CN111009087A - 一种矿区防越界盗采监测预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿区防越界盗采监测预警方法及系统，系统包括：拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、电源模块、IC卡模块、电子锁、防雷装置、管理系统、用户终端。本发明通过管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，能够准确计算出爆破点的实际地理坐标，检测范围广，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，能够有效判断是否存在越界盗采行为，保护矿区安全。
Description
技术领域
本发明属于物联网应用和矿区防盗采定位监测技术领域，具体涉及一种矿区防越界盗采监测预警方法及系统。
背景技术
矿产开采应当依法在批准的开采范围内进行，不得超越批准的开采范围越界、越层开采。由于利益的驱使，一些企业会进行违章越界、私挖乱采等盗采行为。非法越界乱采，会引发很多安全事故，如煤矿透水、瓦斯爆炸等，同时还会导致矿产资源的损失。
由于矿产一般处于偏僻的山区，尤其地下矿场，越界盗采极具隐蔽性，对矿区管理提出很大的挑战。目前国内对矿区盗采的监测仍然是以人工监测为主，需要实地监督检查。由于监测技术手段不足，人工检查不仅耗费大量人力、物力资源，而且工作效率、时效性、准确性都难以满足实际管理需求。
当前已有一些矿产防越界盗采监测的方法和技术，比如：
专利CN201020206432提出一种矿山防盗采微震监测仪，其技术方案是：由拾震器、数据采集器、计算机、变压器、电源组成，电源通过变压器分别与计算机、数据采集器、拾震器相连接，拾震器安装在巷道内，拾震器的信号输出端与数据采集器的信号输入端相连接，数据采集器的信号输出端连接到计算机的信号输入端。此实用新型通过安装在巷道内的拾震器监测盗采信号，并将被盗采矿块的三维坐标和时间通过数据采集器发送计算机中，可以使监测人员及时了解盗采情况。
专利CN201310640863提出一种矿区防盗采监测定位设备，包括拾震器、信号采集装置，计算机或者其他移动便携设备；拾震器安装于巷道或者岩层中，拾震器与信号采集装置中的输入端连接，信号采集装置输出端与计算机或者其他移动便携设备连接。拾震器为5个，拾震器安装方式为在空间中的任意不重叠位置，进行信号处理，分析出有效信号，提取有效信号的到达时间，然后依据这些参数由计算机通过执行 PSO-Broyden混合算法解决空间目标的定位问题。
上述专利提出的方法，可以提高矿区监测的自动化和准确性。但是，由于拾震器需要安装在巷道内，信号采集装置与计算机或移动便携设备通过物理电缆有线连接，安装和使用不方便，没有监测自动判断和自动产生告警功能。对于目标明确的监测，可以起到较好的效果，但是无法满足对矿区全天候的实时监测、远程监测和自动预警的管理需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿区防越界盗采监测预警方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题；
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿区防越界盗采监测预警方法，包括如下步骤：
S1：在矿区选择3个监测点，位置呈三角形分布，每个安装点将一个拾震器埋于地面0.5米深处，安装点上面通过立杆安装主控模块和电源模块；
S2：获取监测点的地理坐标；
S3：测定在矿区介质中震动波的横波、纵波传输速度 V1、V2；
S4：拾震器获取到矿区爆破产生的震动波信息，传输到数据采集模块；
S5：数据采集模块对信息进行处理，分析出横波和纵波分别到达拾震器的时间，计算得到时间差T，将时间差和震动波信息，传输到主控模块；
S6：主控模块定时进行北京标准时间同步；
S7：主控模块收到数据采集模块信息后，在信息内封装当前北京标准时间和校验码，并通过无线传输模块将信息传输到管理系统；
S8：在管理系统录入矿区批准开采范围的地理坐标信息和震动波在该矿区介质的校正速度V1、V2，生成矿区三维图；
S9：管理系统收到传输模块上传的信息，进行数据有效性、完整性分析处理，包括但不限于以下方法：
1）通过校验码分析数据的完整性；
2）确保收齐3个拾震器的时间差和震动波信息；
3）通过信息内携带的北京标准时间，分析数据是否来自同一时刻的同一爆破点；
S10：管理系统通过每个监测点获取的横波、纵波时间差信息，计算出爆破点到监测点的距离S = V1*V2*T/(V1-V2)
式中S为爆破点到监测点的距离，V1为横波传输速度、V2为纵波传输速度，T为横波、纵波到达监测点的时间差；
S11：管理系统结合之前获得的监测点的地理坐标，通过三点定位法，计算得到爆破点的实际平面地理坐标；
S12：管理系统通过分析震动波信息，得到爆破点的深度坐标：
深度计算公式： H=logA/10~((R-B)/C)+D
