CN102733855A

CN102733855A - 基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法

Info

Publication number: CN102733855A
Application number: CN2012102276638A
Authority: CN
Inventors: 薛元修; 张焱; 侯鸿飞
Original assignee: BEIJING OPTHT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING OPTHT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102733855B

Abstract

本发明公开了一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法。所述系统包括：由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器，用于感测瓦斯浓度；设置于矿井的无线通信基站，通过与移动瓦斯检测器进行无线通信来确定移动瓦斯检测器的位置并接收关于感测的瓦斯浓度的信息；监控中心服务器，从所述无线通信基站接收所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。本发明所提出的系统和方法既可用于煤矿日常生产的安全监控管理，保障煤矿安全生产，也为煤矿灾变抢险救援决策提供依据，加快救援进度，减少灾后人员伤亡。

Description

基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法

技术领域

本发明涉及矿井监测和通信领域，尤其涉及一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法。

背景技术

煤矿井下瓦斯爆炸事故属于矿井重大灾害，严重威胁矿工生命安全。实时、有效监测矿井瓦斯浓度，并在瓦斯浓度超限时报警，撤出作业人员并及时切断工作面动力电源，对防止瓦斯爆炸事故灾害有着积极的作用。

现有的煤矿瓦斯监控方法主要利用固定安装在煤矿巷道中的瓦斯（即，甲烷）传感器监测巷道瓦斯浓度，通过置于井下的监控分站将监控数据传送到地面监控中心，监控分站在瓦斯超限时输出切断工作面电源的命令。

但是，这种现有的监控井下瓦斯方法的缺点是传感器布置数量少，覆盖范围小，且工作面瓦斯气流到达传感器的延迟时间长，难以做到实时有效瓦斯监控。

同时，随着技术的发展还出现了改进的技术方案，例如：中国发明专利“矿用瓦斯监控方法及系统”（公开号CN1786422A）提出了通过移动工作单元上的瓦斯传感器采集瓦斯浓度数据，该发明提供的方法不能确定移动单元的位置，所测瓦斯浓度的井下位置不确定，不能对井下瓦斯实施有效监控；另外，中国发明专利“无线传感器网络煤矿瓦斯监测系统”（公开号CN101446205A）提出了传感器网络节点与簇首之间的通信方法，其传感器网络节点带有粉尘和瓦斯传感器，也没有涉及定位测点位置的内容；还有，中国实用新型专利“新型井下瓦斯定位监测系统”（CN201908690U）介绍了一种瓦斯监测器和编码识别器，将监测瓦斯浓度信息通过无线网络、光纤收发机传输到工控机的瓦斯监测系统，该系统仅能识别瓦斯监测器的编码信息，不能确定其监测到的瓦斯浓度的地点。

如上所述的现有技术中，由于无法随着井下人员移动而监测瓦斯，因此不能有效地检测井下工作人员附近的瓦斯浓度，从而无法保证工作环境的安全且不能有效实现井下大面积瓦斯监测。另外，由于无法定位瓦斯检测器的位置，就不能明确移动瓦斯监测的地点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供能够实现移动瓦斯浓度感测且能够确定感测瓦斯浓度的位置的一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法。

根据本发明的实施例的一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统，包括：由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器，用于感测瓦斯浓度；设置于矿井的无线通信基站，通过与移动瓦斯检测器进行无线通信来确定移动瓦斯检测器的位置并接收关于感测的瓦斯浓度的信息；监控中心服务器，从所述无线通信基站接收所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。

另外，所述移动瓦斯监控系统，还包括超限断电控制装置，其中，无线通信基站在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时向所述超限断电控制装置输出断电控制信息，以使所述超限断电控制装置执行矿井的断电控制操作。

另外，所述移动瓦斯监控系统，还包括与矿井的监控分区相应的子监控网络，其中，每一个子监控网络包括通过各自的通信接口串行连接的多个无线通信基站、与所述多个无线通信基站中的一个无线通信基站连接的总线通信装置以及与所述多个无线通信基站中任意一个无线通信基站连接的超限断电控制装置，其中，子监控网络的无线通信基站通过总线通信装置与所述监控中心服务器进行通信，其中，各个子监控网络的总线通信装置相互连接。

