煤矿井下传感器定位报警系统的制作方法

本发明涉及一种煤矿井下传感器定位报警系统，该系统涉及无线电通信、井下安全监控和定位技术等领域。

背景技术：

煤矿安全监控是遏制煤矿重特大事故发生的必要措施。《AQ1029-2016煤矿安全监控系统及监测仪器使用》等安全生产行业和煤炭行业标准中都已明确各类煤矿井下工作面及巷道中甲烷传感器及风速、风向等传感器的详细安装位置，还明确规定了各传感器的限值与相应的断电闭锁等自动处理流程，防止煤炭生产过程中瓦斯超限引起的火灾、爆炸等事故的发生，有效保障了煤矿安全生产。然而在实际生产过程中，部分井下工作人员为减少瓦斯超限断电闭锁对煤炭生产的影响，不按规定位置安装或私自移动传感器，造成了瓦斯爆炸等重大事故隐患。目前的煤矿安全监控系统只能对传感器的工作状态及通信状态进行监控，无法监控传感器的实际位置。为防止人为的传感器位置作弊，保证各传感器能够可靠有效的工作，需要一种可实时监测井下传感器安装位置，并能对传感器位置作弊进行自动识别与报警的系统。

技术实现要素：

本发明提供了一种煤矿井下传感器定位报警系统，所述系统包括至少一种矿井下传感器和至少一种用于监测矿井下传感器位置的装置；系统存储有与各传感器设计安装位置相关的至少一种位置数据及其允许误差数据；系统监测传感器当前位置数据，并将传感器当前位置数据与系统存储的传感器设计安装位置数据进行比较，当监测到传感器位置与设计安装位置距离大于允许误差时，则发出报警信号。

1.所述定位报警系统进一步包括：所述用于监测矿井下传感器位置的装置包括监测绝对位置的装置和监测相对位置的装置。

2.所述定位报警系统进一步包括：所述用于监测矿井下传感器位置的装置的安装位置包括井下传感器壳体内。

3.所述定位报警系统进一步包括：所述传感器位置数据包括三维位置数据。

4.所述定位报警系统进一步包括：所述传感器位置数据包括二维位置数据。

5.所述定位报警系统进一步包括：所述传感器位置数据包括一维距离数据；所述一维距离数据包括沿巷道轴向的一维距离数据。

6.所述定位报警系统进一步包括：所述传感器位置数据包括经度、纬度和高度数据。

7.所述定位报警系统进一步包括：所述传感器位置数据包括与参照物的距离数据。

8.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括井下定位系统的定位终端设备。

9.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括超声波测距定位设备。

10.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括激光测距定位设备。

11.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括红外测距定位设备。

12.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括电子雷达定位设备。

13.所述定位报警系统进一步包括：所述监测矿井下传感器位置的装置包括图像监测定位设备。

14.所述定位报警系统进一步包括：所述系统还包括通信网络、数据存储服务装置、监控服务装置和监控终端；通信网络用于传输数据；数据存储服务装置用于存储各传感器设计安装位置数据信息及其允许误差数据；监控服务装置用于处理和监测传感器位置相关数据信息，当处理结果满足报警条件时向监控终端发出报警信号；监控终端用于传感器位置和状态显示，具有声光报警功能。

15.所述定位报警系统进一步包括：所述系统使用至少一种测距设备采集传感器与参照物的当前距离数据，并通过通信网络将传感器与参照物的当前距离数据发送至监控服务装置，监控服务装置将传感器与参照物的当前距离数据与所述数据存储装置存储的传感器与参照物的设计安装距离数据进行比较，当监测到两个距离数据的差的绝对值超过存储的此传感器的允许误差数据时，则发出报警信号。

