斯突出是复杂的矿山动力灾害现象之一,目前是煤矿工程中的世界性难题。严重的瓦斯突出灾害不仅造成巨大的经济损失,而且还可能造成重大的人员伤亡。近年来煤矿动力灾害事故更是频频发生,特别是煤矿日渐转入深部开采后,煤岩高地应力、高瓦斯压力及高渗透性的现象愈加明显,以瓦斯突出等为主的煤矿动力灾害已成为我国工业安全领域的主要灾害,给煤矿的高效安全开采带来更多的技术难题。本文以淮南新庄孜矿六水平典型的强突出工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟、数理统计理论、非线性分形理论以及现场工业性试验等手段,提出了煤与瓦斯突出致灾机理及危险性预警的新思路、新方法,着重探讨了诱发煤岩突出灾害的本质机理和微破裂前兆规律。另外,借助于微震监测技术,重点阐述了采掘工作面煤与瓦斯突出危险性评价指标与预警模型,系统研究了采场覆岩采动裂隙的演化特征与瓦斯富集区的确定方法,取得了一些有意义的研究成果。基于含瓦斯煤岩破裂过程气固耦合作用模型,采用RFPA2D-GasFlow程序一方面分析并完善了应力场-损伤场-瓦斯渗流场的多场耦合时空演化规律；另一方面模拟再现了瓦斯突出过程背景应力场演化特征及其微破裂前兆活动信息的规律。运用RFPA2D软件模拟了载荷下煤岩样的初始裂纹出现及扩展过程,揭示了煤岩破坏过程的微震效应及其演化规律,进一步验证了煤岩破裂过程中存在的微震现象。研究表明,微震效应在研究煤岩体微裂纹、微缺陷的演化规律和力学机制以及局部变形特征有着独特的优势,借助于该特征可以实现对煤岩破坏过程的实时动态监测,从而为瓦斯突出动力灾害的预测预报提供了技术基础。为了满足煤矿井下对微震监测系统的要求,研制开发、改进并重新设计了系统的部分软硬件设备与安装装置及其安装方法；采取人工爆破试验标定波速模型的方法,研究了监测区域波速的优化选取及其对震源定位精度的影响,并提出了传感器的布置原则；基于长短项平均值法(STA/LTA)信号检测滤除原理,建立了一套多参量识别与滤除噪音的综合分析方法,并对滤出后的信号在叁维可视化图中进行了标定。考虑到评价指标的时间效应,建立了突出危险性长短时评价指标；基于正态分布函数理论,建立了描述突出危险性的2σ预警模型,并采取人工放炮诱发煤与瓦斯突出的方法,验证了上述预警模型的可行性。研究了断层滑移失稳力学机制及准则,推导了断层结构力学模型,阐述了断层带活动规律与突出之间的关系。结合实例分析,深入研究了2σ预警模型评价掘进及其含断层巷道突出危险性的过程,并采取多种方法对预警结果进行了校检,证明了2σ预警模型的可靠性。结合覆岩破坏的基本理论,建立了采动覆岩的力学模型,揭示了覆岩内分别形成了拉应力及剪应力区,且拉应力区主要分布在冒落带破断线之内；剪应力区主要分布在竖向裂隙带内。采用数值模拟的方法对覆岩采动裂隙的初始萌发、扩展直至宏观裂纹贯通的过程及其声发射、能量的动态演化规律进行了详细的分析。并运用分形几何理论,定量地描述了覆岩破坏是一个降维有序、耗散结构的发展过程。在留巷钻孔法抽采卸压瓦斯机理的基础上,提出了覆岩裂隙区内存在着一个不规则闭合的“圆柱形横卧体”竖向裂隙场的观点,并依据该裂隙场的分布规律对顶板倾向低位钻孔进行了优化。
熊书敏[9]2012年在《地下矿生产可视化管控系统关键技术研究》文中提出进入21世纪,快速发展的计算机技术、自动控制技术、网络与通讯技术、空间信息技术为古老的采矿业注入了新的活力,采矿业正在向着数字化、智能化甚至无人采矿的方向发展。自从上世纪末提出“数字矿山”的概念以来,其定义、内涵和框架不断得到扩展和延伸。地下矿生产可视化管控系统是地下矿数字矿山建设的重要组成部分,是矿山平行系统、数字矿山、感知矿山的支撑软件。我国地下矿山的信息化建设在取得很大成绩的同时逐渐暴露出一些问题,通过构建管控系统提高地下矿的信息化水平具有重要的现实意义。地下矿生产可视化管控系统建立于3DGIS技术、虚拟现实与动画技术、叁维建模与可视化技术之上,涉及矿山众多业务和各种生产系统,系统复杂,功能繁多,其功能还会随着数字矿山建设的进程而不断扩展。本文从当前矿山信息化建设的现状和需求出发,以建立一个平台性的地下矿生产可视化管控系统为目标,围绕地下矿空间数据模型与组织方式、自动化建模技术、实时数据集成技术、工况可视化技术、漫游技术和软件体系结构等关键技术展开研究,主要内容和研究成果如下：1)从构建矿山平行系统的角度论述了地下矿生产可视化管控系统的定义、目标、功能、主要支撑技术以及在矿山信息化建设中的地位。2)讨论了可视化管控系统对矿山空间数据模型的需求,提出了地下矿空间数据模型的总体设计思路,并设计了一种针对井巷工程和生产系统的参数化实体与网络复合数据模型和一种针对地下矿所有要素的面向实体的多维混合时空数据模型。在空间数据模型的层次上解决了分析和可视化的统一性问题、多维属性的支持问题和空间对象行为建模的问题。3)研究了地下矿空间数据组织技术。设计了一种覆盖地下矿山所有要素的分类编码体系,解决了地下矿空间要素的编码问题。引入“视点”概念,提出了一种基于视点的空间数据组织方式,实现了叁维场景的快速定位与显示控制。