另外，无线通信基站在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时直接向所述超限断电控制装置输出断电控制信息，或通过其它无线通信基站向所述超限断电控制装置输出断电控制信息。

另外，所述移动瓦斯检测器设置于由进入矿井的人员佩戴的帽灯。所述移动瓦斯检测器在感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。所述移动检测器由所述帽灯的电源供电。

另外，所述移动瓦斯检测器包括：瓦斯监测报警单元，感测瓦斯浓度且当感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报；第一无线射频定位单元，通过与无线通信基站进行无线通信来执行移动瓦斯检测器的位置确定并将感测的瓦斯浓度发送到无线通信基站。

另外，所述瓦斯检测报警单元包括：感测瓦斯浓度的瓦斯传感器、通过驱动帽灯的灯具来发出警报的报警驱动电路、当感测的瓦斯浓度大于预定阈值时控制所述报警驱动电路发出警报并将感测的瓦斯浓度转换为电信号的瓦斯浓度数据的第一控制器，所述第一无线射频定位单元包括天线、从第一控制器接收所述瓦斯浓度数据的第二控制器、在第二控制器的控制下通过所述天线与无线通信基站进行无线通信来将瓦斯浓度数据发送到无线通信基站并执行移动瓦斯检测器的位置测量的无线射频单元。

另外，所述无线通信基站包括：用于无线通信基站之间的连接的RS485通信接口；第二无线射频定位单元，通过与移动瓦斯检测器进行无线通信来接收瓦斯浓度并执行移动瓦斯检测器的位置测量；第三控制器，通过RS485通信接口经总线通信装置将从第二无线射频定位单元接收的瓦斯浓度数据和移动瓦斯检测器的位置提供给总线通信装置，并且在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时向所述超限断电控制装置输出报警断电信息。

另外，所述总线通信装置为CAN总线通信装置，且通过设置于矿井外的CAN通信接口连接到监控中心服务器。

另外，所述CAN总线通信装置包括：用于向无线通信基站供电的本质安全电源；安全栅；集成了多个CAN通道并且用于连接所述CAN通信接口和其它CAN总线通信装置的CAN总线集线器；RS485/CAN转换器，其中，RS485/CAN转换器的485端口通过所述安全栅连接到无线通信基站的RS485接口。

根据本发明的另一实施例的一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法，包括：由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器感测瓦斯浓度；设置于矿井的无线通信基站通过与所述移动瓦斯检测器进行无线通信来确定移动瓦斯检测器的位置并接收所述感测的瓦斯浓度；将感测的瓦斯浓度与预定阈值相比较，并且感测的瓦斯浓度超过所述预定阈值时发出警报；监控中心服务器从所述无线通信基站接收关于所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。

另外，当感测的瓦斯浓度超过预定阈值时发出警报的步骤包括：由无线通信基站比较感测的瓦斯浓度与预定阈值，并且在感测的瓦斯浓度超过预定阈值时执行矿井的断电控制操作。

另外，所述移动瓦斯检测器设置于由进入矿井的人员佩戴的帽灯，并且所述移动瓦斯检测器在感测的瓦斯浓度大于所述预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。

另外，所述移动瓦斯监控方法还包括：将移动瓦斯检测器作为移动节点，将无线通信基站作为固定节点来构建无线通信网络；无线通信基站之间采用有线通信并连接到监控中心服务器，从而形成全矿井瓦斯监控系统。

另外，监控中心服务器存储并显示关于所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息。

本发明所提供的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法，由设置于每个矿工佩戴的安全帽灯的移动移动瓦斯检测器来完成精确定位和所在地点的移动瓦斯感测，扩展了井下瓦斯监测范围，提高了瓦斯监测实时性，使瓦斯监测更可靠。另外，本发明所提供的系统和方法能够实现全矿井移动瓦斯监测和作业人员精确定位的双重功能，并提供了实时监测瓦斯浓度的位置。此外，无线通信基站能实现瓦斯超限，则就地断电控制，也能通过相关联基站快速执行异地断电控制，实现了“煤矿安全规程”中采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，切断电源，撤出人员的要求，从而避免电气火源引起瓦斯爆炸的规定。