16.所述定位报警系统进一步包括：所述系统使用至少一种监测矿井下传感器二维位置数据的装置，监控服务装置通过通信网络直接采集传感器当前二维位置数据，或采集与传感器当前位置相关的数据，由监控服务装置处理得到传感器当前二维位置数据；监控服务装置将当前二维位置数据与数据存储服务装置存储的此传感器设计安装二维位置数据进行比较，当监测到当前传感器位置与设计安装位置的距离大于存储的此传感器的允许误差数据时，则发出报警信号。

17.所述定位报警系统进一步包括：所述系统使用至少一种监测矿井下传感器三维位置数据的装置，监控服务装置通过通信网络直接采集传感器当前三维位置数据，或采集与传感器当前位置相关的数据，由监控服务装置处理得到传感器当前三维位置数据；监控服务装置将当前三维位置数据与数据存储服务装置存储的此传感器设计安装三维位置数据进行比较，当监测到当前传感器位置与设计安装位置的距离大于存储的此传感器的允许误差数据时，则发出报警信号。

18.所述定位报警系统进一步包括：所述矿井下传感器包括甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、风速传感器、风向传感器、烟雾传感器、摄像机。

下文更详细地描述本发明的实施示例。

附图说明

图1煤矿井下传感器定位报警系统实施示例1的系统组成示意图。

图2煤矿井下传感器定位报警系统实施示例1的传感器原理组成示意图。

图3煤矿井下传感器定位报警系统实施示例1的报警流程示意图。

图4煤矿井下传感器定位报警系统实施示例2的系统组成示意图。

图5煤矿井下传感器定位报警系统实施示例2的传感器原理组成示意图。

图6煤矿井下传感器定位报警系统实施示例3的系统组成示意图。

具体实施方式

本发明所述定位报警系统的监测矿井下传感器位置的装置可采用TOA、TDOA、RSSI、AOA、图像识别等定位技术进行定位；可采用包括超声波测距定位设备、激光测距定位设备、红外测距定位设备、电子雷达定位设备、图像识别定位设备等设备监测矿井下传感器位置；所述监测矿井下传感器位置的装置一般集成于传感器内，电子雷达定位设备和图像识别定位设备可独立安装，从外部监测传感器位置；所述的定位报警系统的通信网络可采用例如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个人区域网(WPAN)、无线传感器网络(WSN)等各种无线通信网络及有线网络。

图1所示实施示例1为基于无线局域网(WLAN)和RSSI定位技术的煤矿井下传感器定位报警系统，主要组成包括：

1.监控终端(101)，负责传感器位置监控、声光报警和人机交互，生产管理人员可通过监控终端访问监控服务器和存储服务器，实现对井下传感器及其它设备的实时监控；监控终端具有传感器设计安装位置及传感器数据显示等查询功能；生产管理人员也可通过监控终端访问存储服务器实现对传感器及设计位置进行添加、删除、输入、修改等操作；监控终端具有地图显示功能，地理信息平台可使用MapX地图化组件,矿井地图为巷道矢量地图,地图文件为MapInfo格式。

2.存储服务器(102)，为数据存储服务装置，负责存储各传感器设计安装位置数据信息及其允许误差数据，并为监控服务器(103)和监控终端(101)提供数据服务；存储服务器也可存储其它与传感器相关的数据，如气体传感器采集的气体浓度数据、烟雾传感器(107)采集的烟雾状态数据、风速传感器(108)采集的巷道风速数据等。

3.监控服务器(103)，为监控服务装置，负责为监控终端(101)提供传感器位置数据和监控报警数据，当发现传感器位置变化满足设定条件时，向监控终端发出报警数据。

4.交换机(104)，通信网络的交换设备，负责所有接入通信网络的设备的数据交换，可采用以太网络交换机设备。

5.分站(105)，负责对传感器及其它无线通信设备进行通信网络接入转发服务，并作为定位参考定位节点，为传感器及其它无线通信设备提供定位服务，采用标准WiFi接入设备。

