CN117489412B - 一种基于5g矿道安全的实时预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿道安全实时预警领域，具体公开提供的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，该方法包括：获取指定矿道内的环境基本信息用于分析指定矿道的环境预警系数；分析指定矿道的表面受力偏差系数和振动异常指数，进而分析指定矿道的振动应力预警系数；分析指定矿道的地轨安全指数和吊轨安全指数，进而分析指定矿道的运输设备安全预警系数；将分析得到的预警系数分别与对应的预警系数阈值进行比较，若大于或等于对应的阈值，则发出预警，方便工作人员能够及时采取措施，避免安全事故的发生，有助于保护矿道工人的安全，有效降低了矿道工作的安全风险，防止潜在的安全问题扩大，提升了矿道的可靠性和安全性。

Description

一种基于5G矿道安全的实时预警方法

技术领域

本发明属于矿道安全实时预警领域，涉及到一种基于5G矿道安全的实时预警方法。

背景技术

近年来，矿道安全事故频发，矿道是矿山开采过程中用于输送矿石、材料和人员的重要通道，然而，矿道中存在许多潜在的安全风险，例如：矿道坍塌、设备损坏、中毒窒息等，这些安全隐患可能会对工人的生命安全和矿山的正常运营造成严重且不可挽回的影响，为了提高矿道安全管理水平，实时监测预警成为一种重要的手段。

而随着传感器技术的日益进步，为矿道安全实时预警提供了全新的机会和可能性，多种传感器的应用能够在矿道内建立更加可靠的实时监测系统，为矿道安全提供了更加高效、准确的监测手段，能够提前发现和避免潜在的安全风险，降低事故发生的概率，保障工人的生命安全和矿山的正常运营。

现有的矿道安全预警方法存在一些不足，具体表现在以下几个方面：(1)现有的矿道安全预警方法在环境预警方面主要考虑温湿度、有害气体浓度以及含氧量，很少对亮度进行监测、分析及预警，未能考虑到矿道工作人员的工作条件，并且长期使人处在亮度不均匀的环境中工作，会导致视觉眩晕，甚至损害视力，既无法保证矿道工作的安全性，也导致矿道工作的效率低下。

(2)现有的矿道安全预警方法未能结合矿道内部的受力情况和振动情况来分析安全性，考虑不够全面，并且对矿道受力和振动的安全检测仍然只关注片面的参数，不能综合分析和实时监测预警矿道的受力情况及振动情况，也就无法降低矿道坍塌和崩落的事故发生频率，可能导致潜在的安全问题扩大。

(3)现有的矿道安全预警方法大多对环境和结构进行监测预警，对运输设备的监测预警较少，而矿道运输设备的安全性至关重要，若无法解决运输设备的各种安全隐患，则会加快损耗运输设备的寿命和可靠性，提高运输设备的维护成本，同时影响了矿道工作的工作效率。

发明内容

为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种基于5G矿道安全的实时预警方法，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于5G矿道安全的实时预警方法，包括：步骤一、矿道环境基本信息获取：获取指定矿道的环境基本信息，其中环境基本信息包括各监测点的温度值以及各矿道子空间区域的湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值。

步骤二、矿道环境监测预警分析：根据指定矿道的环境基本信息，分析指定矿道的环境预警系数，若指定矿道的环境预警系数大于或等于设定的矿道环境预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤三。

步骤三、矿道表面受力监测分析：将指定矿道内部表面按照等面积原则划分成各矿道表面子区域，实时监测各矿道表面子区域的压力值，进而分析指定矿道的表面受力偏差系数。

步骤四、矿道振动情况监测分析：实时监测获取指定矿道的振动参数，分析指定矿道的振动异常指数。

步骤五、矿道振动应力监测预警分析：根据指定矿道的表面受力偏差系数和指定矿道的振动异常指数，分析指定矿道的振动应力预警系数，若指定矿道的振动应力预警系数大于或等于设定的矿道振动应力预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤六。