本发明提出的移动瓦斯监控方法和系统既可用于煤矿日常生产的安全监控管理，保障煤矿安全生产，也为煤矿灾变抢险救援决策提供依据，加快救援进度，减少灾后人员伤亡。

附图说明

图1为示出根据本发明的示例性实施例的移动瓦斯监控系统的框图；

图2为示出根据本发明的示例性实施例的设置于帽灯的移动瓦斯检测器的框图；

图3为示出根据本发明的示例性实施例的无线通信基站的框图；

图4为示出根据本发明的示例性实施例的总线通信装置的框图；

图5为示出根据本发明的示例性实施例的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法的流程图；

图6为示出来根据本发明的示例性实施例的基于SDS-TWR的定位方法的流程图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

在本发明的移动瓦斯监控系统中，由进入矿井的作业人员（以下简称“作业人员”）携带的移动瓦斯检测器来感测瓦斯浓度；所述移动瓦斯检测器通过设置于矿井的无线通信基站进行无线通信，并将关于感测的瓦斯浓度的信息提供给所述无线通信基站，同时所述无线通信基站通过与所述移动瓦斯检测器的无线通信来确定所述移动瓦斯检测器的位置；无线通信基站将关于感测的瓦斯浓度的信息以及关于移动瓦斯检测器的位置的信息提供给监控中心服务器，以进行所述信息的管理。

图1为示出根据本发明的示例性实施例的移动瓦斯监控系统的框图。如图1所示，根据本发明的示例性实施例的移动瓦斯监控系统包括移动瓦斯检测器1、无线通信基站2、超限断电控制装置3、总线通信装置4以及监控中心服务器6。

用于感测瓦斯浓度的移动瓦斯检测器1由作业人员携带，因此可以感测作业人员周围的瓦斯浓度，从而确保证了工作环境的安全且实现井下大面积瓦斯监测。

优选地，移动瓦斯检测器1可设置于作业人员佩戴的帽灯。此外，移动瓦斯检测器1在感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。这里，移动检测器1与所述帽灯共享同一电源，即移动检测器1通过所述帽灯的电源来供电。

稍后，将参照图2来详细描述以设置于帽灯的移动瓦斯检测器的具体结构。

设置于矿井的无线通信基站2通过与移动瓦斯检测器1进行无线通信来从移动瓦斯检测器1接收关于感测的瓦斯浓度的信息。无线通信基站2在接收的瓦斯浓度超过所述预定阈值时，向超限断电控制装置3输出断电控制信息，以执行矿井的断电控制操作，由此能够避免电气火源引爆瓦斯。

此外，无线通信基站2通过与移动瓦斯检测器1进行无线通信来执行移动瓦斯检测器1的位置的测量，即，确定移动瓦斯检测器1的位置。稍后将参照图6来详细描述无线通信基站2确定移动瓦斯检测器1的位置的方法。这里的无线通信MAC协议采用时分多址接入（TDMA）协议，而采用的定位方法是基于SDS-TWR算法的对称双边双向测距的定位方法。稍后，将参照图6来详细描述基于SDS-TWR的定位方法。

稍后，将参照图3来详细描述无线通信基站的具体结构。

超限断电控制装置3用于断开矿井的监控区域的电源。具体地讲，当接收的瓦斯浓度大于所述预定阈值时，无线通信基站2向超限断电控制装置3输出断电控制信息，超限断电控制装置3接收到断电控制信息之后执行矿井的断电控制操作，从而断开矿井的监控区域的电源。

监控中心服务器6从无线通信基站2接收关于接收的瓦斯浓度的信息以及关于移动瓦斯检测器的位置的信息，以对这些信息进行管理。具体地讲，监控中心服务器6可储存、查询、显示井下作业人员的位置、行动踪迹和所在地点的瓦斯浓度，并通过互联网与用户终端相连，从而实现数字化联网。优选地，监控中心服务器6以列表、WEBGIS等方式显示作业人员位置和所在位置的瓦斯浓度。

总线通信装置4用于延长无线通信基站2与监控中心服务器6的通信距离。优选地，所述总线通信装置4为CAN总线通信装置。可选择地，所述总线通信装置4可以是能够延长通信距离的其它类型的总线通信装置。

