CN216386700U - 一种露天矿粉尘浓度预警系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种露天矿粉尘浓度预警系统，包括固定于露天矿的作业单元上的地面监测模块、无人机监测模块、通讯模块和终端模块；地面监测模块用于检测作业单元的位置信息和其所处位置的粉尘浓度信息；并通过通讯模块将作业单元的位置信息和作业单元所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块；无人机监测模块用于检测无人机的位置信息和其所处位置的粉尘浓度信息；并通过通讯模块将无人机的位置信息和无人机所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块；终端模块对作业单元的位置信息、作业单元所处位置的粉尘浓度信息和无人机的位置信息、无人机所处位置的粉尘浓度信息进行处理，并根据处理结果进行预警。本申请能够在浓度超标时及时、精准进行预警。

Description

一种露天矿粉尘浓度预警系统

技术领域

本申请属于粉尘监测技术领域，具体涉及一种露天矿粉尘浓度预警系统。

背景技术

露天矿生产过程(钻机穿孔作业、爆破作业、采装作业、运输作业和排土作业)中伴随着大量煤和岩石的破碎而产生了极大浓度的粉尘颗粒，产生的粉尘较长时间悬浮在空气中，露天矿粉尘产尘量大、产尘点多；同时粉尘受气候条件(例如，风、气流等)影响较大，使得露天矿粉尘具有不定时、分散程度高、立体化扩散、扩散范围广等特点，从而会对人身造成伤害、降低工作场的能见度和增加机械设备的损耗，因此需要对露天矿粉尘情况进行监测。

现有技术中，中国发明专利申请号为202010595649.8，申请名称为一种基于粉尘浓度仪的粉尘浓度在线监测系统，如图1所示，基于无线传感器网络的数据采集模块、远程监控终端和用户终端三部分组成。数据采集模块，用于对监测区域的空气质量进行监测，其包括：多个传感器节点和基站设备，多个传感器节点用于感测其所在位置的空气质量监测数据，并将其转发至基站设备，基站设备汇聚各传感器节点感测的空气质量监测数据，并转发至远程监控终端；远程监控终端，用于对空气质量监测数据进行分析处理，在空气质量监测数据超出空气质量数据阈值时向用户终端发送报警信息。

该粉尘在线监测系统存在以下问题：1、该监测方式需要将监测区域划分为N个区域，将传感器分布在各个监测区域的中心位置。但露天矿区生产作业面积大，较多地方不适合布置监测设备。2、使用的粉尘浓度检测仪，长时间使用后其监测设备上面会堆积一层粉尘，会影响检测数值的准确性。3、该方法需要采购较多的监测设备且建立多个基站，导致粉尘浓度在线监测系统的成本很高。

目前，国内矿区现有的研究工作并未能够有效的解决粉尘基础数据采集和实行动态监测问题。例如我国准格尔矿区开展的粉尘治理相关研究工作，仅在局部区域附近布置了若干个监测点，监测范围小、监测时间短，数据量有限，因此难以真实的反应区域内的大气污染物分布情况，无法获取真实的粉尘移运规律，进而指导粉尘治理。

综上所述，对于露天矿粉尘浓度的监测手段，主要通过地面布置固定监测设备，仅能满足部分目标的粉尘浓度监测、监测范围小，无法满足露天矿大范围区域监测的要求；因此，不能全面、有效的监测露天矿的粉尘浓度，并进行准确的预警。

因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种露天矿粉尘浓度预警系统，用以克服上述现有技术中露天矿粉尘浓度预警系统不全面、可靠性差的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种露天矿粉尘浓度预警系统，所述系统包括地面监测模块、无人机监测模块、通讯模块和终端模块；

所述地面监测模块固定于所述露天矿的作业单元上，用于检测所述作业单元的信息，所述作业单元的信息包括所述作业单元的位置信息和所述作业单元所处位置的粉尘浓度信息；所述作业单元包括作业人员和作业车辆；

所述无人机监测模块固定于无人机上，用于检测所述无人机的信息，所述无人机的信息包括所述无人机的位置信息和所述无人机所处位置的粉尘浓度信息；

所述通讯模块将所述作业单元的信息和所述无人机的信息发送至所述终端模块；

所述终端模块根据所述作业单元的信息和所述无人机的信息实现预警。

优选地，所述地面监测模块包括第一地面监测子模块和第二地面监测子模块；

所述第一地面监测子模块固定于所述作业人员上，包括第一定位单元和第一粉尘监测单元，所述第一定位单元用于检测所述作业人员的位置信息，所述第一粉尘单元用于检测所述作业人员所处位置的粉尘浓度信息；