式中H为震源深度，A为起始震动强度，R的等震源半径，B反射震动强度，C为标定系数，D为测点的高程；
S13：管理系统结合爆破点的平面坐标和深度坐标，得到爆破点的实际三维地理坐标；
S14：管理系统根据爆破点的地理坐标，与该矿区批准的开采范围地理坐标进行比较，如果越界，则产生告警信息；
S15：管理系统告警信息通知方式，包括但不限于：PC终端告警信息推送、移动终端APP信息推送、短信信息推送。
优选的，步骤S2中获取方法包括但不限于：GPS模块主动获取定位、辅助设备人工获取。
优选的，步骤S6中同步方式包括但不限于：无线基站时间同步、GPS卫星时间同步，网络时间同步。
优选的，步骤S7中传输方式包括但不限于：NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora。
同时，本发明还公开了一种矿区防越界盗采监测预警系统，包括：拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、电源模块、IC卡模块、电子锁、防雷装置、管理系统、用户终端，所述拾震器为3个，分别进行爆破震动波信息采集，拾震器与数据采集模块通过有线连接传输信息；
所述数据采集模块与主控模块有线连接进行信息交换，将拾震器采集的震动波信息进行分析处理后，传输到主控模块，主控模块将相关配置参数下发给数据采集模块；
所述主控模块与传输模块、GPS模块集成在一起，与IC卡模块有线连接，通过IC卡刷卡，经行IC卡号鉴权，判断是否允许电子锁开启，所述主控模块通过GPS模块获取监测点位置信息及GPS卫星时间同步，所述主控模块通过传输模块与管理系统进行信息通信，所述主控模块与电子锁有线连接，通过身份识别对电子锁进行控制，用于设备箱的打开关闭管理，身份识别方式包括但不限于：IC卡刷卡、远程命令，所述主控模块，对各模块进行状态监控，发现状态异常进行报警；监测项包括但不限于：数据采集模块工作状态、GPS模块状态、传输模块工作状态、电源模块工作状态、设备箱异常打开、环境温度异常、设备被破坏，异常报警方式包括但不限于：指示灯告警、声音报警、告警信息上传管理系统，控制方式包括但不限于：模块复位、系统复位、系统启用、系统禁用；
所述传输模块，包括但不限于： NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora；
所述防雷装置，为整个监测点的模块和设施提供防雷保护；
所述电源模块，包括电源控制模块、电压转换模块、电源供应源，电源供应源包括但不限于：蓄电池、太阳能板、锂亚电池；
所述电源模块，负责给拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、IC卡模块、电子锁提供电源；
所述管理系统，部署在服务器或者云平台上，根据产区审批的开采范围，生成矿区三维图形，所述管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，计算出爆破点的实际地理坐标，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，如果越界，进行越界盗采告警；
所述管理系统，远程监控设备状态，对设备进行远程参数设置和控制，通过远程下发设备箱开箱权限和开箱命令，进行开箱智能管理，对设备异常进行告警，告警信息的方式包括但不限于：管理系统信息推送、PC客户端信息推送、移动终端APP推送、短信通知；
用户终端，通过TCP/IP协议与管理系统通信，包括但不限于：PC客户端、移动客户端。
本发明的技术效果和优点：本发明通过管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，能够准确计算出爆破点的实际地理坐标，检测范围广，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，能够有效判断是否存在越界盗采行为，保护矿区安全。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种矿区防越界盗采监测预警方法，包括如下步骤：
S1：在矿区选择3个监测点，位置呈三角形分布，每个安装点将一个拾震器埋于地面0.5米深处，安装点上面通过立杆安装数据采集模块和传输模块；
S2：获取监测点的地理坐标；
S3：测定在矿区介质中震动波的横波、纵波传输速度 V1、V2；
S4：拾震器获取到矿区爆破产生的震动波信息，传输到数据采集模块；
S5：数据采集模块对信息进行处理，分析出横波和纵波分别到达拾震器的时间，计算得到时间差T，将时间差和震动波信息，传输到主控模块；
S6：主控模块定时进行北京标准时间同步；
S7：主控模块收到数据采集模块信息后，在信息内封装当前北京标准时间和校验码，并通过无线传输模块将信息传输到管理系统；
S8：在管理系统录入矿区批准开采范围的地理坐标信息和震动波在该矿区介质的校正速度V1、V2，生成矿区三维图；
S9：管理系统收到传输模块上传的信息，进行数据有效性、完整性分析处理，包括但不限于以下方法：
