基本信息
- 項目名稱：
- YSU_ZB無線煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- YSU_ZB監(jiān)控系統(tǒng)是集國內(nèi)外最先進的煤礦監(jiān)控技術(shù)優(yōu)勢并針對我國煤礦現(xiàn)狀而開發(fā)的一套軟、硬件結(jié)合的全礦井安全生產(chǎn)綜合無線監(jiān)控系統(tǒng)。 隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年來出現(xiàn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為解決煤礦安全問題提供了可能的解決方案。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)有著成本低，體積小，安裝、配置、維護簡便，可重復利用，自動動態(tài)組網(wǎng)，持續(xù)工作時間比較長(1－2年)的特點，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳播信息，由這些微小的智能傳感設(shè)備所組成的網(wǎng)絡(luò)，不但能取代傳統(tǒng)的傳感設(shè)備，還能完成許多傳統(tǒng)控制，監(jiān)視設(shè)備所做不到的任務，特別適合在煤礦瓦斯監(jiān)測和人員定位方面的應用。 本系統(tǒng)將分布于井下的所有傳感器節(jié)點納入一個智能化、結(jié)構(gòu)靈活的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),組成以傳感器節(jié)點為依托的層次化且具有本安特性的傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)實現(xiàn)了對實時信息（一氧化碳濃度，甲烷濃度等參數(shù)等）的采集、處理、傳輸和智能化預警四大環(huán)節(jié)的系統(tǒng)研究，致力于從整體上提高礦井災害監(jiān)測預警系統(tǒng)性能，以最大程度減少或避免礦井塌方和瓦斯爆炸等災害事故發(fā)生。 我們深信，未來的世界，是無線的世界,無線將連接一切。
- 詳細介紹：
- YSU_ZB監(jiān)控系統(tǒng)是集國內(nèi)外最先進的煤礦監(jiān)控技術(shù)優(yōu)勢并針對我國煤礦現(xiàn)狀而開發(fā)的一套軟、硬件結(jié)合的全礦井安全生產(chǎn)綜合無線監(jiān)控系統(tǒng)。 本系統(tǒng)將分布于井下的所有傳感器節(jié)點納入一個智能化、結(jié)構(gòu)靈活的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),組成以傳感器節(jié)點為依托的層次化且具有本安特性的傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)實現(xiàn)了對實時信息（瓦斯、甲烷濃度等參數(shù)等）的采集、處理、傳輸和智能化預警四大環(huán)節(jié)的系統(tǒng)研究，致力于從整體上提高礦井災害監(jiān)測預警系統(tǒng)性能，以最大程度減少或避免礦井塌方和瓦斯爆炸等災害事故發(fā)生。 煤炭作為我國的主要能源，在一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中始終占70%左右，但目前我國煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴峻，我國煤炭工業(yè)有300多萬從業(yè)人員，同時也具有全球最高的人均礦難事故發(fā)生率，傷亡人數(shù)為世界上主要采煤國家死亡總數(shù)的４倍。煤礦企業(yè)存在規(guī)模巨大、人員眾多、作業(yè)點分散、工作環(huán)境惡劣、事故突發(fā)性強的特點，國家對煤礦的安全生產(chǎn)也日益重視，監(jiān)管力度在不斷加強?！鞍踩a(chǎn)”已經(jīng)成為目前煤炭企業(yè)的生存之本。 針對于工業(yè)惡劣的環(huán)境，本作品開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級無線協(xié)議棧，而且已經(jīng)成功應用于無線污水監(jiān)測系統(tǒng)，本協(xié)議棧針對于工業(yè)壞境更強調(diào)的是可靠性，易用性與可移植性，而且使傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模真正達到千級水平，這是其他協(xié)議棧無法比擬的。為了推動國內(nèi)無線技術(shù)的發(fā)展，我們決定將作品中的工業(yè)級無線協(xié)議棧-MicroRF開源，目前相關(guān)的源代碼整理工作正在進行。 多節(jié)點自組網(wǎng)適用于煤礦井下巷道多曲折、多風門等結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)秀的電源管理方案著眼于電源供電限制嚴格的特點，網(wǎng)絡(luò)具有容量大、時延短、安全、有效范圍小、工作頻段靈活等特點，徹底消除監(jiān)測盲區(qū)，能替代原有的485/232總線，適用于線狀，一主多從的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，能替代原有的GPRS系統(tǒng)，實現(xiàn)低安裝成本，低運營成本的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。