分布式矿山灾害信息感知与多源联动预警系统的制作方法

本实用新型涉及灾害监测技术领域，具体涉及一种分布式矿山灾害信息感知与多源联动预警系统。

背景技术：

矿山安全生产直接关系到国家的资源安全开发利用，发展灾害感知技术是国家的长期发展战略。《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》在公共安全领域的优先主题之一便是“重大生产事故预警与救援”，它要求重点研究矿井瓦斯、动力性灾害预警与防控技术[1]。在《社会发展科技领域国家科技计划项目需求征集指南》的公共安全领域中明确提出需要研究数字矿山关键技术、基于物联网的环境重大事件监测预警与装置。国务院办公厅下发的“安全生产十二五规划”也提出了建设煤矿瓦斯综合防治和矿山安全监测及信息化系统，提高重大危险源监控的目标。

矿山灾害信息的感知是实现矿山安全监测、保障安全生产的关键技术。目前我国矿山在安全信息感知方面技术水平较低，主要表现在信息获取的手段严重匮乏，尤其是对矿山重大灾害信息缺少实时、连续的采集与预警技术。其次是矿井信息的传输技术，需要改进信息网络分布的合理性和冗余技术，以减少矿山信息监测的盲区，提高信息传输的速度和可靠性。第三是安全信息的融合技术，矿山灾害往往是多种因素共同作用的结果。现有的矿山灾害监测手段基本上是局部性的监测，比如对某一个工作面进行监测；同时是单一性的参数监测，比如微震监测系统、电磁辐射监测系统，它们只能感知到微震信息或电磁辐射信息。但是，任何一种单一的参数信息都不足以作为重大灾害预警的可靠或充分依据，因此需要通过对大量的、不同类型的、不同来源的信息进行融合，建立系统性的指标体系和预警模型，为煤矿重大灾害预警及防控提供更加可靠的数据分析和决策支持。

因此，研究矿山灾害中煤与瓦斯突出、矿压、突水等关键参数的感知技术，是煤矿各种灾害的分布式监测理论深入发展、形成较为完善的分布式矿山灾害监测系统的前提，能够为灾害防治及安全决策提供科学依据。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种设计合理，稳定性好的分布式矿山灾害信息感知与多源联动预警系统。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种分布式矿山灾害信息感知与多源联动预警系统，其特征在于包括：包括主干环网、骨干网交换机、地面分析控制系统及传感器节点，所述主干环网设置在矿井巷道内，所述骨干网交换机间隔并联在主干环网上，所述主干环网通过单独的信号传输线路与地面分析控制系统相接，所述传感器节点分布在巷道，所述传感器节点采用有线和/或无线的方式与骨干网交换机相连接。

如果待测位置距离骨干网交换机比较近，可以将有线传感节点直接连接到交换机。反之，则采用无线传感节点，让它们彼此通信组成无线传感网(WSN)，将监测到的数据传递到无线接入点(AP)，由AP将数据转交给骨干网交换机，最终传输到地面分析中心，在那里进行多源信息的联合处理和融合。

所述主干环网直接使用井下已经使用成熟的工业以太环网，它的带宽完全足够容纳瓦斯、矿压、突水等灾害信息的同时传输。

所述传感器节点在需要进行灾害监测的区域部署，如矿井巷道、采煤工作面及采空区。

所述传感器节点分为水压监测传感器、围岩应力传感器、震动传感器、瓦斯监测传感器等，这些传感器节点通过无线或有线传输的方式完成自己特定的任务，实时向骨干网交换机传输信息采集数据。

所述传感器节点包括底座以及设置于底座上的传感器部件，该底座底部设置有滚轮，以及用于驱动滚轮的电动马达，所述滚轮布置在轨道上，该底座带动传感器部件在轨道上往返运行，增加监测区域，提高监测效果。

所述轨道采用环形闭合方式布置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型设计合理，系统工作稳定，可靠性高，在对现有各种矿井灾害数据进行研究分析的基础上，探索各种灾害信息的联动预警驱动机制，将瓦斯、矿压、突水等灾害信息统一在一个感知系统中，极大的压缩了灾害监测的实施成本，实现矿井灾害中的地球物理信息、采矿信息和空间信息互动感知，构建更为精确的矿井灾害预警系统，提高对灾害的识别能力、监测预警能力、防治与控制能力和决策能力。

附图说明

图1为本实用新型系统结构图；

图2为本实用新型传感器节点；

图3为本实用新型传感器节点布置图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种分布式矿山灾害信息感知与多源联动预警系统，包括：包括主干环网1、骨干网交换机2、地面分析控制系统(PLC)3及传感器节点4，主干环网1设置在矿井巷道内，骨干网交换机2间隔并联在主干环网1上，主干环网1通过单独的信号传输线路与地面分析控制系统3相接，传感器节点4分布在巷道，传感器节点4采用有线和/或无线的方式与骨干网交换机相连接。

如果待测位置距离骨干网交换机2比较近，可以将有线传感节点直接连接到骨干网交换机2。反之，则采用无线传感节点，让它们彼此通信组成无线传感网(WSN)，将监测到的数据传递到无线接入点(AP)5，由AP将数据转交给骨干网交换机2，最终传输到地面分析控制系统3，在那里进行多源信息的联合处理和融合。

主干环网1直接使用井下已经使用成熟的工业以太环网，它的带宽完全足够容纳瓦斯、矿压、突水等灾害信息的同时传输。传感器节点4在需要进行灾害监测的区域部署，如矿井巷道、采煤工作面及采空区。传感器节点4分为水压监测传感器、围岩应力传感器、震动传感器、瓦斯监测传感器等，这些传感器节点4通过无线或有线传输的方式完成自己特定的任务，实时向骨干网交换机2传输信息采集数据。

如图2、3所示，传感器节点4包括底座401以及设置于底座401上的传感器402，该底座底401部设置有滚轮403，以及用于驱动滚轮403的电动马达404，滚轮403布置在轨道405上，该底座401带动传感器402在轨道405上往返运行，增加监测区域，提高监测效果，轨道405采用环形闭合方式布置。

在分布式无线网络中，首先必须解决的是网络的节点部署问题，它直接关系到网络的准确性，完整性和实效性，根据巷道工作面上节点动态数据采集特性，我们决定采用环状能耗模型。首先根据巷道的物理结构特性，在普通环境中环状能耗模型的基础上，研究出适合巷道的环状模型。其次，根据无线信号在巷道的传播特性，在分析节点传播探测到灾害信号的基础上，确定适合于巷道的环状能耗模型具体参数。

其次，我们将研究这种网络中的信息传输技术。如果传感器节点没有直接连接到骨干交换机，将采用分簇路由算法。在设计该算法的时候，我们主要考虑传感器的能量消耗和数据传递的实时性，鉴于灾害信息对时间的高度敏感性，实时性指标将占据主导地位。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。