煤礦井下傳感器定位報警系統的制作方法

本發明涉及一種煤礦井下傳感器定位報警系統，該系統涉及無線電通信、井下安全監控和定位技術等領域。

背景技術：

煤礦安全監控是遏制煤礦重特大事故發生的必要措施。《AQ1029-2016煤礦安全監控系統及監測儀器使用》等安全生產行業和煤炭行業標準中都已明確各類煤礦井下工作面及巷道中甲烷傳感器及風速、風向等傳感器的詳細安裝位置，還明確規定了各傳感器的限值與相應的斷電閉鎖等自動處理流程，防止煤炭生產過程中瓦斯超限引起的火災、爆炸等事故的發生，有效保障了煤礦安全生產。然而在實際生產過程中，部分井下工作人員為減少瓦斯超限斷電閉鎖對煤炭生產的影響，不按規定位置安裝或私自移動傳感器，造成了瓦斯爆炸等重大事故隱患。目前的煤礦安全監控系統只能對傳感器的工作狀態及通信狀態進行監控，無法監控傳感器的實際位置。為防止人為的傳感器位置作弊，保證各傳感器能夠可靠有效的工作，需要一種可實時監測井下傳感器安裝位置，并能對傳感器位置作弊進行自動識別與報警的系統。

技術實現要素：

本發明提供了一種煤礦井下傳感器定位報警系統，所述系統包括至少一種礦井下傳感器和至少一種用于監測礦井下傳感器位置的裝置；系統存儲有與各傳感器設計安裝位置相關的至少一種位置數據及其允許誤差數據；系統監測傳感器當前位置數據，并將傳感器當前位置數據與系統存儲的傳感器設計安裝位置數據進行比較，當監測到傳感器位置與設計安裝位置距離大于允許誤差時，則發出報警信號。

1.所述定位報警系統進一步包括：所述用于監測礦井下傳感器位置的裝置包括監測絕對位置的裝置和監測相對位置的裝置。

2.所述定位報警系統進一步包括：所述用于監測礦井下傳感器位置的裝置的安裝位置包括井下傳感器殼體內。

3.所述定位報警系統進一步包括：所述傳感器位置數據包括三維位置數據。

4.所述定位報警系統進一步包括：所述傳感器位置數據包括二維位置數據。

5.所述定位報警系統進一步包括：所述傳感器位置數據包括一維距離數據；所述一維距離數據包括沿巷道軸向的一維距離數據。

6.所述定位報警系統進一步包括：所述傳感器位置數據包括經度、緯度和高度數據。

7.所述定位報警系統進一步包括：所述傳感器位置數據包括與參照物的距離數據。

8.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括井下定位系統的定位終端設備。

9.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括超聲波測距定位設備。

10.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括激光測距定位設備。

11.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括紅外測距定位設備。

12.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括電子雷達定位設備。

13.所述定位報警系統進一步包括：所述監測礦井下傳感器位置的裝置包括圖像監測定位設備。

14.所述定位報警系統進一步包括：所述系統還包括通信網絡、數據存儲服務裝置、監控服務裝置和監控終端；通信網絡用于傳輸數據；數據存儲服務裝置用于存儲各傳感器設計安裝位置數據信息及其允許誤差數據；監控服務裝置用于處理和監測傳感器位置相關數據信息，當處理結果滿足報警條件時向監控終端發出報警信號；監控終端用于傳感器位置和狀態顯示，具有聲光報警功能。

15.所述定位報警系統進一步包括：所述系統使用至少一種測距設備采集傳感器與參照物的當前距離數據，并通過通信網絡將傳感器與參照物的當前距離數據發送至監控服務裝置，監控服務裝置將傳感器與參照物的當前距離數據與所述數據存儲裝置存儲的傳感器與參照物的設計安裝距離數據進行比較，當監測到兩個距離數據的差的絕對值超過存儲的此傳感器的允許誤差數據時，則發出報警信號。