步骤六、矿道地轨安全监测分析：根据监控视频实时监测并分析指定矿道地轨的偏移度和变形度，进而分析指定矿道的地轨安全指数。

步骤七、矿道吊轨安全监测分析：实时监测指定矿道吊轨上的起重机工作状态，获取指定矿道吊轨起重机的相关参数，进而分析指定矿道的吊轨安全指数。

步骤八、矿道运输设备安全监测预警分析：根据指定矿道的地轨安全指数和指定矿道的吊轨安全指数，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，若指定矿道的运输设备安全预警系数大于或等于设定的矿道运输设备安全预警系数阈值，则发出预警。

进一步地，所述指定矿道的环境预警系数，具体分析过程为：监测获取指定矿道内各监测点的温度值，并从中筛选出最高温度值和最低温度值，分别记为T_max和T_min。

按照等间距原则将指定矿道内空间划分为各矿道子空间区域，监测获取各矿道子空间区域的湿度值，并使用均值计算得到指定矿道内的湿度值，记为RH，同理获取指定矿道内的含氧量和有害气体浓度，分别记为Y和M。

再根据获取的各矿道子空间区域的亮度值，分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，进而分析指定矿道的环境预警系数，记为ω，其计算公式为：

其中△T_上、△T_下分别表示设定的矿道内适宜温度范围的上限值和下限值，△RH、△Y、△Φ分别表示设定的矿道内的适宜湿度值、适宜含氧量和参照亮度均匀性，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅、γ₆分别表示设定的最高温度值、最低温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度和亮度均匀性对指定矿道环境预警的影响占比因子。

进一步地，所述指定矿道内的亮度均匀性，具体分析过程为：将获取的各矿道子空间区域的亮度值记为φ_i，其中i表示指定矿道内空间各矿道子空间区域的编号，i＝1,2,...,n，计算指定矿道内的亮度方差，记为S²，其计算公式为：

，其中φn表示第n个矿道空间子区域的亮度值，n表示指定矿道内空间中矿道子空间区域的数目。

进而分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，其计算公式为：其中/>表示设定的指定矿道内亮度均匀性的修正因子。

进一步地，所述指定矿道的表面受力偏差系数，具体分析过程为：设定监测时间段，并将其按照等间隔原则划分出各监测时间点，监测获取各矿道表面子区域在各监测时间点的压力值，记为F_jk，其中j表示各矿道表面子区域的编号，j＝1,2,...,m，k表示各监测时间点的编号，k＝1,2,...,z，z表示设定监测时间段中的监测时间点的数目，再获取设定的矿道表面子区域的面积，记为s₀，计算各矿道表面子区域在各监测时间点的压强，记为P_jk，其计算公式为：

从各矿道表面子区域在各监测时间点的压强中筛选出各矿道子区域的最大压强，记为进而分析指定矿道的表面受力偏差系数，记为β₁，其计算公式为：

，其中P_j(k-1)表示表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的压强，k≥2，△P表示设定的矿道子区域的参照压强，△P_差表示设定的矿道子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照压强偏差，χ₁、χ₂分别表示设定的矿道子区域最大压强和监测时间点与前一监测时间点的压强偏差对指定矿道表面受力偏差的影响占比因子，λ₁表示设定的指定矿道表面受力偏差系数的修正因子。

进一步地，所述指定矿道的振动异常指数，具体分析过程为：提取指定矿道的振动参数，其中包括各矿道表面子区域在各监测时间点的振动速度和振动加速度，分别记为v_jk和a_jk。

进而分析指定矿道的振动异常指数，记为β₂，其计算公式为：

，其中v_j(k-1)和a_j(k-1)分别表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的振动速度和振动加速度，△v_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动速度偏差，△a_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动加速度偏差，f₁、f₂分别表示振动速度偏差和振动加速度偏差对指定矿道振动异常的影响占比因子，λ₂表示设定的指定矿道振动异常指数的修正因子。

