發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 02:33

【摘要】：近幾年以來(lái),隨著我國(guó)對(duì)礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步開(kāi)采,地表以及淺層礦產(chǎn)資源幾乎被開(kāi)采殆盡,礦產(chǎn)資源的開(kāi)采由淺層和地表開(kāi)采轉(zhuǎn)向深部開(kāi)采。目前,國(guó)內(nèi)許多大型礦山的開(kāi)采的深度已達(dá)到800米,30余座金屬礦山進(jìn)入地下1000米以下的深度。隨著開(kāi)采深度不斷提高,井下開(kāi)采的物理環(huán)境如溫度、濕度、空氣環(huán)境等將變的更加惡劣,并且伴隨這各種安全風(fēng)險(xiǎn),如冒頂、巖爆,突水等,對(duì)井下安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅�，F(xiàn)階段常用的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多為有線系統(tǒng),其環(huán)境適應(yīng)能力,魯棒性都無(wú)法滿足目前礦井開(kāi)采安全監(jiān)測(cè)的要求。因此,本文以礦井為研究對(duì)象,采用理論研究與數(shù)值模擬仿真相結(jié)合,將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦井安全監(jiān)測(cè)。文中主要對(duì)礦井無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)定位、網(wǎng)絡(luò)路由以及數(shù)據(jù)融合三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,完成以下工作:(1)基于群居蜘蛛優(yōu)化的礦井定位算法。該算法利用魯棒性更高的接收強(qiáng)度差取代接收信號(hào)強(qiáng)度作為定位的信息來(lái)源,通過(guò)動(dòng)態(tài)獲取環(huán)境參數(shù),結(jié)合收斂速度快的群居蜘蛛優(yōu)化算法更快更優(yōu)的尋找最佳估計(jì)節(jié)點(diǎn),并將定位后的節(jié)點(diǎn)作為錨節(jié)點(diǎn),進(jìn)一步降低定位誤差。仿真實(shí)驗(yàn)表明,提出算法在定位精度與收斂速度上相比同類型算法有一定的提高。(2)基于區(qū)域正向分簇與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)巷道WSN路由算法。首先分析了分簇式算法在礦井巷道的空間環(huán)境中數(shù)據(jù)折返現(xiàn)象,針對(duì)該現(xiàn)象提出區(qū)域正向分簇機(jī)制,有效避免了數(shù)據(jù)折返現(xiàn)象,使得節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)以最短路徑傳輸?shù)絊ink節(jié)點(diǎn),減少了不必要的能耗。最后利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步減少系統(tǒng)能耗。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和仿真實(shí)驗(yàn)證明了該算法能有效減少數(shù)據(jù)折返的能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。(3)基于無(wú)偏灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)WSN數(shù)據(jù)融合算法。為了降低監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的冗余性,將無(wú)偏灰色預(yù)測(cè)和馬爾可夫鏈相結(jié)合提出無(wú)偏馬爾可夫預(yù)測(cè)模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),并設(shè)置閾值來(lái)控制上傳,減少數(shù)據(jù)在時(shí)間維度的冗余,從而減少傳輸冗余數(shù)據(jù)的能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法在減少冗余數(shù)據(jù)上傳率上優(yōu)于同類算法,網(wǎng)絡(luò)壽命得到有效的延長(zhǎng)。綜合以上三個(gè)關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建能耗低、定位誤差小、數(shù)據(jù)可靠并適應(yīng)礦井安全監(jiān)測(cè)需求的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【圖文】：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)圖

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD76

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本文編號(hào)：2592602