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基于物联网技术的三维矿山环境监测系统设计 　　【摘 要】随着嵌入式移动通信技术的高速发展，针对相关的具体应用场景，设计出了低功耗、数量庞大的传感器节点组成的无线传感器网络。针对矿山环境的诸多特点，通过利用无线传感器网络技术，提出三维矿山环境监测系统的软硬件设计方案，对建设三维数字化矿山具有一定的参考价值。　　【Abstract】With the rapid development of embedded mobile communication technology， a wireless sensor network composed of sensor nodes with low power consumption and large number of sensors is designed according to the specific application scenarios. According to the characteristics of mine environment， through the use of wireless sensor network technology， the hardware and software design of environment monitoring system of mine is presented in this paper， which has a certain reference value for the construction of 3D digital mine.　　【关键词】无线传感器网络；协作感知；系统设计　　【Keywords】wireless sensor network； cooperative sensing； system design　　【中图分类号】TD76 【文献标志码】A 【文章编号】1673--0134-02　　1 引言　　煤炭开采工业一直是我国重要的基础产业，在经济建设中的地位十分重要，随着物联网技术的飞速发展和感知矿山理念的不断深化，煤矿开采变得更加机械化和智能化，而且由于矿山井下巷道地质条件复杂，生产工作环境恶劣，瓦斯突出、煤尘、水灾等安全隐患问题不容忽视，其中瓦斯爆炸造成的危害范围极广，影响深远。据统计，我国煤矿井下事故的发生主要是由瓦斯引起的，其造成的伤亡占到重特大事故伤亡人数的九成左右，因此对于矿山环境监测始终是不容忽视的问题，　　2 系统设计　　本系统的设计主要有三层结构：环境感知层、无线数据传输层和上位机管理软件层，其中，环境感知层主要针对采集矿山空气的粉尘、温湿度、有害气体；土壤的温湿度、pH值、金属离子的含量等；水环境的温度、pH值以及氮氧含量等；通过布置相应的ZigBee节点进行自组网后，利用自发上传或者上位机下达指令的方式，把感知数据汇聚到汇聚节点，汇聚节点再通过3G技术远程传输数据到上位机数据库，上位机的智能管理软件系统通过访问数据库可实现煤矿环境信息的实时查询和评价分析，另外，煤矿环境管理部门等不同使用者也可通过Internet进行访问。　　3 系统功能　　矿山监测区域广，且地处野外，为了监测空气、土壤等空间对象的环境参数，需要在矿区布放多个传感器节点，节点能够自组织成网络，完成监测数据的远程传输。　　 矿山环境基本特点　　①从地理位置角度来看，矿山所处位置一般比较偏僻，海拔相对较高，监测难度较大。②信息采集周期较长。由于监测手段限制，传统矿山环境信息的获取主要依靠人力取得，信息获取周期较长，不利于矿山环境信息的及时更新。③信息的显著特点：数据源丰富、数据量大、数据类型众多、数据结构复杂，而且矿山数据具有重要的经济价值，大量数据如果得不到及时收集、整理、保存、分析，一旦丢失，将会造成数据信息资源及经济浪费。④信息发布相对迟缓。传统矿山环境信息的发布主要依靠相关部门将信息编辑成册，出版发行，公众对信息的获取相对迟缓，不利于信息的广泛应用。　　 技术需求　　通过对传统矿山环境信息监测的特点分析，可以知道传统监测手段存在许多不足之处，需要在无线监测网络、远程传输控制、大范围监测、快速信息发布等方面进行改进和弥补。　　由于ZigBee无线传感器技术具有多节点、低功耗、低成本的特点，能够适应复杂地形的信息监测，满足矿山环境监测的野外工作性质需要。智能传感器具有高敏感性、高精度、多类型等特?c，监测终端节点通过外接不同类型的传感器，以实现不同对象的信息参数采集。基于3G的远程数据采集技术具有实时性、远程操控的特点，能够及时地获取远程数据、控制采集设备，满足矿山环境监测的实时性需求。GIS技术以空间数据为操作对象，能够实现矿山信息的三维可视化显示。基于C/S模式