基于大数据的露天矿运输道路智能抑尘系统的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种基于大数据的露天矿运输道路粉尘智能抑尘系统，可用于露天矿山运输道路、排土场、矿石堆场、尾矿库等土石路面或散体堆场的粉尘控制，属环境领域。

背景技术：
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露天矿运输道路通常为土质或土石低等级道路，加之车辆碾压及土石洒落等原因，积尘大，在干燥、自然风及运输车辆行驶时会产生厚大粉尘，严重污染环境。由于露天矿运输车吨位大，行驶频繁，且运输扰动及天气具有随机性、不确定性、动态性，露天矿运输道路具有易生尘、复生尘、生大尘的特点。常规洒水防尘及抑尘剂防尘根本无法解决矿山运输道路的粉尘控制问题。

大量实践表明，洒水防尘的有效抑尘时间大约为30分钟左右，但由于汽车行驶与洒水抑尘最佳时间可能出现分离，即抑尘效果好的时候车辆少或无车，抑尘效果差的时候，车辆反而多，出现启尘与抑尘不同步。

抑尘剂防尘有多种类型，但从原理上无外乎吸湿、保水、黏结等，很难满足复杂多变的矿山道路。因为再强的抑尘剂也无法抵挡车辆的碾压、洒土的覆盖以及松散、厚大的积尘。

为了解决露天矿现行抑尘技术难题，本发明将解决启尘与抑尘分离的技术瓶颈，提出基于天气、车辆、粉尘及路面状态实时监测，根据路面附近区域空气温度、湿度、风力、晴雨、来车及频度等的变化实施喷洒的抑尘技术，通过监测大数据、机器学习和类脑智能，实现自动感应判识和自适应喷洒，达到高效抑尘的目的。

技术实现要素：
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本发明针对露天矿运输道路等厚大粉尘场地抑尘中，现有抑尘技术难以解决启尘与抑尘分离，造成抑尘时效与启尘时间分异而难以实施高效抑尘的技术难题，创建基于天气、来车振动与频率、道路粉尘状况自适应喷洒抑尘系统，采用清水或/加抑尘剂喷洒，根据来车振动及频率、路面附近大气湿度、温度、风力、晴雨等天气信息，基于监测大数据，通过机器学习和类脑智能技术，对矿山道路粉尘发生条件进行智能判识；并根据道路状况，自适应确定喷洒压力、时间和喷洒量，启尘与抑尘同步，抑尘时效长，效率高。本发明可适用于露天矿山及其他低等级运输道路的粉尘控制。

本发明提供一种针对具有随机性、不确定性、动态性、易生性及复生性等露天矿运输道路或其他场地扬尘的抑尘技术，其特征在于，该技术包括数据感应单元、数控单元、自适应喷洒单元；

所述数据感应单元是为抑尘条件判识提供原始数据信息的主体，抑尘条件判识由位置传感器、振动传感器、温度传感器、湿度传感器、风力传感器及路面图像采集单元组成。

所述位置传感器是确定粉尘场地位置的数字式传感单元，用以定位粉尘发生场地的位置信息；

所述振动传感器是测量行驶车辆的振动位移、速度及加速度的数字传感单元，用以监测来车时的地面振动加速度、位移及速度；

所述温度传感器是感测大气温度的数字传感单元，用以监测大气中的温度；

所述湿度传感器是感测大气湿度的数字式传感单元，用以监测大气中的湿度；

所述风力传感器是感测大气风流速度的数字传感单元，用以监测风力大小；

所述路面图像采集单元是感测粉尘场地地面状态的数字式传感单元，用以监测场地粉尘堆积状况。

所述数控单元包括接口、放大器、数字应变仪、数据集成箱、计算机、打印机及远程终端等分析、打印及显示设备；所述压力表、流量计及控制阀的输出/输入信号可设置为电流、电压或电阻信号，缺省设置为电阻；

所述电信号为数字信号，通过所述数字应变仪进入所述数据集成箱，经数据集成后输入到所述计算机；

所述计算机通过程序对所述数据进行分析、存储和输出，并实时通过控制阀对水压进行管理；

所述数据为喷洒段位置、路面图像、来车振动、温度、湿度、风力以及水压与流量数据信息，由所述数据感应单元获得，这些数据具有随机、动态及不确定性，可参考现场反馈信息及气象信息通过人为方式输入和修改；

