CN111335953B - 一种金属矿的安全监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属矿的安全监测系统及方法，它包括操作终端和数据处理单元，操作终端通过电信号连接有云服务器，数据处理单元与云端服务器相连接，数据处理单元包含有人像采集模块等，数据处理单元有多个，且均通过云服务器与操作终端相连，数据处理单元为集成厢式单元且可拆解布置。各个数据处理单元将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；如果不在会发出声光报警提示，并在操作终端上显示报警信息；同时通过GPS模块从而检测矿车的位置信息；通过无人机的摄像头采集的图片和视频信息等，并且可以通过操作终端控制无人机的飞行路径。本发明具备实时监控与报警及联防调度能力，监测能力强且增加矿下安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测系统及方法，尤其涉及一种金属矿的安全监测系统及方法。
背景技术
目前，常见的地下采矿工程处于强烈的地应力场内，尤其对于采空区围岩压力尤其是顶板压力的变化时，会直接影响到矿区内人员和设备的安全。因此涉及矿区监测的系统应运而生，现阶段对于煤矿的监测系统比较常见，随着社会经济的发展，对于金属矿的开采日益增加，例如铁、锰、铬、钒、钛等金属矿区，金属矿与煤矿之间不管是是从开采方式和监测方式都完全不同，例如煤矿重点关注瓦斯等气体的泄露对应形成一种针对煤矿监测的系统，而金属矿更多需要关注围岩的压力变化或位移变化，也需要下形成一套针对性的监测的系统，现有的单独的测量位移、应力等设备的整体性差，缺乏集中控制，也带来的分散管理，缺乏联防调度控制等诸多问题。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种金属矿的安全监测系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属矿的安全监测系统，它包括操作终端和数据处理单元，操作终端通过电信号连接有云服务器，数据处理单元与云端服务器相连接，数据处理单元包含有人像采集模块、监测模块、报警模块、GPS模块和无人机，数据处理单元有多个，且均通过云服务器与操作终端相连，数据处理单元为集成厢式单元，且集成厢式单元可拆解布置；
云服务器包括中央处理器模块和无线通信模块，人像采集模块包括人像采集仪和人像处理器，监测模块包括光纤解调仪、光纤应力传感器、串口通讯设备、激光传感器、声发射采集器和声发射传感器，报警模块包括警报喇叭和警报灯，GPS模块包括GPS、信号转换器、GPS无线传输器，无人机包括微处理器、无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器；
中央处理器模块和无线通信模块相连接，人像采集仪通过人像处理器与中央处理器模块相连接，光纤应力传感器通过光纤解调仪与中央处理器模块相连接，激光传感器通过串口通讯设备与中央处理器模块相连接，声发射传感器通过声发射采集器与中央处理器模块相连接，喇叭和警报灯分别与中央处理器模块相连接，GPS通过信号转换器与GPS无线传输器相连接，微处理器分别与无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器相连接。
进一步地，人像采集仪负责拍摄人脸相片，相片经人像处理器进行色彩、对比度、饱和度处理，并将处理后信号传输给云服务器，操作终端可以通过云服务器管理相片信息。
进一步地，光纤应力传感器有多个，用于监测采空区围岩应力的变化，光纤解调仪用于将光纤应力传感器的信号解调并传输给中央处理器模块；激光传感器有多个，激光传感器用于监测采空区围岩的收敛情况，串口通讯设备用于将激光传感器将激光传感器的信号传输给中央处理器模块，声发射传感器有多个，声发射传感器用对采空区围岩破坏情况进行预警监测，声发射采集器将声发射传感器采集的信号传输给中央处理器模块，光纤解调仪、串口通讯设备、声发射传感器与中央处理器模块均采用光纤通信方式，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上。
进一步地，警报喇叭和警报灯由中央处理器模块控制声光报警提示，并报警信息显示在操作终端上。
进一步地，GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将位置信息显示在操作终端上。
进一步地，无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上。
进一步地，金属矿的安全监测系统的监测方法为：将操作终端和云服务器布置在金属矿外或地面上方，将各个数据处理单元运输至金属矿内部采空区用于检测；各数据处理单元上的人像采集仪拍摄人脸相片传输给云服务器，并通过操作终端管理人员信息；
各个数据处理单元的光纤应力传感器监测采空区围岩应力的变化，并通过光纤解调仪传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；激光传感器监测采空区围岩的收敛情况，并通过串口通讯设备将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；声发射传感器用对采空区围岩破坏情况进行预警监测，通过声发射采集器将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上，如果以上检测的变化值不在中央处理器模块程序预设的正常范围内，会通过警报喇叭和警报灯发出声光报警提示，并在操作终端上显示报警信息；