1）通过校验码分析数据的完整性；
2）确保收齐3个拾震器的时间差和震动波信息；
3）通过信息内携带的北京标准时间，分析数据是否来自同一时刻的同一爆破点；
S10：管理系统通过每个监测点获取的横波、纵波时间差信息，计算出爆破点到监测点的距离S = V1*V2*T/(V1-V2)
式中S为爆破点到监测点的距离，V1为横波传输速度、V2为纵波传输速度，T为横波、纵波到达监测点的时间差；
S11：管理系统结合之前获得的监测点的地理坐标，通过三点定位法，计算得到爆破点的实际平面地理坐标；
S12：管理系统通过分析震动波信息，得到爆破点的深度坐标：
深度计算公式： H=logA/10~((R-B)/C)+D
式中H为震源深度，A为起始震动强度，R的等震源半径，B反射震动强度，C为标定系数，D为测点的高程；
S13：管理系统结合爆破点的平面坐标和深度坐标，得到爆破点的实际三维地理坐标；
S14：管理系统根据爆破点的地理坐标，与该矿区批准的开采范围地理坐标进行比较，如果越界，则产生告警信息；
S15：管理系统告警信息通知方式，包括但不限于：PC终端告警信息推送、移动终端APP信息推送、短信信息推送。
步骤S2中获取方法包括但不限于：GPS模块主动获取定位、辅助设备人工获取。
步骤S6中同步方式包括但不限于：无线基站时间同步、GPS卫星时间同步，网络时间同步。
步骤S7中传输方式包括但不限于：NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora。
如图1所示，同时本发明还公开了一种矿区防越界盗采监测预警系统，包括：拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、电源模块、IC卡模块、电子锁、防雷装置、管理系统、用户终端，所述拾震器为3个，分别进行爆破震动波信息采集，拾震器与数据采集模块通过有线连接传输信息；
所述数据采集模块与主控模块有线连接进行信息交换，将拾震器采集的震动波信息进行分析处理后，传输到主控模块，主控模块将相关配置参数下发给数据采集模块；
所述主控模块与传输模块、GPS模块集成在一起，与IC卡模块有线连接，通过IC卡刷卡，经行IC卡号鉴权，判断是否允许电子锁开启，所述主控模块通过GPS模块获取监测点位置信息及GPS卫星时间同步，所述主控模块通过传输模块与管理系统进行信息通信，所述主控模块与电子锁有线连接，通过身份识别对电子锁进行控制，用于设备箱的打开关闭管理，身份识别方式包括但不限于：IC卡刷卡、远程命令，所述主控模块，对各模块进行状态监控，发现状态异常进行报警；监测项包括但不限于：数据采集模块工作状态、GPS模块状态、传输模块工作状态、电源模块工作状态、设备箱异常打开、环境温度异常、设备被破坏，异常报警方式包括但不限于：指示灯告警、声音报警、告警信息上传管理系统，控制方式包括但不限于：模块复位、系统复位、系统启用、系统禁用；
所述传输模块，包括但不限于： NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora；
所述防雷装置，为整个监测点的模块和设施提供防雷保护；
所述电源模块，包括电源控制模块、电压转换模块、电源供应源，电源供应源包括但不限于：蓄电池、太阳能板、锂亚电池；
所述电源模块，负责给拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、IC卡模块、电子锁提供电源；
所述管理系统，部署在服务器或者云平台上，根据产区审批的开采范围，生成矿区三维图形，所述管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，计算出爆破点的实际地理坐标，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，如果越界，进行越界盗采告警；
所述管理系统，远程监控设备状态，对设备进行远程参数设置和控制，通过远程下发设备箱开箱权限和开箱命令，进行开箱智能管理，对设备异常进行告警，告警信息的方式包括但不限于：管理系统信息推送、PC客户端信息推送、移动终端APP推送、短信通知；
用户终端，通过TCP/IP协议与管理系统通信，包括但不限于：PC客户端、移动客户端。
本发明通过管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，能够准确计算出爆破点的实际地理坐标，检测范围广，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，能够有效判断是否存在越界盗采行为，保护矿区安全。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种矿区防越界盗采监测预警方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在矿区选择3个监测点，位置呈三角形分布，每个安装点将一个拾震器埋于地面0.5米深处，安装点上面通过立杆安装主控模块和电源模块；
S2：获取监测点的地理坐标；
