CN205013046U - 基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统，本监测系统主要包括：振动传感器、通信网络、定位服务器、监测服务器、监控主机；本监测系统通过振动传感器采集煤炭资源范围内的煤炭盗采过程中的炮采、炮掘等振动信号；振动信号数据通过通信网络远程传送给定位服务器；定位服务器对振动源位置，由监测服务器向监控主机发出煤炭盗采报警信号。本监测系统充分考虑了煤炭盗采的生产特点，可较为准确地判定较大范围内的煤炭盗采现象，实施简单，可避免人工监管的各种人为因素，遏制盗采事件发生，保护国家煤矿资源。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统，该系统涉及传感器、地理信息和通信等领域。
背景技术
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。另外，事故调查表明，煤炭生产中超层越界盗采引发的死亡事故，在煤矿事故中占有较大的比例。
煤炭盗采具有隐蔽性强、发现难、监管难等特点。为及时发现和监管，一些地方管理部门向私营小煤矿派驻矿人员、进行监督检查。但由于矿主收买、驻矿监督检查人员业务能力和责任心差等原因，没有能及时发现和遏制盗采、进而酿成一起起死亡事故。因此，急需研究防止煤炭盗采的自动检测技术，避免人工监管的各种人为因素，进一步强化盗采监管，遏制盗采事件发生，保护国家煤矿资源，防止由盗采引起的伤亡事故。
发明内容
本实用新型提出了一种基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统，系统主要包括：振动传感器、通信网络、定位服务器、监测服务器、监控主机；在煤炭资源地区附近放置振动传感器，振动传感器负责采集地下振动波信号，并将数字化后的振动信号数据通过通信网络远程传送给定位服务器；定位服务器负责处理所有振动信号数据得到振动源位置，将振动源位置发送到监测服务器；监测服务器负责将振动源位置与内置地理信息进行比对处理，根据处理结果向监控主机发出煤炭盗采报警信号；监控主机负责接收监测服务器发送的煤炭盗采报警信号，通过外接设备发出煤炭盗采警报。
1.该系统进一步包括：振动传感器内置卫星定位模块，可接收卫星定位系统的卫星信号，并获得卫星授时，自动校准传感器时钟。
2.该系统进一步包括：振动传感器频率检测范围应不小于0至600Hz，振动传感器采集信号包括炮采振动信号、炮掘振动信号、落煤振动信号、顶板冒落振动信号。
3.该系统进一步包括：使用三向振动加速度传感器，实时检测三个方向的振动加速度数据。
4.该系统进一步包括：监测服务器内置三维地理信息系统，存储有划定的煤矿资源和各煤矿的井田范围；当监测服务器接收到振动源位置数据时，利用三维地理信息系统将振动源位置、井田范围和煤矿资源范围进行比对，如振动源位置属于煤矿资源位置集合，但不属于井田位置集合时，发出煤炭盗采报警信号。
5.该系统进一步包括：监控主机具有声光报警外接设备，接收监测服务器发送的煤炭盗采报警信号，通过外接设备发出煤炭盗采警报，并通过显示终端提供煤炭盗采报警详情。
附图说明
图1系统实施示意图。
图2振动传感器结构示意图。
图3盗采监测工作流程示意图。
具体实施方式
所述基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统主要包括：振动传感器、通信网络、定位服务器、监测服务器、监控主机；在本示例中，通信网络由移动网络、远程网络和交换机组成。系统的具体结构及设备组成如图1所示，
1.振动传感器(101)，负责采集地平面和垂直于地平面三个方向的振动信号，并将信号数字化，再将数字化得到的数据远程传输至监测服务器。
2.移动网络(102)，是移动电话服务商所提供的无线通信网络，可选GPRS、CDMA或3G等数据网络，为终端设备提供网络接入和数据通信服务。由于振动传感器部署距离较远，无论使用有线网络通信还是专用无线通信网络都不易实施，建设和维护成本较高，所以使用现有的移动网络连接有线远程。
3.远程网络(103)，使用互联网或煤炭专网，监测服务器和监控主机通过网络通信。
4.网络交换机(104)；负责接入网络的设备的管理和数据交换。
5.定位服务器(105)；负责对各振动传感器数据进行采集、存储，并存储有振动传感器位置信息；根据振动传感器检测到的振动数据对振动源位置进行定位，并将位置数据传输给GIS服务器。
6.监测服务器(106)；存储有监测区域内煤炭资源和煤矿井田等地理信息，接收定位服务器发来的地下振动的振源位置信息，将振源位置与煤炭资源及煤矿井田位置进行监测比对，当振动源位置在煤矿资源范围内但不属于井田范围内时，向监控主机(107)发出煤炭盗采报警信号，并为监控主机用户提供查询调取服务。
7.监控主机(107)；具有声光报警功能，生产监督服务管理人员通过监控主机查看辖区各煤矿生产情况，查看监测服务器(203)提供报警信息，并可从监测服务器调取历史数据。
振动传感器结构如图2所示：
1.处理器(201)；负责振动模拟信号处理、时钟记录和通信控制；选择TI公司的MSP430F147单片机。该型号为16位RISC结构，具有32kFlash，1kRAM；并有5种低功耗模式，丰富的片内外围模块，灵活的时钟系统等诸多优点。MSP430支持1.8～3.6V电压，本示例系统采用3.3V工作电压。MSP430F147内置精度为12位200kps的A/D转换器。1位非线性微分误差，1位非线性积分误差，4种模数转换模式。三向加速度振动传感器(202)的三个输出信号接入具有模数转换功能的端口；定位模块(203)和移动通信模块(204)分别接MSP430F147的两个双向UART端口。