另外，如图1所示，CAN总线通信装置4可通过设置于矿井外的CAN通信接口5连接到监控中心服务器6，以与监控中心服务器6进行有线通信。

稍后，将参照图4来描述总线通信装置4的具体结构。

一般来讲，一个矿井可包括多个矿井的监控分区。基于此，根据本发明的实施例的移动瓦斯监控系统可包括分别与矿井的监控分区相应的多个子监控网络。

根据本发明的示例性实施例，每一个子监控网络包括串行连接的多个无线通信基站2、与所述多个无线通信基站2中的第一无线通信基站连接的总线通信装置4以及与所述多个无线通信基站2中的第二无线通信基站连接的超限断电控制装置3。

这里，需要注意的是，第一无线通信基站指的是多个无线通信基站中的与总线通信装置4连接的无线通信基站，而第二无线通信基站指的是多个无线通信基站中的连接到超限断电控制装置3的任意一个无线通信基站。如本领域技术人员所理解的，所述第一无线通信基站和第二无线通信基站可以分别是多个无线通信基站，而且第一无线通信基站与第二无线通信基站可以是相同的无线通信基站。

由于每一个无线通信基站的无线通信范围有限，因此在矿井中设置无线通信基站2时，可适当的调整设置无线通信基站的位置，使得无论移动瓦斯检测器1(即，作业人员)在何处，移动瓦斯检测器总能够与至少一个无线通信基站2通信。

另外，由于子监控网络内的无线通信基站2形成串行连接，因此子监控网络内的无线通信基站2之间可以共享所述位置信息和瓦斯浓度的信息。同时，如果确定瓦斯浓度超过预定阈值的无线通信基站不是如上所述的连接到超限断电控制装置3的第二无线通信终端，则无线通信基站可通过无线通信基站之间的有线通信，将异地断电控制命令传送给第二无线通信终端，从而完成断电操作。

能够与移动瓦斯检测器1进行无线通信的无线通信基站2将关于接收的瓦斯浓度的信息以及关于确定的移动瓦斯检测器的位置的信息，通过与其串行连接的多个无线通信基站传递到总线通信装置4，并经所述总线通信装置4将所述信息传递到监控中心服务器6。这里，所述多个无线通信基站2通过RS485通信接口串行连接。即，如图3所示，每一个无线通信基站2可包括RS485通信接口23。可选择地，所述无线通信基站可包括其它类型的通信基站，以在所述多个无线通信基站之间彼此连接。

另外，如图1所示每一个子监控网络的总线通信装置4相互连接。

下面，结合图2来详细描述设置于帽灯的移动瓦斯检测器的具体结构。移动瓦斯检测器1可包括瓦斯监测报警单元11和第一无线射频定位单元12。

瓦斯监测报警单元11用于感测瓦斯浓度且当感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。具体地讲，如图2所示，瓦斯监测报警单元11可包括：感测瓦斯浓度的瓦斯传感器111、第一控制器112以及通过驱动帽灯的灯具(例如，图1所示的帽灯灯具14)来发出警报的报警驱动电路113。

第一控制器112判断感测的瓦斯浓度是否大于所述预定阈值，并且当感测的瓦斯浓度大于所述预定阈值时控制所述报警驱动电路113发出警报。此外，第一控制器112将感测的瓦斯浓度转换为电信号以发送到无线通信基站2。

第一无线射频定位单元12通过与无线通信基站2进行无线通信来执行移动瓦斯检测器1的位置确定并将感测的瓦斯浓度发送到无线通信基站。具体地讲，如图2所示，所述第一无线射频定位单元12可包括天线123、从第一控制器接收电信号的瓦斯浓度的第二控制器122、在第二控制器122的控制下122通过所述天线123与无线通信基站进行无线通信来将关于感测的瓦斯浓度的信息发送到无线通信基站并执行移动瓦斯检测器的位置测量的无线射频单元121。这里，所述无线射频定位单元121可以是基于NANOLOC的无线射频单元。另外，第二控制器122可通过SPI接口实现对无线射频单元121的控制。

另外，如图2所示，所述移动瓦斯检测器由帽灯电池13进行供电。并且，所述移动瓦斯检测器还可包括可由报警驱动电路113驱动的帽灯灯具14。

下面，结合图3来详细描述无线通信基站的具体结构。

如图3所示，根据本发明的示例性实施例的无线通信基站2包括第二无线射频定位单元21、第三控制器22、RS485通信接口23和存储单元24。

第二无线射频定位单元21可通过与移动瓦斯检测器1进行无线通信来接收关于感测的瓦斯浓度的信息并执行移动瓦斯检测器的位置测量。这里，第二无线射频定位单元21具有与移动瓦斯检测器1的第一无线射频定位单元12相对应的结构。

