CN108442974B - 一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，包括多点定位模块、环境检测模块、智能处理模块；所述多点定位模块包括控制器、与控制器相连的Lora基站、与Lora基站相连的控制平台和携带于井下作业人员处的Lora终端；所述Lora终端以Lora无线方式与控制器、Lora基站相连；所述环境检测模块与控制器相连；本发明能有效地对矿井工作人员的工作环境监测，有效降低了事故率，确保了安全生产。

Description

一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统
技术领域
本发明涉及矿业生产技术领域，尤其是一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统。
背景技术
我国地大物博、河流众多，地质复杂，对于矿产资源的开发成为经济发展和社会生活的一个难题。煤矿生产大部分是地下作业，地质及开采条件复杂多变，不安全因素多，经常受到瓦斯、煤尘、火水及顶板等实害的威胁。因此，为确保井下作业人员的安全和保证矿井正常生产，必须把煤矿安全工作放在各项工作的首位。通过智能系统的实践表明，系统出发点“安全第一预防为主”的方针。认真执行煤矿安全规程等一系列指导煤矿安全生产的法规，对各类灾害采取有效的防治措施，通过智能井下安全作业系统，对井下环境的检测，以及工人位置的定位做出智能处理，并判断可实时的作业方案，提高了生产的安全性，就可以最大限度地减少或避免各类灾害的发生，确保安全生产。
发明内容
本发明提出一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，能有效地对矿井工作人员的工作环境监测，有效降低了事故率，确保了安全生产。
本发明采用以下技术方案。
一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，包括多点定位模块、环境检测模块、智能处理模块；所述多点定位模块包括控制器、与控制器相连的Lora基站、与Lora基站相连的控制平台和携带于井下作业人员处的Lora终端；所述Lora终端以Lora无线方式与控制器、Lora基站相连；所述环境检测模块与控制器相连。
所述环境检测模块设于井下环境，环境检测模块包括瓦斯检测传感器、氧气检测传感器、烟雾检测传感器、距离检测传感器、温湿度检测传感器。
所述环境检测模块以Lora无线方式与控制器相连。
所述Lora终端与控制器或Lora基站相连接时向其发送无线测矩信号，所述无线测矩信号为可使控制器或Lora基站确定Lora终端的远近距离的无线测矩信号。
当Lora终端向多个控制器或Lora基站发送无线测矩信号时，所述Lora基站以时延信息测距技术和多点确定圆心的算法来计算出Lora终端所处的位置。
所述环境检测模块之间无法通信；所述控制器之间无法通信。
所述Lora基站以LAN有线方式或Lora无线方式与控制平台相连。
所述控制平台设于内网并以GPRS方式与外网的云平台相连；所述控制平台包括STM32处理系统。
所述Lora基站以如下方法计算出Lora终端所处的位置；
A1、当携带有Lora终端的井下作业人员进入井下矿区后，先与自己所处矿场区域的Lora基站发送数据，告知进入该区域；
A2、当Lora基站收到Lora终端进入该区域的数据后，会给Lora终端回复消息，代表握手成功；
A3、当Lora终端收到Lora基站的回复后，会发送向Lora基站发送核对数据，所述核对数据包括核对通信包、核对时间；
A4、当Lora基站收到Lora终端发送的核对数据后，会给Lora终端和控制器下达指令，实现控制器和Lora终端的握手和时间同步；
A5、Lora终端每秒会给控制器和Lora基站发送一个心跳包；控制器收到心跳包后，进行数据的加工，并将加工的数据发送给Lora基站；
A6、Lora基站通过多点确定圆心得数学算法计算出携带有Lora终端的井下作业人员所处的位置；
A7、Lora基站把携带有Lora终端的井下作业人员所在位置数据传送至控制平台。
所述Lora基站经控制器获取各环境检测模块所在位置；当控制平台经环境检测模块获知井下作业人员将要进入的井下区域的环境禁止进入时，控制平台经井下作业人员携带的Lora终端发出告警，告知该区域危险，禁止进入。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.一种用于智能监测空气安全的模块，增加了比以往传统检测模式的快速性，准确性，实时性。
2.一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，增加了智能处理系统，可对井下情况进行实时分析，并制定合理作业方案，大大提高了生产效率，降低了事故率。
3.目前市场上大多数定位系统，依赖于GPS，而井下多处于地平面以下极深处，GPS信号差，而多点定位系统大大解决了此困难，可以精准确定作业工人的位置。
4.井下开辟的随机性导致了电力系统的布置十分困难，对于电力的供应有很大的不足，此时很多系统无法作业，而Lora组网是低功耗，解决了此困难。
5.与当前市场的无线模块相比教，当前的大部分无线模块存在传输距离短，穿透性不强，功耗大，不利于在地下矿场这种复杂的环境下使用。
对于矿场中的上隅角，由于位于采煤工作面的回风侧，同时靠近回风巷上帮和采空区边缘的三角地带，通风状况较差，温湿度较高，容易积聚采空区和采煤工作面交汇释放的瓦斯。由于上隅角位置的特殊性，无法在现场铺设电缆，所以瓦斯监测传感器只能采取电池供电和无线传输方式。与其他技术相比，在配备相同容量电池的情况下，基于Lora技术的传感器的连续工作时间更长、数据传输更可靠。
在本发明中，所述的控制平台具有多个界面，包括各个员工定位界面，各个矿区的各种指标图示，以及用户权限管理等界面。能够实时的监测矿区的各项情况，并记录数据。同时能够通过GPRS的形式，将数据传送到云平台。
在本发明中，由于基于Lora技术的传感器能长时间地工作，因此能更好地收集井下环境数据，控制平台、云平台将得到的瓦斯，氧气等数字信号与标准的设定进行比较，深度分析，例如近几小时，几天的变化趋势去判断未来可能发生的一系列状况。能够进行情况的预测，起到预警的作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明用于单一矿区时的示意图；
附图2是本发明用于A、B、C、D四个矿区时的示意图（井下作业人员为工人）；
附图3是本发明的各部分连接示意图；
附图4是对Lora终端进行定位的流程示意图；
图中：1-环境检测模块；2-控制器；3-Lora基站；4-控制平台；5-Lora终端。
具体实施方式
如图1-4所示，一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，包括多点定位模块、环境检测模块、智能处理模块；所述多点定位模块包括控制器2、与控制器相连的Lora基站3、与Lora基站相连的控制平台4和携带于井下作业人员处的Lora终端5；所述Lora终端以Lora无线方式与控制器、Lora基站相连；所述环境检测模块与控制器相连。
所述环境检测模块设于井下环境，环境检测模块包括瓦斯检测传感器、氧气检测传感器、烟雾检测传感器、距离检测传感器、温湿度检测传感器。
所述环境检测模块以Lora无线方式与控制器相连。
所述Lora终端与控制器或Lora基站相连接时向其发送无线测矩信号，所述无线测矩信号为可使控制器或Lora基站确定Lora终端的远近距离的无线测矩信号。
当Lora终端向多个控制器或Lora基站发送无线测矩信号时，所述Lora基站以时延信息测距技术和多点确定圆心的算法来计算出Lora终端所处的位置。
所述环境检测模块之间无法通信；所述控制器之间无法通信。
所述Lora基站以LAN有线方式或Lora无线方式与控制平台相连。
所述控制平台设于内网并以GPRS方式与外网的云平台相连；所述控制平台包括STM32处理系统。
所述Lora基站以如下方法计算出Lora终端所处的位置；
A1、当携带有Lora终端的井下作业人员进入井下矿区后，先与自己所处矿场区域的Lora基站发送数据，告知进入该区域；
A2、当Lora基站收到Lora终端进入该区域的数据后，会给Lora终端回复消息，代表握手成功；
A3、当Lora终端收到Lora基站的回复后，会发送向Lora基站发送核对数据，所述核对数据包括核对通信包、核对时间；
A4、当Lora基站收到Lora终端发送的核对数据后，会给Lora终端和控制器下达指令，实现控制器和Lora终端的握手和时间同步；
A5、Lora终端每秒会给控制器和Lora基站发送一个心跳包；控制器收到心跳包后，进行数据的加工，并将加工的数据发送给Lora基站；
A6、Lora基站通过多点确定圆心得数学算法计算出携带有Lora终端的井下作业人员所处的位置；
A7、Lora基站把携带有Lora终端的井下作业人员所在位置数据传送至控制平台。
所述Lora基站经控制器获取各环境检测模块所在位置；当控制平台经环境检测模块获知井下作业人员将要进入的井下区域的环境禁止进入时，控制平台经井下作业人员携带的Lora终端发出告警，告知该区域危险，禁止进入。

