络当中。无线传感器网络以其分布式的信息 处理更高的系统可靠性，以及无线传输和自组织特性，在节约成本 降低布线难度可动态扩展等方面具有明显优势。 目前进展情况 我公司现已对无线瓦斯传感器的研制进行了详细调 研和具体分析，得出该系统在煤炭行业有相当大的市场，研制可定位 人员信息的，既可固定安装，也可由人员携带移动的无线瓦斯传感器 系列产品在国内外并不见报道，在山西省目前还没有此项技术，我公 司根据目前市场的需要，结合公司现有的技术已经着手此技术的研 究。项目完成后达国内领先水平，根据市场需要，准备在山西省范围 内首推试用，然后推向全国，必将带来极大的经济和社会效益。 目前该项目的进展在年月年月间进行了项 目调研工作，在此基础上，项目向前推进至传感器节点硬件设计阶段。 项目计划目标 总体目标 力争在年月以前实施完成该项目，并进行产业化推广， 促进煤炭行业及其相关行业的安全生产及管理的规范性和有效性，提 高行业的总体水平。 经济目标 山西现有煤矿约为个，如按每个矿分布个各种无线传感 器节点，每个传感器节点平均为元计算，则能创造效益亿 千万元，利税万元。该项目实施后，若年产量为套年， 则年增产值为万元，年新增利润为万元年新增销售收入 为万元，年新增利税万元。 据省级查新表示在全国尚未出现类似系统，如果在全国范围内 的产煤大省，如陕西河南江西内蒙古甘肃等及时推广该系统 则将产生更大的经济效益 技术质量指标 技术指标 满足煤矿井下瓦斯实时监测数据采集处理和无线传输，数据 采集误差不超过 以固定安装与人员携带移动方式相结合，使安全监控范围更 广，数据更全面 通过无线传感器网络的自定位技术加强对人员位置信息的跟 踪 针对功能不同，研制不同种类传感器，如协调器节点路由器 节点端设备和端设备，使得组织方式更灵活 自组织使得系统的安全性，稳定性更强 质量指标 所有的设计文档资料规范齐全，便于维护人员与用户使用 传感器硬件的分析设计遵循国际标准化组织开发的 标准规范 传感器软件系统的设计遵循国家软件质量标准和标 准规范 传感器的设计要有足够的先进性，保证用户使用的稳定性与扩 展 传感器必须有安全策略，以保证产品在应用时可以识别所性论述 本项目的基本原理关键技术内容及创新点。 项目原理 无线瓦斯传感器，研制应用于煤矿安全监控的， 具有人员定位功能的，以固定安装与人员携带移动方式相结合的无限 传感器。该项目包括无线传感器节点的硬件设计，无线传感器节点的 网络协议栈的设计以及传感器系统软件控制软件的设计等。 其中，无线传感器节点是由瓦斯监测传感器控制器单元，无线 收发单元，存储器单元以及供电单元组成。 无线传感器节点的网络协议栈则是根据在发布的 的基础上经项目小组完善而成的协议族完成数据的 传输。 控制器处理程序用程序完成后留在控制器存储器中，个功 能是对传感传送的电子信号进行处理，得到煤炭瓦斯监测数据并贮存 在寄存器中，另个功能是设置传感器的参数，如传感器编号，用于 识别矿井。 传感器节点的模型如图所示 图无线传感器节点结构图 关键技术 节点的能耗问题 无线传感器节点般采用电池供电，因此可以使用的电量是很有 限的，尤其是面对煤矿安全这种实时性强且要长期监控的需求，这就 需要无线传感器节点的稳定感应传输时间要长达数月甚至数年。而网 络节点的功耗的主要方面就是通讯消耗。因此，我们计划采用新型的 无线通讯技术技术，相比较，蓝牙只能工作数周只可 工作数小时，技术使用节号干电池可支持个节点工作 个月，甚至更长。这是的突出优势。 无线通信协议 物理层研究在实际环境频繁变化和节点密集时，低功耗通信的 复杂行为特征。层避免冲突的信道分配和调度机制，节省能耗 的分布式协议研究路由层高效鲁棒的拓扑形成和控制协议， 自适应网络覆盖算法，低功耗实时自组织的信息传输路径的建立 机制，面向数据的传感网通信模式。根据上述各项要求，在综合了各 可 探 知 数 据 区 域 传 感 器 单 元 数模 转换 电源模块 控 制 器 单 元 无 线 收 发 单 元 个无线网络协议的基础上，计划采用由发布的 标准，经项目小组完善而成的协议族完成数据的传输。 数据聚合技术 节点冗余造成数据冗余。传感器节点在收集和转发数据的过程 中，可以根据数据的特点和查询要求进行数据聚合，去除冗余信息， 融合相关数据，挖掘高层知识。 自定位技术 传感器节点所采集的数据必须和位置相关对用户才有意义。传感 器节点对监测到的事件也应该指出它所发生的位置。