CN116886728A - 一种基于物联网的采矿安全管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于安全管理领域，公开了一种基于物联网的采矿安全管理系统，包括边坡监测模块、通信中转模块和云平台模块；边坡监测模块包括多个监测单元，监测单元包括多个监测节点和一个判断节点；判断节点用于将监测节点分为成员节点和簇头节点；成员节点用于获取其所在位置的加速度；簇头节点用于将加速度发送至判断节点；判断节点用于将不属于噪声数据的加速度发送至通信中转模块；通信中转模块用于将加速度传输至云平台模块；云平台模块用于基于加速度判断边坡是否异常。本发明避免了噪声数据被传输至云平台模块，使得云平台模块能够及时对非噪声数据进行处理，及时获得边坡的监测结果。
Description
技术领域
本发明涉及安全管理领域，尤其涉及一种基于物联网的采矿安全管理系统。
背景技术
露天矿在开采的过程中需要重点关注边坡的情况，因为随着开采的深度越来越深，边坡的高度也越来越高。现有技术中，一般通过在边坡上设置相应的传感器来获取边坡的监测数据，通过监测数据判断边坡是否正常。例如公开号为CN114322997A的专利便公开了利用传感器获取边坡的加速度以及利用卫星定位器来获取边坡的位移，根据加速度和位移来对露天矿的边坡进行监测。
但是，在公开号为CN114322997A的专利中，其直接将获得的数据传输至远程监测平台，这就导致一些采集时获得的噪声数据也被传输到了远程监测平台，导致远程监测平台需要对较多的噪声数据进行处理，影响了对非噪声数据的处理效率，从而影响了获得边坡的监测结果的及时性。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于物联网的采矿安全管理系统，解决如何提高获得边坡的监测结果的及时性的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种基于物联网的采矿安全管理系统，包括边坡监测模块、通信中转模块和云平台模块；
边坡监测模块包括多个监测单元，每个监测单元负责对一个监测区域的边坡进行监测，获取监测区域的加速度，并将加速度发送至通信中转模块；
监测单元包括多个监测节点和一个判断节点；
判断节点用于将监测节点分为成员节点和簇头节点；
成员节点用于获取其所在位置的加速度，并将加速度发送至对应的簇头节点；
簇头节点用于将加速度发送至判断节点；
判断节点用于对接收到的加速度进行判断，将不属于噪声数据的加速度发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将加速度传输至云平台模块；
云平台模块用于基于加速度判断边坡是否异常。
优选地，还包括设备监测模块；
设备监测模块用于获取露天矿中的设备的位置信息，并将位置信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将位置信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据位置信息对设备进行安全管理。
优选地，还包括人员管理模块，人员管理模块用于获取露天矿中的工作人员的状态信息，并将状态信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将状态信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据状态信息对露天矿中的工作人员进行安全管理。
优选地，边坡监测模块还用于对边坡进行分区，将边坡分为多个面积相同的监测区域。
优选地，将监测节点分为成员节点和簇头节点，包括：
判断节点根据前一次分簇开始的时刻和当前时刻判断是否开启新一轮的分簇，若是，则向监测节点发送开启命令；
监测节点接收到开启命令后，运行预设的分簇算法，从而确定自身属于成员节点还是簇头节点。
优选地，将加速度发送至对应的簇头节点，包括：
成员节点将获取的加速度发送至自身所属的簇的簇头节点。
优选地，判断节点采用如下方式判断接收到的加速度是否属于噪声数据：
对于成员节点a在b时刻获得的加速度acca,b，计算acca,b的噪声判断值noival(acca,b)；
若noival(acca,b)大于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b为噪声数据；若noival(acca,b)小于等于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b不是噪声数据。
优选地，noival(acca,b)的计算公式为：