进一步地，所述指定矿道的振动应力预警系数，具体分析过程为：根据指定矿道表面受力偏差系数β₁和指定矿道振动异常指数β₂，分析指定矿道的振动应力预警系数，记为η，其计算公式为：其中κ₁、κ₂分别表示设定的矿道表面受力偏差系数和矿道振动异常指数对指定矿道的振动应力预警的影响占比因子。

进一步地，所述指定矿道的地轨安全指数，具体分析过程为：从监控视频中获取在各监测时间点指定矿道地轨的图像，以各监测时间点指定矿道地轨图像的左下角点为原点，构建二维直角坐标系，将各监测时间点指定矿道地轨图像中的地轨按照等间隔原则划分出各固定位置，得到各固定位置对应的固定点，并获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的坐标，记为(x_kr,y_kr)，其中r表示指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的编号，r＝1,2,...,t，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的偏移度，记为ε_r1，其计算公式为：其中x_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的横坐标，y_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的纵坐标，/>表示设定的适宜偏移量。

使用图像测量技术获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置的横截直径，记为d_kr，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的变形度，记为ε_r2，其计算公式为：其中d_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置的横截直径，/>表示设定的适宜变形量。

进而分析指定矿道的地轨安全指数，记为δ₁，其计算公式为：

其中(ε_k1)_max表示矿道地轨的最大偏移度，(ε_k2)_max表示矿道地轨的最大变形度，σ₁、σ₂分别表示偏移度和变形度对指定矿道地轨安全的影响占比因子，μ₁表示指定矿道地轨安全指数的修正因子。

进一步地，所述指定矿道的吊轨安全指数，具体分析过程为：提取指定矿道吊轨起重机的相关参数，其中包括在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机距离地面的高度和在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机承载物体的重量，分别记为H_kq和G_kq，其中q表示指定矿道吊轨上各起重机的编号，q＝1,2,...,g。

进而分析指定矿道的吊轨安全指数，记为δ₂，其计算公式为：

其中△H表示设定的矿道吊轨上起重机距离地面的适宜高度，△G表示设定的矿道吊轨上起重机承载物体的适宜重量，分别表示起重机距离地面的高度和承载物体的重量对指定矿道吊轨安全的影响占比因子，μ₂表示设定的指定矿道吊轨安全指数的修正因子。

进一步地，所述指定矿道的运输设备安全预警系数，具体分析过程为：根据指定矿道的地轨安全指数δ₁和指定矿道的吊轨安全指数δ₂，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，记为ξ，其计算公式为：其中θ₁、θ₂分别表示设定的矿道地轨安全指数和矿道吊轨安全指数对指定矿道的运输设备安全预警的影响占比因子。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明获取指定矿道内的温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值并分析其亮度均匀性，进而根据这些环境参数分析指定矿道的环境预警系数，再与设定的矿道环境预警系数阈值进行比较，以实现对矿道内环境的实时监测预警，方便工作人员能够及时采取措施，避免安全事故的发生，而准确的环境预警系数可以帮助工作人员更好地了解工作环境的安全状况，通过分析环境参数的变化规律预测矿道内环境的趋势和周期性变化，进而合理安排工作，以提高工作效率和资源利用率，同时确保了矿道工作的安全性。

(2)本发明在分析矿道内的环境预警系数时考虑到亮度均匀性，防止工作人员在矿道内工作时因亮度不均匀导致忽亮忽暗的视觉眩晕，对此进行预警修正有效地保障了矿道工作人员的亮度需求，提高了安全性。

(3)本发明通过分析指定矿道的表面受力偏差系数和指定矿道的振动异常指数来分析指定矿道的振动应力预警系数，再与设定的矿道振动应力预警系数阈值进行比较，以实现对矿道的受力情况和振动情况的实时监测预警，提高了指定矿道的振动应力预警系数的综合性和可靠性，可以采取相应的加固措施，提前预防矿道坍塌和崩落的事故发生，有助于保护矿道工人的安全，并减少因矿道损坏而导致的生产和设备损失，有效降低了矿道工作的安全风险，防止潜在的安全问题扩大。