所述第二地面监测子模块固定于所述作业车辆上，包括第二定位单元和第二粉尘监测单元，所述第二定位单元用于检测所述作业车辆的位置信息，所述第二粉尘单元用于检测所述作业车辆所处位置的粉尘浓度信息。

优选地，所述无人机监测模块包括第三定位单元和第三粉尘监测单元，所述第三定位单元用于检测所述无人机的位置信息，所述第三粉尘单元用于检测所述无人机所处位置的粉尘浓度信息。

与最接近的现有技术相比，本申请提供的技术方案具有如下优异效果：

本申请的露天矿粉尘浓度预警系统不仅有地面监测，还有通过无人机进行的空中监测，通过固定于露天矿的作业单元上的地面检测模块和固定于无人机上的无人机监测模块，分别检测地面上作业单元的位置信息及作业单元作业过程中附近的粉尘浓度信息和空中无人机的位置信息及无人机飞行过程中附近的粉尘浓度信息，通过多方位、多角度、多方式确定得到的露天矿粉浓度信息更加的全面、准确，从而能够在浓度超标时及时、精准进行预警。因此本申请的露天矿粉尘浓度预警系统，不仅可以对粉尘污染有效的监测并进行科学、合理、有效的安排降尘工作，还能在露天矿满足位置保护标准的前提下为正常、高效生产提供技术保障，也能为环保部门进行执法提供数据支撑。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为现有技术中粉尘浓度在线监测系统；

图2为本申请露天矿粉尘浓度预警系统框图；

图3为本申请第一地面监测子模块原理框图；

图4为本申请第二地面监测子模块原理框图；

图5为本申请无人机监测模块原理框图；

图6为本申请终端模块结构框图；

图7为本申请实施例中浓度信息显示示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图2所示为本申请露天矿粉尘浓度预警系统框图，包括地面监测模块、人机监测模块、通讯模块和终端模块。

所述地面监测模块固定于所述露天矿的作业单元上，用于检测所述作业单元的信息，所述作业单元的信息包括所述作业单元的位置信息和所述作业单元所处位置的粉尘浓度信息；所述地面监测通过所述通讯模块将所述作业单元的信息发送至所述终端模块；

所述无人机监测模块固定于所述无人机上，用于检测所述无人机的信息，所述无人机的信息包括所述无人机的位置信息和所述无人机所处位置的粉尘浓度信息；所述无人机监测模块通过所述通讯模块将所述无人机的信息发送至所述终端模块；

所述终端模块对所述作业单元的信息和所述无人机的信息进行处理得到处理结果，并根据所述处理结果进行预警。

本申请的露天矿粉尘浓度预警系统不仅有地面监测还有通过无人机进行的空中监测，即通过固定于露天矿的作业单元上的地面监测模块检测地面上作业单元的位置信息及作业单元作业过程中附近的粉尘浓度信息，和，通过固定于无人机上的无人机监测模块空中无人机的位置信息及无人机飞行过程中附近的粉尘浓度信息，通过多方位、多角度、多方式确定得到的露天矿粉浓度信息更加的全面、准确，从而能够在浓度超标时及时、精准进行预警。

在本申请实施例中，终端模块根据处理结果进行预警，所述处理结果为露天矿在不同位置的粉尘浓度信息。

本申请的露天矿粉尘浓度预警系统在实现预警的过程，根据露天矿在不同位置的粉尘浓度信息能够准确的判断出哪个位置出现粉尘浓度超过设定阈值，因此能够实现准确定位、及时预警发生粉尘浓度超标即超过设定阈值的位置。

在本申请实施例中，所述作业单元包括作业人员和作业车辆。其中，作业车辆包括电铲和卡车；作业人员为在露天矿区域作业的人员，对作业人员作业时的粉尘浓度进行监测，能够保证作业人员的安全。本申请分别对作业人员和作业车辆进行监测，该监测能够全面覆盖露天矿产尘环节，便于精准分析粉尘状况。

由于地面监测模块的作业单元包括作业人员和作业车辆，相对应的，所述地面监测模块包括第一地面监测子模块和第二地面监测子模块；所述第一地面监测子模块固定于所述作业人员上，包括第一定位单元和第一粉尘监测单元，所述第一定位单元用于检测所述作业人员的位置信息，所述第一粉尘单元用于检测所述作业人员所处位置的粉尘浓度信息；所述第二地面监测子模块固定于所述作业车辆上，包括第二定位单元和第二粉尘监测单元，所述第二定位单元用于检测所述作业车辆的位置信息，所述第二粉尘单元用于检测所述作业车辆所处位置的粉尘浓度信息。

