矿山安全预警系统的制作方法

本发明属于安全预警信号处理，具体涉及矿山安全预警系统。

背景技术：

1、露天矿山开采过程中，通常采用的阶梯式开采方式来进行，主要特点在于：这种从上至下的开采方式，能够大大降低开采过程中带来的矿山坡面滑坡，间接性提高开采安全性。

2、而在实际开展矿山开采工作过程中，矿山坡面形貌是发生矿山滑坡的原因之一，但促发矿山滑坡原因主要在于：开采过程中，受到开采设备的影响造成的坡面震动，使得本来不太稳定的坡面结构变得更加不稳定；再者就是坡面内部构造也存在一定的影响，若坡面内部存在的空包较多，受到震动或者其它因素的影响下，坡面较容易出现滑坡。

3、授权公告号为：cn116739183b的发明专利，公开了一种矿山安全风险预警预测系统，图像建模模块，用于对平面转换后的矿山山体图像进行频率分解并融合，获得融合图像，并基于融合图像搭建出初步山体结构模型；范围确定模块，用于对融合图像进行单位面积分解和边界增强，获得边界增强子图像，并基于边界增强子图像的修正值确定出区域修正范围；激光建模模块，用于对区域修正范围进行重新建模，获得区域修正范围模型；方位确定模块，用于基于初步山体模型和区域修正范围模型进行处理，并确定出区域修正范围模型在初步山体结构模型中的融合方位；区域确定模块，用于基于融合方位获得完整山体结构模型，通过完整山体结构模型和预设山体结构模型确定出矿山的形变区域；危险预测模块，用于对矿山的形变区域进行凹陷曲率计算，获得形变区域的当前曲率，并基于当前曲率和形变区域在预设山体结构模型中对应的初始曲率预测出矿山危险区域；危险预警模块，用于基于矿山危险区域位置发送预警信号；范围确定模块，包括：边界优化子模块，用于将构建出初步山体结构模型的融合图像分割为多个单位面积的第二子图像，对所有第二子图像进行图像边界检测，确定所有第二子图像的边界部分，对所有第二子图像的边界部分进行边界增强，得到边界增强子图像集合；修正值计算子模块，用于基于以下公式确定边界增强子图像集合中每个边界增强子图像的修正值：式中，θ为边界增强子图像的修正值，a为边界增强子图像的下边界在平面直角坐标系中的纵坐标值，b为边界增强子图像的上边界在平面直角坐标系中的纵坐标值，c为边界增强子图像的左边界在平面直角坐标系中的横坐标值，d为边界增强子图像的右边界在平面直角坐标系中的横坐标值，p(x,y)为边界增强子图像中坐标(x,y)处的像素点与对应边界增强子图像中增强边界中每个像素点之间的像素差值中的最大值，q(x,y)为边界增强子图像中坐标(x,y)处的像素点与对应边界增强子图像中增强边界中每个像素点之间的像素差值中的最小值，dx、dy为自变量微分；范围判断子模块，用于将边界增强子图像集合中修正值大于额定修正值的边界增强子图像当作待修正区域，将所有待修正区域在初步山体结构模型中对应的区域范围当作区域修正范围；激光建模模块，包括：激光采样子模块，在区域修正范围中确定出多个扫描点，控制无人机在扫描点在矿山山体中对应的实际位置进行扫描，得到对应扫描点的三维点云数据；重合度计算子模块，用于对计算出所有相邻扫描点的三维点云数据的重合度；补充扫描子模块，用于在重合度小于最小重合度阈值的相邻扫描点之间插入新的扫描点，并补充获取新的扫描点的三维点云数据，直至最新确定出的所有相邻扫描点的三维点云数据之间的重合度都不小于最小重合度阈值时，则获得第一三维点云数据；点云去重子模块，用于将第一三维点云数据中重合度超出最大重合度阈值的相邻扫描点的三维点云数据随机去除一组，获得第二三维点云数据；配准点子模块，用于将第二三维点云数据中相邻扫描点的三维点云数据中的相同三维点云确定为对应相邻扫描点的配准点；点云合成子模块，用于基于配准点将对应相邻扫描点的三维点云数据进行点云合成，得到区域修正范围的完整点云；模型构建子模块，用于基于区域修正范围的完整点云构建出区域修正范围模型。