第二控制器22可通过UART串口与第二无线射频定位单元21交换数据，以将关于位置的信息和关于瓦斯浓度的信息存储在存储单元24。

第三控制器22可通过RS485通信接口23将从第二无线射频定位单元21接收的关于瓦斯浓度的信息和关于移动瓦斯检测器的位置的信息提供给总线通信装置4。此外，第三控制器22可判断接收的瓦斯浓度是否超过预定阈值并且在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时(例如，经过其具有的一个IO口)向所述超限断电控制装置3输出报警断电信息。

RS485通信接口23完成无线通信基站之间的数据传输。

另外，根据本发明的示例性实施例的无线通信基站还可包括由外部矿用本质安全电源(例如，CAN总线通信装置)输入的作为二次稳压电源的供电单元25。

下面，结合图4来详细描述总线通信装置4的具体结构，其中，图4示出了总线通信装置为CAN总线通信装置的示例。如本领域技术人员所理解的，总线通信装置不限于CAN总线通信装置，还可以使用其它类型的总线通信装置。

如图4所示，CAN总线通信装置4包括CAN总线集线器41、RS485/CAN转换器42、安全栅43以及本质安全电源44。

CAN总线集线器41集成了多个CAN通道并且用于连接所述CAN通信接口5和其它CAN总线通信装置，以用于改变CAN网络拓扑结构，形成适于煤矿井下巷道拓扑结构的树状网络。

所述RS485/CAN转换器42的RS485端口通过所述安全栅43连接到无线通信基站2的RS485接口23(参照图2)。另外，RS485/CAN转换器42的CAN端口连接到CAN总线集线器41的一个CAN通道上。

安全栅43与无线通信基站2连接，用以隔断来自CAN总线通信装置2上的危险电压进入到本质安全电路(即，无线通信基站2)，从而影响移动瓦斯监控系统(尤其，无线通信网络)的本质安全性能。

本质安全电源44向本发明中的无线通信基站2供电。如本领域技术人员所熟知的，本质安全电源是经国家指定煤矿防爆检验机构检验评审的安全电源装置。

另外，如图4所示，根据本发明的示例性实施例的CAN总线通信装置4还可包括：AC/DC电源变换器45，用于将煤矿井下动力电源转换为直流电，以向CAN总线通信装置4内的各个功能单元供电；备用电池46，用于井下动力电源中断后继续向CAN总线通信装置4内的各个功能单元供电。这里，备用电池46可以选用磷酸铁锂离子可充电电池。

下面，介绍根据本发明的示例性实施例的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法。如上所述，根据本发明的示例性实施例的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法可包括：由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器1实时感测瓦斯浓度；无线通信基站2通过无线通信从移动瓦斯检测器1接收关于所述感测的瓦斯浓度的信息，并通过与所述移动瓦斯检测器1的无线通信确定移动瓦斯检测器1的位置；监控中心服务器6通过有线通信从所述无线通信基站2接收关于感测的瓦斯浓度的信息以及关于移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。

另外，根据本发明的示例性实施例的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法，当瓦斯浓度超过预定阈值时发出警报，例如，当瓦斯浓度超过预定阈值时执行矿井的断电控制操作。另外，如果所述移动瓦斯检测器设置于由进入矿井的人员佩戴的帽灯，则所述移动瓦斯检测器在感测的瓦斯浓度大于所述预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。

下面，结合图5来详细描述根据本发明的示例性实施例的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法。

步骤S110：将设置于进入矿井的人员佩戴的安全帽灯的移动瓦斯检测器1作为移动节点，将设置于矿井下的无线通信基站2作为固定接点来构建无线通信网络。

步骤S120：无线通信基站2之间采用有线通信，从而连接到监控中心服务器6，从而形成全矿井瓦斯监控系统。

步骤S130：设置于安全帽灯的移动瓦斯检测器1实时感测瓦斯浓度，并且当瓦斯浓度超限时，移动瓦斯检测器1通过使安全帽灯的灯光闪烁来发出报警。

步骤S140：无线通信基站2与移动瓦斯检测器1进行无线通信来完成测距定位，从而获得移动瓦斯检测器1的位置的信息，同时从移动瓦斯检测器1接收关于感测的瓦斯浓度的信息。这里的无线通信MAC协议采用时分多址接入（TDMA）协议，而采用的定位方法是基于SDS-TWR算法的对称双边双向测距的定位方法。稍后，将参照图6来详细描述基于SDS-TWR的定位方法。