4)提出了基于参数化实体与网络复合数据模型的自动化建模方案,实现了井巷工程与生产系统的快速建摸与更新。针对地下矿叁维建模的需要,提出了一套建模流程和质量控制方法,对于规范地下矿建模工作,提高建模效率和质量具有重要的指导意义。5)研究了地下矿工况可视化技术和场景漫游技术。提出了一套可视化方案,包括基于纹理动画的生产系统仿真技术、基于骨骼动画的设备行为仿真技术、基于叁维地理网络的人员位置仿真技术和多功能信息面板技术,解决了各生产系统状态、设备行为、人员位置、环境监测值和报警的可视化问题。提出了一种基于虚拟全路径漫游网络和有限状态机的交互式井巷漫游方式,实现了快速而灵活的井巷漫游的功能。6)研究了矿山实时数据采集与集成技术,以及利用实时数据控制可视化效果的机制。设计了一种面向对象的层次式状态传递机制和一种通用的数据驱动机制,通过关联对象之间的状态传递方式解决了从各种低层传感器到高层系统的状态传递问题,并以一种统一的方式实现了各种对象动画的控制、信息面板的更新和人员行为和位置的更新。7)对管控系统的体系结构进行了研究,提出了“层次式系统+功能插件+服务接口”的管控系统体系结构,奠定了管控系统作为数字矿山支撑软件的架构基础。本文的研究成果丰富了数字矿山的理论,解决了构建地下矿生产可视化管控系统的关键技术问题,开发出来的系统在一些地下矿山进行了应用,取得了良好的效果。
王晟[10]2006年在《无线传感网络节点定位与覆盖控制理论及技术研究》文中研究说明无线传感器网络具有布线成本低、监测精度高、容错性好、可远程监控、便于诊断与维护等众多优点，在环境监测、事故定位救援等领域有着广阔的应用前景，其根本任务是准确获取物理世界的有价值信息。无线传感器网络借助于节点的时间与位置信息，实现传感器节点之间控制和传感数据高速率、低延迟的交换，以保证整个检测与控制系统的准确性与实时性。无线传感器网络面临计算、存储与网络资源等方面的限制，针对如何进行无线传感器网络中节点高效、低能耗的定位以及覆盖等问题展开研究具有十分重要的意义。作者将研究成果应用于煤矿安全监测领域，设计了煤矿井下的瓦斯监测和矿工定位以及节点覆盖的解决方案。本文的主要研究工作：1．研究和分析了无线传感器网络节点定位算法的自身特点，结合煤矿监测系统的应用背景需要，设计了一种基于DV-Hop算法和概率栅格方案的新节点定位算法。新算法在不需要额外硬件设施的前提下，能获得更高的定位精度；并针对原DV-Hop算法中因全局洪泛而导致大量系统能耗的缺点，提出了基于露珠洪泛思想的节能方案。为煤矿井下矿工定位和矿难救援提供了一种具有广泛应用前景的解决方案，并对改进算法做了系统仿真和数据分析。2．研究和分析了无线传感器网络中节点边界定位的相关算法和节点覆盖方案，提出了一种基于对冗余节点进行优化调度理论的节点节能覆盖方法。该方法利用网络中同时存在大量冗余覆盖节点集的情况，对这些集合进行工作／休眠模式转换，在保证网络覆盖的前提下，减少大量节点的工作时间，以提高网络生存寿命。仿真实验证明此算法在保证较高网络覆盖率的同时，较一般无线传感器网络覆盖算法具有更长的生存时间。3．基于上述方法，设计了一种基于瓦斯有线光纤传感监测和矿工无线传感器网络节点定位的煤矿井下监测系统。为了适应远程测控、快速救援等实际应用，对基于有线光纤传感的瓦斯监测系统和基于ZigBee协议的无线传感节点定位系统进行了分析与研究，广泛结合二者的优点，设计了一种基于混合传输方式和供电方式的煤矿监测系统方案。并引入参考节点组技术，解决实际应用中矿工节点动态性定位的问题。利用无线传感器网络进行复杂环境监测的研究，涉及微电子、光纤传感、计算技术和无线通信等多个领域，许多知识和技术都是若干学科的交叉，因此，其理论的深入研究和技术的开发应用尚有大量艰巨的工作。
参考文献：
[1]. 矿井井下移动人员实时位置的监测系统研究[D]. 刘赫男. 太原理工大学. 2001
[2]. 基于WIFI的煤矿井下生产环境监测与预警系统研究[D]. 王桃. 西安建筑科技大学. 2013
[3]. 基于WSN的金属矿井矿车定位及安全监测系统的研究[D]. 曹清梅. 江西理工大学. 2015
[4]. 煤矿井下安全监测与人员定位系统的应用研究[D]. 蒋仕俊. 江苏大学. 2007
[5]. 矿井瓦斯浓度监测及人员定位无线传感网络研究[D]. 路坦. 中北大学. 2010
[6]. 煤自燃多源信息融合预警研究[D]. 陈晓坤. 西安科技大学. 2012
[7]. 基于物联网的煤矿安全生产专家系统的研究与设计[D]. 管镇铭. 电子科技大学. 2014
[8]. 采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究[D]. 刘超. 大连理工大学. 2011
[9]. 地下矿生产可视化管控系统关键技术研究[D]. 熊书敏. 中南大学. 2012
[10]. 无线传感网络节点定位与覆盖控制理论及技术研究[D]. 王晟. 武汉理工大学. 2006
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