16.所述定位報警系統進一步包括：所述系統使用至少一種監測礦井下傳感器二維位置數據的裝置，監控服務裝置通過通信網絡直接采集傳感器當前二維位置數據，或采集與傳感器當前位置相關的數據，由監控服務裝置處理得到傳感器當前二維位置數據；監控服務裝置將當前二維位置數據與數據存儲服務裝置存儲的此傳感器設計安裝二維位置數據進行比較，當監測到當前傳感器位置與設計安裝位置的距離大于存儲的此傳感器的允許誤差數據時，則發出報警信號。

17.所述定位報警系統進一步包括：所述系統使用至少一種監測礦井下傳感器三維位置數據的裝置，監控服務裝置通過通信網絡直接采集傳感器當前三維位置數據，或采集與傳感器當前位置相關的數據，由監控服務裝置處理得到傳感器當前三維位置數據；監控服務裝置將當前三維位置數據與數據存儲服務裝置存儲的此傳感器設計安裝三維位置數據進行比較，當監測到當前傳感器位置與設計安裝位置的距離大于存儲的此傳感器的允許誤差數據時，則發出報警信號。

18.所述定位報警系統進一步包括：所述礦井下傳感器包括甲烷傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、風速傳感器、風向傳感器、煙霧傳感器、攝像機。

下文更詳細地描述本發明的實施示例。

附圖說明

圖1煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例1的系統組成示意圖。

圖2煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例1的傳感器原理組成示意圖。

圖3煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例1的報警流程示意圖。

圖4煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例2的系統組成示意圖。

圖5煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例2的傳感器原理組成示意圖。

圖6煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例3的系統組成示意圖。

具體實施方式

本發明所述定位報警系統的監測礦井下傳感器位置的裝置可采用TOA、TDOA、RSSI、AOA、圖像識別等定位技術進行定位；可采用包括超聲波測距定位設備、激光測距定位設備、紅外測距定位設備、電子雷達定位設備、圖像識別定位設備等設備監測礦井下傳感器位置；所述監測礦井下傳感器位置的裝置一般集成于傳感器內，電子雷達定位設備和圖像識別定位設備可獨立安裝，從外部監測傳感器位置；所述的定位報警系統的通信網絡可采用例如無線廣域網(WWAN)、無線局域網(WLAN)、無線個人區域網(WPAN)、無線傳感器網絡(WSN)等各種無線通信網絡及有線網絡。

圖1所示實施示例1為基于無線局域網(WLAN)和RSSI定位技術的煤礦井下傳感器定位報警系統，主要組成包括：

1.監控終端(101)，負責傳感器位置監控、聲光報警和人機交互，生產管理人員可通過監控終端訪問監控服務器和存儲服務器，實現對井下傳感器及其它設備的實時監控；監控終端具有傳感器設計安裝位置及傳感器數據顯示等查詢功能；生產管理人員也可通過監控終端訪問存儲服務器實現對傳感器及設計位置進行添加、刪除、輸入、修改等操作；監控終端具有地圖顯示功能，地理信息平臺可使用MapX地圖化組件,礦井地圖為巷道矢量地圖,地圖文件為MapInfo格式。

2.存儲服務器(102)，為數據存儲服務裝置，負責存儲各傳感器設計安裝位置數據信息及其允許誤差數據，并為監控服務器(103)和監控終端(101)提供數據服務；存儲服務器也可存儲其它與傳感器相關的數據，如氣體傳感器采集的氣體濃度數據、煙霧傳感器(107)采集的煙霧狀態數據、風速傳感器(108)采集的巷道風速數據等。

3.監控服務器(103)，為監控服務裝置，負責為監控終端(101)提供傳感器位置數據和監控報警數據，當發現傳感器位置變化滿足設定條件時，向監控終端發出報警數據。

4.交換機(104)，通信網絡的交換設備，負責所有接入通信網絡的設備的數據交換，可采用以太網絡交換機設備。

5.分站(105)，負責對傳感器及其它無線通信設備進行通信網絡接入轉發服務，并作為定位參考定位節點，為傳感器及其它無線通信設備提供定位服務，采用標準WiFi接入設備。

