一种物联网煤矿监测系统的制作方法

本发明涉及煤矿监测监控领域，特别涉及一种能够有效及时监测事故发生的物联网煤矿监测系统。

背景技术：

煤矿是我国重要的基础产业，煤矿开采是一个危险行业，煤矿安全生产的严峻形势一直制约着煤矿工业的发展，也严重威胁着煤矿工人的身体健康和生命安全。目前很多煤矿的各种监控子系统自成体系，从传感器、分站、主站、信号形成、传输方式等各方面存在不一致，缺乏对安全生产数据分析与预警预测的功能，改进传统的煤矿生产监测手段，采用更先进、更智能化的煤矿监测系统已经迫在眉睫，虽然我国煤矿安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均有大幅下降，但传统煤矿监测与煤矿安全生产的实现需求相比，仍有一定差距。主要体现在：

1、煤矿生产作业面远离地面，客观原因使生产地形复杂、环境恶劣，与地面安全生产人员之间沟通不方便，而且不及时，井下人员的布局及生产作业情况难以被地面安全生产人员及时动态掌握；

2、生产事故发生后，由于各种原因使得抢险救灾、安全救护的效率较低，甚至达不到人员搜救效果；

3、个别煤矿安全监控设备已经陈旧老化，不能适应复杂的井下环境，很难满足煤矿安全生产的客观需要；

4、由于建设时间远近不同，建设单位不容，煤矿各个安全监控系统自成体系，缺乏统一标准和接口，存在数据漏报、系统之间无法进行正常信息通信等各种问题，经常出现安全隐患；

5、网络通信质量较差，煤矿生产进程随着煤层存储地质条件变化，其开采巷道、掘进工作面和采煤工作面都会发生向前延伸和移动，各种掘进机、采煤机、运输机等大型设备必然不断向前推进，因此各种生产设备、网络通信设备的相互地理位置也发生了变化。如果井下底层监控通信网络采用有线传输方式，通信电缆必然会发生损坏现象，生产环境的恶劣变化也必然影响网络中监控语音、监控图像的质量，甚至不能传输；

6、灵活性差，各种网络的总线结构都有其自身的有线特性，采用的信息传输协议也不同，新增设备更新时带来一定的困难；

7、开放性差，每一种监控系统实现的方法不同，其使用的总线结构不同，在其开放的体系结构要求下，各设备如果正确按照相应总线的标准，实现系统检测、通信没有问题。井下生产环节众多，实现的检测系统也非常多，系统设计时必须从全局出发、综合考虑，否则系统之间不能实现相互通信，很难实现井下安全生产的联动自动化。

物联网是在互联网的基础上，通过射频识别、无线通信、传感器网络技术，连接设备，进行信息交换和通信的虚拟网络。无线传感器技术可以实时感知环境信息，能够相互传递信息，达到煤矿安全生产数据的实时监测监控。

通过物联网煤矿监测隐患事故，防范事故发生是一个亟待解决的难题。如何实现高效率、高准确、高价值的煤矿监测？针对以上问题，本发明提供了一种物联网煤矿监测系统。

技术实现要素：

现有煤矿安全监控系统功能单一，传输范围窄，同时信息传输具有较大延滞性，造成井上井下信息的不对称，不利于对紧急状况作出及时应对措施。

针对以上问题，本发明提供一种物联网煤矿监测系统，监测系统已无线传感设备为支撑，将监测到的多种井下环境状态参数、工作人员位置等信息，汇聚后实时传送到地面监控中心，进行分析处理，采用数据挖掘技术，挖掘出有用的信息，为用户和煤矿企业管理者提供决策支持。实现煤矿井下监测系统的数据实时采集、处理与传输、人员定位、坏境监测与预警、信息共享等。解决现有技术中煤矿监测过程中无法保证数据及时性和效率低的问题，提高煤矿安全生产的安全性。

本发明提供一种物联网煤矿监测系统，如图1所示煤矿监测系统包括：井下无线传感设备101，用于获取和采集井下环境、设备、工作人员等实时数据，通过每个节点数据接口与井下线通信网络，将数据上传至井上监控中心；井下预警与决策控制装置102，建立安全预警决策模型，接收井上监控中心实时发出的指令，根据井下的环境、设备、人员作业轨迹等数据及时识别出可能成为重大隐患、危险源，实时发出预警信息；井下无线通信网络平台103，把无线传感设备采集到的数据利用物联网和无线网络相结合，及时、准确的将井下各区域人员及设备动态情况实时的上传到井上监控中心，管理人员实时掌握井下人员、设备的分布状况和矿工的运动轨迹，使井上井下更加合理的调度管理；井上监控中心104，实时接收井下上传的数据信息，对监测到的数据进行实时的分析处理，下传监控中心指令。

本发明所述井下无线传感设备101由传感器模块201、处理器模块202、无线收发模块203、供应模块204组成。传感器模块监测采集区域内信息并将其转换成一定格式的数据，节点提供用于连接不同传感器的接口；处理器模块控制其他模块以及路由协议，同步定位执行和节点功耗管理；无线收发模块主要由低功耗无线通信及外围电路组成；供应模块，用于为无线传感设备提供电能。

