煤矿瓦斯动态巡更管理系统的制作方法

本发明涉及煤矿瓦斯管理技术领域，具体涉及煤矿瓦斯动态巡更管理系统。

背景技术：

煤炭是我国一次能源的主体，是国民经济和社会发展的基础。在我国一次能源生产和消费结构中始终占70％左右。预测到2050年将占50％以上，因此，煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。我国煤炭工业的自然条件较为恶劣，煤矿企业在生产过程中，面临着较大的安全压力。煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。

在煤矿生产中，爆炸事故频发，其中瓦斯爆炸事故所带来的影响极其严重，各个煤矿对瓦斯浓度的监测极其重视。虽然各大煤矿均安装了安全生产监控系统，配备了先进的瓦斯检测设备，依然不能有效的遏制瓦斯爆炸事故的发生。通过对多起瓦斯爆炸事故的分析得知，管理人员及安检人员的工作不到位将有可能引起瓦斯事故。因此，加强矿井瓦斯监测和安全检查的管理，增强矿井瓦检员和安检员等特种作业人员的工作责任心，杜绝瓦斯检查、安全检查空班漏检，才能有效的控制矿井瓦斯爆炸事故。

瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，因此，我们目前针对瓦斯的检测主要是针对甲烷的检测。就目前来看，虽然在煤矿井下各个重要的检测点已经安装有甲烷传感器，但分布较稀疏，检测点较少，不能覆盖煤矿井下的所有地方。目前的甲烷便携仪能够方便矿工携带，并对矿工所处位置的甲烷浓度进行测量，理论上可以减少安全事故。但是由于现在的甲烷便携仪器只有测量功能，地面人员不能接收到每个矿工所携带的甲烷便携仪的实时甲烷浓度值，地面管理人员也不能对瓦检员、安检员等实时有效的进行监督追踪，确认其是否按规定线路、时间、地点以及次数检查到位，及时发现和处理危险情况。同时，井下的手写看板，由于粉尘和湿度较大，手写看板存在书写错误，遗漏，看不清等问题，这些功能的缺失对安全生产的监测监控是极其不利的。

因此，现有技术中的煤矿瓦斯巡更系统中的地址信息不可靠、人员定位不精准，人员脱岗，遗漏巡检，编造不实时的记录，以及数据存储、传输不能同时实现大量且快速，安全性差等问题，我们提供了一种解决上述问题的煤矿瓦斯动态巡更管理系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的煤矿瓦斯巡更系统中的地址信息不可靠、人员定位不精准，人员脱岗，遗漏巡检，编造不实时的记录，以及数据存储、传输不能同时实现大量且快速，安全性差问题，本发明提供了解决上述问题的煤矿瓦斯动态巡更管理系统。

本发明通过下述技术方案实现：

煤矿瓦斯动态巡更管理系统，包括数据服务器、中心站监控主机、数据传输接口、电子看板、甲烷检测报警仪和地址信息卡；

数据服务器，作为整个煤矿瓦斯动态巡更管理系统的数据存储核心，用于实现数据存储和分发；

中心站监控主机，用于实现对整个煤矿瓦斯动态巡更管理系统所有数据的采集、数据分析、人机界面交互和预警联动；

数据传输接口，用于完成井下设备与中心站监控主机的数据交互，其中，井下设备包括地址信息卡、甲烷检测报警仪、电子看板、基站和定位分站；

电子看板，用于接收甲烷检测报警仪发送的数据，并进行显示，同时上传自身的工作状态；

甲烷检测报警仪，用于测量所处空气环境的甲烷浓度，并读取地址信息卡的数据，实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的采集和存储，并采用多种无线传输方式上传至电子看板，以及上传至基站，同时通过定位分站实现携带甲烷检测报警仪的人员的位置定位；

地址信息卡，用于被甲烷检测报警仪读取，并上传自身的地址号；

还包括无线传输模块，用于实现上述各模块之间的数据无线传输。

进一步地，所述地址信息卡采用无源RFID无线数据传输技术，实现对井下地址信息的获取，并且采用双重数据校验方式来获取地址信息，确保所获取的地址信息的可靠性；另外，采用胶封的方式实现了无源标签的有效防水。

进一步地，无源RFID无线数据传输技术是利用13.56MHz的非接触式读写无线传输方式，地址信息卡不需要任何电池供电，甲烷检测报警仪对地址信息卡的读取，在10cm内能实现可靠的地址信息读取，地址信息卡的工作寿命长完全不受制于任何外部因素，可靠性更高。