这将对于煤矿产 量的位置监测起到很好得效果。 网络的可扩展性 无线传感器节点在网络组建过程中通过自组织的方式进行网络 的自动生成，是完全自治的。在网络形成之后，如果在其中加入新的 节点或者因为节点故障，电池能量耗尽等，这就要求传感器网络进行 重新生成。因此节点的可扩展性体现了这个网络的健壮性。与以太网 相比较，无线网因其自身的低成本特点，故障率是大于以太网的再 加上以太网在系统崩溃之后还可以通过重启来恢复，而无线网络只能 通过自身的网络对系统进行修复了。针对此特点，我们计划采用定期 查询策略，更新网络系统路由表，另外增加系统冗余来实现。 网络的快速收敛性 鉴于无线网络较之以太网故障率大的特点，在设置节点网络协议 时，如何在个节点失效之后，迅速进行调整，做出反应，使得网络 传输不中断，这就必须对其进行快速收敛功能的强调。 覆盖控制技术 对于无线传感器网络中存在的冗余节点，如何利用节点的冗余特 总论 项目概述 本项目旨在研制开发套无线瓦斯传感器，为用于煤 矿安全监控的，具有人员定位功能的，以固定安装与人员携带移动方 式相结合的无线传感器。其中包括无线传感器节点的硬件设计，无线 传感器网络系统的设计无线传感器系统软件及控制软件的设计。本 项目所研制的产品，将会对煤炭产业的生产安全威胁降低，对煤炭安 全生产产生越来越深远的影响。 项目的社会经济意义目前的进展情况。 项目的社会经济意义 安全生产是社会进步和人类发展的重要保证。尽管世纪科学技 术的发展已经为未来的进步构筑了坚实的平台,新的采矿方法和技术 将不断被采用采矿业将向智能化和无人化的方向发展。但是,目前 传统的采矿方法依然占据着主导地位,是其他采矿方法在短时间内仍 无法完全替代的,传统的采矿方法所面临的安全问题仍将困扰着人 类。由于缺乏对入井人员的有效检测定位手段,难以及时掌握井下 人员的动态分布及作业情况,旦发生事故,对井下人员的抢救缺乏可 靠信息,抢险救灾安全救护的成功率低,造成重大的人员伤亡。 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传, 在我国煤矿安全事故中,由于矿井内温度过高,压力过大,通风 不良等原因可能造成可燃气体爆炸或有毒有害气体中毒等事故,这 些事故成为实现安全生产的最大障碍。因此,及时准确地检测矿井内 的温度压力可燃气体和有毒有害气体含量,在煤矿安全生产中具 有重要意义。目前煤矿监控系统多为有线形式,实现对全矿井环境参 数的无线监测还具有定的局限性,不可避免地留下大量的安全隐 患。当煤矿地面监管中心的测控主机距离矿井很远,井上部分总线铺 设的距离会很大,硬件投入成本运行成本和维护成本都会很高。如 果井下传感器的分布比较分散,适合多条总线从不同出口上传到地 面,再由这些位置连接到煤矿相关部门服务器上时,布线量就会成倍 增加,各类成本也会成倍增加。因此，设计这种以煤矿安全检测为中 心的，有人员定位功能的以两种方式来布置安装的无线传感器就成为 迫切需求。 传统的有线方式的煤矿安全监测有成本高，布线难度大，耗能等 缺点相比较而言，无线传感器的安装就比较容易，不会受到设备结 构的限制，尤其在难以接近的位置危险区域，而且无线传感器网络 可扩展性强，在需要添加传感器节点时，只要布置好该节点，网络就 会自动探测并将之归入网络当中。无线传感器网络以其分布式的信息 处理更高的系统可靠性，以及无线传输和自组织特性，在节约成本 降低布线难度可动态扩展等方面具有明显优势。 目前进展情况 我公司现已对无线瓦斯传感器的研制进行了详细调 研和具体分析，得出该系统在煤炭行业有相当大的市场，研制可定位 人员信息的，既可固定安装，也可由人员携带移动的无线瓦斯传感器 系列产品在国内外并不见报道，在山西省目前还没有此项技术，我公 司根据目前市场的需要，结合公司现有的技术已经着手此技术的研 究。项目完成后达国内领先水平，根据市场需要，准备在山西省范围 内首推试用，然后推向全国，必将带来极大的经济和社会效益。 目前该项目的进展在年月年月间进行了项 目调研工作，在此基础上，项目向前推进至传感器节点硬件设计阶段。 项目计划目标 总体目标 力争在年月以前实施完成该项目，并进行产业化推广， 促进煤炭行业及其相关行业的安全生产及管理的规范性和有效性，提 高行业的总体水平。 经济目标 山西现有煤矿约为个，如按每个矿分布个各种无线传感 器节点，每个传感器节点平均为元计算，