6.甲烷傳感器(106)，用于甲烷濃度監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

7.溫度傳感器(107)，用于溫度監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

8.一氧化碳傳感器(108)，用于巷道一氧化碳濃度監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

9.二氧化碳傳感器(109)，用于二氧化碳濃度監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

10.氧氣傳感器(110)，用于氧氣濃度監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

11.風速傳感器(111)，用于巷道內的風速監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

12.風向傳感器(112)，用于巷道內的風向監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

13.煙霧傳感器(113)，用于煙霧監測，內置無線通信模塊，通過分站實現定位和無線通信。

圖2為實施示例1中傳感器的主要硬件組成：

1.主板(201)，是傳感器的核心部件，板上元件包括核心處理器、存儲單元、電源與時鐘模塊、傳感器模塊。

2.核心處理器(202)，采用三星S3C2440處理器，S3C2440是基于ARM920T內核的微處理器，具有3個UART接口，2個SPI接口，2個USB接口，1個IIC-BUS接口；搭載Linux系統。

3.存儲單元(203)；包括256M NAND Flash、一片4M NOR Flash、128M SDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。

4.電源與時鐘模塊(204)包括電壓轉換和時鐘管理元件，DC電壓轉換均采用MAX1724系列電源芯片，為所有芯片供電；選用12MHz晶振。

5.傳感器模塊(205),負責采集環境數據，如采集巷道的甲烷濃度，可采用MQ-4甲烷傳感器模塊，量程范圍300至10000ppm，將甲烷濃度轉換為模擬電信號，由核心處理器進行A/D轉換實現數據采集。其它傳感器的主要組成與甲烷傳感器基本相同，只是負責采集的環境數據不同，如一氧化碳傳感器(108)采用ME2-C0一氧化碳傳感器模塊；二氧化碳傳感器(109)，采用MG811二氧化碳氣體傳感器模塊；氧氣傳感器(110)，采用ME3-O2氧氣傳感器模塊等。

6.無線通信模塊(206)，采用USB接口Wifi無線網卡，由Linux及設備驅動程序提供支持，通過無線通信方式接入通信網絡。

煤礦井下傳感器定位報警系統實施示例1的報警流程如圖3所示：

1.(301)傳感器采集無線通信距離內的分站發出Wifi信號的信號強度RSSI值。

2.(302)傳感器根據各分站信號的RSSI值和存儲的各分站的位置坐標運算自身坐標值。

3.(303)傳感器發送包括自身編號和自身坐標值的位置數據。

4.(304)分站轉發位置數據。

5.(305)監控服務器根據接收到的傳感器編號從存儲服務器調取該傳感器設計安裝位置數據信息及其允許誤差數據。

6.(306)監控服務器計算傳感器當前位置和該傳感器設計安裝位置的距離，當所得距離大于該傳感器允許誤差范圍時，則向監控終端傳送包括傳感器編號、設計安裝位置和當前位置的報警數據，否則返回執行(301)。

7.(307)監控終端根據報警數據在顯示屏上用不同顏色顯示傳感器設計安裝位置和當前位置，并發出聲光報警。

圖4為所述定位報警系統實施示例2示意圖，與實施示例1的主要區別在于各傳感器內置測距設備，可測量沿巷道軸向的一維距離數據，如傳感器與工作面或巷道壁的距離；本示例中所處理和存儲的位置數據均為一維距離數據。

圖5為所述定位報警系統實施示例2中傳感器的主要硬件組成，與圖2的實施示例1中傳感器的主要組成相比，增加了測距模塊(207)，用于測量一維距離數據，可采用超聲波測距設備如KS109收發一體超聲波測距模塊距離傳感器，與核心處理器采用IIC-BUS接口通信；也可采用激光測距定位設備如GLS-B60激光測距傳感器模塊，與核心處理器采用USB接口通信；也可采用紅外測距定位設備如GP2Y0A710K紅外測距模塊，由核心處理器采集模塊輸出的模擬數據。無線通信模塊(206)只負責無線通信，無需定位。實施示例2的報警流程與圖3所示實施示例1的報警流程基本相同，區別在于所涉及的位置數據均為一維距離數據。

圖6為所述定位報警系統實施示例3，與實施示例1的主要區別在于采用攝像機(114)通過模式識別方式對各傳感器進行定位，識別定位可由監控服務器完成。