步骤S150：无线通信基站2存储位置信息和关于瓦斯浓度的信息，并通过有线通信将位置信息和关于瓦斯浓度的信息发送给监控中心服务器6。

步骤S160：无线通信基站2判断瓦斯浓度是否超过预定阈值，并且当瓦斯浓度超过预定阈值时输出本地断电控制命令，或将异地断电控制命令传送给相关联基站，从而切断工作面动力电源。

步骤S170：监控中心服务器6处理、存储位置信息和关于瓦斯浓度的信息，数据终端以列表、WEBGIS方式显示人员位置和所在位置的瓦斯浓度信息。

下面，结合图6来描述基于无线通信的测距方法。

所述的SDS-TWR算法的对称双边双向测距的定位方法是利用NANOLOC芯片固有的测距原理实现移动瓦斯检测器与无线通信基站之间的测距定位。为了便于描述，以A节点代表移动瓦斯检测器，以B节点代表无线通信基站，其测距定位步骤是：

在步骤S210，即T₁时间点，节点A向节点B发送数据包（Data）。

在步骤S220，即T₂时间点，节点B收到节点A发送的数据包。

在步骤S230，即T₃=T₂+T_replyB时间点，节点B向节点A发送确认包（ACK）。

在步骤S240，即T₄=T₁+T_replyB时间点，A节点收到B节点发送的确认包。

在步骤S250，即T₅时间点，B节点再向A节点发送数据包。

在步骤S260，即T₆时间点，A节点收到B节点发送的数据包。

在步骤S270，即T₇=T₆+T_replyA时间点，A节点向B节点发送确认包。

在步骤S280，T₈=T₅+T_roundB时间，B节点收到A节点发送的确认包。

在步骤S290，在节点B上计算出A节点与B节点之间发送数据的时间和二点之间的距离。

时间为T_d=1/4(T_roundA-T_replyA+T_roundB-T_replyB)

A节点与B节点之间的距离为：d=vT_d=v/4(T_roundA-T_reply+T_roundB-T_replyB)。

上述公式中v为电波的传播速率，即光速。

本发明所提供的基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统和方法，由设置于每个矿工佩戴的安全帽灯的移动瓦斯检测器来完成精确定位和所在地点的瓦斯感测，扩展了井下瓦斯监测范围，提高了瓦斯监测实时性，使瓦斯监测更可靠。另外，本发明所提供的系统和方法能够实现全矿井移动瓦斯监测和作业人员精确定位的双重功能，并提供了实时监测瓦斯浓度的位置。此外，无线通信基站能实现瓦斯超限就地断电控制，也能通过相关联基站快速地执行异地断电控制，实现了“煤矿安全规程”中采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，切断电源，撤出人员的要求，避免电气火源引起瓦斯爆炸的规定。

虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims

1.一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控系统，其特征在于包括：

由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器，用于感测瓦斯浓度；

设置于矿井的无线通信基站，通过与移动瓦斯检测器进行无线通信来确定移动瓦斯检测器的位置并接收关于感测的瓦斯浓度的信息；

监控中心服务器，从所述无线通信基站接收所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。

2.如权利要求1所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，还包括超限断电控制装置，

其中，无线通信基站在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时向所述超限断电控制装置输出断电控制信息，以使所述超限断电控制装置执行矿井的监控区域的断电控制操作。

3.如权利要求2所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于包括与矿井的监控分区相应的子监控网络，

其中，每一个子监控网络包括通过各自的通信接口串行连接的多个无线通信基站、与所述多个无线通信基站中的一个无线通信基站连接的总线通信装置以及与所述多个无线通信基站中的任意一个无线通信基站连接的超限断电控制装置，