所述数字应变仪与所述数据集成盒通过rs-232c接口电缆传输数据，所述数据集成盒与数据分析单元采用cr-553b接口电缆传输数据；

所述数字应变仪的直流工作电压为12v，接入光伏电源；

所述数据集成箱的直流工作电压为12v，接入光伏电源。

所述自适应喷洒单元是粉尘喷洒条件判识和自动喷洒的智能化控制方式，由智能判识模块、水压控制单元和喷洒管网组成。

所述智能判识模块根据数据感应单元感测获得的位置、湿度、温度、风力等道路区域大气条件、路面状况及车辆运行情况，按照设定的启尘条件进行判断并确定喷洒参数，若满足启尘喷洒条件则向水压控制单元发送喷洒指令；

所述智能判识模块的数据信息可同时接受人为数据的输入修改，如通过现场巡查以及局地气象数据等信息进行修正。

所述水压控制单元是水压的自适应控制方式，由压力水源、控制总阀、控制支阀以及数字式压力表和流量计组成，用以控制抑尘时喷洒压力、时长及喷洒量；

所述压力水源为高位水仓或增压泵所产生的压力水，介质为清水，可添加适当浓度的可溶性抑尘剂，为了减少喷洒次数，延长抑尘效果；

所述压力表为数字式远程读数表，用以实时测量总管及支管水压；

所述流量计为数字式远程读数表，用以实时测量总管及支管流量；

所述控制总阀用以启闭系统管网总管，控制压力和管网水量的数字式压力阀；

所述控制支阀是喷洒管网中控制支路水压和水量的数字式压力阀。

所述自适应喷洒单元接到智能判识模块的输入信息后，通过水压控制单元对符合启尘条件的位置/路段启动喷洒，并通过水压控制单元的控制总阀和支阀控制抑尘时的喷洒压力、时长及喷洒量；

所述喷洒管为带有微孔的高强水管，每个抑尘单元可根据粉尘发生场所布置1根至数根喷洒管，喷管上的微孔为具有一定喷射角度的倾向孔，按一定间距沿喷洒管母线分单排及多排交错布置，微孔采用向心孔时，可以通过卡式接头改变喷洒管的布置获得合理的喷射角度和距离。

本发明的有益效果是，基于露天矿所在区域气象信息、矿山运输道路位置、路况、道路附近区域大气湿度、温度、风力以及车辆运行情况等实时监测数据，通过大数据、机器学习和人工智能技术，对道路的启尘条件进行判断，自适应动态、随机、不确定的复杂环境，实现运输道路的喷洒启停时间、喷洒压力、喷洒时长及喷洒量的自动化和智能化控制，可适用于露天矿山运输道路及其他厚大粉尘适合固定喷洒防尘等场所，在车载及自然风力扰动下的粉尘控制。智能化判识，自动启停，自适应复杂扬尘条件，抑尘效率高，空气质量全部达到二级标准，节约大量水资源、人力、物力和财力消耗，成本低，效益高。

附图说明：

图1为本发明的抑尘系统图。

图2为本发明图1的喷洒系统图。

图中所示，i.压力水输入，1.压力总表，2.流量总表，3.控制总阀，4.连接管，5.喷洒管控制支阀，6.流量计，7.总水管，8.支管，9.喷洒管，10.微孔，11.支管压力表，o.压力水输出。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在图1的实施例中，系统由三部分组成：(1)数据感应单元；(2)数控单元；(3)自适应喷洒单元。数据感应单元为抑尘系统获取抑尘条件判识所需的大数据，获得抑尘路段位置、路面图像及道路附近区域空气中的湿度、温度、风力以及来车振动与车辆通过频率等信息数据；数控单元对数据感应单元和自适应喷洒单元实施数字化控制：对数据感应单元采集的气象、道路及车辆运输振动信息以及自适应喷洒单元测量的总管、支管中水压及流量等数据信息进行放大、集成并输入到计算机；自适应喷洒系统通过计算机智能判识模块基于对气象、道路条件及车辆运行情况等大数据对启尘条件进行判断，当启尘条件需要喷洒抑尘时，自适应喷洒系统通过计算机智能判识模块启动喷洒系统，根据粉尘条件通过水压控制单元控制总阀、控制支阀、压力表、流量表启动压力、流量及喷洒时长的自动化与智能化控制，实现所在道路路段位置的抑尘。