(4)本发明通过分析指定矿道的地轨安全指数和指定矿道的吊轨安全指数来分析指定矿道的运输设备安全预警系数，再与设定的矿道运输设备安全预警系数阈值进行比较，以实现对矿道的运输设备的实时监测预警，可以及时发现并解决地轨偏移、地轨膨胀、起重机距离地面高度过短或承载物体重量不符等潜在的安全隐患，提高矿道运输设备的安全性，通过实时监测的各项数据可以综合分析设备和矿道的寿命状态，合理安排检修周期，及时更换和维修设备，从而降低维护成本，提升设备的可靠性和寿命，并避免因维护不及时造成的工作中断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体方法流程示意图。

图2为本发明方法实施步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1所示，本发明提供了一种基于5G矿道安全的实时预警方法，该方法包括：步骤一、矿道环境基本信息获取：获取指定矿道的环境基本信息，其中环境基本信息包括各监测点的温度值以及各矿道子空间区域的湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值。

需要说明的是，指定矿道的各监测点温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值的具体获取方式为分别使用温度传感器、湿度传感器、含氧检测仪、有害气体浓度监测仪和光传感器进行监测获取。

步骤二、矿道环境监测预警分析：根据指定矿道的环境基本信息，分析指定矿道的环境预警系数，若指定矿道的环境预警系数大于或等于设定的矿道环境预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤三。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的环境预警系数，具体分析过程为：监测获取指定矿道内各监测点的温度值，并从中筛选出最高温度值和最低温度值，分别记为T_max和T_min。

按照等间距原则将指定矿道内空间划分为各矿道子空间区域，监测获取各矿道子空间区域的湿度值，并使用均值计算得到指定矿道内的湿度值，记为RH，同理获取指定矿道内的含氧量和有害气体浓度，分别记为Y和M。

再根据获取的各矿道子空间区域的亮度值，分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，进而分析指定矿道的环境预警系数，记为ω，其计算公式为：

其中△T_上、△T_下分别表示设定的矿道内适宜温度范围的上限值和下限值，△RH、△Y、△Φ分别表示设定的矿道内的适宜湿度值、适宜含氧量和参照亮度均匀性，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅、γ₆分别表示设定的最高温度值、最低温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度和亮度均匀性对指定矿道环境预警的影响占比因子。

本发明获取指定矿道内的温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值并分析其亮度均匀性，进而根据这些环境参数分析指定矿道的环境预警系数，再与设定的矿道环境预警系数阈值进行比较，以实现对矿道内环境的实时监测预警，方便工作人员能够及时采取措施，避免安全事故的发生，而准确的环境预警系数可以帮助工作人员更好地了解工作环境的安全状况，通过分析环境参数的变化规律预测矿道内环境的趋势和周期性变化，进而合理安排工作，以提高工作效率和资源利用率，同时确保了矿道工作的安全性。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道内的亮度均匀性，具体分析过程为：将获取的各矿道子空间区域的亮度值记为φ_i，其中i表示指定矿道内空间各矿道子空间区域的编号，i＝1,2,...,n，计算指定矿道内的亮度方差，记为S²，其计算公式为：

，其中φn表示第n个矿道空间子区域的亮度值，n表示指定矿道内空间中矿道子空间区域的数目。

进而分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，其计算公式为：其中/>表示设定的指定矿道内亮度均匀性的修正因子。

本发明在分析矿道内的环境预警系数时考虑到亮度均匀性，防止工作人员在矿道内工作时因亮度不均匀导致忽亮忽暗的视觉眩晕，对此进行预警修正有效地保障了矿道工作人员的亮度需求，提高了安全性。

