本發(fā)明涉及一種煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及無(wú)線電通信、井下安全監(jiān)控和定位技術(shù)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤礦安全監(jiān)控是遏制煤礦重特大事故發(fā)生的必要措施。《AQ1029-2016煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)儀器使用》等安全生產(chǎn)行業(yè)和煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)速、風(fēng)向等傳感器的詳細(xì)安裝位置，還明確規(guī)定了各傳感器的限值與相應(yīng)的斷電閉鎖等自動(dòng)處理流程，防止煤炭生產(chǎn)過程中瓦斯超限引起的火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生，有效保障了煤礦安全生產(chǎn)。然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，部分井下工作人員為減少瓦斯超限斷電閉鎖對(duì)煤炭生產(chǎn)的影響，不按規(guī)定位置安裝或私自移動(dòng)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(jiān)控系統(tǒng)只能對(duì)傳感器的工作狀態(tài)及通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，無(wú)法監(jiān)控傳感器的實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下傳感器安裝位置，并能對(duì)傳感器位置作弊進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與報(bào)警的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一種礦井下傳感器和至少一種用于監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置；系統(tǒng)存儲(chǔ)有與各傳感器設(shè)計(jì)安裝位置相關(guān)的至少一種位置數(shù)據(jù)及其允許誤差數(shù)據(jù)；系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳感器當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并將傳感器當(dāng)前位置數(shù)據(jù)與系統(tǒng)存儲(chǔ)的傳感器設(shè)計(jì)安裝位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)到傳感器位置與設(shè)計(jì)安裝位置距離大于允許誤差時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

1.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述用于監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括監(jiān)測(cè)絕對(duì)位置的裝置和監(jiān)測(cè)相對(duì)位置的裝置。

2.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述用于監(jiān)測(cè)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(nèi)。

3.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述傳感器位置數(shù)據(jù)包括三維位置數(shù)據(jù)。

4.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述傳感器位置數(shù)據(jù)包括二維位置數(shù)據(jù)。

5.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述傳感器位置數(shù)據(jù)包括一維距離數(shù)據(jù)；所述一維距離數(shù)據(jù)包括沿巷道軸向的一維距離數(shù)據(jù)。

6.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述傳感器位置數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)。

7.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述傳感器位置數(shù)據(jù)包括與參照物的距離數(shù)據(jù)。

8.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括井下定位系統(tǒng)的定位終端設(shè)備。

9.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括超聲波測(cè)距定位設(shè)備。

10.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括激光測(cè)距定位設(shè)備。

11.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括紅外測(cè)距定位設(shè)備。

12.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括電子雷達(dá)定位設(shè)備。

13.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置包括圖像監(jiān)測(cè)定位設(shè)備。

14.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述系統(tǒng)還包括通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)裝置、監(jiān)控服務(wù)裝置和監(jiān)控終端；通信網(wǎng)絡(luò)用于傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)裝置用于存儲(chǔ)各傳感器設(shè)計(jì)安裝位置數(shù)據(jù)信息及其允許誤差數(shù)據(jù)；監(jiān)控服務(wù)裝置用于處理和監(jiān)測(cè)傳感器位置相關(guān)數(shù)據(jù)信息，當(dāng)處理結(jié)果滿足報(bào)警條件時(shí)向監(jiān)控終端發(fā)出報(bào)警信號(hào)；監(jiān)控終端用于傳感器位置和狀態(tài)顯示，具有聲光報(bào)警功能。

15.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述系統(tǒng)使用至少一種測(cè)距設(shè)備采集傳感器與參照物的當(dāng)前距離數(shù)據(jù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將傳感器與參照物的當(dāng)前距離數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控服務(wù)裝置，監(jiān)控服務(wù)裝置將傳感器與參照物的當(dāng)前距離數(shù)據(jù)與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)的傳感器與參照物的設(shè)計(jì)安裝距離數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)到兩個(gè)距離數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值超過存儲(chǔ)的此傳感器的允許誤差數(shù)據(jù)時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

16.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述系統(tǒng)使用至少一種監(jiān)測(cè)礦井下傳感器二維位置數(shù)據(jù)的裝置，監(jiān)控服務(wù)裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)直接采集傳感器當(dāng)前二維位置數(shù)據(jù)，或采集與傳感器當(dāng)前位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，由監(jiān)控服務(wù)裝置處理得到傳感器當(dāng)前二維位置數(shù)據(jù)；監(jiān)控服務(wù)裝置將當(dāng)前二維位置數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)裝置存儲(chǔ)的此傳感器設(shè)計(jì)安裝二維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)到當(dāng)前傳感器位置與設(shè)計(jì)安裝位置的距離大于存儲(chǔ)的此傳感器的允許誤差數(shù)據(jù)時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