本发明所述井下预警与决策控制装置102，建立安全生产预警决策模型，接收井上监控中心实时发出的指令，根据井下的环境、设备、人员作业轨迹等数据及时识别出可能成为重大隐患、危险源，实时发出预警信息；接收到预警信号，按照预警装置与决策控制发出的预警等级，井上监控中心实时采取相应的控制措施，对不同情况隐患和危险源采取不容的管制，以降低井下危害程度，使其恢复到正常运行的状态。

本发明所述井下无线通信网络平台103，分布式传感和分布式执行器的接入，实现安全监控系统的数据传输，包括井下无线网络、数据监测设备、无线网络调节装置；实现对煤矿井下移动设备、人员、及矿山灾害的分布式监测。把无线传感设备采集到的数据利用物联网和无线网络相结合，及时、准确的将井下各区域人员及设备动态情况实时的上传到井上监控中心，管理人员实时掌握井下人员、设备的分布状况和矿工的运动轨迹，使井上井下更加合理的调度管理。

本发明所述井上监控中心104，包括监控中心数据接口、智能分析服务器、应用接口；接收井下上传的数据信息，对上传的数据信息进行分析处理，并将数据提供其他平台、终端用户、输送至大屏显示。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种煤矿监测系统结构图（系统结构图）。

图2是根据本发明实施例提供的一种煤矿监测无线传感装置图（装置图）。

具体实施方式

下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1系统结构图统所示，本发明提供一种物联网煤矿监测系统，其特征在于井下无线传感设备101，用于获取和采集井下环境、设备、工作人员等实时数据，通过每个节点数据接口与井下线通信网络，将数据上传至井上监控中心；井下预警与决策装置102，接收井上监控中心实时发出的指令，建立安全预警决策模型，根据井下的环境、设备、人员作业轨迹等数据及时识别出可能成为重大隐患、危险源，实时发出预警信息；井下无线通信网络平台103，把无线传感设备采集到的数据利用物联网和无线网络相结合，及时、准确的将井下各区域人员及设备动态情况实时的上传到井上监控中心，管理人员实时掌握井下人员、设备的分布状况和矿工的运动轨迹，使井上井下更加合理的调度管理；井上监控中心104，实时接收井下上传的数据信息，对监测到的数据进行实时的分析处理，下传监控中心指令。

本发明所述井下无线传感设备101由传感器模块201、处理器模块202、无线收发模块203、供应模块组成204。传感器模块监测采集区域内信息并将其转换成一定格式的数据，节点提供用于连接不同传感器的接口；处理器模块控制其他模块以及路由协议，同步定位执行和节点功耗管理；无线收发模块主要由低功耗无线通信及外围电路组成，用于传感器网络节点之间和节点与基点之间进行数据通信。供应模块，用于为无线传感设备提供电能。

所述传感器模块201，获取煤矿采集区域内环境、人员、地质、空气等状态信号，对外部信号进行感知与采集，并将其转换成一定格式的数据，网络节点提供用于连接不同传感器的接口。主要包括环境传感器（瓦斯浓度、温湿度、水位、顶板压力等传感器、设备传感器（风门状态、局部通风机、风筒状态等）、视频传感器、音频传感等。

所述处理器模块202，控制其他模块及无线通信网络的路由协议，同步定位执行和节点的功耗管理。

所述无线收发模块203，主要由低功耗无线通信及外围电路组成，用于传感器网络节点之间和节点与基点之间进行数据通信，射频信号经过低噪声放大器和变频处理、滤波自动增益控制、数字解调和解扩，输出正确抗干扰信号。

所述供应模块204，用于为无线传感设备提供电能。

本发明所述井下预警与决策控制装置102，建立安全生产预警决策模型，接收井上监控中心实时发出的指令，根据井下的环境、设备、人员作业轨迹等数据及时识别出可能成为重大隐患、危险源，实时发出预警信息；接收到预警信号，按照预警装置与决策控制发出的预警等级，井上监控中心实时采取相应的控制措施，对不同情况隐患及危险源采取不同的管制，以降低井下危害程度，使其恢复到正常运行的状态。

本发明所述井下无线通信网络平台103，分布式传感和分布式执行器的接入，实现安全监控系统的数据传输，包括井下无线网络、数据监测设备、无线网络调节装置、zigbee基站；实现对煤矿井下移动设备、人员、及矿山灾害的分布式监测。把无线传感设备采集到的数据利用物联网和无线网络相结合，及时、准确的将井下各区域人员及设备动态情况实时的上传到井上监控中心，管理人员实时掌握井下人员、设备的分布状况和矿工的运动轨迹，使井上井下更加合理的调度管理。

本发明所述井上监控中心104，包括zigbee节点、上位机监控中心、数据接口、智能分析服务器、应用接口；接收井下上传的数据信息，对上传的数据信息进行分析、处理、动态曲线显示及写入数据库备份，并将数据提供给其他平台、终端用户、输送至大屏显示。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。