其中，byrua为与成员节点a之间的欧式距离小于自适应距离adjRa的成员节点的集合，acci,b表示成员节点i在b时刻获得的加速度，visha,i表示成员节点a和成员节点i之间的欧式距离；vishcef表示距离参数，Nbyrua表示byrua中的成员节点的数量，vishave表示byrua中的成员节点与a之间的欧式距离的平均值，accef表示数值参数，/>
优选地，基于加速度判断边坡是否异常，包括：
判断加速度是否小于设定的加速度阈值，若是，则表示加速度所对应的位置的边坡异常；若否，则表示加速度所对应的位置的边坡正常。
优选地，还包括警报模块；
警报模块用于在边坡异常时，向值班人员发出警报通知。
本发明在获取边坡的加速度时，先通过判断节点来判断加速度是否为噪声数据，从而避免了噪声数据被传输至云平台模块，使得云平台模块能够及时对非噪声数据进行处理，及时获得边坡的监测结果。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中将更充分地理解本公开，附图仅以说明的方式给出，因此不限制本公开，并且其中：
图1为本发明一种基于物联网的采矿安全管理系统的第一种示意图。
图2为本发明一种基于物联网的采矿安全管理系统的第二种示意图。
图3为本发明一种基于物联网的采矿安全管理系统的第三种示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种基于物联网的采矿安全管理系统，包括边坡监测模块、通信中转模块和云平台模块；
边坡监测模块包括多个监测单元，每个监测单元负责对一个监测区域的边坡进行监测，获取监测区域的加速度，并将加速度发送至通信中转模块；
监测单元包括多个监测节点和一个判断节点；
判断节点用于将监测节点分为成员节点和簇头节点；
成员节点用于获取其所在位置的加速度，并将加速度发送至对应的簇头节点；
簇头节点用于将加速度发送至判断节点；
判断节点用于对接收到的加速度进行判断，将不属于噪声数据的加速度发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将加速度传输至云平台模块；
云平台模块用于基于加速度判断边坡是否异常。
本发明在获取边坡的加速度时，先通过判断节点来判断加速度是否为噪声数据，从而避免了噪声数据被传输至云平台模块，使得云平台模块能够及时对非噪声数据进行处理，及时获得边坡的监测结果。
具体的，成员节点在采集加速度时，容易可能会因为温度变化、激励电压不稳定等情况导致获得的加速度不准确，此时，得到的加速度为噪声数据。显然云平台模块对这样的加速度进行判断属于无效的计算，会影响正常的加速度的判断。
优选地，通信中转模块可以是5G基站。
优选地，如图2所示，还包括设备监测模块；
设备监测模块用于获取露天矿中的设备的位置信息，并将位置信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将位置信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据位置信息对设备进行安全管理。
优选地，露天矿中的设备包括采矿设备和运输设备，采矿设备包括挖掘机，破碎机等。运输设备包括各种类型的矿石运输车辆。
具体的，设备监测模块设置在设备的表面，随着设备进行移动。
优选地，根据位置信息对设备进行安全管理，包括：
根据位置信息判断设备是否进入高风险区域，若是，则向值班人员发出提示。
具体的，高风险区域包括落石区域，软土层区域等。
优选地，如图3所示，还包括人员管理模块，人员管理模块用于获取露天矿中的工作人员的状态信息，并将状态信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将状态信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据状态信息对露天矿中的工作人员进行安全管理。
优选地，人员管理模块由工作人员随身携带。状态信息包括位置和心率。
云平台模块根据工作人员的位置判断工作人员是否进入高风险区域，同时，根据心率判断工作人员的身体是否正常。
当设备或工作人员进入高风险区域时，便有可能产生安全风险，因此，值班人员在确定设备或工作人员进入高风险区域时，应当第一时间对相关人员进行通知，使得设备或工作人员脱离危险。
优选地，边坡监测模块还用于对边坡进行分区，将边坡分为多个面积相同的监测区域。
具体的，以倒圆台形状的矿坑为例，由于矿坑越往下，直径越小，因此，监测区域可以是多个梯形的区域，越靠近矿坑的底部，监测区域的高度越大。
优选地，将监测节点分为成员节点和簇头节点，包括：
判断节点根据前一次分簇开始的时刻和当前时刻判断是否开启新一轮的分簇，若是，则向监测节点发送开启命令；
监测节点接收到开启命令后，运行预设的分簇算法，从而确定自身属于成员节点还是簇头节点。
具体的，分簇开始的时刻为监测节点发出开启命令的时刻。
优选地，根据前一次分簇开始的时刻和当前时刻判断是否开启新一轮的分簇，包括：