2.三向加速度振动传感器(202)；采用，可选择模拟信号输出的传感器，也可选择数字信号输出的传感器.本示例选择模拟信号输出的MMA7260Q，MMA7260Q最高灵敏为1.5g，电压2.2V～3.6V，本示例采用3.3V电压。安装时应注意传感器上的方向标识，保证Z轴垂直于地平面，X轴和Y轴方向应与定位服务器设定和记录的方向一致，以保证正确的定位运算。
3.存储芯片(203)采用1片24C512，只使用了一个存储芯片，不需设置片选地址，所以24C512的片点选管脚全部接地。24C512使用12C总线通信，使用两个标准I/O接口加上拉电阻连接SCL和SDA管脚，实现处理器与存储芯片通信控制。存储芯片存储数据，当移动通信模块由于网络连接故障等原因未能将采集的振动信号数据及时传输出去时，将处理器将数据存储在存储芯片中，当网络连接恢复后再将数据传送给定位服务器。
4.定位模块(203)；负责接收定位卫星发送的信号，实现系统授时。可采用GPS、GLONASS或北斗定位模块，通过UART端口与处理器连接通信。
5.移动通信模块(204)；负责远程无线通信，通过移动通信网络将采集处理得到的振动数据传送至远程网络，由远程网络将数据送至定位服务器。移动通信模块可选GPRS、CDMA或3G等模块，由于本系统所传送数据量不大，GPRS模块即可满足要求。本示例选择华为的MG323模块；通过UART端口与处理器连接。
6.电源(205)包括DC/AC、电源管理，电池、电池充电管理部分，DC/AC负责将220V交流电转换为5V直流电源为传感器系统供电，可采用开关电源模块；电源管理部分负责将5V电源转换为3.3V为系统供电；同时检测DC/AC供电情况，当交流电源停电，则自动切换至备用电池供电，以保证系统正常工作一段时间；备用电池使用锂离子蓄电池，锂电池(组)应具有防反接功能，具有内部保护电路外，具有外保护电路，具备防过充、防过放、过流、短路等功能，还有均衡充电、均衡放电功能。电压转换采用MAX1724系列电源转换稳压芯片，转换得到3.3V稳定的工作电压，为处理器、传感器供电、定位模块和移动通信模块供电。电池充电管理电路采用TI的LM3658芯片，2.5～6V输入电压，输出电流可达1A，电流的实际大小可以通过外置电阻加以调节，内置的功率FET可根据环境温度自动调整充电电流，维持电池寿命。
盗采监测工作流程如图3所示：
1.(301)三向加速度振动传感器(202)采集地下振动信号，由振动传感器系统的处理器(201)将模拟信号A/D转换。
2.(302)监测转换得到的振动数据，当监测到数据变化较大时，则判定发生振动。
3.(303)将变化之前3秒至振动结束后5秒时间段内的所有振动数据及数据采集时间发送至定位服务器。
4.(304)定位服务器(105)处理振动传感器上传的各方向的振动数据，如各方向在设定的阈值时间T内连续检测到两次振动波信号，将第一个波作为P波，第二个波作为S波。
5.(305)根据P波与S波的不同传播速度及间隔时间判定振动源与三向振动加速度传感器在三个坐标方向上的距离，根据传感器位置得到振动源位置。
6.(306)将得到的振动源位置信息发送至监测服务器，由GIS系统将振动源位置信息与所存储的煤炭资源及煤矿井田的位置地理信息进行比对，当定位得到振动源位置在煤矿资源范围内但不属于井田范围内时，向监控主机(107)发送煤炭盗采报警信息。
7.(307)由监控主机发出煤炭盗采声光报警信号。
Claims (6)
1.一种基于振动监测定位的煤炭盗采监测系统，其特征在于：系统主要包括：振动传感器、交换机、定位服务器、监测服务器、监控主机；在煤炭资源地区附近放置振动传感器，振动传感器负责采集地下振动波信号，并将数字化后的振动信号数据通过通信网络远程传送给定位服务器；定位服务器负责处理所有振动信号数据得到振动源位置，将振动源位置发送到监测服务器；监测服务器负责将振动源位置与内置地理信息进行比对处理，根据处理结果向监控主机发出煤炭盗采报警信号；监控主机负责接收监测服务器发送的煤炭盗采报警信号，通过外接设备发出煤炭盗采警报。
2.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于：振动传感器内置卫星定位模块，可接收卫星定位系统的卫星信号，并获得卫星授时，自动校准传感器时钟。
3.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于：振动传感器频率检测范围应不小于0至600Hz，振动传感器采集信号包括炮采振动信号、炮掘振动信号、落煤振动信号、顶板冒落振动信号。
4.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于：使用三向振动加速度传感器，实时检测三个方向的振动加速度数据。
5.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于：监测服务器内置三维地理信息系统，存储有划定的煤矿资源和各煤矿的井田范围；当监测服务器接收到振动源位置数据时，利用三维地理信息系统将振动源位置、井田范围和煤矿资源范围进行比对，如振动源位置属于煤矿资源位置集合，但不属于井田位置集合时，发出煤炭盗采报警信号。
6.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于：监控主机具有声光报警外接设备，接收监测服务器发送的煤炭盗采报警信号，通过外接设备发出煤炭盗采警报，并通过显示终端提供煤炭盗采报警详情。
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