本申请的露天矿粉尘浓度预警系统通过在作业人员身上固定便携带的第一地面监测子模块，实现对作业人员位置的定位和作业人员附近粉尘浓度信息的检测；通过在作业车辆上固定车载移动式粉尘监测装置，实现对作业车辆位置的定位和作业车辆附近浓度信息的检测。

在本申请实施例中，如图3所示监测作业人员的第一监测子模块，不仅包括第一定位单元和第一粉尘监测单元，还包括第一处理器、第一数据发送单元、报警单元和第一显示单元。

第一定位单元采用GPS定位方式，实时检测定位作业人员在露天矿中的位置，得到作业人员的位置信息；通过对作业人员作业过程的位置进行处理能够得到作业人员的运动轨迹。

第一粉尘监测单元为便携式粉尘浓度检测仪，通过作业人员身上的固定的便携式粉尘浓度检测仪能够实时的检测作业人员在不同作业位置的粉尘浓度信息，从而实现监测作业人员周围的粉尘浓度变化情况。

在本申请实施例中，第一显示单元为液晶界面显示器。第一显示单元用于显示作业人员周围的粉尘浓度变化信息，便于作业人员直观、便捷的了解自身作业过程中周围的粉尘浓度信息。为了节省监测系统的成本，第一显示单元可以粉尘浓度检测仪的一部分，作为其他实施方式，也可以独立于粉尘浓度检测仪而设置。

第一处理器对作业人员所处位置的粉尘浓度信息进行处理，即将作业人员所处位置的粉尘浓度信息与设定阈值进行比较，当判断粉尘浓度超标时，第一处理器向报警单元发送报警指令，报警单元接收报警指令，并进行预警，以提醒作业人员远离该作业区域。在本申请实施例中，报警单元为报警器，报警器发出“浓度超标”的语音提示，使作业人员直接接收预警内容。

第一数据发送单元实现将第一地面监测子模块监测到的信息发送至终端模块，在本申请实施例中，第一数据发送单元具体是将作业人员的位置信息和作业人员所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块。

在本申请中，通过第一地面监测子模块能够实现对作业人员位置信息和周围浓度信息的监测，并且能够及时的在出现粉尘浓度超标时进行预警，以保证作业人员的安全。

在本申请实施例中，如图4所示监测作业车辆的第二监测子模块，不仅包括第二定位单元和第二粉尘监测单元，还包括存储单元和第二数据发送单元。

第二定位单元也采用GPS定位方式，实时检测定位作业车辆在露天矿中的位置，得到作业车辆的位置信息；在本申请实施例中，通过对作业车辆作业过程的位置进行处理能够得到作业车辆实际的运动轨迹。

第二粉尘监测单元为粉尘浓度检测仪，通过作业车辆上的固定的粉尘浓度检测仪能够实时的检测作业车辆在不同作业位置的粉尘浓度信息，从而实现监测作业车辆周围的粉尘浓度变化情况。

通过第二定位单元得到的作业车辆的位置信息和通过第二粉尘监测单元得到的对应作业车辆的粉尘浓度信息均存储在存储单元中，便于后续使用。

第二数据发送单元实现将第二地面监测子模块监测到的信息发送至终端模块，在本申请实施例中，第二数据发送单元具体是将作业车辆的位置信息和作业车辆所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块。

在本申请中，通过第二地面监测子模块能够实现对作业车辆位置信息和周围浓度信息的监测，并且对作业车辆位置信息和周围浓度信息进行存储，便于后续进行其他分析和使用。

在本申请实施例中，如图5所示，无人机监测模块包括所述第三定位单元和第三粉尘监测单元，所述第三定位单元用于检测所述无人机的位置信息，所述第三粉尘单元用于检测所述无人机所处位置的粉尘浓度信息。

第三定位单元也采用GPS定位方式，实时检测定位无人机在露天矿中的位置，得到无人机的位置信息；第三粉尘监测单元为粉尘浓度检测仪，通过作业无人机上的固定粉尘浓度检测仪能够实时检测露天矿在一定高度不同空间位置的粉尘浓度信息，也即无人机周围的粉尘浓度信息。而实现监测作业车辆周围的粉尘浓度变化情况。

在本申请实施例中，无人机监测模块还包括第三数据发送单元和数据处理单元，第三数据发送单元用于实现将无人机监测模块监测到的信息发送至终端模块，具体的，第三数据发送单元将无人机的位置信息和无人机所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块。

