CN107882593A - 矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法 - Google Patents

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Abstract

矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法，包括无人机地面控制系统、智能无人机、独立无线信号中继装置，智能无人机具有空间飞行和水面滑行两种运动模式。该系统能够通过智能无人机的机载设备自动采集矿井水灾后煤矿井下的一氧化碳气体浓度、瓦斯气体浓度、井下现场画面，并将这些采集到的数据通过机载高速无线传输系统经由多个独立无线信号中继装置自动传递给无人机地面控制系统并对所采集数据进行分析，根据所分析的结果来确定被困人员的最佳逃生路线以及营救队伍的最佳下井时间和下井路线。

Description

矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法
技术领域
本发明属于煤矿安全和智能救灾技术领域，具体涉及一种矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法。
背景技术
矿井水灾是指由于地表水或地下水在井下突然涌出，对人身和财产造成危害的灾害，矿井水灾是煤矿生产的五大灾害之一。矿井水灾的主要危害包括：恶化劳动条件，影响劳动生产率和职工身体健康；腐蚀井下金属设备，缩短其使用寿命；突发涌水超过排水能力时，轻则局部停产，重则淹井，造成财产损失并危及井下作业人员生命安全；影响煤炭资源回收和煤炭质量；较为严重的水灾有可能造成矿壁塌陷，甚至造成顶板、瓦斯爆炸等次生灾害。矿井发生水灾后，必须对水灾现场环境有精准的掌握，才能推进救援、排水等工作的快速开展。然而，当前煤矿生产单位缺乏实现远程、无人控制的探测装备，这为矿井水灾的救援带来了非常大阻力，在对灾情不了解的情况下，只能被迫等待救援时机，使救援工作极为被动。基于以上问题，亟需研发一种能够及时准确采集矿井水灾灾情实况、分析事故情况并确定救援最佳时机及指导救援的灾情智能探测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法，解决矿井水灾事故发生之后，因救援人员对井下灾情难以及时了解或了解不够准确，导致救援工作进展缓慢、耽误井下救灾最佳时间的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，包括无人机地面控制系统、智能无人机、独立无线信号中继装置，所述的无人机地面控制系统通过无线传输系统控制智能无人机；智能无人机包括智能机械手、机载装置、无人机主机、飞行器漂浮装置、螺旋桨，智能机械手用于将独立无线信号中继装置悬挂于巷道顶板锚杆或锚网上，机载装置包括机载一氧化碳气体传感器、机载瓦斯气体传感器、机载粉尘传感器、机载高清摄像系统、机载红外成像系统、机载激光扫描仪和机载高速无线传输系统，飞行器漂浮装置用于智能无人机在水面上暂时停留，螺旋桨用于推动智能无人机在水上运动；独立无线信号中继装置用于无人机地面控制系统和智能无人机之间信号的接收和传输。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，所述的无人机地面控制系统包括智能飞行操作模块、无线信号发射接收模块、数据处理模块、图像显示模块；智能飞行操作模块通过发射无线信号控制智能无人机的飞行；无线信号发射接收模块进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对接收的井下一系列数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定此时井下安全状况；图像显示模块用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，所述的机载一氧化碳气体传感器用来探测井下一氧化碳气体浓度，机载瓦斯气体传感器用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器用来探测井下粉尘浓度。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，所述的机载高清摄像系统、机载红外成像系统和机载激光扫描仪用于巷道空间成像。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，所述的机载高速无线传输系统用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统的数据处理模块。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统的探测方法，采用矿井水灾灾情无人机智能探测系统，包括以下步骤：
（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机，系统自动进行各项机载设备调试状态以及各模块的调试，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；
（2）当确认机载设备和各模块正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活各机载设备，开始进行探测以及信息传输；
（3）智能无人机进入巷道后，每间隔150~200 m在巷道的顶板锚杆或锚网上安装独立无线信号中继装置，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150 m安装独立无线信号中继装置，所有独立无线信号中继装置自安装成功后即启动；
（4）智能无人机根据水面以上的空间高度智能调节飞行模式，当水面以上的空间垂直高度大于智能无人机垂直高度的1.5倍时，智能无人机在水面与顶板之间的空间飞行，当水面以上的空间垂直高度小于智能无人机垂直高度的1.5倍时，智能无人机漂浮在水面上利用机身上的螺旋桨推动前行；
（5）智能无人机使用各机载设备检测矿井下的一氧化碳气体浓度、瓦斯气体浓度、粉尘浓度，同时将井下的现场画面传输到地面的图像显示模块；
（6）将各机载设备所采集的井下数据通过无线传输系统传送到无人机地面控制系统的数据处理模块；
（7）通过数据处理模块将接受的各数据进行处理并与数据库进行比对，将最终的数据通过图像显示模块展示出来，从而能够判断井下火灾后的环境；
（8）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；
（9）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）。
附图说明
如图1是本发明矿井水灾灾情无人机智能探测系统；
如图2是本发明智能无人机结构图；
如图3是本发明地面无人机控制系统工作流程图；
如图4是本发明无线传输系统工作流程图。
具体实施方式
如图1～图3所示，矿井水灾灾情无人机智能探测系统，包括无人机地面控制系统1、智能无人机2、独立无线信号中继装置4，所述的无人机地面控制系统1通过无线传输系统控制智能无人机2；智能无人机1包括智能机械手9、机载装置10、无人机主机11、飞行器漂浮装置12、螺旋桨13，智能机械手9用于将独立无线信号中继装置4悬挂于巷道顶板锚杆或锚网上，机载装置10包括机载一氧化碳气体传感器14、机载瓦斯气体传感器15、机载粉尘传感器16、机载高清摄像系统17、机载红外成像系统18、机载激光扫描仪19和机载高速无线传输系统20，飞行器漂浮装置12用于智能无人机在水面上暂时停留，螺旋桨13用于推动智能无人机2在水上运动；独立无线信号中继装置4用于无人机地面控制系统1和智能无人机2之间信号的接收和传输。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，所述的无人机地面控制系统1包括智能飞行操作模块21、无线信号发射接收模块22、数据处理模块23、图像显示模块24；智能飞行操作模块21通过发射无线信号控制智能无人机2的飞行；无线信号发射接收模块22进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块23包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对接收的井下一系列数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定此时井下安全状况；图像显示模块24用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，机载一氧化碳气体传感器14用来探测井下一氧化碳气体浓度，机载瓦斯气体传感器15用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器16用来探测井下粉尘浓度。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，机载高清摄像系统17、机载红外成像系统18和机载激光扫描仪19用于巷道空间成像。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统，机载高速无线传输系统20用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统1的数据处理模块23。
矿井水灾灾情无人机智能探测系统的探测方法，采用矿井水灾灾情无人机智能探测系统，包括以下步骤：
（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机2，系统自动进行各项机载设备调试状态以及各模块的调试，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；
（2）当确认机载设备和各模块正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒3由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活各机载设备，开始进行探测以及信息传输；
（3）智能无人机进入巷道后，每间隔150~200 m在巷道的顶板锚杆或锚网上安装独立无线信号中继装置4，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150 m安装独立无线信号中继装置4，所有独立无线信号中继装置4自安装成功后即启动；
（4）智能无人机2根据水面8以上的空间高度智能调节飞行模式，当水面以上的空间垂直高度大于智能无人机2垂直高度的1.5倍时，智能无人机2在水面与顶板之间的空间飞行，当水面以上的空间垂直高度小于智能无人机2垂直高度的1.5倍时，智能无人机2漂浮在水面8上利用机身上的螺旋桨13推动前行；
（5）智能无人机2使用各机载设备检测矿井下的一氧化碳气体浓度、瓦斯气体浓度、粉尘浓度，同时将井下的现场画面传输到地面的图像显示模块24；
（6）将各机载设备所采集的井下数据通过无线传输系统传送到无人机地面控制系统的数据处理模块23；
（7）通过数据处理模块将接受的各数据进行处理并与数据库进行比对，将最终的数据通过图像显示模块24展示出来，从而能够判断井下火灾后的环境；
（8）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；
（9）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）。