用Ts表示第s次分簇开始的时刻，用Tnow表示当前时刻，计算Tnow和Ts之间的时间差timdiff：
timdiff＝Tnow-Ts
若timdiff大于对应的时间差阈值diffthres，则表示需要开启新一轮的分簇，若timdiff小于等于对应的时间差阈值diffthres，则表示不需要开启新一轮的分簇。
具体的，在本发明中，相邻的两轮分簇之间的时间差并不是固定不变的，因为随着监测节点的不断运行，监测节点的电量越来越少，若维持相同的时间差来进行分簇，则会导致被选为簇头节点的监测节点提前消耗完电量，导致对边坡的监测出现空缺，不利于及时发现边坡的异常情况。因此，本发明通过时间差阈值来对两轮分簇之间的时间差进行控制，有利于延长监测节点的工作时间。
优选地，diffthres的获取过程如下：
basetime表示初始的时间差阈值，δ为计算系数，δ∈(0,1)，mas表示监测节点所能够参与的分簇轮数的最大值，s表示已经完成分簇的轮数，iterg表示预先设定的电量，ndeu表示监测区域中的监测节点的集合，ergtj表示检测节点j在经过s轮分簇后所剩下的电量，aveergt表示ndeu中的监测节点经过s轮分簇后所剩下的电量的平均值，Ndeu表示ndeu中的监测节点的总数。
在本发明中，时间差阈值随着分簇轮数的变化以及剩余电量的变化而自适应地变化，分簇轮数越大，监测节点的剩余电量的越不整齐，则时间差阈值越小，从而能够在电量剩余越少时，越及时地重新进行分簇，避免被选为簇头节点的监测节点提前消耗完电量。
优选地，预设的分簇算法包括leach算法。
具体的，第一次开始分簇时，判断节点直接向监测节点发送开启命令。从第二次分簇开始，采用上述方式判断是否开启新一轮的分簇。
优选地，将加速度发送至对应的簇头节点，包括：
成员节点将获取的加速度发送至自身所属的簇的簇头节点。
具体的，当监测节点被选为监测区域中的簇头节点之后，便向监测区域中的其它监测节点广播自身的身份，从而使得区域中的除了簇头节点之外的监测节点确认自身的属于成员节点。
优选地，判断节点采用如下方式判断接收到的加速度是否属于噪声数据：
对于成员节点a在b时刻获得的加速度acca,b，计算acca,b的噪声判断值noival(acca,b)；
若noival(acca,b)大于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b为噪声数据；若noival(acca,b)小于等于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b不是噪声数据。
具体的，当一个成员节点采集到的加速度为噪声时，其数值会大于相邻的成员节点所采集到的加速度的加权结果，因此，通过设定一个噪声判断值阈值，便能够知道加速度是否为噪声。
优选地，noival(acca,b)的计算公式为：
其中，byrua为与成员节点a之间的欧式距离小于自适应距离adjRa的成员节点的集合，acci,b表示成员节点i在b时刻获得的加速度，visha,i表示成员节点a和成员节点i之间的欧式距离；vishcef表示距离参数，Nbyrua表示byrua中的成员节点的数量，vishave表示byrua中的成员节点与a之间的欧式距离的平均值，accef表示数值参数，/>
在本发明中，噪声判断值是由byrua中的成员节点在同一时间采集到的加速度的加权求和结果计算得到的。成员节点i和成员节点a之间的距离越远，采集到的加速度的数值的差异越大，则对噪声判断值的贡献越小，表示参考价值越低。这种计算方式避免了对byrua中的成员节点赋予相同的参考价值，因为距离越远，两个成员节点之间获得的加速度的差越大的概率越大，因此，这种计算方式能够提高得到的噪声判断值的准确程度。有利于提高判断加速度是否为噪声数据的准确程度。
优选地，自适应距离adjRa的计算函数为：
Ra为成员节点a的通信半径，nera为与a之间的距离小于Ra的成员节点的集合，altik表示成员节点k的海拔高度，disbyR表示nera中的成员节点的总数，malti表示nera中的成员节点的海拔高度的最大值。
在本发明中，不同位置的成员节点，其对应的自适应距离并不相同。本发明从成员节点的海拔高度的差异来计算出自适应距离，当nera中的成员节点相互之间的海拔高度差距越小时，自适应距离便会越小，表示在更小的自适应距离内便能够由足够多的与成员节点a之间的海拔高度差距足够小的成员节点来作为噪声判断值的参考对象；反之，则需要参考更大的自适应距离内的成员节点所获得的加速度来获得噪声判断值。
因为不同海拔高度的成员节点，在边坡发生振动等情况时，加速度的差距会显著大于相同海拔高度的成员节点，因此，本发明的这种计算方式能够使得byrua中的成员节点随着成员节点的实际海拔高度分布差异变化而变化，能够在海拔高度差距小时，减少byrua中的成员节点的数量，提高噪声判断值的获取速度；在在海拔高度差距大时，增加byrua中的成员节点的数量，提高噪声判断值的参考来源，保证得到准确的噪声判断值。
