【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井安全与自动化监控领域，具体为基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统。
技术介绍
1、随着矿井开采深度的增加和矿井规模的扩大，矿井内环境条件变得愈加复杂，对安全生产和管理提出了更高的要求。传统的矿井监测和通信系统通常依赖于有线网络连接和单一的监控设备。这种系统在实际应用中存在以下主要问题：
2、实时性差和数据传输效率低：传统的矿井监控系统往往存在数据传输效率低、延迟大等问题，无法满足实时监控和快速响应的需求。当矿井内发生突发事件时，系统无法及时将现场信息传输到控制中心，导致应急响应延迟，增加了安全风险。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，解决传统的矿井监控系统往往存在数据传输效率低、延迟大的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，包括：
3、网络架构模块，设计用于构建矿井内多节点的无线网络拓扑结构，其中包括星型拓扑、网状拓扑和混合拓扑，所述网络架构模块还包括无线通信协议选择功能，支持zigbee、wi-fi和lora协议的选择和应用；
4、数据采集与传输模块，设计用于在矿井内采集环境参数、设备状态和视频监控数据，包括数据传输节点，通过无线网络将数据传输到中心节点，其中包括环境监测传感器、设备状态监测器、视频监控摄像头、中继节点和数据聚合节点；
5、数据处理与分析
6、控制与管理模块，设计用于实现矿井内设备的远程控制和系统的集中管理，所述模块包括中心控制系统和节点管理系统；
7、安全与冗余模块，设计用于负责系统的数据传输安全和系统运行，所述模块包括数据加密与认证和系统冗余设计；
8、用户界面与交互模块，设计用于提供矿井监控的可视化界面和报警通知功能，所述模块包括可视化监控界面和用户报警与通知系统。
9、优选的，所述网络架构模块进一步包括：
10、中心节点，负责与矿井内所有子节点进行数据通信和交换，并具备与互联网连接的能力；
11、子节点，包括分布在矿井内的传感器和设备终端，用于采集数据并通过无线通信传输至中心节点；
12、自愈网络功能，当某一节点失效时，网络能够自动重新配置通信路径，确保数据传输的连续性。
13、优选的，所述数据采集与传输模块进一步包括：
14、气体传感器，用于监测矿井内的甲烷、一氧化碳、氧气和二氧化碳的浓度；
15、温湿度传感器，用于监测矿井内的温度和湿度，防止设备因环境条件恶化而发生故障；
16、粉尘传感器，用于检测空气中的粉尘浓度，防止尘肺病和爆炸风险；
17、振动传感器，安装于矿井设备上，用于监控设备的振动情况，以预测设备故障；
18、所述数据传输节点包括：
19、信号放大与中继功能的中继节点，用于增强无线信号的覆盖范围，特别是在矿井内复杂地形和远距离传输环境中；
20、数据压缩与预处理功能的数据聚合节点，用于对来自多个传感器的数据进行初步处理，减少传输的网络负荷。
21、优选的，所述数据处理与分析模块进一步包括：
22、实时数据处理功能的边缘计算节点，所述节点包括数据滤波、去噪和异常检测功能，能够在数据源头附近进行初步处理；
23、本地存储与缓存功能，所述功能在网络中断时临时存储数据，并在网络恢复后自动同步数据至中心数据处理系统；
24、所述中心数据处理系统包括：
25、大数据分析平台，用于处理和分析矿井内的大量历史数据，并基于这些数据进行预测性维护和安全风险分析；
26、报警系统，通过实时监控传感器数据变化，判断和触发预设的报警规则，并通知相关人员进行处理。
27、优选的，所述控制与管理模块进一步包括：
28、统一监控平台，所述平台整合所有数据采集节点的状态和实时数据，提供矿井整体的监控界面；
29、远程操作接口，允许用户通过hmi或app远程控制矿井内的设备，并可根据预设策略自动控制设备的运行；
30、所述节点管理系统进一步包括：
31、无线节点管理平台，所述平台显示节点的网络连接状态、信号强度和功耗在内的信息，并支持节点的远程升级与维护；
32、故障检测与修复机制，当节点出现异常时，系统能够自动切换至备用节点或通过其他路径恢复通信。
33、优选的，所述安全与冗余模块进一步包括：
34、数据加密功能，所述功能采用aes加密和ssl/tls协议，保证无线传输数据的保密性和完整性；
35、多因素认证和访问控制策略，保证只有授权的人员和设备能够访问系统资源，并根据角色分配不同的访问权限；
36、所述系统冗余设计包括：
37、冗余链路设计，在关键区域设置多条冗余链路，在某条链路失效时，数据传输能够通过其他链路继续进行；
38、不间断电源系统，为中心节点和重要中继节点提供备用电源，使得在主电源失效时系统仍能正常运行。
39、优选的，所述用户界面与交互模块进一步包括：
40、实时数据展示功能，采用动态图表和地图视图在内的方式，直观展示矿井内各节点的数据和状态；
41、历史数据回放功能，允许用户选择特定时间段的传感器数据和视频监控画面进行回放和分析；
42、所述用户报警与通知系统进一步包括：
43、多渠道报警通知功能，能够通过短信、邮件和app的方式向相关人员发送报警信息；
44、报警确认机制，使得通知发送后相关人员收到并确认报警信息，以便及时响应。
45、本专利技术提供了基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统。具备以下有益效果：
46、1、本专利技术通过在靠近数据采集源的节点上部署边缘计算能力，系统能够在本地对数据进行初步处理和分析，减少数据传输的延迟，减轻中心服务器的计算压力，提高整体系统的实时性和响应速度。
47、2、本专利技术通过如zigbee、lora和wi-fi等无线通信协议，具有低功耗、长距离和高带宽等特点，能够满足矿井内多种传感器节点的通信需求。这些协议可以根据矿井具体的应用场景和需求进行选择和优化，确保系统的稳定性和可靠性。
48、3、本专利技术通过采用网状网络结构与多路径数据传输技术，系统能够自动识别和修复通信路径中的故障，确保数据传输的连续性和稳定性。这种设计提高了系统的可靠性，减少了单点故障对整个系统的影响。
49、4、本专利技术通过冗余通信路径和备用设备的配置，系统能够在单点故障时自动切换，确保通信和数据传输的连续性，减少因设备或网络故障导致的生产中断，网状拓扑结构使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述网络架构模块进一步包括：
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述数据采集与传输模块进一步包括：
4.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述数据处理与分析模块进一步包括：
5.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述控制与管理模块进一步包括：
6.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述安全与冗余模块进一步包括：
7.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述用户界面与交互模块进一步包括：
【技术特征摘要】
1.基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述网络架构模块进一步包括：
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于，所述数据采集与传输模块进一步包括：
4.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井多节点实时通信与数据传输系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：周全超，郑洁铭，朱亚龙，焦建军，周容江，刘广文，郝娇阳，殷裁云，高利晶，孙京，
申请(专利权)人：华能煤炭技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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