在图1的实施例中，数据感应单元、数控单元及自适应喷洒单元所感应和监测数据均由相应数字式传感器采集，所测信号为电流、电压或电阻等电信号，信号经接口、放大器、数字式应变仪、数据集成盒，输送到计算机等终端，由计算机控制，并通过专用软件对粉尘发生地点、大气条件、出车数及频率、喷洒启闭时间、喷洒量以及路面状况等进行数据的分析、显示、储存和打印。

在图1的实施例中，所述抑尘技术，基于天气、路面状况及车辆运行情况产生的大数据，通过机器学习和人工智能，实现自动化、智能化自适应喷洒。

在图2的实施例中，总管7中输入的压力水i经压力总表1、流量总表2、控制总阀3经连接管4进入支管8，通过连接管4，喷洒管控制支阀5及流量计6进入喷洒管9，压力水由喷洒孔10喷洒，在喷洒管9终端设置压力表11，对喷洒管喷洒时的压力进行校验。

在图2的实施例中，当抑尘道路或场地较宽，单侧设置喷管喷洒压力不能覆盖全宽时，采用沿道路两侧对称布置喷洒管9，并使喷洒孔10一侧朝道路中心，两管喷洒孔交错布置，以保证全覆盖喷洒；通过压力总阀3及喷洒管控制支阀5调节喷洒管9的压力以控制喷洒距离。

在图2的实施例中，可同时实施多个并行路段的抑尘，此时只须通过喷洒管控制支阀5和控制总阀3将并行路段的压力调节为所需的压力即可；也可在同一支路中对不同路段实施串行式分级抑尘，只须将图2的实施例进行扩展。

应用实例：

本发明所述抑尘技术，在某露天矿土质运输道路粉尘的抑尘应用中，主干运输道路长约10.0km，矿山主要运输车辆为沃尔沃a40d，汽车自重29吨，载重90吨，总重119吨，载重汽车在矿山道路行驶速度≤60km/h，运输道路宽度为15～30m。在本应用实例中，路宽为15～20m时为单侧布置喷洒管网，路宽大于20m，且小于30m时为双侧布置喷洒管，喷洒设计压力为0.25～0.40mpa。

在本应用例中，抑尘溶液为清水，微喷管采用高强pvc管，管径40mm，壁厚0.22mm，微孔径0.3～0.5mm，在工作压力为0.25～0.35mpa，单孔出水量为0.10～0.14kg/min，每千米道路单侧铺设微喷管总长度为1000m，孔间距为0.25m，微孔数量为4个/m，微喷管每公里分钟设计耗水总量为0.40～0.56m³/min。

在本应用例中，数据感应单元测得的气温为17℃～31℃，湿度为20～45％，风力为4～5级，道路图像显示为局部厚大粉尘堆积及松散土体，实际道路平均宽度为23m，数控系统通过数据感应单元探测道路附近的空气湿度、温度、风力及路况，并实时感测来车振动，基于大数据对启尘条件进行判识；同时，自适应喷洒单元监测管网压力和流量，根据道路附近大气条件、路面情况及车辆运输状况等提供的数据信息，通过智能模块的机器学习，按照预设的抑尘触发条件，系统自适应环境条件实施智能喷洒。

在本应用例中，喷洒频次为1.6次/h，平均每次喷洒时长为23s，每天喷洒时长1104s，每千米道路一天的总耗水量为10.60m³，空气质量全部达到二级标准。

在本应用例中，亦可根据需要在总管或支管中加入易溶性抑尘剂，在冬季寒冷地区加入抗冻剂，溶剂为清洁水。

本应用例中，采用液体喷洒方式，使用专用抑尘剂时，无须增加抑尘剂配备设施，直接注入水仓或注入喷洒管网，喷洒原理与清水时相同。