进一步地，所述甲烷检测报警仪采用有源RFID传输通道，采用2.4GHz频段秩序扩频技术和CRC校验方式，通过多人定位数据时间片的计算和分配算法来进行巡更人员的定位，实现强干扰环境下的可靠无线数据传输，确保巡更人员定位数据的准确性。

其中，所述多人定位数据时间片的计算和分配算法的具体流程如下：

步骤(1)、采用固定时间间隔+随机数的方式设置各个所述甲烷检测报警仪单次发射间隔时间；

步骤(2)、等待发射间隔时间计时到；

步骤(3)、在0～200之间产生随机数；

步骤(4)、启动本次人员定位数据发送；

步骤(5)、人员定位数据发送完成，回到步骤(2)循环执行下一轮人员定位数据的发送。

进一步地，还包括铁电和Flash双芯片存储模块，用于甲烷检测报警仪实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的存储，实现当甲烷检测报警仪不在无线传输模块的无线信号覆盖范围内时，对所采集的数据进行及时存储，按条数先存入铁电存储芯片，直到铁电存储芯片的存储空间已满，再转存到Flash存储芯片中，实现小容量按字节快速存储，与大容量分块存储的有效结合，既满足了大容量的数据的存储效果，又达到了实时采集数据快速处理的目的。

其中：无线传输模块，用于实现上述各模块之间的数据无线传输，利用煤矿井下的WIFI基站，甲烷检测报警仪设计的WIFI传输通道，利用标准的TCP/IP协议，实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的关联数据上传。

进一步地，所述甲烷检测报警仪、所述电子看板均设计有自检模块，当任何组件出现故障，进行故障判断和指示，并把故障信息上传到所述中心站监控主机，实现整个系统的自诊断。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用13.56MHz的非接触式读写无线传输方式，地址信息卡不需要任何电池供电，甲烷检测报警仪对地址信息卡的读取，在10cm内能实现可靠的地址信息读取，地址信息卡的工作寿命长完全不受制于任何外部因素，可靠性更高；并且基于RFID技术，利用矿井人员定位系统的无线传输通道，对井下巡检人员所处的位置信息进行确定并及时上传到地面中心站监控主机；

2、本发明采用2.4GHz频段秩序扩频技术和CRC校验方式，通过对多人定位数据时间片的计算和分配算法，防止冲突，实现强干扰环境下的可靠无线数据传输，确保巡更人员定位数据的准确性；

3、本发明对于甲烷检测报警仪不在WIFI无线信号覆盖范围内时，需对所采集的数据进行及时存储，采用铁电和Flash双芯片方案，对所采集的数据，按条数先存入铁电存储芯片，等铁电存储芯片存储空间满后，再转存到Flash存储芯片中，实现小容量按字节快速存储，与大容量分块存储的有效结合，既满足了大容量的数据的存储效果，又达到了实时采集数据快速处理的目的；

4、本发明甲烷检测报警仪、电子看板等设备都设计有对自身的自动检测模块，当任何组件出现故障，本机可进行故障判断和指示，同时还可以把故障信息上传到中心站监控主机，实现整个系统的自诊断。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明煤矿瓦斯动态巡更管理系统的架构框图。

图2为本发明的多人定位数据时间片的计算和分配算法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1、图2所示，煤矿瓦斯动态巡更管理系统，包括数据服务器、中心站监控主机、数据传输接口、电子看板、甲烷检测报警仪和地址信息卡；数据服务器，作为整个煤矿瓦斯动态巡更管理系统的数据存储核心，用于实现数据存储和分发；中心站监控主机，用于实现对整个煤矿瓦斯动态巡更管理系统所有数据的采集、数据分析、人机界面交互和预警联动，通过对所采集的关联数据，进行曲线或柱状图等相关形式的展示和分析，结合预设的报警或控制条件，完成动态甲烷数据的实时分析，并实现联动控制、报警等功能；数据传输接口，用于完成井下设备与中心站监控主机的数据交互，其中，井下设备包括地址信息卡、甲烷检测报警仪、电子看板、基站和定位分站；电子看板，用于接收甲烷检测报警仪发送的数据，并进行显示，同时上传自身的工作状态；甲烷检测报警仪，用于测量所处空气环境的甲烷浓度，并读取地址信息卡的数据，实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的采集和存储，并采用多种无线传输方式上传至电子看板，以及上传至基站，同时通过定位分站实现携带甲烷检测报警仪的人员的位置定位；地址信息卡，用于被甲烷检测报警仪读取，并上传自身的地址号；还包括无线传输模块，用于实现上述各模块之间的数据无线传输。