17.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述系統(tǒng)使用至少一種監(jiān)測(cè)礦井下傳感器三維位置數(shù)據(jù)的裝置，監(jiān)控服務(wù)裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)直接采集傳感器當(dāng)前三維位置數(shù)據(jù)，或采集與傳感器當(dāng)前位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，由監(jiān)控服務(wù)裝置處理得到傳感器當(dāng)前三維位置數(shù)據(jù)；監(jiān)控服務(wù)裝置將當(dāng)前三維位置數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)裝置存儲(chǔ)的此傳感器設(shè)計(jì)安裝三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)到當(dāng)前傳感器位置與設(shè)計(jì)安裝位置的距離大于存儲(chǔ)的此傳感器的允許誤差數(shù)據(jù)時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

18.所述定位報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)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(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、煙霧傳感器、攝像機(jī)。

下文更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施示例。

附圖說明

圖1煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例1的系統(tǒng)組成示意圖。

圖2煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)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(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例1的報(bào)警流程示意圖。

圖4煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例2的系統(tǒng)組成示意圖。

圖5煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)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(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例3的系統(tǒng)組成示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述定位報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置可采用TOA、TDOA、RSSI、AOA、圖像識(shí)別等定位技術(shù)進(jìn)行定位；可采用包括超聲波測(cè)距定位設(shè)備、激光測(cè)距定位設(shè)備、紅外測(cè)距定位設(shè)備、電子雷達(dá)定位設(shè)備、圖像識(shí)別定位設(shè)備等設(shè)備監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置；所述監(jiān)測(cè)礦井下傳感器位置的裝置一般集成于傳感器內(nèi)，電子雷達(dá)定位設(shè)備和圖像識(shí)別定位設(shè)備可獨(dú)立安裝，從外部監(jiān)測(cè)傳感器位置；所述的定位報(bào)警系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)可采用例如無(wú)線廣域網(wǎng)(WWAN)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)等各種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)及有線網(wǎng)絡(luò)。

圖1所示實(shí)施示例1為基于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)和RSSI定位技術(shù)的煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)，主要組成包括：

1.監(jiān)控終端(101)，負(fù)責(zé)傳感器位置監(jiān)控、聲光報(bào)警和人機(jī)交互，生產(chǎn)管理人員可通過監(jiān)控終端訪問監(jiān)控服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下傳感器及其它設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控；監(jiān)控終端具有傳感器設(shè)計(jì)安裝位置及傳感器數(shù)據(jù)顯示等查詢功能；生產(chǎn)管理人員也可通過監(jiān)控終端訪問存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器及設(shè)計(jì)位置進(jìn)行添加、刪除、輸入、修改等操作；監(jiān)控終端具有地圖顯示功能，地理信息平臺(tái)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(chǔ)服務(wù)器(102)，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)裝置，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各傳感器設(shè)計(jì)安裝位置數(shù)據(jù)信息及其允許誤差數(shù)據(jù)，并為監(jiān)控服務(wù)器(103)和監(jiān)控終端(101)提供數(shù)據(jù)服務(wù)；存儲(chǔ)服務(wù)器也可存儲(chǔ)其它與傳感器相關(guān)的數(shù)據(jù)，如氣體傳感器采集的氣體濃度數(shù)據(jù)、煙霧傳感器(107)采集的煙霧狀態(tài)數(shù)據(jù)、風(fēng)速傳感器(108)采集的巷道風(fēng)速數(shù)據(jù)等。

3.監(jiān)控服務(wù)器(103)，為監(jiān)控服務(wù)裝置，負(fù)責(zé)為監(jiān)控終端(101)提供傳感器位置數(shù)據(jù)和監(jiān)控報(bào)警數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器位置變化滿足設(shè)定條件時(shí)，向監(jiān)控終端發(fā)出報(bào)警數(shù)據(jù)。

4.交換機(jī)(104)，通信網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備，負(fù)責(zé)所有接入通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可采用以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備。

5.分站(105)，負(fù)責(zé)對(duì)傳感器及其它無(wú)線通信設(shè)備進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)接入轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，并作為定位參考定位節(jié)點(diǎn)，為傳感器及其它無(wú)線通信設(shè)備提供定位服務(wù)，采用標(biāo)準(zhǔn)WiFi接入設(shè)備。