优选地，基于加速度判断边坡是否异常，包括：
判断加速度是否小于设定的加速度阈值，若是，则表示加速度所对应的位置的边坡异常；若否，则表示加速度所对应的位置的边坡正常。
优选地，还包括警报模块；
警报模块用于在边坡异常时，向值班人员发出警报通知。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，包括边坡监测模块、通信中转模块和云平台模块；
边坡监测模块包括多个监测单元，每个监测单元负责对一个监测区域的边坡进行监测，获取监测区域的加速度，并将加速度发送至通信中转模块；
监测单元包括多个监测节点和一个判断节点；
判断节点用于将监测节点分为成员节点和簇头节点；
成员节点用于获取其所在位置的加速度，并将加速度发送至对应的簇头节点；
簇头节点用于将加速度发送至判断节点；
判断节点用于对接收到的加速度进行判断，将不属于噪声数据的加速度发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将加速度传输至云平台模块；
云平台模块用于基于加速度判断边坡是否异常。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，还包括设备监测模块；
设备监测模块用于获取露天矿中的设备的位置信息，并将位置信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将位置信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据位置信息对设备进行安全管理。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，还包括人员管理模块，人员管理模块用于获取露天矿中的工作人员的状态信息，并将状态信息发送至通信中转模块；
通信中转模块用于将状态信息发送至云平台模块；
云平台模块用于根据状态信息对露天矿中的工作人员进行安全管理。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，边坡监测模块还用于对边坡进行分区，将边坡分为多个面积相同的监测区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，将监测节点分为成员节点和簇头节点，包括：
判断节点根据前一次分簇开始的时刻和当前时刻判断是否开启新一轮的分簇，若是，则向监测节点发送开启命令；
监测节点接收到开启命令后，运行预设的分簇算法，从而确定自身属于成员节点还是簇头节点。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，将加速度发送至对应的簇头节点，包括：
成员节点将获取的加速度发送至自身所属的簇的簇头节点。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，判断节点采用如下方式判断接收到的加速度是否属于噪声数据：
对于成员节点a在b时刻获得的加速度acca,b，计算acca,b的噪声判断值noival(acca,b)；
若noival(acca,b)大于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b为噪声数据；若noival(acca,b)小于等于设定的噪声判断值阈值，则表示acca,b不是噪声数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，noival(acca,b)的计算公式为：
其中，byrua为与成员节点a之间的欧式距离小于自适应距离adjRa的成员节点的集合，acci,b表示成员节点i在b时刻获得的加速度，visha,i表示成员节点a和成员节点i之间的欧式距离；vishcef表示距离参数，Nbyrua表示byrua中的成员节点的数量，vishave表示byrua中的成员节点与a之间的欧式距离的平均值，accef表示数值参数，/>
9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，基于加速度判断边坡是否异常，包括：
判断加速度是否小于设定的加速度阈值，若是，则表示加速度所对应的位置的边坡异常；若否，则表示加速度所对应的位置的边坡正常。
10.根据权利要求1所述的一种基于物联网的采矿安全管理系统，其特征在于，还包括警报模块；
警报模块用于在边坡异常时，向值班人员发出警报通知。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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