CN104199430A - 井下机车状态无线监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下机车状态无线监控系统，包括一个地面远程监控平台、一个井下调度站和多个机车监控终端，所述地面远程监控平台通过有线电缆与所述井下调度站连接，所述井下调度站通过无线通信网络与所述多个机车监控终端分别连接，每一个机车监控终端设置在一个井下机车上，用于实时采集对应的井下机车的机车状态，所述井下调度站基于接收到的多个井下机车的机车状态，控制所述多个井下机车的机车调度。通过本发明，能够实现对井下机车的全方位状态监控和即时报警，并通过无线通信方式减少井下布线，维护了井下作业的安全，减轻了矿井管理部门的维护压力。

Description

井下机车状态无线监控系统

技术领域

本发明涉及井下监控领域，尤其涉及一种井下机车状态无线监控系统。

背景技术

矿井，指的是在地底下开采的矿山，有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。矿井开拓对金属矿山或采煤矿井的生产建设的全局有重大而深远的影响，他不仅关系矿井的基建工程量，初期投资和建井速度，更重要的是将长期决定矿井的生产条件、技术经济指标。矿井开拓即从地面向地下开掘一系列井巷，通至采区。

矿井开拓需要解决的主要问题是：正确划分井田，选择合理的开拓方式，确定矿井的生产能力，按标高划分开采水平，选择适当的通风方式，进行采区部署以及决定采区开采的顺序等。

在矿井的井巷中，负责运输矿产的交通工具是机车。20世纪初矿井机车运输逐步代替有极绳、无极绳运输。因设备简单，能运送各种货载，机动灵活，而得到广泛应用。机车运输适用于平均坡度3～5‰的水平巷道；局部最大坡度不超过30‰。矿井机车运输设备包括机车、矿车和轨道。

由于生产运营的特殊性，矿井一直是安全管理部门重点监控的场所，但监控点主要集中在开采面位置，缺少针对井下机车的监控系统，而井下机车由于数量多、负荷重、井下环境复杂、监控困难等多个客观原因，急需建立一套针对井下多个机车的远程监控管理系统，以实现合理规范多个机车的相对位置，快速了解机车附近情况，方便安全管理部门及时采取措施，避免危机扩大化。

因此，需要一种井下机车状态监控系统，将井下多个机车的多个状态包括机车运动方向、行进速度、前向图像和后向图像，以及与机车间距相关的报警信息，快速准确地上传到矿井监控平台，为矿井的安全管理部门的决策提供重要参考数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种井下机车状态无线监控系统，通过引入无线通信网络，将井下调度站和多个机车监控终端无障碍连接，为每一个机车监控终端增加多个状态监控设备，以实现全方位的状态监控，并根据机车间距的具体情况，发出不同的报警提示信息，帮助井下调度站了解每一个机车的环境信息，以采取有效措施摆脱危机，保障矿井的正常运营。

根据本发明的一方面，提供了一种井下机车状态无线监控系统，所述监控系统包括一个地面远程监控平台、一个井下调度站和多个机车监控终端，所述地面远程监控平台通过有线电缆与所述井下调度站连接，所述井下调度站通过无线通信网络与所述多个机车监控终端分别连接，每一个机车监控终端设置在一个井下机车上，用于实时采集对应的井下机车的机车状态，所述井下调度站基于接收到的多个井下机车的机车状态，控制所述多个井下机车的机车调度。