6.甲烷传感器(106)，用于甲烷浓度监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

7.温度传感器(107)，用于温度监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

8.一氧化碳传感器(108)，用于巷道一氧化碳浓度监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

9.二氧化碳传感器(109)，用于二氧化碳浓度监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

10.氧气传感器(110)，用于氧气浓度监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

11.风速传感器(111)，用于巷道内的风速监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

12.风向传感器(112)，用于巷道内的风向监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

13.烟雾传感器(113)，用于烟雾监测，内置无线通信模块，通过分站实现定位和无线通信。

图2为实施示例1中传感器的主要硬件组成：

1.主板(201)，是传感器的核心部件，板上元件包括核心处理器、存储单元、电源与时钟模块、传感器模块。

2.核心处理器(202)，采用三星S3C2440处理器，S3C2440是基于ARM920T内核的微处理器，具有3个UART接口，2个SPI接口，2个USB接口，1个IIC-BUS接口；搭载Linux系统。

3.存储单元(203)；包括256M NAND Flash、一片4M NOR Flash、128M SDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。

4.电源与时钟模块(204)包括电压转换和时钟管理元件，DC电压转换均采用MAX1724系列电源芯片，为所有芯片供电；选用12MHz晶振。

5.传感器模块(205),负责采集环境数据，如采集巷道的甲烷浓度，可采用MQ-4甲烷传感器模块，量程范围300至10000ppm，将甲烷浓度转换为模拟电信号，由核心处理器进行A/D转换实现数据采集。其它传感器的主要组成与甲烷传感器基本相同，只是负责采集的环境数据不同，如一氧化碳传感器(108)采用ME2-C0一氧化碳传感器模块；二氧化碳传感器(109)，采用MG811二氧化碳气体传感器模块；氧气传感器(110)，采用ME3-O2氧气传感器模块等。

6.无线通信模块(206)，采用USB接口Wifi无线网卡，由Linux及设备驱动程序提供支持，通过无线通信方式接入通信网络。

煤矿井下传感器定位报警系统实施示例1的报警流程如图3所示：

1.(301)传感器采集无线通信距离内的分站发出Wifi信号的信号强度RSSI值。

2.(302)传感器根据各分站信号的RSSI值和存储的各分站的位置坐标运算自身坐标值。

3.(303)传感器发送包括自身编号和自身坐标值的位置数据。

4.(304)分站转发位置数据。

5.(305)监控服务器根据接收到的传感器编号从存储服务器调取该传感器设计安装位置数据信息及其允许误差数据。

6.(306)监控服务器计算传感器当前位置和该传感器设计安装位置的距离，当所得距离大于该传感器允许误差范围时，则向监控终端传送包括传感器编号、设计安装位置和当前位置的报警数据，否则返回执行(301)。

7.(307)监控终端根据报警数据在显示屏上用不同颜色显示传感器设计安装位置和当前位置，并发出声光报警。

图4为所述定位报警系统实施示例2示意图，与实施示例1的主要区别在于各传感器内置测距设备，可测量沿巷道轴向的一维距离数据，如传感器与工作面或巷道壁的距离；本示例中所处理和存储的位置数据均为一维距离数据。

图5为所述定位报警系统实施示例2中传感器的主要硬件组成，与图2的实施示例1中传感器的主要组成相比，增加了测距模块(207)，用于测量一维距离数据，可采用超声波测距设备如KS109收发一体超声波测距模块距离传感器，与核心处理器采用IIC-BUS接口通信；也可采用激光测距定位设备如GLS-B60激光测距传感器模块，与核心处理器采用USB接口通信；也可采用红外测距定位设备如GP2Y0A710K红外测距模块，由核心处理器采集模块输出的模拟数据。无线通信模块(206)只负责无线通信，无需定位。实施示例2的报警流程与图3所示实施示例1的报警流程基本相同，区别在于所涉及的位置数据均为一维距离数据。

图6为所述定位报警系统实施示例3，与实施示例1的主要区别在于采用摄像机(114)通过模式识别方式对各传感器进行定位，识别定位可由监控服务器完成。