步骤三、矿道表面受力监测分析：将指定矿道内部表面按照等面积原则划分成各矿道表面子区域，实时监测各矿道表面子区域的压力值，进而分析指定矿道的表面受力偏差系数。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的表面受力偏差系数，具体分析过程为：设定监测时间段，并将其按照等间隔原则划分出各监测时间点，监测获取各矿道表面子区域在各监测时间点的压力值，记为F_jk，其中j表示各矿道表面子区域的编号，j＝1,2,...,m，k表示各监测时间点的编号，k＝1,2,...,z，z表示设定监测时间段中的监测时间点的数目，再获取设定的矿道表面子区域的面积，记为s₀，计算各矿道表面子区域在各监测时间点的压强，记为P_jk，其计算公式为：

从各矿道表面子区域在各监测时间点的压强中筛选出各矿道子区域的最大压强，记为进而分析指定矿道的表面受力偏差系数，记为β₁，其计算公式为：

，其中P_j(k-1)表示表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的压强，k≥2，△P表示设定的矿道子区域的参照压强，△P_差表示设定的矿道子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照压强偏差，χ₁、χ₂分别表示设定的矿道子区域最大压强和监测时间点与前一监测时间点的压强偏差对指定矿道表面受力偏差的影响占比因子，λ₁表示设定的指定矿道表面受力偏差系数的修正因子。

需要说明的是，各矿道表面子区域在各监测时间点的压力值的具体获取方式为使用压力传感器进行监测获取。

步骤四、矿道振动情况监测分析：实时监测获取指定矿道的振动参数，分析指定矿道的振动异常指数。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的振动异常指数，具体分析过程为：提取指定矿道的振动参数，其中包括各矿道表面子区域在各监测时间点的振动速度和振动加速度，分别记为v_jk和a_jk。

进而分析指定矿道的振动异常指数，记为β₂，其计算公式为：

，其中v_j(k-1)和a_j(k-1)分别表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的振动速度和振动加速度，△v_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动速度偏差，△a_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动加速度偏差，f₁、f₂分别表示振动速度偏差和振动加速度偏差对指定矿道振动异常的影响占比因子，λ₂表示设定的指定矿道振动异常指数的修正因子。

需要说明的是，各矿道表面子区域在各监测时间点的振动速度和振动加速度的具体获取方式为使用振动传感器进行监测获取。

步骤五、矿道振动应力监测预警分析：根据指定矿道的表面受力偏差系数和指定矿道的振动异常指数，分析指定矿道的振动应力预警系数，若指定矿道的振动应力预警系数大于或等于设定的矿道振动应力预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤六。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的振动应力预警系数，具体分析过程为：根据指定矿道表面受力偏差系数β₁和指定矿道振动异常指数β₂，分析指定矿道的振动应力预警系数，记为η，其计算公式为：其中κ₁、κ₂分别表示设定的矿道表面受力偏差系数和矿道振动异常指数对指定矿道的振动应力预警的影响占比因子。

本发明通过分析指定矿道的表面受力偏差系数和指定矿道的振动异常指数来分析指定矿道的振动应力预警系数，再与设定的矿道的振动应力预警系数阈值进行比较，以实现对矿道的受力情况和振动情况的实时监测预警，提高了指定矿道的振动应力预警系数的综合性和可靠性，可以采取相应的加固措施，提前预防矿道坍塌和崩落的事故发生，有助于保护矿道工人的安全，并减少因矿道损坏而导致的生产和设备损失，有效降低了矿道工作的安全风险，防止潜在的安全问题扩大。