更具体地，所述井下机车状态无线监控系统中，所述机车监控终端还包括加速度传感器，包括质量块和压电元件，基于质量块对压电元件施加力的变化，确定井下机车的运动方向；速度检测仪，通过检测井下机车的车轮的旋转速度，确定井下机车的行进速度；前向摄像机，用于拍摄井下机车的前方景象以输出前向图像；后向摄像机，用于拍摄井下机车的后方景象以输出后向图像；无线通信接口，用于通过无线通信网络与所述井下调度站无线连接，以将接收到的机车状态转发给所述井下调度站，所述机车状态包括机车间距正常信号、机车间距预警信号、机车间距报警信号、运动方向、行进速度、前向图像和后向图像；机车驱动器，用于控制井下机车的行进速度和运动方向；前向红外线测距仪，包括前向红外线发射单元、前向红外线接收单元和前向运算单元，所述前向运算单元与所述前向红外线发射单元和所述前向红外线接收单元分别连接，所述前向红外线发射单元向井下机车的正前方发射红外线，所述前向红外线接收单元接收反射红外线，所述前向运算单元根据所述前向红外线发射单元的发射时间、所述前向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离前方机车的前向距离；后向红外线测距仪，包括后向红外线发射单元、后向红外线接收单元和后向运算单元，所述后向运算单元与所述后向红外线发射单元和所述后向红外线接收单元分别连接，所述后向红外线发射单元向井下机车的正后方发射红外线，所述后向红外线接收单元接收反射红外线，所述后向运算单元根据所述后向红外线发射单元的发射时间、所述后向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离后方机车的后向距离；微控制器，与所述加速度传感器、所述速度检测仪、所述前向摄像机、所述后向摄像机、所述无线通信接口、所述机车驱动器、所述前向红外线测距仪和所述后向红外线测距仪分别连接，当所述加速度传感器检测的运动方向为前向时，启动前向工作模式，当所述加速度传感器检测的运动方向为后向时，启动后向工作模式；所述井下调度站还包括无线通信接口，用于通过无线通信网络与每一个机车监控终端的无线通信接口连接，以接收所述机车状态，并发送调度命令；ARM10处理器，连接所述无线通信接口，基于多个机车监控终端的机车状态确定每一个机车监控终端的调度命令，所述调度命令用于控制机车监控终端对应的井下机车的行进速度和运动方向；显示器，连接所述ARM10处理器，用于显示每一个机车监控终端的机车状态；其中，在所述前向工作模式中，所述微控制器启动所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，关闭所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，在前向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在前向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在前向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述前向图像发送给所述无线通信接口；在所述后向工作模式中，所述微控制器启动所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，关闭所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，在后向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在后向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在后向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述后向图像发送给所述无线通信接口。

更具体地，所述井下机车状态无线监控系统中，所述地面远程监控平台通过有线电缆接收所述井下调度站转发的每一个机车监控终端的机车状态。

更具体地，所述井下机车状态无线监控系统中，所述前向摄像机包括图像编码器和前向摄像头，所述前向图像为压缩编码后的前向摄像头采集的图像。

更具体地，所述井下机车状态无线监控系统中，所述后向摄像机包括图像编码器和后向摄像头，所述后向图像为压缩编码后的后向摄像头采集的图像。

更具体地，所述井下机车状态无线监控系统中，所述机车监控终端还包括存储器，用于预存井下机车身长。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的井下机车状态无线监控系统的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的井下机车状态无线监控系统的井下调度站的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的井下机车状态无线监控系统的实施方案进行详细说明。

矿井，是矿场常见的建筑，当矿藏不存在于地面的一层，矿工必须在地面钻出沙井深入地心，利用各种开矿科技把地底深处矿物带上地面。矿井的开拓可以分成立井开拓，斜井开拓，平硐开拓和综合开拓，主井和运输巷等都需要永久的支护，可以采用砌碹支护，架拱支护，架蓬支护，锚杆支护，锚喷支护，锚网喷支护，锚索支护，金属拱形支架支护，料石支护，钢筋混凝土支护，当然还有各类支护之间的联合支护。采掘工作面就需要临时支护了，主要有打点柱，液压支柱支护，木支柱支护等方式。采煤一般都采用后退式采煤，边采边加强支护。采空区一般使用填充或者等它自己垮。

当前，对矿井的监控主要集中在矿井的采矿面周围，通过各种检测设备检测开矿位置的各种状态参数，避免矿难发生。然而，作为矿井运输的动脉，来回穿梭在地下矿井中的各个井下机车也会出现因为调度不力或各种复杂地下环境引起的机车相撞、机车超速、运输超载或矿产脱离等危机。这些危机的出现干扰了矿井的正常运营，降低了矿井的运输效率，给矿井经营者带来不菲的经济的损失。

本发明的井下机车状态无线监控系统，采用无线通信网络作为井下调度站和多个机车监控终端，以应对复杂的井下环境，在地面远程监控平台和井下调度站之间相对简单的通信环境下，采用有线电缆进行数据传输，以保障机车监控终端的多种状态数据和报警信息准确畅途地发送到安全管理部门的操纵平台。

图1为根据本发明实施方案示出的井下机车状态无线监控系统的结构方框图，如图1所示，所述井下机车状态无线监控系统包括地面远程监控平台1、井下调度站2和n个机车监控终端4，n为大于1的自然数，每一个机车监控终端4上设置了多种检测设备，用于对机车监控终端4周围环境进行即时检测，所述地面远程监控平台1通过有线电缆与所述井下调度站2连接，所述井下调度站2通过无线通信网络3与所述n个机车监控终端分别连接，每一个机车监控终端4设置在一个井下机车上，用于实时采集对应的井下机车的机车状态，所述井下调度站2基于接收到的多个井下机车的机车状态，控制所述多个井下机车的机车调度。

