安全监测系统对煤矿井下作业环境实时监测,确保安全作业。目前的矿井安全监测系统都是基于有线网络的,扩展性差、布线复杂、成本和维护费用高,制约了系统未来的发展。无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）因其成本低、节点体积小、自组网等优点,已在多个领域得到广泛应用。将WSNs引入井下安全监测系统,可以有效地解决有线系统的缺陷,提高监测水平,为未来智慧矿山建设打下基础。为了保证监测系统的可靠性,井下WSNs必须具有精确的定位。有了精确定位,用户才方便对特定的地点进行有效的监测,在遇到突发事件或者灾难时,采取及时准确的应急或者抢救措施。WSNs的稳定可靠是保证精确定位的前提,而节点能耗不均容易造成网络的不稳定。如何在井下严酷的环境中合理的部署和管理WSNs,平衡节点能耗,实现精确定位,给井下WSNs研究带来巨大的挑战。本文以福建省产学研重大科技项目“南方煤矿综合自动化集成系统的研制与应用”（2011H6027）为背景,在已有研究的基础上,对井下WSNs的能耗均衡和节点定位作了进一步深入研究,主要工作和创新点如下:1.提出一种多重覆盖和最佳分簇结合的能耗均衡部署策略。在现有的网络划分基础上,提出一种更加有效的巷道区域划分方法。在满足多重覆盖的前提下把巷道划分成多个等腰三角形区域,传感器节点以簇的形式部署在区域顶点处。簇首采用轮流工作机制,通过能耗模型分析,求解出簇的最佳大小以达到网络能耗均衡,提高节点能量利用率,延长网络寿命。2.提出基于能耗均衡的多汇聚节点（sink）分段优化部署策略。在给定节点数量的情况下,求解出节点最佳安置间距,以达到能量消耗的平衡。在最佳间距部署基础上,又提出了多sink的分段优化部署。通过在各监测区域段安置sink,缩短节点转发距离,达到降低能耗,进一步延长了网络寿命,并利用线性规划求解出最佳sink数目和分段数。3.提出一种基于井下WSNs均匀分布的节点数据最佳转发策略。针对节点均匀部署的井下WSNs,现有的单一逐级传递数据的方法更容易造成“能量空洞”问题。采用数据分发传递的方式来避免网络能耗不均,节点可以向任意后继节点转发不等量的数据,并通过最优化求解出最佳转发目的节点和数据量。4.提出基于信号接收强度指示（RSSI）聚类划分的迭代加权质心定位算法。针对矿井噪音干扰、巷道反射影响,采用K-均值聚类划分将RSSI有效过滤。实时动态获取信号路径损耗参数以得到较为理想的RSSI测距。提出迭代加权质心算法来改善现有质心算法定位精度差问题。通过权重迭代,不仅体现了信标节点的影响力,而且获得更高的定位精度。5.提出一种改进加权蒙特卡络的井下人员定位算法。针对目前井下人员定位方法的不足之处,提出利用蒙特卡洛思想的定位改进方法。在采样初始化阶段,信标节点依据RSSI大小逐步构建采样区域,结合蒙特卡洛方法进一步缩小范围,提高采样成功率。在过滤阶段,参考t-1时刻采样区域,经过两次过滤进一步提高t时刻样本质量。在重采阶段配合无效样本集减少重采次数,对最终的样本加以权重,以提高待测节点的定位精度。