专利名称：安全指向与安全距离实时监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧洞、矿井掘进工程中用于指向和测距的系统，特别涉及可实现 安全指向与安全距离监控的自动控制系统。
背景技术：
煤矿掘进工程中，巷道的掘进方向和掘进距离是涉及工程安全和工程进度的两个 重要的技术参数。举例来说，掘进方向错误，轻则影响工程进度，重则对于巷道的多头掘进， 易造成误贯通；而掘进距离掌控不好，易造成误入水区、老空区、瓦斯突出煤层等危险区域， 使整个矿井和人员处于危险境地，对于探水位置控制不准可能引起水灾，造成淹没矿井、伤 亡人员的事故。为了掌控掘进方向和掘进距离，传统的方法是采用人工方式实地测量，如对于巷 道进尺的测量和对工作面推进距离的测量等，一方面占用大量的人员，增加了成本，且效率 低下；另一方面，增加了测量人员的危险，容易造成安全事故。派大量的人力进行实地的测量。随着近年煤矿掘进工程的机械化水平的提高，掘进速度大大加快，尽管激光指向 和激光测距过程中都引入了相应的测量仪器，一定程度地提高了施工速度，但在该过程中 的人工工作量仍然很大，且激光指向与激光测距采用两种仪器分开进行，随着掘进的继续， 上述检测仪器的安装位置需频繁改变，因此安装工作量大，仅通过增加实地测量的人力还 是不能与掘进速度相适应，且不能保证对被测参数的有效测量、及时掌握，更无法保证有效 控制。
发明内容
为了解决上述矛盾，本发明提供了一种安全指向与安全距离实时监控系统，通过 该系统既可实现掘进方向的自动指向，也可实现掘进距离的自动实时监测，可与掘进速度 的提高相适应。本发明所采用的技术方案是一种安全指向与安全距离实时监控系统，包括激光指向测距仪、地面主机和用于 所述激光指向测距仪和地面主机之间通信的数据传输系统。所述激光指向测距仪可以包括激光发射器、激光接收器、用于控制所述激光发射 器发射指向激光的激光指向模块、用于控制所述激光发射器发射测距激光的并用于控制所 述激光接收器接收发射激光的激光测距模块、用于控制所述激光指向模块和所述激光测距 模块工作并进行数据处理的中央控制单元和用于为各模块供电的电源模块，所述中央控制 单元设有通信模块。所述激光指向模块和激光测距模块的控制信号输出端均可以连接所述激光发射 器的控制信号输入端，所述激光接收器的接收信号输出端可以连接所述激光测距模块的接 收信号输入端，所述激光指向模块和激光测距模块均可以通过所述中央控制单元连接所述数据传输系统，所述中央控制单元可以包括用于处理所述激光指向模块和激光测距模块的 工作信号和工作数据的CPU和用于存储所述CPU处理后的工作信号和工作数据的存储器。所述激光指向测距仪还可以包括用于设定所述激光指向模块和激光测距模块控 制所述激光发射器发射激光的时间的时间控制模块，所述时间控制模块与所述CPU连接。所述通信模块可以由指向信号通信接口、测距信号通信接口和数据传输通信接口 组成，所述指向信号通信接口可以连接在所述激光指向模块和中央控制单元之间，所述测 距信号通信接口可以连接在所述激光测距模块和中央控制单元之间，所述数据传输通信接 口可以连接在所述中央控制单元与所述数据传输系统之间。所述激光发射器的数量可以为两个，所述两个所述激光发射器的控制信号输入端 可以分别连接所述激光指向模块和激光测距模块的控制信号输出端。所述激光指向测距仪可以设有防爆外壳，所述激光发射器、激光接收器、激光指向 模块和激光测距模块优选设置在所述防爆外壳的前部空腔中，所述中央控制单元、电源模 块和时间控制模块可以设置在所述防爆外壳的后部空腔中，所述激光指向测距仪还可以包 括旋转云台，所述防爆外壳可以固定安装在所述旋转云台上。所述安全指向与安全距离实时监控系统还优选设有摄像机，所述摄像机的图像信 号输出端与所述中央控制单元连接。所述安全指向与安全距离实时监控系统优选设有无线控制装置，所述无线控制装 置的无线控制输出端与所述激光指向模块和所述激光测距模块的控制输入端无线连接。