专利名称：一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络恢复与重建方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全技术领域，尤其是涉及一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络恢复与重建方法。
背景技术：
近年来煤矿安全事故频发，矿难发生后井下人员四处逃散，由于井下通信网络受损井上救援指挥中心无法获得井下人员在异常状态下的分布情况，也无法了解井下的灾难损毁情况和井下的环境信息，因而在制定救援方案时缺乏有效的信息支持，无法展开行之有效的救援行动，给救援工作的展开带来了很大的困难，也增加了下井施救的危险性。因此矿难发生后重建与恢复井下通信网络对于矿难救援十分重要，矿难发生后在井下残存网络的基础上及时重建和恢复井下网络，一方面可便于井上救援人员及时了解井下情况，制定切实可行的救援方案，为矿难救援提供有效的信息支持，另一方面可以实现井上与井下交流，提振井下被困人员信心，延长被困人员的生存时间。矿难发生时，井下通信网络会遭到不同程度的损毁，通常来说有线网络受到的破坏性损毁较为严重，而无线网络受到的破坏相对较小；矿难第一发生地的网络损毁严重，而远离第一发生地的区域网络损毁相对较轻。但是当井下安全事故特别是非爆炸性事故发生后，并非所有通信设备都处于损毁或失效状态。以基于射频(RF)传感器网络技术为支撑的煤矿井下作业人员管理系统为例，在非爆炸性安全事故发生后，井下人员所携带的记录本人身份信息的RFID标签一般保存完好，仅可能因感应器或传输网络失效而无法读取有关信息。随着适合于井下环境的无线通信技术的应用，以及基于传感网或物联网的煤矿安全监控系统的推广普及，井下网络的大部分将基于无线技术构建，无线网络的恢复与有线网络相比难度较低，这使得矿难后井下网络的重建与恢复具备了相应的网络基础。近年来随着救灾机器人技术的发展，当矿难发生后可利用机器人替代人进入灾害发生区域，实现对特殊空间的救灾问题，这也为矿难后井下网络的重建与恢复奠定了技术基础。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络的恢复与重建方法，在矿难发生后快速恢复与重建井下通信网络，便于井上救援指挥中心及时获取井下的环境、人员等信息，制定出有效的救援方案。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络恢复与重建方法，包括以下步骤:S1、当矿难发生后，井上救援人员向井下抛洒大量的可自主移动和具有无线通讯功能的智能机器人，通过群机器人自动构建临时性的井下无线通信网络，重建井下通信网络，智能机器人配置有传感器，可对井下环境数 据进行实时采集，通过定位算法确定井下人员的位置；
S2、群机器人自动对井下巷道残余网络进行搜索，搜索到井下残余网络信号后，群机器人根据地形和数据传输的需要进行自主编队，形成井下通信网络的主干；S3、群机器人重建井下通信网络后，通过临时构建的无线网络将井下环境和人员的位置等信息发送到地面，实现地面上下的语音、视频通信，便于井上救援指挥中心及时掌握井下相关人员和环境信息。采用了上述技术方案，本发明的有益效果为:当矿难发生后，井下的无线节点并未被完全损坏，部分仍可正常工作，这是井下通信网络恢复和重建的基础。井上救援人员可通过钻孔等方式打通井下灾害发生区域，通过转孔向井下抛洒大量的可自主移动和具有无线通讯功能的智能机器人，智能机器人在井下巷道内移动，在移动过程中自动对井下巷道内残余网络节点进行搜索，当搜索到井下残余网络的信号后，群机器人可根据地形和数据传输的需要进行自主编队从而形成井下通信网络的主干，构建临时性的井下无线通信网络，重建井下通信网络，使得井下未被破坏的无线网络设备能够通过移动机器人建立的网络主干与井上通信。机器人配置有传感器，可对井下环境数据进行实时采集，还能够通过定位算法确定井下人员的位置，并采集井下人员的生命体征信息，将井下环境和人员的位置等信息通过临时构建的无线网络发送到地面；机器人还可以携带视频和音频设备，通过重建的井下无线通信网络实现地面上下的语音、视频通信，便于井上救援指挥中心及时掌握井下相关人员和环境信息，为事故救援提供针对性指导。