其中，子监控网络的无线通信基站通过总线通信装置与所述监控中心服务器进行通信，

其中，各个子监控网络的总线通信装置相互连接。

4.如权利要求3所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于无线通信基站在在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时直接向所述超限断电控制装置输出断电控制信息，或通过其它无线通信基站向所述超限断电控制装置输出断电控制信息。

5.如权利要求3所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述移动瓦斯检测器设置于由进入矿井的人员佩戴的帽灯。

6.如权利要求5所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述移动瓦斯检测器在感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。

7.如权利要求5所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述移动检测器由所述帽灯的电源供电。

8.如权利要求5所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述移动瓦斯检测器包括：

瓦斯监测报警单元，感测瓦斯浓度且当感测的瓦斯浓度大于预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报；

第一无线射频定位单元，通过与无线通信基站进行无线通信来执行移动瓦斯检测器的位置确定并将感测的瓦斯浓度发送到无线通信基站。

9.如权利要求8所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述瓦斯检测报警单元包括：感测瓦斯浓度的瓦斯传感器、通过驱动帽灯的灯具来发出警报的报警驱动电路、当感测的瓦斯浓度大于预定阈值时控制所述报警驱动电路发出警报并将感测的瓦斯浓度转换为电信号的瓦斯浓度数据的第一控制器，

所述第一无线射频定位单元包括天线、从第一控制器接收所述瓦斯浓度数据的第二控制器、在第二控制器的控制下通过所述天线与无线通信基站进行无线通信来将瓦斯浓度数据发送到无线通信基站并执行移动瓦斯检测器的位置测量的无线射频单元。

10.如权利要求3所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述无线通信基站包括：

用于无线通信基站之间的连接的RS485通信接口；

第二无线射频定位单元，通过与移动瓦斯检测器进行无线通信来接收瓦斯浓度并执行移动瓦斯检测器的位置测量；

第三控制器，通过RS485通信接口经总线通信装置将从第二无线射频定位单元接收的瓦斯浓度数据和移动瓦斯检测器的位置提供给总线通信装置，并且在接收的瓦斯浓度超过预定阈值时向所述超限断电控制装置输出报警断电信息。

11.如权利要求3所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述总线通信装置为CAN总线通信装置，且通过设置于矿井外的CAN通信接口连接到监控中心服务器。

12.如权利要求11所述的移动瓦斯监控系统，其特征在于，所述CAN总线通信装置包括：

用于向无线通信基站供电的本质安全电源；

安全栅；

集成了多个CAN通道并且用于连接所述CAN通信接口和其它CAN总线通信装置的CAN总线集线器；

RS485/CAN转换器，

其中，RS485/CAN转换器的485端口通过所述安全栅连接到无线通信基站的RS485接口。

13.一种基于煤矿井下精确定位的移动瓦斯监控方法，其特征在于包括：

由进入矿井的人员携带的移动瓦斯检测器感测瓦斯浓度；

设置于矿井的无线通信基站通过与所述移动瓦斯检测器进行无线通信来确定移动瓦斯检测器的位置并接收所述感测的瓦斯浓度；

将感测的瓦斯浓度与预定阈值相比较，并且感测的瓦斯浓度超过所述预定阈值时发出警报；

监控中心服务器从所述无线通信基站接收关于所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息，以进行信息管理。

14.如权利要求13所述的移动瓦斯监控方法，其特征在于，当感测的瓦斯浓度超过预定阈值时发出警报的步骤包括：

由无线通信基站比较感测的瓦斯浓度与预定阈值，并且在感测的瓦斯浓度超过预定阈值时执行矿井的断电控制操作。

15.如权利要求13所述的移动瓦斯监控方法，其特征在于，所述移动瓦斯检测器设置于由进入矿井的人员佩戴的帽灯，并且所述移动瓦斯检测器在感测的瓦斯浓度大于所述预定阈值时通过驱动帽灯的灯具来发出警报。

16.如权利要求12所述的移动瓦斯监控方法，其特征在于，还包括：

将移动瓦斯检测器作为移动节点，将无线通信基站作为固定节点来构建无线通信网络；

无线通信基站之间采用有线通信并连接到监控中心服务器，从而形成全矿井瓦斯监控系统。

17.如权利要求13所述的移动瓦斯监控方法，其特征在于，监控中心服务器存储并显示关于所述感测的瓦斯浓度的信息以及关于所述移动瓦斯检测器的位置的信息。