CN106989778A - 一种尾矿库在线安全监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾矿库在线安全监测系统，包括变形监测传感器组、视频数据采集模块、监测点内应力采集模块、视频数据处理模块、中央处理器、预测分析模块、专家评估模块、物理模型构建模块、虚拟作动器、虚拟传感器和仿真分析模块。本发明在线路中断时，可以通过北斗短报文通讯技术进行数据的应急传输，使用方便；能全方位的对尾矿库情况进行实时的检测，从而得出尾矿库情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过尾矿库物理模型的构建，对尾矿库的后续情况进行了预测和仿真分析，可以及时发现尾矿库中产生的问题，也可以将各种尾矿库管理方案转换成参数后作用于所建立的尾矿库物理模型，实现了尾矿库管理方案的合理选择。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿库监测系统，具体涉及一种尾矿库在线安全监测系统。
背景技术
目前国内矿山企业的尾矿库安全管理，在涉及库区安全的数据采集方面，都是采取人工巡检和人工携带仪器设备到现场实地测量相关数据，然后由工作人员手工整理后生成报表以供分析、管理、决策应用，此种方式数据采集周期长，且人工观测的精度完全依赖观测人员的工作经验，数据读取受天气变化的影响较大，特殊时段需要的加测，将大大加重工作人员的负担，同时观测资料的可信程度大大降低，不能做到实时、真实反映出实际情况。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种尾矿库在线安全监测系统，在线路中断时，可以通过北斗短报文通讯技术进行数据的应急传输，使用方便；能全方位的对尾矿库情况进行实时的检测，从而得出尾矿库情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过尾矿库物理模型的构建，对尾矿库的后续情况进行了预测和仿真分析，可以及时发现尾矿库中产生的问题，也可以将各种尾矿库管理方案转换成参数后作用于所建立的尾矿库物理模型，实现了尾矿库管理方案的合理选择。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种尾矿库在线安全监测系统，包括
变形监测传感器组，内设北斗模块，安装于尾矿库实时变形监测点，用于变形监测点的变形数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
视频数据采集模块，内设北斗模块，用于通过架设在建筑实时变形监测点周围的数字摄影机进行高分辨率现场变形图像数据以及尾矿库内环境图像数据的采集，将采集到的图像数据通过数据传输模块发送到数据处理模块和中央处理器；
监测点内应力采集模块，内设北斗模块，用于进行建筑实时变形监测点内内应力数据值的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
视频数据处理模块，用于通过均值法进行背景建模，在视频图像中取连续N帧，计算这N帧图像像素灰度值的平均值作为背景图像的像素灰度值，建立不同情况下的安全参数模型；并将摄像头所采集到的视频图像中的各帧图像转化为灰度，将所得灰度图像与对应的建模背景进行差分操作，并对差分后的图像进行滤波处理，去除噪声，利用预设阈值，对差分后的图像进行对比检测，从而输出尾矿库安全评估结果至显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收变形监测传感器组、视频数据采集模块以及监测点内应力采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的数据发送到预测分析模块和专家评估模块；还用于将完成标记的数据转换成物理模型构建模块所能识别的数据格式发送到物理模型构建模块；用于根据人机操作模块输入的数据在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到指定的模块；
预测分析模块，用于根据接收到的中央处理器所发送数据值进行尾矿库安全情况的预测分析，并将得到的结果预测发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；
专家评估模块，用于储存各类典型的尾矿库变形数据、、内应力数据及其所可能带来的建筑安全隐患模型，用于将接收到的中央处理器所发送的数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；
物理模型构建模块，通过Flac3D根据接收到的监测数据进行尾矿库物理模型的建立；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；并用于改变转移节点的位置、方向设置，使尾矿库物理模型运动；还用于根据接收的控制命令进行尾矿库物理模型的分解、切割、放大和缩小；
虚拟传感器，为在尾矿库物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的尾矿库物理模型元素上；
在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
人机操作模块，用于用户登录，还用于输入各种控制命令和待储存数据。
其中，所述预测分析模块包括
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图
对比分析模块，将绘制曲线与原实测曲线进行对比分析和预测，输出分析预测结果；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。
其中，所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或变形数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随变形监测点推进的变化规律。