在第三数据发送单元将无人机的位置信息和无人机所处位置的粉尘浓度信息发送至终端模块之前，数据处理单元对粉尘浓度信息进行加密处理，然后将加密处理后的粉尘浓度信息和无人机的位置信息进行融合，即将加密处理后的粉尘浓度信息和无人机的位置信息对应起来，最后再由第三数据发送单元将融合后的监测信息发送至终端模块。

考虑到无人机高速飞行的特点和无人机监测模块的功能，在本申请实施例中，将无人机监测模块设置在壳体内，然后通过壳体固定于无人机上，外壳采用高强度轻量化碳钎维，具有耐用、抗摔、抗外部电池干扰(如对无人机、GPS、第三数据发送单元)等特点，能够有效防止无人机飞行信号与GPS定位信号、第三数据发送单元的发送信号造成相互干扰。该壳体内还设置有主动式进风系统能够让无人监测模块内置的第三定位单元和第三粉尘监测单元快速接触外界的空气，即实现实现定位的传感器和和实现粉尘监测的传感器能够快速有效的接触到外界空气，缩短响应时间；同时保证无人机在不同运动速度下设备内部相对一致的气体流速，提升监测结果的准确性与一致性。

现有粉尘浓度检测仪有电容法、光散射法、光吸收法、超声波法、微波法等粉尘浓度在线测量方法，在本申请对于具体选择的粉尘浓度检测仪不做限制，满足检测需求即可。

在本申请实施例中，如图6所示终端模块包括数据接收单元、主处理器、仿真道路网模型生成单元和电子地图生成单元；

所述数据接收单元用于接收所述作业单元的位置信息和所述作业单元所处位置的粉尘浓度信息，和，所述无人机的位置信息和所述无人机所处位置的粉尘浓度。具体的，数据接收单元接收第一数据发送单元发送的作业人员的位置信息和作业人员所处位置的粉尘浓度信息、第二数据发送单元发送的作业车辆的位置信息和作业车辆所处位置的粉尘浓度信息，以及第三数据发送单元发送的无人机的位置信息和无人机所处位置的粉尘浓度信息。

所述仿真道路网模型生成单元用于根据预先获得的所述露天矿的地形信息、所述作业单元的位置信息和所述无人机的位置信息生成所述露天矿的仿真道路网模型。

具体的，终端模块存储有预先获得露天矿的地形信息，然后对露天矿的地形信息、和数据接收单元接收的作业单元的位置信息、和无人机的位置信息进行处理，生成露天矿的仿真道路网模型。

仿真道路网模型过程包括：

S101，从所述预先获得的露天矿道路网的遥感影像中提取道路网矢量图；

在本申请实施例中，预先获得的遥感影像是通过无人机在露天矿的范围内巡航所拍摄的照片，通过PIX4D或大疆智图等软件处理得到的。

首先，依据道路的辐射特征，采用直线追踪、霍夫变换(hough变换)等算法从露天矿道路网遥感影像中提取道路网的中心线，然后利用数学形态等方法将道路网的中心线连接成完整的道路网，最后提取道路网栅格影像矢量化为道路网矢量地图。

S102，根据预先获得的露天矿道路网的遥感影像和所述道路网矢量图，得到道路网模型；

在本申请实施例中，将预先获得的露天矿道路网的遥感影像和所述道路网矢量图进行信息融合，得到道路网模型。其中，道路网模型生成的三维模型由经纬度以及海拔高度表示，也即道路网模型中包括维度以及海拔高度信息。

具体采用地图匹配法，将高分辨率的露天矿的遥感影像与道路网矢量地图进行匹配，从中得到大量有关道路的信息，并根据得到的道路信息生成道路网模型。

S103，将作业单元的位置信息、无人机的位置信息与道路网模型进行融合，生成仿真道路网模型。

在本申请实施例中，将作业车辆的位置信息、作业人员的位置信息、无人机的位置信息与得到的道路网模型融合，生成仿真道路网模型。

例如，在道路网模型生成后，将作业人员位置信息融入道路网模型中。作业人员位置信息以及道路网模型生成的三维的仿真道路网模型由经纬度以及海拔高度表示，因此在确定作业人员位置的基础上，进行作业人员周围的粉尘浓度监测，并实时传输至终端模块的调度室。调度室终端实时显示作业人员所处位置的浓度，示意图如图7所示。

根据所述仿真道路网模型和预先得到的露天矿的卫星地图生成所述露天矿的电子地图。

所述电子地图单元包括电子地图模型生成单元和电子地图模型处理单元；电子地图模型生成单元，用于根据所述仿真道路网模型和预先得到的所述露天矿的卫星地图生成电子地图模型；电子地图模型处理单元，根据作业单元所处位置的粉尘浓度信息和无人机单元所处位置的粉尘浓度信息对所述电子地图模型进行标注处理，生成所述露天矿的电子地图。