步骤六、矿道地轨安全监测分析：根据监控视频实时监测并分析指定矿道地轨的偏移度和变形度，进而分析指定矿道的地轨安全指数。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的地轨安全指数，具体分析过程为：从监控视频中获取在各监测时间点指定矿道地轨的图像，以各监测时间点指定矿道地轨图像的左下角点为原点，构建二维直角坐标系，将各监测时间点指定矿道地轨图像中的地轨按照等间隔原则划分出各固定位置，得到各固定位置对应的固定点，并获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的坐标，记为(x_kr,y_kr)，其中r表示指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的编号，r＝1,2,...,t，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的偏移度，记为ε_r1，其计算公式为：其中x_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的横坐标，y_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的纵坐标，/>表示设定的适宜偏移量。

使用图像测量技术获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置的横截直径，记为d_kr，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的变形度，记为ε_r2，其计算公式为：

其中d_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置的横截直径，/>表示设定的适宜变形量。

进而分析指定矿道的地轨安全指数，记为δ₁，其计算公式为：

其中(ε_k1)_max表示矿道地轨的最大偏移度，(ε_k2)_max表示矿道地轨的最大变形度，σ₁、σ₂分别表示偏移度和变形度对指定矿道地轨安全的影响占比因子，μ₁表示指定矿道地轨安全指数的修正因子。

步骤七、矿道吊轨安全监测分析：实时监测指定矿道吊轨上的起重机工作状态，获取指定矿道吊轨起重机的相关参数，进而分析指定矿道的吊轨安全指数。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的吊轨安全指数，具体分析过程为：提取指定矿道吊轨起重机的相关参数，其中包括在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机距离地面的高度和在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机承载物体的重量，分别记为H_kq和G_kq，其中q表示指定矿道吊轨上各起重机的编号，q＝1,2,...,g。

进而分析指定矿道的吊轨安全指数，记为δ₂，其计算公式为：

其中△H表示设定的矿道吊轨上起重机距离地面的适宜高度，△G表示设定的矿道吊轨上起重机承载物体的适宜重量，分别表示起重机距离地面的高度和承载物体的重量对指定矿道吊轨安全的影响占比因子，μ₂表示设定的指定矿道吊轨安全指数的修正因子。

需要说明的是，在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机距离地面的高度的具体获取方式为通过监控视频获取在各监测时间点指定矿道的图像，并使用图像测量技术获取各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机距离地面的高度。

还需要说明的是，在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机承载物体的重量的具体获取方式为在起重机的吊钩或悬挂装置上安装称重传感器进行监测获取。

步骤八、矿道运输设备安全监测预警分析：根据指定矿道的地轨安全指数和指定矿道的吊轨安全指数，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，若指定矿道的运输设备安全预警系数大于或等于设定的矿道运输设备安全预警系数阈值，则发出预警。

在本发明的具体实施例中，所述指定矿道的运输设备安全预警系数，具体分析过程为：根据指定矿道的地轨安全指数δ₁和指定矿道的吊轨安全指数δ₂，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，记为ξ，其计算公式为：其中θ₁、θ₂分别表示设定的矿道地轨安全指数和矿道吊轨安全指数对指定矿道的运输设备安全预警的影响占比因子。

本发明通过分析指定矿道的地轨安全指数和指定矿道的吊轨安全指数来分析指定矿道的运输设备安全预警系数，再与设定的矿道运输设备安全预警系数阈值进行比较，以实现对矿道的运输设备的实时监测预警，可以及时发现并解决地轨偏移、地轨膨胀、起重机距离地面高度过短或承载物体重量不符等潜在的安全隐患，提高矿道运输设备的安全性，通过实时监测的各项数据可以综合分析设备和矿道的寿命状态，合理安排检修周期，及时更换和维修设备，从而降低维护成本，提升设备的可靠性和寿命，并避免因维护不及时造成的工作中断。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于，包括：

步骤一、矿道环境基本信息获取：获取指定矿道的环境基本信息，其中环境基本信息包括各监测点的温度值以及各矿道子空间区域的湿度值、含氧量、有害气体浓度以及亮度值；

步骤二、矿道环境监测预警分析：根据指定矿道的环境基本信息，分析指定矿道的环境预警系数，若指定矿道的环境预警系数大于或等于设定的矿道环境预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤三；