图1是本发明实施例的灾后井下残余网络搜索示意图；图2是本发明实施例的灾后井下通信网络恢复与重建示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1和图2共同所示，一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络恢复与重建方法，包括以下步骤:S1、当矿难发生后，井上救援人员向井下抛洒大量的可自主移动和具有无线通讯功能的智能机器人，通过群机器人自动构建临时性的井下无线通信网络，重建井下通信网络，智能机器人配置有传感器，可对井下环境数据进行实时采集，通过定位算法确定井下人员的位置；S2、群机器人自动对井下巷道残余网络进行搜索，搜索到井下残余网络信号后，群机器人根据地形和数据传输的需要进行自主编队，形成井下通信网络的主干；S3、群机器人重建井下通信网络后，通过临时构建的无线网络将井下环境和人员的位置等信息发送到地面，实现地面上下的语音、视频通信，便于井上救援指挥中心及时掌握井下相关人员和环境信息。本发明建立在基于物联网或传感网技术构建的煤矿井下安全监控系统基础上，因而本方法成功实施的基础在于煤矿应建立有井下无线通信网络。在矿难发生后，在群机器人投入井下执行网络恢复与重建任务之前，每个机器人都须配置一个通信节点，释放到井下后，只要在网络模块的通信范围内，通过彼此间自动寻找，很快可自组织地形成一个互联互通的无线网络。以下是对本发明更为详细的说明:(I)矿难发生后，井下残存网络节点在未搜索到周边的无线信号情况下可处于休眠状态，周期性的发射无线信号；若搜索到周边有其他残存节点的无线信号后，这些可以互通的残存节点便形成一个局部网络，周期性选举出头部节点，头部节点周期性地发射无线信号，其它节点处于休眠状态。(2)地面上的救援人员根据需要向井下抛撒或通过某种方式放置若干可自主移动(飞行)机器人，每个机器人具有无线通信功能，机器人间可以相互进行通信，也可以与井下带有无线节点的设备和人进行通信；机器人还可携带视频、音频、环境等传感器或装置，实现地面上下的视频音频通信，并采集井下的环境信息，提供给救援使用。(3)机器人根据井下地形和通信要求，自动编队并对井下巷道逐一搜索。机器人在巷道内发送唤醒指令，并搜索井下残余网络节点所发射的无线信号，如图1所示。地面上也可通过机器人所携带的视频设备同步了解井下情况，并给机器人发送控制命令。(4)井下残余节点被唤醒或者被搜索到之后，可与机器人进行通信，机器人根据井下的地形和通信要求进行编队，形成能够与地面上通信的网络主干，每个残余的网络节点可与临近的机器人进行无线通信，如图2所示，通过群机器人形成的网络主干将井下数据传输至井上救援指挥中心。(5)井下智能机器人可与井下矿工所携带的通信节点进行通讯，根据通信时接收到的信号强度等信息借助定位算法对矿工所携带的通信节点进行定位，确定井下人员数量和分布情况，并通过网络将数据发送至井上救援中心。井下被困人员可通过机器人携带的视音频设备与地面上的人员通话，提振被困人员的信心。本发明不局限于上述具体的 实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于群机器人系统的煤矿井下通信网络恢复与重建方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、当矿难发生后，井上救援人员向井下抛洒大量的可自主移动和具有无线通讯功能的智能机器人，通过群机器人自动构建临时性的井下无线通信网络，重建井下通信网络，智能机器人配置有传感器，可对井下环境数据进行实时采集，通过定位算法确定井下人员的位置； S2、群机器人自动对井下 巷道残余网络进行搜索，搜索到井下残余网络信号后，群机器人根据地形和数据传输的需要进行自主编队，形成井下通信网络的主干； S3、群机器人重建井下通信网络后，通过临时构建的无线网络将井下环境和人员的位置等信息发送到地面，实现地面上下的语音、视频通信，便于井上救援指挥中心及时掌握井下相关人员和环境信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于群机器人技术的煤矿灾后井下网络恢复与重建的方法，该方法特征在于当矿难发生后，通过向井下抛洒大量具有无线通讯功能的可自主移动的智能机器人，通过群机器人对井下巷道残余网络进行搜素并自主编队形成井下通信网络的主干，以重建井下通信网络。本发明能够在矿难发生后协助井上救援指挥中心及时掌握井下相关信息，为事故救援提供有效的信息支持。
文档编号E21F17/18GK103244189SQ20131018715
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者乔钢柱, 曾建潮, 薛颂东, 董增寿 申请人:太原科技大学