4、由此可以看出，该种安全风险预警预测系统，通过对山体扫描并进行三维重构，并通过完整山体结构模型和预设山体结构模型确定出矿山的形变区域，并且还可对矿山的形变区域进行凹陷曲率计算，获得形变区域的当前曲率，并基于当前曲率和形变区域在预设山体结构模型中对应的初始曲率预测出矿山危险区域。

5、然而，针对矿山坡面的滑坡预警处理方面，由于滑坡的发生一般速度较快，仅对矿山坡面形貌变化监测是不够的，部分滑坡的出现前，矿山坡面形貌变化较小，或者很难被监测到，若坡面内部存在的空包较多，再受到开采设备的影响造成的坡面震动，会促发坡面结构的不稳定性，因此在预警前，容易出现滑坡现象，为此有必要开发一种能够针对矿山坡面受到的震动、坡面内部结构和坡面外貌综合性分析，在矿山滑坡前，提供较为可靠的安全预警信息的矿山安全预警系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供矿山安全预警系统，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：矿山安全预警系统，包括：

3、坡面扫描机构，所述坡面扫描机构用于对矿山坡面变化情况进行实时扫描；

4、震动感应机构，所述震动感应机构用于感应坡面震动情况；

5、内层面反馈机构，所述内层面反馈机构用于矿山内层面结构进行探测；

6、坡面扫描机构上设置有装盒，所述装盒内设置有开发板，所述开发板上设置有统筹分析模组和控输模组，所述统筹分析模组用于结合坡面扫描机构所获坡面变化信息、震动感应机构所获坡面震动信息以及内层面反馈机构所获矿山内层面结构信息，进行安全预警信息分析，并将安全预警信息传输至外设电脑；所述控输模组用于控制坡面扫描机构扫描转量和转速，并结合统筹分析模组所获非安全注意点，针对非安全注意点的矿山区域控制坡面扫描机构密集扫描。

7、为了更好的控制激光测距仪对矿山坡面各位置点进行距离测定，优选的，所述坡面扫描机构包括底板，所述底板的底部四侧连接有插板，所述底板的上端中侧连接有螺柱一，所述螺柱一上套设有支撑架，所述螺柱一上螺接有螺母一，所述支撑架的顶部设置有中板，所述底板上且位于螺柱一的两侧位置连接有撑筒，所述撑筒内插接有撑杆且撑杆的顶部连接在中板上；

8、所述中板上设置有顶架，所述顶架的顶部设置有电机一，所述电机一的转子轴贯穿顶架并连接有撑架，所述撑架的一侧设置有电机二，所述电机二的转子轴贯穿撑架并连接有旋板，所述旋板上设置有激光测距仪，所述激光测距仪传输连接开发板；

9、其中，所述装盒设置在顶架的一侧。

10、优选的，所述中板上设置有rfid阅读器。

11、为了更好的感应坡面震动信息，优选的，所述震动感应机构包括插入矿山坡面内的插管，所述插管上环向均匀设置有边肋板，所述插管螺接有震动感应器，所述震动感应器传输连接开发板；

12、所述震动感应器上设置有rfid标签。

13、为了更好的对坡面内部空包点检测，优选的，所述内层面反馈机构包括撑板，所述撑板的两侧插接有插杆且插杆插入矿山坡面内，所述撑板的上侧位置设置有固定架，所述固定架的底部连接有顶撑板，所述顶撑板的底部以及撑板的顶部连接有丝杆，所述丝杆上螺接有丝管，所述丝杆上还螺接有螺母二；