GPS模块安设至金属矿内的筐车上，GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将位置信息显示在操作终端上，从而检测矿车的位置信息；
通过无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上，并且过操作终端控制无人机的飞行路径，从而实现地面总控，地下固定点位加移动监控的全方位、多功能的监测模式。
本发明公开了一种金属矿的安全监测系统，通过矿上操作终端及云服务器实现了对于矿下人员信息的实时监控与报警，提升联防调度能力；集成厢式单元方便安装及运输；具备优益的测量采空区位移、应力、温度、湿度等信息能力，并集中智能控制，大大提升监测能力和增加矿下安全系数。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
图2为本发明的云服务器与数据处理单元的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种金属矿的安全监测系统，它包括操作终端和数据处理单元，操作终端通过电信号连接有云服务器，操作终端为PC机，云服务器则为数据备份、故障迁移、实例监控、在线扩容、数据回档等全套的数据库服务集显示和控制为一体的后台服务器，PC机与后台服务器提升智能化矿上控制；处理单元与云端服务器相连接，数据处理单元包含有人像采集模块、监测模块、报警模块、GPS模块和无人机，数据处理单元有多个，且均通过云服务器与操作终端相连，数据处理单元为集成厢式单元，且集成厢式单元可拆解布置，因此，在设备布局的时候，只需要整体搬移到矿下，然后根据需要拆解布置即可；
如图2所示的云服务器包括中央处理器模块和无线通信模块，人像采集模块包括人像采集仪和人像处理器，优选的，人像采集仪负责拍摄人脸相片，相片经人像处理器进行色彩、对比度、饱和度处理，并将处理后信号传输给云服务器，操作终端可以通过云服务器管理相片信息，这样方便矿上人员实时的调取监控矿下人员数量及工位信息，方便管理。
监测模块包括光纤解调仪、光纤应力传感器、串口通讯设备、激光传感器、声发射采集器和声发射传感器，优选的，光纤应力传感器有多个，本实施例使用一种MS-GXS系列光纤应变传感器，其不受电磁、射频及闪电干扰，检测速度高，可用于静态、动态测量，长距离、高质量信号传输，测量精度不受传输光纤损耗变化影响，可用于监测采空区围岩应力的变化，安设时，根据采空区面积均匀布设，光纤解调仪用于将光纤应力传感器的信号解调并传输给中央处理器模块；激光传感器有多个，本实施例使用DLS-A激光测距传感器、激光传感器是新一代的测距设备，功能强大、坚固耐用，用于监测采空区围岩的收敛情况，串口通讯设备使用RS232通讯用于将激光传感器将激光传感器的信号传输给中央处理器模块，声发射传感器有多个，本实施例采用一种光纤声发射传感器，频率范围10kHz-100kHz，动态范围80dB，传输距离可达5公里声发射传感器，用于对采空区围岩破坏情况进行预警监测，声发射采集器将声发射传感器采集的信号传输给中央处理器模块，光纤解调仪、串口通讯设备、声发射传感器与中央处理器模块均采用光纤通信方式，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上，传输速度快。
报警模块包括警报喇叭和警报灯，优选的，警报喇叭和警报灯由中央处理器模块控制声光报警提示，并报警信息显示在操作终端上。
GPS模块包括GPS、信号转换器、GPS无线传输器，优选的，GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，GPS模块被安装在矿下运输车上，中央处理器模块将运输车的位置信息显示在操作终端上。无人机包括微处理器、无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器；优选的，采用一种市售无人机，可以通过操作中端联网进行远程操控，无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上。
中央处理器模块和无线通信模块相连接，人像采集仪通过人像处理器与中央处理器模块相连接，光纤应力传感器通过光纤解调仪与中央处理器模块相连接，激光传感器通过串口通讯设备与中央处理器模块相连接，声发射传感器通过声发射采集器与中央处理器模块相连接，喇叭和警报灯分别与中央处理器模块相连接，GPS通过信号转换器与GPS无线传输器相连接，微处理器分别与无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器相连接。
金属矿的安全监测系统的监测方法为：将操作终端和云服务器布置在金属矿外或地面上方，将各个数据处理单元运输至金属矿内部采空区用于检测；各数据处理单元上的人像采集仪拍摄人脸相片传输给云服务器，并通过操作终端管理人员信息；
各个数据处理单元的光纤应力传感器监测采空区围岩应力的变化，并通过光纤解调仪传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；激光传感器监测采空区围岩的收敛情况，并通过串口通讯设备将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；声发射传感器用对采空区围岩破坏情况进行预警监测，通过声发射采集器将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上，如果以上检测的变化值不在中央处理器模块程序预设的正常范围内，会通过警报喇叭和警报灯发出声光报警提示，并在操作终端上显示报警信息；
GPS模块安设至金属矿内的筐车上，GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将位置信息显示在操作终端上，从而检测矿车的位置信息；
