文档介绍：多传感器信息融合与 CAN 总线技术在煤矿井下环境监测中
的应用
【摘 要】为提高煤矿矿井的安全和生产效率，大量信息需要检测、传输和预处理。为解决多信息和复杂环境下
传输的问题，将多传感器信准确，不能及
时采取相应的有效措施，有可能造成矿难事故的发生 [1] 。
在信号检测过程中，还存在的主要问题： （ 1）网络结构与通信方式不规范。原有的系统中都有自己独立的通信系统，并且网络结构和通信模式多样，每种系统都需要建立自
己的网络，造成重复投资，通信资源利用低下； （ 2）传输数据效率低；（ 3）抗干扰能力和实时性差； （ 4）缺乏统一的通信协议及信息交换标准。
本设计应用多传感器信息融合和 CAN 总线技术组建矿井环境监测网络，克服单个传感器的弊端和现有检测的弊端，为煤矿安全生产和矿工的生命安全提供保障。
煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合
煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合的结构
煤矿井下环境监测的主要是矿井大气中***浓度、一氧
化碳、风速、粉尘和温度等环境参数。这些环境因素超限时
都会给煤矿安全生产和矿工的生命造成威胁 [2] 。将这些环境
参数作为多传感器信息融合的信息源进行矿井环境的多传感器信息融合。***浓度、一氧化碳、风速、粉尘和温度每一个参数由不同的传感器进行采样，首先相同类型的传感器进行一级信息融合，然后不同类型的环境参数进行二级信息融合。在二级信息融合中，需要根据矿井环境数据库，进行信息协调管理 [3-4] 。
煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合的融合方
式
一级信息融合的融合方式
对于多传感器的检测信息，由于各个传感器的测量精度
和测量环境不同，测量的准确性必然存在差异，需要针对各
个传感器在检测系统中所处的地位和检测的准确性，有选择
地对传感器的重要性加以区别。本研究采用的自适应加权数
据融合算法。对于不同的传感器都有相应的权数，在总均方
误差最小这一最优条件下，根据各个传感器得到的测量值以
自适应的方式找到其对应的权数，使融合后的数据达到最
优。
二级信息融合的融合方式
在二级信息融合，由于是不同类型的传感器，一般不采
用一级信息融合中的的自适应加权数据融合，而是采用高级
算法，本研究采用 BP 网络的算法进行融合。本研究采用三
级 BP 网络，其中输入级为 5 个节点，分别表示矿井大气中
***浓度、一氧化碳、风速、粉尘和温度信息，输出级为 5
个节点，分别表示安全、较安全、一般安全、较不安全和不
安全 5 种判断结果。考虑到计算速度和实际需要，中间节点
为 7 个，因此本研究采用 BP 网络为 5-7-5 的结构。
2 基于 CAN 总线的煤矿井下环境监测网络的设计
基于 CAN 总线的煤矿井下环境监测网络组成
网络主要由 PC 机、中继器和智能节点组成。 通讯介质
采用双绞线。同根据巷道分布情况，布置了多