该系统中所述激光指向测距仪的数量可以为一个或多个，所述数据传输系统可以 相应设有一个或多个数据传输分站，所述数据传输分站与所述激光指向测距仪一一对应并 连接，当所述激光指向测距仪为多个时，各个所述数据传输分站可以通过同一个信息交互 接口与所述地面主机连接，所述无线控制装置可以为一个或多个，一个所述无线控制装置 可以对应一个或多个所述激光指向测距仪。本发明的有益效果是由于实现了激光指向测距仪与地面主机的通信，地面管理人员可以通过地面主机 控制实地自动检测，并能够及时接收到回馈的测量数据，节省了人力，还保证了对数据掌控 的准确性和及时性，特别对于保证煤矿安全生产和提高生产效率具有重要意义。由于将激光指向和激光测距集成在一台测量设备上，实现一机多用，可降低设备 投资，减少设备安装工作量，因此提高了工作效率。由于该系统中还设置了摄像机，其与激光指向测距仪相配合实现了数据和图像的 联合监控，还便于地面主机的使用者实施远程的测量控制与操作。由于该系统中还设置了无线控制装置，可供测量人员实施测量现场的本地控制和 操作，提高控制的灵活性。
图1为本发明的系统结构框图；图2为本发明的系统结构展开框图；图3为包含多个激光指向测距仪的本发明的系统结构框图。
具体实施例方式图1所示为本发明的安全指向与安全距离实时监控系统的结构框图，该系统包括 激光指向测距仪1，地面主机2和用于所述激光指向测距仪和地面主机之间通信的数据传 输系统3。如图2所示，所述激光指向测距仪可以包括激光发射器4、激光接收器5、用于控制 所述激光发射器发射指向激光的激光指向模块6、用于控制所述激光发射器发射测距激光 并用于控制所述激光接收器接收反射激光的激光测距模块7、用于控制所述激光指向模块 和所述激光测距模块工作并进行数据处理的中央控制单元8和用于为各模块供电的电源 模块、所述中央控制单元设有通信模块，通过所述通信模块可以实现所述激光指向测距仪 与地面主机的通信，所述地面主机可以设置在地面，也可以设置在隧洞或矿井内。为使所述 激光指向测距仪既能实现指向功能又能实现测距功能，所述激光发射器发射的激光为可见 光。所述激光指向测距仪将指向和测距两项功能集于一身，实现了一机多用，既可降低设备 投资，又可减少设备安装工作量，因此可以极大地提高工作效率。所述激光指向模块和激光测距模块的控制信号输出端均可以连接所述激光发射 器的控制信号输入端，用以向所述激光发射器传递控制信号，控制所述激光发射器发射指 向激光或测距激光，所述激光接收器的接收信号输出端连接所述激光测距模块的接收信号 输入端，用以将所述激光接收器接收到的接收信号传递给所述激光测距模块，所述激光指 向模块和激光测距模块均可以通过所述中央控制单元连接所述数据传输系统，以便将所述 激光指向模块和激光测距模块的工作信号和工作数据通过数据传输系统传递给地面主机， 所述中央控制单元可以包括用于处理所述激光指向模块和激光测距模块的工作信号和工 作数据的CPU和用于存储所述CPU处理后的工作信号和工作数据的存储器。所述激光指向测距仪还可以包括用于设定所述激光指向模块和激光测距模块控 制所述激光发射器发射激光的时间的时间控制模块(未示出)，所述时间控制模块与所述 CPU连接。通过所述时间控制模块可以设定所述激光指向测距仪每隔一定时间(1秒至任意 长时间)进行指向和/或测距，即每隔一定时间(1秒至任意长时间)由CPU控制所述激光 指向模块或激光测距模块工作，控制所述激光发射器发射激光。所述通信模块可以由指向信号通信接口 9、测距信号通信接口 10和数据传输通信 接口 11组成，所述指向信号通信接口可以连接在所述激光指向模块和中央控制单元之间， 用以传输所述激光指向模块和中央控制单元之间的工作信号和工作数据，所述测距信号通 信接口连接在所述激光测距模块和中央控制单元之间，用以传输所述激光测距模块和中央 控制单元之间的工作信号和工作数据，所述数据传输通信接口连接在所述中央控制单元与 所述数据传输系统之间，用以在所述激光指向测距仪和所述地面主机之间传输工作信号和 工作数据。所述通信模块一方面用于协调所述激光指向测距仪与所述数据传输系统之间的 通信，另一方面用于协调所述激光指向模块和激光测距模块与中央控制单元之间的通信， 主要体现在对所传输的数据的格式转换上，例如上述各个通信接口中通常包含有数模和/ 或模数转换器。