步骤三、矿道表面受力监测分析：将指定矿道内部表面按照等面积原则划分成各矿道表面子区域，实时监测各矿道表面子区域的压力值，进而分析指定矿道的表面受力偏差系数；

步骤四、矿道振动情况监测分析：实时监测获取指定矿道的振动参数，分析指定矿道的振动异常指数；

步骤五、矿道振动应力监测预警分析：根据指定矿道的表面受力偏差系数和指定矿道的振动异常指数，分析指定矿道的振动应力预警系数，若指定矿道的振动应力预警系数大于或等于设定的矿道振动应力预警系数阈值，则发出预警，反之则执行步骤六；

步骤六、矿道地轨安全监测分析：根据监控视频实时监测并分析指定矿道地轨的偏移度和变形度，进而分析指定矿道的地轨安全指数；

步骤七、矿道吊轨安全监测分析：实时监测指定矿道吊轨上的起重机工作状态，获取指定矿道吊轨起重机的相关参数，进而分析指定矿道的吊轨安全指数；

步骤八、矿道运输设备安全监测预警分析：根据指定矿道的地轨安全指数和指定矿道的吊轨安全指数，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，若指定矿道的运输设备安全预警系数大于或等于设定的矿道运输设备安全预警系数阈值，则发出预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的环境预警系数，具体分析过程为：

监测获取指定矿道内各监测点的温度值，并从中筛选出最高温度值和最低温度值，分别记为T_max和T_min；

按照等间距原则将指定矿道内空间划分为各矿道子空间区域，监测获取各矿道子空间区域的湿度值，并使用均值计算得到指定矿道内的湿度值，记为RH，同理获取指定矿道内的含氧量和有害气体浓度，分别记为Y和M；

再根据获取的各矿道子空间区域的亮度值，分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，进而分析指定矿道的环境预警系数，记为ω，其计算公式为：

其中△T_上、△T_下分别表示设定的矿道内适宜温度范围的上限值和下限值，△RH、△Y、△Φ分别表示设定的矿道内的适宜湿度值、适宜含氧量和参照亮度均匀性，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅、γ₆分别表示设定的最高温度值、最低温度值、湿度值、含氧量、有害气体浓度和亮度均匀性对指定矿道环境预警的影响占比因子。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道内的亮度均匀性，具体分析过程为：

将获取的各矿道子空间区域的亮度值记为φ_i，其中i表示指定矿道内空间各矿道子空间区域的编号，i＝1,2,...,n，计算指定矿道内的亮度方差，记为S²，其计算公式为：

，其中φ_n表示第n个矿道空间子区域的亮度值，n表示指定矿道内空间中矿道子空间区域的数目；

进而分析指定矿道内的亮度均匀性，记为Φ，其计算公式为：其中/>表示设定的指定矿道内亮度均匀性的修正因子。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的表面受力偏差系数，具体分析过程为：

设定监测时间段，并将其按照等间隔原则划分出各监测时间点，监测获取各矿道表面子区域在各监测时间点的压力值，记为F_jk，其中j表示各矿道表面子区域的编号，j＝1,2,...,m，k表示各监测时间点的编号，k＝1,2,...,z，z表示设定监测时间段中的监测时间点的数目，再获取设定的矿道表面子区域的面积，记为s₀，计算各矿道表面子区域在各监测时间点的压强，记为P_jk，其计算公式为：

从各矿道表面子区域在各监测时间点的压强中筛选出各矿道子区域的最大压强，记为进而分析指定矿道的表面受力偏差系数，记为β₁，其计算公式为：

其中P_j(k-1)表示表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的压强，k≥2，△P表示设定的矿道子区域的参照压强，△P_差表示设定的矿道子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照压强偏差，χ₁、χ₂分别表示设定的矿道子区域最大压强和监测时间点与前一监测时间点的压强偏差对指定矿道表面受力偏差的影响占比因子，λ₁表示设定的指定矿道表面受力偏差系数的修正因子。