通信鏈路由主井無線節(jié)點和巷道無線節(jié)點連接,可靈活改變節(jié)點位置或者增加和減少節(jié)點數(shù)量，可全面監(jiān)控礦井上下的瓦斯、風速、一氧化碳等安全參數(shù)，以及設(shè)備開、停、供電狀態(tài)以及煤倉煤位等生產(chǎn)參數(shù)，可匯接多個安全與生產(chǎn)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)，以適用于各類大、中、小型及地方煤礦使用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、研究背景： 煤炭作為我國的主要能源，在一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中始終占70%左右，但目前我國煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴峻，我國煤炭工業(yè)有300多萬從業(yè)人員，同時也具有全球最高的人均礦難事故發(fā)生率，傷亡人數(shù)為世界上主要采煤國家死亡總數(shù)的４倍，國家對煤礦的安全生產(chǎn)日益重視，監(jiān)管力度在不斷加強?！鞍踩a(chǎn)”已經(jīng)成為目前煤炭企業(yè)的生存之本。 二、事故原因分析： 1、煤礦事故發(fā)生的主要形式為瓦斯爆炸、瓦斯突出及中毒窒息。 其原因主要為： ①全局和局部通風結(jié)構(gòu)及管理不善，導致異常涌出的瓦斯得不到排除或稀釋。②現(xiàn)場監(jiān)控報警手段落后，不能及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患，不能及時發(fā)出報警。③上級煤管機關(guān)對各礦井下瓦斯變化，缺少直接、定量、有效、客觀的監(jiān)控條件與手段。 2、井下人員定位問題，風機監(jiān)測，排水監(jiān)測等 三、技術(shù)路線與設(shè)計方案： 根據(jù)系統(tǒng)的總體功能要求，進行模塊化設(shè)計和系統(tǒng)集成。采取計算機模擬研究和物理實驗驗證結(jié)合的方法，重點關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新成果在實際煤炭工業(yè)環(huán)境中的應用效果和經(jīng)濟技術(shù)指標。作品針對于工業(yè)壞境開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級無線協(xié)議棧，強調(diào)的是可靠性，易用性與可移植性，而且使傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模達到千級水平。通信鏈路由主井無線節(jié)點和巷道無線節(jié)點連接，可靈活改變節(jié)點位置或者增加和減少節(jié)點數(shù)量，可全面監(jiān)控礦井上下的瓦斯、風速、一氧化碳等安全參數(shù)，以及設(shè)備開、停、供電狀態(tài)以及煤倉煤位等生產(chǎn)參數(shù)，可匯接多個安全與生產(chǎn)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)，以適用于各類大、中、小型及地方煤礦使用。
科學性、先進性
- 系統(tǒng)融合了傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)。 作品開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級無線協(xié)議棧，而且已經(jīng)成功應用于無線污水監(jiān)測系統(tǒng)，本協(xié)議棧針對于工業(yè)壞境更強調(diào)可靠性，易用性與可移植性，而且使傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模真正達到千級水平，這是其他協(xié)議棧無法比擬的。 1人員定位方案：利用區(qū)域定位技術(shù)，根據(jù)礦井的結(jié)構(gòu)布置無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)布置的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做定位算法，定位應用算法的改進，當目標節(jié)點一直處于移動狀態(tài)時，目標位置的估計值會出現(xiàn)波動。通過現(xiàn)場實際測量并進行適當算法校正，做精確定位。 2.滲水監(jiān)測：上位機采用地理信息系統(tǒng)（GIS）把礦區(qū)的數(shù)據(jù)信息組織、分析。 3.技術(shù)優(yōu)勢：多節(jié)點自組網(wǎng)適用于煤礦井下巷道多曲折、多風門等結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)秀的電源管理方案著眼于電源供電限制嚴格的特點，網(wǎng)絡(luò)具有容量大、時延短、安全、有效范圍小、工作頻段靈活等特點，徹底消除監(jiān)測盲區(qū)，能替代原有的485/232總線，適用于線狀，一主多從的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，能替代原有的GPRS系統(tǒng)，實現(xiàn)低安裝成本，低運營成本的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2008年 10月 **大學“世紀杯” 特等獎 2009年 5月 河北省“挑戰(zhàn)杯” 一等獎
作品所處階段
- 自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級無線協(xié)議棧已經(jīng)完成，無線節(jié)點數(shù)傳模塊已經(jīng)完成，由于上位機需定制，目前正在在完善。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 項目合作，可以提供自主知識產(chǎn)權(quán)工業(yè)級無線協(xié)議棧，針對儀表的無線組網(wǎng)提供OEM定制服務和相關(guān)應用方案。
作品可展示的形式