所述激光发射器的数量可以是两个，所述两个激光发射器的控制信号输入端可以 分别连接所述激光指向模块和激光测距模块的控制信号输出端，分别用于发射指向激光和 测距激光，此时用于发射指向激光的激光发射器发射的激光为可见光，用于发射测距激光的激光发射器发射的激光可以为可见光也可以为不可见光。所述激光指向测距仪设有防爆外壳，所述激光发射器、激光接收器、就刚指向模块 和激光测距模块可以设置在所述防爆外壳的前部空腔中，所述中央控制单元、电源模块和 时间控制模块可以设置在所述防爆外壳的后部空腔中，所述激光指向测距仪还可以包括旋 转云台，所述防爆外壳可以固定安装在所述旋转云台上，通过所述旋转云台可以调整所述 激光指向测距仪的激光发射器的指向，从而可以在不移动所述激光指向测距仪的前提下， 调整指向和测距的方向。所述安全指向与安全距离实时监控系统还可以设有摄像机12，所述摄像机的图像 信号输出端与所述中央控制单元连接。其与激光指向测距仪相配合实现了数据和图像的联 合监控，还便于地面主机的使用者实施远程的测量控制与操作。所述安全指向与安全距离实时监控系统还可以设有无线控制装置13，所述无线控 制装置的无线控制输出端与所述激光指向模块和所述激光测距模块的控制输入端无线连 接。可供测量人员实施测量现场的本地控制和操作，提高控制的灵活性。如图3所示，所述激光指向测距仪的数量可为一个或多个，相应地所述数据传输 系统可设有一个或多个数据传输分站，所述数据传输分站与所述激光指向测距仪一一对应 并连接，其具体数量应视使用情况而定，当需要在巷道的多个位置同时进行掘进方向标定 与掘进距离的测量，则优选设置多个所述激光指向测距仪，所述激光指向测距仪与所述数 据传输系统的连接方式既可以是各个所述数据传输分站各自与所述数据传输系统连接，也 可以是将数据汇总在其中一个数据传输分站，再由该数据传输分站通过同一个信息交互接 口与所述地面主机连接。所述无线控制装置可以为一个或多个，且一个所述无线控制装置 对应一个或多个所述激光指向测距仪。由于一个无线控制装置可对应控制多个激光指向测 距仪，因此无线控制装置的数量可以少于激光指向测距仪的数量。本发明的使用方法是可以通过地面主机或测量现场的无线控制装置分别对所述 激光指向测距仪实施远程和本地无线控制，通过地面主机发出的控制命令经所述数据传输 系统传送到所述激光指向测距仪的中央控制单元，通过无线控制装置发出的控制命令则直 接进入所述中央控制单元，所述中央控制单元对这些命令进行解析，然后依据该命令是针 对指向作业还是测距作业，发送至相应的激光指向模块或激光测距模块，这两个模块再分 别向激光发射器发出激光发射指令，对于指向作业而言，一个自动指向过程完成；对于测 距作业而言，激光发射时，激光测距模块记录激光发射时间，激光接收器等待接收反射的激 光，接收时，激光测距模块记录激光接收时间，然后激光测距模块再将激光往返时间数据传 送给中央控制单元，由中央控制单元计算出距离的测量值回送地面主机或无线控制装置， 从而完成一个自动实时测距过程。所述地面主机中安装有专用的系统软件，用以支持该系统硬件的协调运行，并可 实现所述激光指向测距仪的中央控制单元的初始化以及测量结果的存储、汇总、统计、报 表、打印、查询等操作，可以实时准确地掌握煤矿巷道掘进进尺，准确掌握各个工作面的实 际位置，还可方便地实现“收尺”的自动化，极大地提高了工作效率，又有利于保证煤矿的安
全生产。
权利要求
一种安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于包括激光指向测距仪、地面主机和用于所述激光指向测距仪和地面主机之间通信的数据传输系统。
2.根据权利要求1所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光指 向测距仪包括激光发射器、激光接收器、用于控制所述激光发射器发射指向激光的激光指 向模块、用于控制所述激光发射器发射测距激光并用于控制所述激光接收器接收反射激光 的激光测距模块、用于控制所述激光指向模块和所述激光测距模块工作并进行数据处理的 中央控制单元和用于为各模块供电的电源模块，所述中央控制单元设有通信模块。