本发明通过布置于地下监测点的地址信息卡用于获取可靠的井下地址信息，上传自生的地址号，然后被甲烷检测报警仪读取，通过甲烷检测报警仪测量所处空气环境的甲烷浓度，并读取地址信息卡的数据，实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的采集和存储，并采用多种无线传输方式上传至电子看板，以及上传至基站，同时通过定位分站实现携带甲烷检测报警仪的人员的位置定位，再通过数据传输接口传送至中心站监控主机实现对整个煤矿瓦斯动态巡更管理系统所有数据的采集、数据分析、人机界面交互和预警联动；本发明能够实现获取可靠的地址信息，进行人员的精准定位，避免人员脱岗、编造不实时的记录，实现安全、实时巡检监控与管理；同时既实现了大容量的数据存储，又达到了实时采集数据快速处理的目的。

所述地址信息卡采用无源RFID无线数据传输技术，实现对井下地址信息的获取，并且采用双重数据校验方式来获取地址信息，确保所获取的地址信息的可靠性；另外，采用胶封的方式实现了无源标签的有效防水。

无源RFID无线数据传输技术是利用13.56MHz的非接触式读写无线传输方式，地址信息卡不需要任何电池供电，甲烷检测报警仪对地址信息卡的读取，在10cm内能实现可靠的地址信息读取，地址信息卡的工作寿命长完全不受制于任何外部因素，可靠性更高。

所述甲烷检测报警仪采用有源RFID传输通道，采用2.4GHz频段秩序扩频技术和CRC校验方式，通过多人定位数据时间片的计算和分配算法来进行巡更人员的定位，实现强干扰环境下的可靠无线数据传输，确保巡更人员定位数据的准确性。

其中，如图2所示，所述多人定位数据时间片的计算和分配算法的具体流程如下：

步骤(1)、采用固定时间间隔+随机数的方式设置各个所述甲烷检测报警仪单次发射间隔时间；

步骤(2)、等待发射间隔时间计时到；

步骤(3)、在0～200之间产生随机数；

步骤(4)、启动本次人员定位数据发送；

步骤(5)、人员定位数据发送完成，回到步骤(2)循环执行下一轮人员定位数据的发送。

由于人员定位数据上传，采用主动发送的方式，每台甲烷检测报警仪发送人员定位数据所占用的时间小于1ms，整个系统按照200台甲烷检测报警仪的同时识别容量进行设计，因此，采用固定时间间隔+随机数的方式作为每台甲烷检测报警仪单次发射间隔时间，当甲烷检测报警仪发射的人员定位数据都不冲突的情况下，200台甲烷检测报警仪同时识别，需要200ms的时间，因此，发射间隔时间设定在600ms+(0-200)ms随机数的方式，发射间隔时间最小为600ms，最大为800ms，就能有效降低甲烷检测报警仪发射人员定位数据的冲突概率，提高人员定位数据接收的实时性。

还包括铁电和Flash双芯片存储模块，用于甲烷检测报警仪实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的存储，实现当甲烷检测报警仪不在无线传输模块的无线信号覆盖范围内时，对所采集的数据进行及时存储，按条数先存入铁电存储芯片，直到铁电存储芯片的存储空间已满，再转存到Flash存储芯片中，实现小容量按字节快速存储，与大容量分块存储的有效结合，既满足了大容量的数据的存储效果，又达到了实时采集数据快速处理的目的。

其中：无线传输模块，用于实现上述各模块之间的数据无线传输，利用煤矿井下的WIFI基站，甲烷检测报警仪设计的WIFI传输通道，利用标准的TCP/IP协议，实现对巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的关联数据上传，中心站监控主机可获取井下巡更人员所经过线路上的所有巡更地点的关联数据，并进行有效展示，对于没按照规定线路进行巡更或脱岗的人员进行报警提醒，同时完成预设条件下的联动功能。同时通过监控中心上位机软件，形成相应的统计分析报表。

电子看板，带蓝牙传输接口，利用甲烷检测报警仪的蓝牙无线传输通道，完成所有巡更点的地址信息、时间信息、甲烷浓度、巡检人员信息的关联数据直接传输到电子看板，有效替代目前现有的手写看板。

所述甲烷检测报警仪、所述电子看板均设计有自检模块，当任何组件出现故障，进行故障判断和指示，并把故障信息上传到所述中心站监控主机，实现整个系统的自诊断。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。