新疆煤田火区无线远程监测网络可靠运行的支撑技术
摘要
新疆煤田自燃导致每年损失储量数千万吨,破坏了脆弱的地表生态且有可能造成严重的环境灾难.在煤田火区治理、管理中,可以采用一种新型的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术对火区的温度进行实时、实地、直接测量和长期远程观测,为分析发火机理、燃烧过程、温度场及分布、燃烧范围和深度提供数据。 为解决新疆煤田火区监测遇到的诸多实际问题,目前已研发出多种技术:开发网络长时深度体眠机制,使汇聚节点在采集间隙体眠,同时控制自行开发的数字开关关断GPRS的供电,达到整体体眠目的,节省网络整体能耗;设计带有充放电保护电路的太阳能装置提供可持续的能量供应,考虑新疆夏季50℃的高温和冬季近-40℃的低温,蓄电池采用磷酸铁锂电池,充放电保护电路防止蓄电池过冲和过放;利用带有心跳包的GPRS远程数据回传提供可靠通信信道,使系统在网络不稳定时能够无需人为干预自动恢复通信,丢包率从7%下降到0.31%;在天馈口建立由空气放电管、压敏电阻、瞬变电压抑制二极管并联组成的三级无接地防浪电路保护旷野中节点,避免雷电浪涌侵袭引起的损坏,将防浪涌电路与节点集成为防浪涌节点,克服分离式防浪涌模块在安装和使用过程中产生的不确定因素作用;设置看门狗电路实现节点无人状态下的自动重启,防止节点受到周围电磁干扰、环境和气象条件影响产生死机。到目前为止,新疆煤田火区无线远程监测系统已持续运行19个月,在12个火区全天候不间断地采集到90多万条基础数据,永久保存在乌鲁木齐监测中心服务器。