Claims (4)

1.一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，其特征在于：包括多点定位模块、环境检测模块、智能处理模块；所述多点定位模块包括控制器、与控制器相连的Lora基站、与Lora基站相连的控制平台和携带于井下作业人员处的Lora终端；所述Lora终端以Lora无线方式与控制器、Lora基站相连；所述环境检测模块与控制器相连；
所述环境检测模块设于井下环境，环境检测模块包括瓦斯检测传感器、氧气检测传感器、烟雾检测传感器、距离检测传感器、温湿度检测传感器；
所述环境检测模块以Lora无线方式与控制器相连；
所述Lora终端与控制器或Lora基站相连接时向其发送无线测矩信号，所述无线测矩信号为可使控制器或Lora基站确定Lora终端的远近距离的无线测矩信号；
当Lora终端向多个控制器或Lora基站发送无线测矩信号时，所述Lora基站以时延信息测距技术和多点确定圆心的算法来计算出Lora终端所处的位置；
所述Lora基站以如下方法计算出Lora终端所处的位置；
A1、当携带有Lora终端的井下作业人员进入井下矿区后，先与自己所处矿场区域的Lora基站发送数据，告知进入该区域；
A2、当Lora基站收到Lora终端进入该区域的数据后，会给Lora终端回复消息，代表握手成功；
A3、当Lora终端收到Lora基站的回复后，会发送向Lora基站发送核对数据，所述核对数据包括核对通信包、核对时间；
A4、当Lora基站收到Lora终端发送的核对数据后，会给Lora终端和控制器下达指令，实现控制器和Lora终端的握手和时间同步；
A5、Lora终端每秒会给控制器和Lora基站发送一个心跳包；控制器收到心跳包后，进行数据的加工，并将加工的数据发送给Lora基站；
A6、Lora基站通过多点确定圆心的数学算法计算出携带有Lora终端的井下作业人员所处的位置；
A7、Lora基站把携带有Lora终端的井下作业人员所在位置数据传送至控制平台；
所述Lora基站经控制器获取各环境检测模块所在位置；当控制平台经环境检测模块获知井下作业人员将要进入的井下区域的环境禁止进入时，控制平台经井下作业人员携带的Lora终端发出告警，告知该区域危险，禁止进入。
2.根据权利要求1所述的一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，其特征在于：所述环境检测模块之间无法通信；所述控制器之间无法通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，其特征在于：所述Lora基站以LAN有线方式或Lora无线方式与控制平台相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于Lora组网下的智能井下安全作业系统，其特征在于：所述控制平台设于内网并以GPRS方式与外网的云平台相连；所述控制平台包括STM32处理系统。
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