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尾礦壩安全監測傳感器網絡設計

文檔作者：趙志軍		點擊數：	更新時間： 2023年05月04日
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太原理工大學
碩士學位論文
尾礦壩安全監測傳感器網絡設計
姓名：趙志軍
申請學位級別：碩士
專業：控制理論與控制工程
指導教師：謝克明
20100601太原理工大學碩士研究生學位論文
I
尾礦壩安全監測傳感器網絡設計
摘 要
尾礦庫是維持礦山正常生產的必要設施，也是礦山企業的重大危險源。長期
以來，在我國尾礦庫大壩的安全監測手段落后，人工監測存在監測不及時，人
為誤差較大的問題；傳統監測方式中采用有線監測線纜的敷設復雜，監測測點
的調整、擴充、維護不方便。ZigBee 技術是一種新興的低功耗、短時延而又可
靠的無線傳感器網絡技術，它具有網絡容量大、組網靈活、造價低的特點，使
用該技術可以大大降低了以往尾礦大壩安全監測中采用有線監測布線所需的成
本，且網絡維護簡單方便。
本文依據當前尾礦庫大壩安全監測系統的監測要求，結合ZigBee 網絡傳輸
的特點，設計開發了尾礦壩安全監測傳感器網絡。論文首先設計了基于CC2430
的傳感器網絡節點，對當前尾礦大壩常用的振弦式傳感器的原理進行了分析。
結合TI 公司的Zstack 協議棧對ZigBee 協議棧各層的組成進行了詳細的分析，
對ZigBee 傳感器網絡的星型、樹形和MESH 組網方式進行了討論，詳細描述了
網絡協調器組網過程以及節點加入網絡的過程，對監測網絡的數據傳輸過程進
行了討論。做了組網實驗，對組網過程進行了抓包分析。研究了傳感器網絡的
路由機制，對Adhoc 路由中的DSDV、DSR 和AODV 路由進行了分析討論，對
當前ZigBee 協議棧所使用的路由機制，特別是對分布式的網絡地址分配方式和
數據的路由機制做了詳細的分析。通過使用NS2 仿真平臺和ZigBee 模型對監測
網絡進行了網絡仿真，對仿真過程中網絡的組建過程和數據傳輸進行了討論，
仿真結果顯示監測網絡使用ZigBee 路由比使用AODV 路由具有更好的網絡性
能。
關鍵詞：尾礦壩，安全監測，ZigBee，網絡仿真，路由協議太原理工大學碩士研究生學位論文
1
第一章 緒論
1.1 課題研究背景和意義
尾礦庫是用于堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦的場所，是一種高勢能的
人造泥石流源。尾礦庫是礦業開發中必不可少的重要生產設施，其所處位置一般難以避開居
民區和人口密集區，一旦發生事故將會引起滑坡、泥石流等重大災害，對庫區下游人民的生
命和財產安全造成巨大危害，對庫區周邊環境造成嚴重污染[1]。
尾礦庫事故造成的危害是世界各種事故災害中最嚴重的危害之一。美國克拉克大學公害
評定小組的研究表明，尾礦庫事故的危害，在世界93 種事故、公害的隱患中，名列第18 位，
它僅次于核武器爆炸、DDT、神經毒氣、核輻射以及其它13 種災害，而比航空失事、火災等
其它60 種災害嚴重，直接造成百人以上死亡的尾礦庫事故已屢見不鮮[2]。近年來，在我國因
尾礦庫垮壩造成人員傷亡和有毒污染物泄露的事故屢有發生，給人民群眾生命財產安全造成
重大損失，對環境安全構成重大威脅。因此加強尾礦庫的安全監測，把握尾礦庫的安全現狀，
減少尾礦庫的事故發生對維護人民生命財產安全，提高礦山企業經濟效益具有重要意義。
根據國際大型壩體協會和美國大型壩體學會尾礦分會對尾礦壩事故的評價結果表明，造
成尾礦壩事故的原因是多方面的，但在尾礦庫的運行期間，尾礦壩體及周圍邊坡的監測和控
制十分重要[3]。因此，如何加強礦山尾礦庫安全管理，提高其規范化、標準化水平，確保尾
礦庫安全運行顯得十分迫切和重要。
建國以來，經過 50 多年的發展，我國已成為世界礦業大國，在冶金、有色、化工、核工
業、建材和輕工業等行業的礦山都有尾礦設施。經初步統計，全國有尾礦庫12655 座，其中
正常運行的約有7745 座，占61%，危庫613 座，險庫1265 座，危險性較大的病庫3032 座，
危庫、險庫和病庫占39%[4]。由以上數據可見，我們目前尾礦中病庫所占比例較大，建立一
套完善的尾礦安全監測系統已經勢在必行。
但由于尾礦壩既是事故易發部位，也是隱伏巨大安全隱患的危險源，加強尾礦壩安全監
測設施的技改措施是確保尾礦壩安全運行的技術保障。目前尾礦壩基本上沒有實現安全自動
監測系統，礦山企業的業主主要考慮的是企業的利潤和經濟指標，對尾礦壩的安全監測管理
極不重視，沒有專人按設計要求進行監測，更不重視引進先進技術改善監測手段，資料的整

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