14、所述固定架内转动设置有旋杆，所述旋杆的中部设置有中节板，所述旋杆上套设有扭簧，所述扭簧的两端分别连接在固定架上和中节板上；

15、所述中节板的顶部连接有顶连杆，所述顶连杆的顶部连接有连柱，所述连柱的两端中心位置连接有螺柱二，所述螺柱二上套设有固接板，所述螺柱二上还套设有垫片并通过螺母三锁紧，所述固接板的顶部设置有夹套，所述夹套内插接有超声波探伤头，所述夹套的两侧设置有快拆杆。

16、为了更好的对矿山坡面安全性评价，优选的，所述统筹分析模组包括距离数据接收模块、超声图像过帧模块、震动信号接收模块和标签信号接收模块，所述距离数据接收模块用于实时接收激光测距仪采集的各个位点距离数据，所述超声图像过帧模块用于将超声波探伤头反馈的超声阵点信号转化成超声图像，并对超声图像进行过帧细化处理，所述震动信号接收模块用于实时接收震动感应器上传的震动数据，所述标签信号接收模块用于实时接收rfid阅读器上传的标签信息；

17、所述距离数据接收模块传输连接有坐标面层建立模块，所述坐标面层建立模块用于将各个位点距离数据建立在面层坐标上，所述坐标面层建立模块传输连接有变化点解析模块，所述变化点解析模块用于对各位点变化情况进行解析确定；

18、所述超声图像过帧模块传输连接有空包点扫描计算模块，所述空包点扫描计算模块用于对超声图像中空包点进行扫描，并计算空包点数量；

19、所述震动信号接收模块和标签信号接收模块传输连接有编号处理模块，所述编号处理模块用于将震动信号与标签信号匹配，并进行编号处理；

20、所述空包点扫描计算模块、变化点解析模块和编号处理模块传输连接有综变分析模块，所述综变分析模块用于结合坡面变化情况、坡面内部空包情况和坡面震动情况进行综合安全性分析，并对其安全性评价，所述综变分析模块传输连接有预警信息处理模块，所述预警信息处理模块传输连接有信息发送模块，所述预警信息处理模块用于在综变分析模块安全性评价不高时，转化成预警信息，连同坡面变化情况、坡面内部空包情况和坡面震动情况，通过信息发送模块传输至外设电脑上。

21、为了实现坡面扫描机构按照预设的转量值进行循环扫描运行，以及在坡面出现变化时，针对性对变化区域密集扫描运行，优选的，所述控输模组包括转速限角信息接收模块，所述转速限角信息接收模块用于配合外设电脑设定坡面扫描机构最大转动角度以及转速，所述转速限角信息接收模块传输连接有转量计算模块，所述转量计算模块用于结合最大转动角度计算电机一和电机二所需控制的转量，所述转量计算模块传输连接有扫描控输模块，所述扫描控输模块用于按照转量计算模块计算出的转量信息控制电机一和电机二运行；

22、所述转量计算模块还传输连接有注意点划定模块，所述注意点划定模块传输连接变化点解析模块，注意点划定模块对发生变化的位点进行区划，并通过区划位置计算所对应的激光测距仪区域转角，并由转量计算模块计算区域转量，让扫描控输模块重复执行区域转量。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明涉及的矿山安全预警系统，在坡面扫描机构、震动感应机构、内层面反馈机构和统筹分析模组共同配合下，通过对坡面变化信息、坡面震动信息以及矿山内层面结构信息的分析，即便在坡面出现滑坡前外表面变化不大，当坡面内层面空包数量超过阈值，可发出安全预警；另外当坡面存在震动，并且内层面空包数量变化速度较快时，通过监测，并进行安全评价，若存在安全风险，可发出安全预警，因此能够针对矿山坡面受到的震动、坡面内部结构和坡面外貌综合性分析，在矿山滑坡前，提供较为可靠的安全预警信息；而在坡面扫描机构和控输模组配合下，在前期可进行预设转量运行，当矿山坡面出现形貌变化，可自运行控制坡面扫描机构针对性的对形貌变化区域密集扫描，以获得更精准的形貌变化信息，统筹分析模组针对存在形貌变化的矿山边坡进行安全分析时，可获得更加精准的范围判定信息。