接着，对本发明的井下机车状态无线监控系统的结构进行更具体的说明。

在所述井下机车状态无线监控系统中，每一个机车监控终端4还包括加速度传感器，包括质量块和压电元件，基于质量块对压电元件施加力的变化，确定井下机车的运动方向；速度检测仪，通过检测井下机车的车轮的旋转速度，确定井下机车的行进速度；前向摄像机，用于拍摄井下机车的前方景象以输出前向图像；后向摄像机，用于拍摄井下机车的后方景象以输出后向图像。

每一个机车监控终端4还包括无线通信接口，用于通过无线通信网络3与所述井下调度站2无线连接，以将接收到的机车状态转发给所述井下调度站2，所述机车状态包括机车间距正常信号、机车间距预警信号、机车间距报警信号、运动方向、行进速度、前向图像和后向图像；机车驱动器，用于控制井下机车的行进速度和运动方向。

每一个机车监控终端4还包括前向红外线测距仪，包括前向红外线发射单元、前向红外线接收单元和前向运算单元，所述前向运算单元与所述前向红外线发射单元和所述前向红外线接收单元分别连接，所述前向红外线发射单元向井下机车的正前方发射红外线，所述前向红外线接收单元接收反射红外线，所述前向运算单元根据所述前向红外线发射单元的发射时间、所述前向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离前方机车的前向距离。

每一个机车监控终端4还包括后向红外线测距仪，包括后向红外线发射单元、后向红外线接收单元和后向运算单元，所述后向运算单元与所述后向红外线发射单元和所述后向红外线接收单元分别连接，所述后向红外线发射单元向井下机车的正后方发射红外线，所述后向红外线接收单元接收反射红外线，所述后向运算单元根据所述后向红外线发射单元的发射时间、所述后向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离后方机车的后向距离。

每一个机车监控终端4还包括微控制器，与所述加速度传感器、所述速度检测仪、所述前向摄像机、所述后向摄像机、所述无线通信接口、所述机车驱动器、所述前向红外线测距仪和所述后向红外线测距仪分别连接，当所述加速度传感器检测的运动方向为前向时，启动前向工作模式，当所述加速度传感器检测的运动方向为后向时，启动后向工作模式。

参照图2，所述井下调度站2还包括无线通信接口22，用于通过无线通信网络与每一个机车监控终端4的无线通信接口连接，以接收所述机车状态，并发送调度命令；ARM10处理器21，连接所述无线通信接口22，基于n个机车监控终端4的机车状态确定每一个机车监控终端的调度命令，所述调度命令用于控制机车监控终端4对应的井下机车的行进速度和运动方向。

所述井下调度站2还包括显示器23，连接所述ARM10处理器21，用于显示每一个机车监控终端4的机车状态。

其中，在所述前向工作模式中，所述微控制器启动所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，关闭所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，在前向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在前向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在前向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述前向图像发送给所述无线通信接口。

其中，在所述后向工作模式中，所述微控制器启动所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，关闭所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，在后向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在后向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在后向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述后向图像发送给所述无线通信接口。

其中，在所述井下机车状态无线监控系统中，所述地面远程监控平台1通过有线电缆接收所述井下调度站2转发的每一个机车监控终端4的机车状态，所述前向摄像机可包括图像编码器和前向摄像头，所述前向图像为压缩编码后的前向摄像头采集的图像，所述后向摄像机可包括图像编码器和后向摄像头，所述后向图像为压缩编码后的后向摄像头采集的图像，所述机车监控终端4还可以包括存储器，用于预存井下机车身长。

另外，由于矿井的复杂危险的工作环境，对图像采集设备具有较高的防爆要求，在煤矿井下存在的易燃易爆物主要有以下几种：汽油、柴油、液态烃、清洁汽油、甲烷以及现场可能出现一些硫化氢、CO等有害气体。为了满足矿井的防爆要求，机车监控终端4的前向摄像机和后向摄像机都可选择防爆摄像机。

防爆摄像机，顾名思义就是起到防止爆炸的摄像机，其主要作用就是气体隔爆或者粉尘防爆，可以用于化工厂，加油站，油田油库，军工航天，矿山矿井等有危险可燃性气体或者粉尘的地方。因为要有防爆的功能，所以外壳也要有很强的隔爆功能。防爆摄像机产品的气密性很高，与外界空气要做到完全隔绝。目前国内的标准设C级为最高等级，B级的气密性没有那么好，在一些危险场所还是选隔爆性能好的产品。