S3：测定在矿区介质中震动波的横波、纵波传输速度 V1、V2；
S4：拾震器获取到矿区爆破产生的震动波信息，传输到数据采集模块；
S5：数据采集模块对信息进行处理，分析出横波和纵波分别到达拾震器的时间，计算得到时间差T，将时间差和震动波信息，传输到主控模块；
S6：主控模块定时进行北京标准时间同步；
S7：主控模块收到数据采集模块信息后，在信息内封装当前北京标准时间和校验码，并通过无线传输模块将信息传输到管理系统；
S8：在管理系统录入矿区批准开采范围的地理坐标信息和震动波在该矿区介质的校正速度V1、V2，生成矿区三维图；
S9：管理系统收到传输模块上传的信息，进行数据有效性、完整性分析处理，包括但不限于以下方法：
1）通过校验码分析数据的完整性；
2）确保收齐3个拾震器的时间差和震动波信息；
3）通过信息内携带的北京标准时间，分析数据是否来自同一时刻的同一爆破点；
S10：管理系统通过每个监测点获取的横波、纵波时间差信息，计算出爆破点到监测点的距离S = V1*V2*T/(V1-V2)
式中S为爆破点到监测点的距离，V1为横波传输速度、V2为纵波传输速度，T为横波、纵波到达监测点的时间差；
S11：管理系统结合之前获得的监测点的地理坐标，通过三点定位法，计算得到爆破点的实际平面地理坐标；
S12：管理系统通过分析震动波信息，得到爆破点的深度坐标：
深度计算公式： H=logA/10~((R-B)/C)+D
式中H为震源深度，A为起始震动强度，R的等震源半径，B反射震动强度，C为标定系数，D为测点的高程；
S13：管理系统结合爆破点的平面坐标和深度坐标，得到爆破点的实际三维地理坐标；
S14：管理系统根据爆破点的地理坐标，与该矿区批准的开采范围地理坐标进行比较，如果越界，则产生告警信息；
S15：管理系统告警信息通知方式，包括但不限于：PC终端告警信息推送、移动终端APP信息推送、短信信息推送。
2.根据权利要求1所述的一种矿区防越界盗采监测预警方法，其特征在于：步骤S2中获取方法包括但不限于：GPS模块主动获取定位、辅助设备人工获取。
3.根据权利要求1所述的一种矿区防越界盗采监测预警方法，其特征在于：步骤S6中同步方式包括但不限于：无线基站时间同步、GPS卫星时间同步，网络时间同步。
4.根据权利要求1所述的一种矿区防越界盗采监测预警方法，其特征在于：步骤S7中传输方式包括但不限于：NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora。
5.一种矿区防越界盗采监测预警系统，包括：拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、电源模块、IC卡模块、电子锁、防雷装置、管理系统、用户终端，其特征在于：
所述拾震器为3个，分别进行爆破震动波信息采集，拾震器与数据采集模块通过有线连接传输信息；
所述数据采集模块与主控模块有线连接进行信息交换，将拾震器采集的震动波信息进行分析处理后，传输到主控模块，主控模块将相关配置参数下发给数据采集模块；
所述主控模块与传输模块、GPS模块集成在一起，与IC卡模块有线连接，通过IC卡刷卡，经行IC卡号鉴权，判断是否允许电子锁开启，所述主控模块通过GPS模块获取监测点位置信息及GPS卫星时间同步，所述主控模块通过传输模块与管理系统进行信息通信，所述主控模块与电子锁有线连接，通过身份识别对电子锁进行控制，用于设备箱的打开关闭管理，身份识别方式包括但不限于：IC卡刷卡、远程命令，所述主控模块，对各模块进行状态监控，发现状态异常进行报警；监测项包括但不限于：数据采集模块工作状态、GPS模块状态、传输模块工作状态、电源模块工作状态、设备箱异常打开、环境温度异常、设备被破坏，异常报警方式包括但不限于：指示灯告警、声音报警、告警信息上传管理系统，控制方式包括但不限于：模块复位、系统复位、系统启用、系统禁用；
所述传输模块，包括但不限于： NB-iot、GPRS、3G、4G、5G、lora；
所述防雷装置，为整个监测点的模块和设施提供防雷保护；
所述电源模块，包括电源控制模块、电压转换模块、电源供应源，电源供应源包括但不限于：蓄电池、太阳能板、锂亚电池；
所述电源模块，负责给拾震器、数据采集模块、主控模块、传输模块、GPS模块、IC卡模块、电子锁提供电源；
所述管理系统，部署在服务器或者云平台上，根据产区审批的开采范围，生成矿区三维图形，所述管理系统对监测点上传的爆破点震动波信息进行分析处理，对信息的完整性、有效性经行处理，计算出爆破点的实际地理坐标，并与矿区批准的开采范围进行比较判断，如果越界，进行越界盗采告警；
所述管理系统，远程监控设备状态，对设备进行远程参数设置和控制，通过远程下发设备箱开箱权限和开箱命令，进行开箱智能管理，对设备异常进行告警，告警信息的方式包括但不限于：管理系统信息推送、PC客户端信息推送、移动终端APP推送、短信通知；
用户终端，通过TCP/IP协议与管理系统通信，包括但不限于：PC客户端、移动客户端。
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