通过无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上，并且过操作终端控制无人机的飞行路径，从而实现地面总控，地下固定点位加移动监控的全方位、多功能的监测模式。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：它包括操作终端和数据处理单元，所述操作终端通过电信号连接有云服务器，所述数据处理单元与云端服务器相连接，所述数据处理单元包含有人像采集模块、监测模块、报警模块、GPS模块和无人机，所述数据处理单元有多个，且均通过云服务器与操作终端相连，所述数据处理单元为集成厢式单元，且集成厢式单元可拆解布置；
所述云服务器包括中央处理器模块和无线通信模块，所述人像采集模块包括人像采集仪和人像处理器，所述监测模块包括光纤解调仪、光纤应力传感器、串口通讯设备、激光传感器、声发射采集器和声发射传感器，所述报警模块包括警报喇叭和警报灯，所述GPS模块包括GPS、信号转换器、GPS无线传输器，所述无人机包括微处理器、无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器；
所述中央处理器模块和无线通信模块相连接，所述人像采集仪通过人像处理器与中央处理器模块相连接，所述光纤应力传感器通过光纤解调仪与中央处理器模块相连接，所述激光传感器通过串口通讯设备与中央处理器模块相连接，所述声发射传感器通过声发射采集器与中央处理器模块相连接，所述喇叭和警报灯分别与中央处理器模块相连接，所述GPS通过信号转换器与GPS无线传输器相连接，所述微处理器分别与无线网络传输器、摄像头、温度传感器和湿度传感器相连接；
所述金属矿的安全监测系统的监测方法为：将操作终端和云服务器布置在金属矿外，将各个数据处理单元运输至金属矿内部采空区用于检测；各数据处理单元上的人像采集仪拍摄人脸相片传输给云服务器，并通过操作终端管理人员信息；
各个数据处理单元的光纤应力传感器监测采空区围岩应力的变化，并通过光纤解调仪传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；激光传感器监测采空区围岩的收敛情况，并通过串口通讯设备将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内；声发射传感器用对采空区围岩破坏情况进行预警监测，通过声发射采集器将信号传输给中央处理器模块并判断变化值是否在正常范围内，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上，如果以上检测的变化值不在中央处理器模块程序预设的正常范围内，会通过警报喇叭和警报灯发出声光报警提示，并在操作终端上显示报警信息；
GPS模块安设至金属矿内的矿 车上，GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将位置信息显示在操作终端上，从而检测矿车的位置信息；
通过无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上，并且过操作终端控制无人机的飞行路径，从而实现地面总控，地下固定点位加移动监控的全方位、多功能的监测模式。
2.根据权利要求1所述的金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述人像采集仪负责拍摄人脸相片，相片经人像处理器进行色彩、对比度、饱和度处理，并将处理后信号传输给云服务器，所述操作终端可以通过云服务器管理相片信息。
3.根据权利要求2所述的金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述光纤应力传感器有多个，用于监测采空区围岩应力的变化，所述光纤解调仪用于将光纤应力传感器的信号解调并传输给中央处理器模块；所述激光传感器有多个，激光传感器用于监测采空区围岩的收敛情况，所述串口通讯设备用于将激光传感器的信号传输给中央处理器模块，所述声发射传感器有多个，声发射传感器用对采空区围岩破坏情况进行预警监测，所述声发射采集器将声发射传感器采集的信号传输给中央处理器模块，所述光纤解调仪、串口通讯设备、声发射传感器与中央处理器模块均采用光纤通信方式，由中央处理器模块处理后的信息显示在操作终端上。
4.根据权利要求3所述的金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述警报喇叭和警报灯由中央处理器模块控制声光报警提示，并报警信息显示在操作终端上。
5.根据权利要求4所述的金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述GPS用于接收卫星定位信号，卫星定位信号通过信号转换器将其进行转换后通过GPS无线传输器发送至无线通信模块，无线通信模块接收信号并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将位置信息显示在操作终端上。
6.根据权利要求5所述的金属矿的安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述无人机的摄像头采集的图片和视频信息、温度传感器采集的采空区温度值和湿度传感器采集采空区湿度值分别传输至微处理器，微处理器控制无线网络传输器传输给无线通信模块，无线通信模块接收并传输到中央处理器模块，中央处理器模块将相关信息显示在操作终端上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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