5.根据权利要求4所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的振动异常指数，具体分析过程为：

提取指定矿道的振动参数，其中包括各矿道表面子区域在各监测时间点的振动速度和振动加速度，分别记为v_jk和a_jk；

进而分析指定矿道的振动异常指数，记为β₂，其计算公式为：

其中v_j(k-1)和a_j(k-1)分别表示第j个矿道表面子区域第k-1个监测时间点的振动速度和振动加速度，△v_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动速度偏差，△a_差表示设定的矿道表面子区域对应的监测时间点与前一监测时间点的参照振动加速度偏差，f₁、f₂分别表示振动速度偏差和振动加速度偏差对指定矿道振动异常的影响占比因子，λ₂表示设定的指定矿道振动异常指数的修正因子。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的振动应力预警系数，具体分析过程为：

根据指定矿道表面受力偏差系数β₁和指定矿道振动异常指数β₂，分析指定矿道的振动应力预警系数，记为η，其计算公式为：其中κ₁、κ₂分别表示设定的矿道表面受力偏差系数和矿道振动异常指数对指定矿道振动应力预警的影响占比因子。

7.根据权利要求4所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的地轨安全指数，具体分析过程为：

从监控视频中获取在各监测时间点指定矿道地轨的图像，以各监测时间点指定矿道地轨图像的左下角点为原点，构建二维直角坐标系，将各监测时间点指定矿道地轨图像中的地轨按照等间隔原则划分出各固定位置，得到各固定位置对应的固定点，并获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的坐标，记为(x_kr,y_kr)，其中r表示指定矿道地轨图像中地轨各固定位置对应固定点的编号，r＝1,2,...,t，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的偏移度，记为ε_r1，其计算公式为：其中x_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的横坐标，y_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置对应固定点的纵坐标，/>表示设定的适宜偏移量；

使用图像测量技术获取各监测时间点指定矿道地轨图像中地轨各固定位置的横截直径，记为d_kr，分析矿道地轨各固定位置对应固定点的变形度，记为ε_r2，其计算公式为：其中d_(k-1)r表示在第k-1个监测时间点第r个固定位置的横截直径，表示设定的适宜变形量；

进而分析指定矿道的地轨安全指数，记为δ₁，其计算公式为：

其中(ε_k1)_max表示矿道地轨的最大偏移度，(ε_k2)_max表示矿道地轨的最大变形度，σ₁、σ₂分别表示偏移度和变形度对指定矿道地轨安全的影响占比因子，μ₁表示指定矿道地轨安全指数的修正因子。

8.根据权利要求7所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的吊轨安全指数，具体分析过程为：

提取指定矿道吊轨起重机的相关参数，其中包括在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机距离地面的高度和在各监测时间点指定矿道吊轨上各起重机承载物体的重量，分别记为H_kq和G_kq，其中q表示指定矿道吊轨上各起重机的编号，q＝1,2,...,g；

进而分析指定矿道的吊轨安全指数，记为δ₂，其计算公式为：

其中△H表示设定的矿道吊轨上起重机距离地面的适宜高度，△G表示设定的矿道吊轨上起重机承载物体的适宜重量，分别表示起重机距离地面的高度和承载物体的重量对指定矿道吊轨安全的影响占比因子，μ₂表示设定的指定矿道吊轨安全指数的修正因子。

9.根据权利要求8所述的一种基于5G矿道安全的实时预警方法，其特征在于：所述指定矿道的运输设备安全预警系数，具体分析过程为：

根据指定矿道的地轨安全指数δ₁和指定矿道的吊轨安全指数δ₂，分析指定矿道的运输设备安全预警系数，记为ξ，其计算公式为：其中θ₁、θ₂分别表示设定的矿道地轨安全指数和矿道吊轨安全指数对指定矿道的运输设备安全预警的影响占比因子。