其中，还包括两显示屏，其中一个显示屏用于进行监测视频、监测图片以及监测数据的播放，内设转换模块，可以根据需要将监测视频或监测数据转换成文字播放；还用于显示人机操作模块输入的各种数据以及整个监测过程中需要显示的数据，并基于检测到的数据输出表征建筑变形情况的二维结果图、三维结果图；另一个显示屏用于物理模型的建立及其仿真分析。
其中，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。
其中，所述数据传输模块采用GSM传输模块。
其中，还包括一气象传感器组，用于尾矿库周围环境的数据的采集，至少包括大气压,湿度,降水,温度,风速、风向，并将采集到的数据发送到中央处理器。
本发明具有以下有益效果：
在线路中断时，可以通过北斗短报文通讯技术进行数据的应急传输，使用方便；能全方位的对尾矿库情况进行实时的检测，从而得出尾矿库情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过尾矿库物理模型的构建，对尾矿库的后续情况进行了预测和仿真分析，可以及时发现尾矿库中产生的问题，也可以将各种尾矿库管理方案转换成参数后作用于所建立的尾矿库物理模型，实现了尾矿库管理方案的合理选择；通过气象传感器的设置可以实现尾矿库周围环境情况的采集，从而提高了整个系统的监测精确度。
附图说明
图1为本发明实施例一种尾矿库在线安全监测系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种尾矿库在线安全监测系统，包括
变形监测传感器组，内设北斗模块，安装于尾矿库实时变形监测点，用于变形监测点的变形数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
视频数据采集模块，内设北斗模块，用于通过架设在建筑实时变形监测点周围的数字摄影机进行高分辨率现场变形图像数据以及尾矿库内环境图像数据的采集，将采集到的图像数据通过数据传输模块发送到数据处理模块和中央处理器；
监测点内应力采集模块，内设北斗模块，用于进行建筑实时变形监测点内内应力数据值的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
气象传感器组，用于尾矿库周围环境的数据的采集，至少包括大气压,湿度,降水,温度,风速、风向，并将采集到的数据发送到中央处理器；
视频数据处理模块，用于通过均值法进行背景建模，在视频图像中取连续N帧，计算这N帧图像像素灰度值的平均值作为背景图像的像素灰度值，建立不同情况下的安全参数模型；并将摄像头所采集到的视频图像中的各帧图像转化为灰度，将所得灰度图像与对应的建模背景进行差分操作，并对差分后的图像进行滤波处理，去除噪声，利用预设阈值，对差分后的图像进行对比检测，从而输出尾矿库安全评估结果至显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收变形监测传感器组、视频数据采集模块以及监测点内应力采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的数据发送到预测分析模块和专家评估模块；还用于将完成标记的数据转换成物理模型构建模块所能识别的数据格式发送到物理模型构建模块；用于根据人机操作模块输入的数据在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到指定的模块；
预测分析模块，用于根据接收到的中央处理器所发送数据值进行尾矿库安全情况的预测分析，并将得到的结果预测发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；具体的，所述预测分析模块包括
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图
对比分析模块，将绘制曲线与原实测曲线进行对比分析和预测，输出分析预测结果；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或变形数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随变形监测点推进的变化规律。
专家评估模块，用于储存各类典型的尾矿库变形数据、、内应力数据及其所可能带来的建筑安全隐患模型，用于将接收到的中央处理器所发送的数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；
物理模型构建模块，通过Flac3D根据接收到的监测数据进行尾矿库物理模型的建立；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；并用于改变转移节点的位置、方向设置，使尾矿库物理模型运动；还用于根据接收的控制命令进行尾矿库物理模型的分解、切割、放大和缩小；
虚拟传感器，为在尾矿库物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；比如虚拟变形监测传感器、虚拟监测点内应力传感器、虚拟气象传感器。
仿真分析模块，仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的尾矿库物理模型元素上；
在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
人机操作模块，用于用户登录，还用于输入各种控制命令和待储存数据。
还包括两显示屏，其中一个显示屏用于进行监测视频、监测图片以及监测数据的播放，内设转换模块，可以根据需要将监测视频或监测数据转换成文字播放；还用于显示人机操作模块输入的各种数据以及整个监测过程中需要显示的数据，并基于检测到的数据输出表征建筑变形情况的二维结果图、三维结果图；另一个显示屏用于物理模型的建立及其仿真分析。
还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。
所述数据传输模块采用GSM传输模块。