Claims (6)

1.矿井水灾灾情无人机智能探测系统，包括无人机地面控制系统、智能无人机、独立无线信号中继装置，其特征在于：所述的无人机地面控制系统通过无线传输系统控制智能无人机；智能无人机包括智能机械手、机载装置、无人机主机、飞行器漂浮装置、螺旋桨，智能机械手用于将独立无线信号中继装置悬挂于巷道顶板锚杆或锚网上，机载装置包括机载一氧化碳气体传感器、机载瓦斯气体传感器、机载粉尘传感器、机载高清摄像系统、机载红外成像系统、机载激光扫描仪和机载高速无线传输系统，飞行器漂浮装置用于智能无人机在水面上暂时停留，螺旋桨用于推动智能无人机在水上运动；独立无线信号中继装置用于无人机地面控制系统和智能无人机之间信号的接收和传输。
2.根据权利要求1所述的矿井水灾灾情无人机智能探测系统，其特征在于：所述的无人机地面控制系统包括智能飞行操作模块、无线信号发射接收模块、数据处理模块、图像显示模块；智能飞行操作模块通过发射无线信号控制智能无人机的飞行；无线信号发射接收模块进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对接收的井下一系列数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定此时井下安全状况；图像显示模块用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。
3.根据权利要求1所述的矿井水灾灾情无人机智能探测系统，其特征在于：所述的机载一氧化碳气体传感器用来探测井下一氧化碳气体浓度，机载瓦斯气体传感器用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器用来探测井下粉尘浓度。
4.根据权利要求1所述的矿井水灾灾情无人机智能探测系统，其特征在于：所述的机载高清摄像系统、机载红外成像系统和机载激光扫描仪用于巷道空间成像。
5.根据权利要求1所述的矿井水灾灾情无人机智能探测系统，其特征在于：所述的机载高速无线传输系统用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统的数据处理模块。
6.矿井水灾灾情无人机智能探测系统的探测方法，采用如权利要求1所述的矿井水灾灾情无人机智能探测系统，其特征在于：包括以下步骤：
（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机，系统自动进行各项机载设备调试状态以及各模块的调试，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；
（2）当确认机载设备和各模块正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活各机载设备，开始进行探测以及信息传输；
（3）智能无人机进入巷道后，每间隔150~200 m在巷道的顶板锚杆或锚网上安装独立无线信号中继装置，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150 m安装独立无线信号中继装置，所有独立无线信号中继装置自安装成功后即启动；
（4）智能无人机根据水面以上的空间高度智能调节飞行模式，当水面以上的空间垂直高度大于智能无人机垂直高度的1.5倍时，智能无人机在水面与顶板之间的空间飞行，当水面以上的空间垂直高度小于智能无人机垂直高度的1.5倍时，智能无人机漂浮在水面上利用机身上的螺旋桨推动前行；
（5）智能无人机使用各机载设备检测矿井下的一氧化碳气体浓度、瓦斯气体浓度、粉尘浓度，同时将井下的现场画面传输到地面的图像显示模块；
（6）将各机载设备所采集的井下数据通过无线传输系统传送到无人机地面控制系统的数据处理模块；
（7）通过数据处理模块将接受的各数据进行处理并与数据库进行比对，将最终的数据通过图像显示模块展示出来，从而能够判断井下火灾后的环境；
（8）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；
（9）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）。
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