3.根据权利要求2所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光指 向模块和激光测距模块的控制信号输出端均连接所述激光发射器的控制信号输入端，所述 激光接收器的接收信号输出端连接所述激光测距模块的接收信号输入端，所述激光指向模 块和激光测距模块均通过所述中央控制单元连接所述数据传输系统，所述中央控制单元包 括用于处理所述激光指向模块和激光测距模块的工作信号和工作数据的CPU和用于存储 所述CPU处理后的工作信号和工作数据的存储器。
4.根据权利要求3所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光指 向测距仪还包括用于设定所述激光指向模块和激光测距模块控制所述激光发射器发射激 光的时间的时间控制模块，所述时间控制模块与所述CPU连接。
5.根据权利要求4所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述通信模 块由指向信号通信接口、测距信号通信接口和数据传输通信接口组成，所述指向信号通信 接口连接在所述激光指向模块和中央控制单元之间，所述测距信号通信接口连接在所述激 光测距模块和中央控制单元之间，所述数据传输通信接口连接在所述中央控制单元与所述 数据传输系统之间。
6.根据权利要求5所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光发 射器的数量为两个，所述两个激光发射器的控制信号输入端分别连接所述激光指向模块和 激光测距模块的控制信号输出端。
7.根据权利要求6所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光指 向测距仪设有防爆外壳，所述激光发射器、激光接收器、激光指向模块和激光测距模块设置 在所述防爆外壳的前部空腔中，所述中央控制单元、电源模块和时间控制模块设置在所述 防爆外壳的后部空腔中，所述激光指向测距仪还包括旋转云台，所述防爆外壳固定安装在 所述旋转云台上。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特 征在于其还设有摄像机，所述摄像机的图像信号输出端与所述中央控制单元连接。
9.根据权利要求8所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于其还设有无 线控制装置，所述无线控制装置的无线控制输出端与所述激光指向模块和所述激光测距模 块的控制输入端无线连接。
10.根据权利要求9所述的安全指向与安全距离实时监控系统，其特征在于所述激光 指向测距仪的数量为一个或多个，所述数据传输系统设有一个或多个数据传输分站，所述 数据传输分站与所述激光指向测距仪一一对应并连接，当所述激光指向测距仪为多个时， 各个所述数据传输分站通过同一个信息交互接口与所述地面主机连接，所述无线控制装置 为一个或多个，一个所述无线控制装置对应一个或多个所述激光指向测距仪。
全文摘要
本发明涉及一种安全指向与安全距离实时监控系统，包括激光指向测距仪、地面主机和用于所述激光指向测距仪和地面主机之间通信的数据传输系统。所述激光指向测距仪包括激光发射器、激光接收器、激光指向模块、激光测距模块、中央控制单元、通信模块、时间控制模块和为上述各模块供电的电源模块。该系统还设有摄像机和无线控制装置。通过本发明可实现掘进方向的自动指向和掘进距离的自动实时监测，既可节省人力，又可提高生产效率，并且可实现数据和图像的联合监控以及作业现场无线控制及地面管理人员的远程控制作业。
文档编号G01C15/00GK101915103SQ20101022611
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者武立文, 毛允德 申请人:毛允德