所述设计变量、设计目标以及设计约束与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系，从而可以建立起元素间的对应关系，从而打破两模块间的隔阂，并可以驱动起仿真分析模块，并从中直接得到想要的数据，从而大大的提升效率和数据质量。
所述仿真分析模块内设有Element：广义单元为仿真分析的真实对象；Property：特性为一些分析对象上静态的共用属性信息；Load：载荷为加载在这些分析载荷上外部影响因素或条件；Analysis：分析为各类具体的仿真分析方法和评估方法；Result：计算得到的数据以及基于数据处理的表格、云图、报告；Variable：设计变量是模型中可变量的标识；Target：设计目标是最终用于衡量模型的好坏或合理性的指标或指标的处理结果；Constraint：设计约束是系统在考虑优化时需要遵守的规则；OptAlgorithm：优化设计方法是各类进行优化设计的具体算法；OptResult：优化结果通过优化计算得到的设计变量的最优取值
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，包括
变形监测传感器组，内设北斗模块，安装于尾矿库实时变形监测点，用于变形监测点的变形数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
视频数据采集模块，内设北斗模块，用于通过架设在建筑实时变形监测点周围的数字摄影机进行高分辨率现场变形图像数据以及尾矿库内环境图像数据的采集，将采集到的图像数据通过数据传输模块发送到数据处理模块和中央处理器；
监测点内应力采集模块，内设北斗模块，用于进行建筑实时变形监测点内内应力数据值的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到中央处理器；
视频数据处理模块，用于通过均值法进行背景建模，在视频图像中取连续N帧，计算这N帧图像像素灰度值的平均值作为背景图像的像素灰度值，建立不同情况下的安全参数模型；并将摄像头所采集到的视频图像中的各帧图像转化为灰度，将所得灰度图像与对应的建模背景进行差分操作，并对差分后的图像进行滤波处理，去除噪声，利用预设阈值，对差分后的图像进行对比检测，从而输出尾矿库安全评估结果至显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收变形监测传感器组、视频数据采集模块以及监测点内应力采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的数据发送到预测分析模块和专家评估模块；还用于将完成标记的数据转换成物理模型构建模块所能识别的数据格式发送到物理模型构建模块；用于根据人机操作模块输入的数据在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到指定的模块；
预测分析模块，用于根据接收到的中央处理器所发送数据值进行尾矿库安全情况的预测分析，并将得到的结果预测发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；
专家评估模块，用于储存各类典型的尾矿库变形数据、、内应力数据及其所可能带来的建筑安全隐患模型，用于将接收到的中央处理器所发送的数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；
物理模型构建模块，通过Flac3D根据接收到的监测数据进行尾矿库物理模型的建立；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；并用于改变转移节点的位置、方向设置，使尾矿库物理模型运动；还用于根据接收的控制命令进行尾矿库物理模型的分解、切割、放大和缩小；
虚拟传感器，为在尾矿库物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的尾矿库物理模型元素上；
在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
人机操作模块，用于用户登录，还用于输入各种控制命令和待储存数据。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，所述预测分析模块包括
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图
对比分析模块，将绘制曲线与原实测曲线进行对比分析和预测，输出分析预测结果；
回归计算模块，用于通过不同函数对所绘制的曲线进行回归计算。
3.根据权利要求2所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或变形数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随变形监测点推进的变化规律。
4.根据权利要求1所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，还包括两显示屏，其中一个显示屏用于进行监测视频、监测图片以及监测数据的播放，内设转换模块，可以根据需要将监测视频或监测数据转换成文字播放；还用于显示人机操作模块输入的各种数据以及整个监测过程中需要显示的数据，并基于检测到的数据输出表征建筑变形情况的二维结果图、三维结果图；另一个显示屏用于物理模型的建立及其仿真分析。
5.根据权利要求1所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，所述数据传输模块采用GSM传输模块。
7.根据权利要求1所述的一种尾矿库在线安全监测系统，其特征在于，还包括一气象传感器组，用于尾矿库周围环境的数据的采集，至少包括大气压,湿度,降水,温度,风速、风向，并将采集到的数据发送到中央处理器。
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