- 無線節(jié)點實物，MicroRF自組網(wǎng)過程演示，圖片，錄像，上位機演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- YSU_ZB監(jiān)控系統(tǒng)是集國內(nèi)外最先進的煤礦監(jiān)控技術(shù)優(yōu)勢并針對我國煤礦現(xiàn)狀而開發(fā)的一套軟、硬件結(jié)合的全礦井安全生產(chǎn)綜合無線監(jiān)控系統(tǒng)。 本作品開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級無線協(xié)議棧，而且已經(jīng)成功應用于無線污水監(jiān)測系統(tǒng)，本協(xié)議棧針對于工業(yè)壞境更強調(diào)的是可靠性，易用性與可移植性，而且使傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模真正達到千級水平，這是其他協(xié)議棧無法比擬的。 本系統(tǒng)將分布于井下的所有傳感器節(jié)點納入一個智能化、結(jié)構(gòu)靈活的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),組成以傳感器節(jié)點為依托的層次化且具有本安特性的傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)實現(xiàn)了對實時信息（瓦斯?jié)舛?，巷道滲水等）的采集、處理、傳輸和智能化預警四大環(huán)節(jié)的系統(tǒng)研究，致力于從整體上提高礦井災害監(jiān)測預警系統(tǒng)性能，可匯接多個安全與生產(chǎn)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)，以最大程度減少或避免礦井塌方和瓦斯爆炸等災害事故發(fā)生，適用于各類大、中、小型及地方煤礦使用，是煤礦安全生產(chǎn)的必要保證。 我們深信，未來的世界，是無線的世界,無線將連接一切。
同類課題研究水平概述
- 美國的Q-Track集團和Wiborne公司在2006年受到美國國家自然科學基金、美國國防部、美國國土安全部和其他一些聯(lián)邦機構(gòu)資助，研究無線礦工定位系統(tǒng)，系統(tǒng)可以在數(shù)百英尺外跟蹤礦工位置，精確度到達10英尺之內(nèi)；卡內(nèi)基?梅隆大學于2006年開始進行FireFly Sensor Networks項目，研究煤礦事故救援中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用Zigbee技術(shù)，開發(fā)了能夠進行人員定位和聲音傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并在一處煤礦進行實驗，結(jié)果顯示此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠跟蹤人員位置信息，也能在緊急狀況下，切換到高速率語音通信狀態(tài)；加拿大Active Control Technology公司開發(fā)Active Mine系統(tǒng)，完全采用無線通信，可以跟蹤礦工和設(shè)備的位置，也可用作語音通信；澳大利亞聯(lián)邦工業(yè)與科學研究組織CSIRO研發(fā)了煤礦井下無線通信系統(tǒng)，以此來提高采礦的安全性。 香港科技大學的劉云浩教授和博士生李默在2007年研制了無線網(wǎng)絡(luò)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，并榮獲“2007年香港資訊及通訊科技獎”之最佳創(chuàng)新及研究大獎；東北大學網(wǎng)絡(luò)與通信中心提出了將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代VOIP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，設(shè)計了一種適合瓦斯監(jiān)測和語音通信的綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)；清華大學提出的“煤礦安全生產(chǎn)、辦公自動化信息管理系統(tǒng)”基于瓦斯傳感器探測技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了煤礦基礎(chǔ)設(shè)施管理子系統(tǒng)礦、礦井安全生產(chǎn)實時監(jiān)測子系統(tǒng)、井下人員跟蹤定位子系統(tǒng)和搶險救護管理子系統(tǒng)。 山東中煤電氣公司、煤炭信息研究所、太原新欣微電等公司設(shè)計的有線的監(jiān)測系統(tǒng)，在各大煤礦上有很多實際的應用案例，但都沒有從技術(shù)實質(zhì)上進行創(chuàng)新。 由此可見，國外的研究機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測，定位和緊急情況語音通信的系統(tǒng)，并且已經(jīng)進行了小規(guī)模的實際測試。國內(nèi)近兩年也將無線技術(shù)應用于煤礦安全的研究之中，采用WLAN，RFID等技術(shù)，設(shè)計和開發(fā)了一些系統(tǒng)，但實際研究較少，井下環(huán)境和采礦機械產(chǎn)生對傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸信號的影響沒有被充分考慮。因此，有必要充分分析井下環(huán)境，建立井下電磁環(huán)境模型進行分析，加強傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全方面的無線協(xié)議研究，改進網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能。另外，透水事故在最近幾年頻頻發(fā)生，也是煤礦安全需要保障的一個重要方面，針對這方面的研究幾乎是空白，是急需得到解決的問題之一。