采用本发明的井下机车状态无线监控系统，针对井下监控系统很少对机车进行监控、容易导致机车运营混乱的技术问题，通过为每一个机车设置多个监控设备进行全方位的数据监控，实现不同机车间隔的有差别的报警策略，同时引入无线通信网络保障机车数据传输的畅途，为远程监控终端合理调度、消除各种危机提供数据基础，是保证机车行车安全、提高运输效率、降低运输成本和减轻员工劳动强度的重要设施，从而实现矿井机车运输监控，加快车辆的周转，减少运输岗位人员，提高运输效率，降低运输成本，有效防止机车碰头及追尾事故的发生，可为矿井带来显著的经济效益和社会效益。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种井下机车状态无线监控系统，其特征在于，所述监控系统包括一个地面远程监控平台、一个井下调度站和多个机车监控终端，所述地面远程监控平台通过有线电缆与所述井下调度站连接，所述井下调度站通过无线通信网络与所述多个机车监控终端分别连接，每一个机车监控终端设置在一个井下机车上，用于实时采集对应的井下机车的机车状态，所述井下调度站基于接收到的多个井下机车的机车状态，控制所述多个井下机车的机车调度。

2.如权利要求1所述的井下机车状态无线监控系统，其特征在于：

所述机车监控终端还包括：

加速度传感器，包括质量块和压电元件，基于质量块对压电元件施加力的变化，确定井下机车的运动方向；

速度检测仪，通过检测井下机车的车轮的旋转速度，确定井下机车的行进速度；

前向摄像机，用于拍摄井下机车的前方景象以输出前向图像；

后向摄像机，用于拍摄井下机车的后方景象以输出后向图像；

无线通信接口，用于通过无线通信网络与所述井下调度站无线连接，以将接收到的机车状态转发给所述井下调度站，所述机车状态包括机车间距正常信号、机车间距预警信号、机车间距报警信号、运动方向、行进速度、前向图像和后向图像；

机车驱动器，用于控制井下机车的行进速度和运动方向；

前向红外线测距仪，包括前向红外线发射单元、前向红外线接收单元和前向运算单元，所述前向运算单元与所述前向红外线发射单元和所述前向红外线接收单元分别连接，所述前向红外线发射单元向井下机车的正前方发射红外线，所述前向红外线接收单元接收反射红外线，所述前向运算单元根据所述前向红外线发射单元的发射时间、所述前向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离前方机车的前向距离；

后向红外线测距仪，包括后向红外线发射单元、后向红外线接收单元和后向运算单元，所述后向运算单元与所述后向红外线发射单元和所述后向红外线接收单元分别连接，所述后向红外线发射单元向井下机车的正后方发射红外线，所述后向红外线接收单元接收反射红外线，所述后向运算单元根据所述后向红外线发射单元的发射时间、所述后向红外线接收单元的接收时间和红外线传播速度计算井下机车距离后方机车的后向距离；

微控制器，与所述加速度传感器、所述速度检测仪、所述前向摄像机、所述后向摄像机、所述无线通信接口、所述机车驱动器、所述前向红外线测距仪和所述后向红外线测距仪分别连接，当所述加速度传感器检测的运动方向为前向时，启动前向工作模式，当所述加速度传感器检测的运动方向为后向时，启动后向工作模式；

所述井下调度站还包括：

无线通信接口，用于通过无线通信网络与每一个机车监控终端的无线通信接口连接，以接收所述机车状态，并发送调度命令；

ARM10处理器，连接所述无线通信接口，基于多个机车监控终端的机车状态确定每一个机车监控终端的调度命令，所述调度命令用于控制机车监控终端对应的井下机车的行进速度和运动方向；

显示器，连接所述ARM10处理器，用于显示每一个机车监控终端的机车状态；

其中，在所述前向工作模式中，所述微控制器启动所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，关闭所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，在前向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在前向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在前向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述前向图像发送给所述无线通信接口；

其中，在所述后向工作模式中，所述微控制器启动所述后向摄像机和所述后向红外线测距仪，关闭所述前向摄像机和所述前向红外线测距仪，在后向距离大于井下机车身长的10倍时，向所述无线通信接口发出机车间距正常信号，在后向距离小于等于井下机车身长的10倍且大于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距预警信号，在后向距离小于等于井下机车身长的2倍时，向所述无线通信接口发出机车间距报警信号，并将所述行进速度、所述运动方向和所述后向图像发送给所述无线通信接口。

3.如权利要求2所述的井下机车状态无线监控系统，其特征在于：

所述地面远程监控平台通过有线电缆接收所述井下调度站转发的每一个机车监控终端的机车状态。

4.如权利要求2所述的井下机车状态无线监控系统，其特征在于：

所述前向摄像机包括图像编码器和前向摄像头，所述前向图像为压缩编码后的前向摄像头采集的图像。

5.如权利要求2所述的井下机车状态无线监控系统，其特征在于：

所述后向摄像机包括图像编码器和后向摄像头，所述后向图像为压缩编码后的后向摄像头采集的图像。

6.如权利要求2所述的井下机车状态无线监控系统，其特征在于：

所述机车监控终端还包括存储器，用于预存井下机车身长。