【摘要】：近幾年以來,隨著我國對礦產(chǎn)資源的進一步開采,地表以及淺層礦產(chǎn)資源幾乎被開采殆盡,礦產(chǎn)資源的開采由淺層和地表開采轉(zhuǎn)向深部開采。目前,國內(nèi)許多大型礦山的開采的深度已達到800米,30余座金屬礦山進入地下1000米以下的深度。隨著開采深度不斷提高,井下開采的物理環(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險,如冒頂、巖爆,突水等,對井下安全生產(chǎn)造成了嚴重的威脅�，F(xiàn)階段常用的安全監(jiān)測系統(tǒng)大多為有線系統(tǒng),其環(huán)境適應(yīng)能力,魯棒性都無法滿足目前礦井開采安全監(jiān)測的要求。因此,本文以礦井為研究對象,采用理論研究與數(shù)值模擬仿真相結(jié)合,將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于礦井安全監(jiān)測。文中主要對礦井無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的節(jié)點定位、網(wǎng)絡(luò)路由以及數(shù)據(jù)融合三個關(guān)鍵技術(shù)進行研究,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度差取代接收信號強度作為定位的信息來源,通過動態(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)的尋找最佳估計節(jié)點,并將定位后的節(jié)點作為錨節(jié)點,進一步降低定位誤差。仿真實驗表明,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)域正向分簇與移動節(jié)點巷道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,針對該現(xiàn)象提出區(qū)域正向分簇機制,有效避免了數(shù)據(jù)折返現(xiàn)象,使得節(jié)點將數(shù)據(jù)以最短路徑傳輸?shù)絊ink節(jié)點,減少了不必要的能耗。最后利用移動節(jié)點中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),進一步減少系統(tǒng)能耗。通過建立數(shù)學模型和仿真實驗證明了該算法能有效減少數(shù)據(jù)折返的能耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命。(3)基于無偏灰色馬爾科夫預(yù)測WSN數(shù)據(jù)融合算法。為了降低監(jiān)測數(shù)據(jù)的冗余性,將無偏灰色預(yù)測和馬爾可夫鏈相結(jié)合提出無偏馬爾可夫預(yù)測模型對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預(yù)測,并設(shè)置閾值來控制上傳,減少數(shù)據(jù)在時間維度的冗余,從而減少傳輸冗余數(shù)據(jù)的能耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命。根據(jù)仿真實驗結(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。綜合以上三個關(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)測需求的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。
【圖文】：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)圖

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD76

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本文編號：2592602