6.甲烷傳感器(106)，用于甲烷濃度監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

7.溫度傳感器(107)，用于溫度監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

8.一氧化碳傳感器(108)，用于巷道一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

9.二氧化碳傳感器(109)，用于二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

10.氧氣傳感器(110)，用于氧氣濃度監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

11.風(fēng)速傳感器(111)，用于巷道內(nèi)的風(fēng)速監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

12.風(fēng)向傳感器(112)，用于巷道內(nèi)的風(fēng)向監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

13.煙霧傳感器(113)，用于煙霧監(jiān)測(cè)，內(nèi)置無(wú)線通信模塊，通過分站實(shí)現(xiàn)定位和無(wú)線通信。

圖2為實(shí)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(chǔ)單元、電源與時(shí)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(nèi)核的微處理器，具有3個(gè)UART接口，2個(gè)SPI接口，2個(gè)USB接口，1個(gè)IIC-BUS接口；搭載Linux系統(tǒng)。

3.存儲(chǔ)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(shí)鐘模塊(204)包括電壓轉(zhuǎn)換和時(shí)鐘管理元件，DC電壓轉(zhuǎn)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(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，由核心處理器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)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?xì)怏w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(wú)線通信模塊(206)，采用USB接口Wifi無(wú)線網(wǎng)卡，由Linux及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供支持，通過無(wú)線通信方式接入通信網(wǎng)絡(luò)。

煤礦井下傳感器定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例1的報(bào)警流程如圖3所示：

1.(301)傳感器采集無(wú)線通信距離內(nèi)的分站發(fā)出Wifi信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度RSSI值。

2.(302)傳感器根據(jù)各分站信號(hào)的RSSI值和存儲(chǔ)的各分站的位置坐標(biāo)運(yùn)算自身坐標(biāo)值。

3.(303)傳感器發(fā)送包括自身編號(hào)和自身坐標(biāo)值的位置數(shù)據(jù)。

4.(304)分站轉(zhuǎn)發(fā)位置數(shù)據(jù)。

5.(305)監(jiān)控服務(wù)器根據(jù)接收到的傳感器編號(hào)從存儲(chǔ)服務(wù)器調(diào)取該傳感器設(shè)計(jì)安裝位置數(shù)據(jù)信息及其允許誤差數(shù)據(jù)。

6.(306)監(jiān)控服務(wù)器計(jì)算傳感器當(dāng)前位置和該傳感器設(shè)計(jì)安裝位置的距離，當(dāng)所得距離大于該傳感器允許誤差范圍時(shí)，則向監(jiān)控終端傳送包括傳感器編號(hào)、設(shè)計(jì)安裝位置和當(dāng)前位置的報(bào)警數(shù)據(jù)，否則返回執(zhí)行(301)。

7.(307)監(jiān)控終端根據(jù)報(bào)警數(shù)據(jù)在顯示屏上用不同顏色顯示傳感器設(shè)計(jì)安裝位置和當(dāng)前位置，并發(fā)出聲光報(bào)警。

圖4為所述定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例2示意圖，與實(shí)施示例1的主要區(qū)別在于各傳感器內(nèi)置測(cè)距設(shè)備，可測(cè)量沿巷道軸向的一維距離數(shù)據(jù)，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(chǔ)的位置數(shù)據(jù)均為一維距離數(shù)據(jù)。

圖5為所述定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例2中傳感器的主要硬件組成，與圖2的實(shí)施示例1中傳感器的主要組成相比，增加了測(cè)距模塊(207)，用于測(cè)量一維距離數(shù)據(jù)，可采用超聲波測(cè)距設(shè)備如KS109收發(fā)一體超聲波測(cè)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(cè)距定位設(shè)備如GLS-B60激光測(cè)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(cè)距定位設(shè)備如GP2Y0A710K紅外測(cè)距模塊，由核心處理器采集模塊輸出的模擬數(shù)據(jù)。無(wú)線通信模塊(206)只負(fù)責(zé)無(wú)線通信，無(wú)需定位。實(shí)施示例2的報(bào)警流程與圖3所示實(shí)施示例1的報(bào)警流程基本相同，區(qū)別在于所涉及的位置數(shù)據(jù)均為一維距離數(shù)據(jù)。

圖6為所述定位報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施示例3，與實(shí)施示例1的主要區(qū)別在于采用攝像機(jī)(114)通過模式識(shí)別方式對(duì)各傳感器進(jìn)行定位，識(shí)別定位可由監(jiān)控服務(wù)器完成。