具体的，先在仿真道路网模型的基础上结合露天矿的卫星地图中的导航信息生成电子地图模型。然后，主处理器根据数据接收单元接收的作业单元所处位置的粉尘浓度信息和无人机单元所处位置的粉尘浓度信息对电子地图模型进行标注处理，生成露天矿的电子地图，电子地图能够实时显示作业单元即作业车辆和作业人员、无人机的运行方位和路线，也能够全面的显示露天矿不同位置的粉尘浓度信息。

主处理器还能够对粉尘浓度信息进行判断处理，当判断粉尘浓度超过设定阈值时，会在电子地图中的对应位置进行标注预警，因此通过电子地图就能直接、准确的发现粉尘浓度超标的位置，便于进行精准的降尘控制。例如科学的安排洒水车洒水，降尘。具体的，可以减少矿山洒水车无规律性的降抑尘操作，有针对性的对粉尘浓度大的地方进行洒水，显著提高矿山洒水效率。

本申请的电子地图通过显示单元呈现，显示单元为人机交互界面。人机交互界面具有缩放功能，能够便于调度室工作人员更加直观、精准的查看露天矿现场的粉尘情况，进而能够合理安排采矿工作和降尘管理工作等。本申请的终端模块设置在调度室内，作为其他实施方式，也可以设置在监控终端，便于实现集中管控。另外全矿粉尘浓度通过人机交互界面显示可以为环保执法人员执法提供依据，减少无依据的处罚。

在本申请实施例中，露天矿粉尘浓度预警系统中的通讯模块为无线通讯传输方式。相比有线通讯方式，无线通讯传输方式不必架设电缆或挖掘电缆沟，能够节省人力物力，进而节省成本。

与现有技术相比，本申请的露天矿粉尘浓度预警系统采用粉尘浓度检测仪、GPS定位、无线通讯、数据采集存储分析技术以及人机交互技术等，能够将露天矿全范围内的粉尘实时浓度变化高度还原，使终端的调度室人员能够通过人机交互界面能够直观、清晰的查看各个位置的粉尘浓度情况。

然后在粉尘浓度超过设定阈值前或者在超过设定阈值后快速做出更加有效的管控措施，从而提升露天矿全范围内降尘效率和安全监管效果。

通过本申请的露天矿粉尘浓度预警系统不仅可以科学的安排洒水车洒水路线实现科学降尘，还能实时监控作业人员的工作环境，保障作业人员身体健康，同时还能为环保部门进行执法提供依据。

综上，本申请从全面提高露天矿山现代化生产水平和实现矿山绿色发展角度出发，充分结合了露天矿山实际生产需求，有针对性的改善作业人员工作环节，提高职业健康水平，降低尘肺病职业风险，从而提升整个露天矿的竞争力。在露天矿山中使用该系统，能够使整个矿山的粉尘污染会大大降低。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种露天矿粉尘浓度预警系统，其特征在于，所述系统包括地面监测模块、无人机监测模块、通讯模块和终端模块；

所述地面监测模块固定于露天矿的作业单元上，所述作业单元包括作业人员和作业车辆；

所述地面监测模块包括第一地面监测子模块和第二地面监测子模块；所述地面监测模块与所述终端模块之间通过所述通讯模块无线通讯连接；

所述第一地面监测子模块固定于所述作业人员上，包括第一定位单元和第一粉尘监测单元；

所述第一定位单元采用GPS定位方式，获取作业人员的位置信息；

所述第一粉尘监测单元为便携式粉尘浓度检测仪，获取作业人员所处位置的粉尘浓度信息；

所述作业人员的位置信息和作业人员所处位置的粉尘浓度信息通过无线通讯传送至所述终端模；

所述第二地面监测子模块固定于所述作业车辆上，包括第二定位单元和第二粉尘监测单元；

所述第二定位单元采用GPS定位方式，获取所述作业车辆的位置信息；

所述第二粉尘监测单元为粉尘浓度检测仪，获取所述作业车辆所处位置的粉尘浓度信息；

所述作业车辆的位置信息和所述作业车辆所处位置的粉尘浓度信息通过无线通讯传送至所述终端模；

所述无人机监测模块固定于无人机上，包括第三定位单元和第三粉尘监测单元；所述无人机监测模与所述终端模块之间通过所述通讯模块无线通讯连接；

所述第三定位单元采用GPS定位方式，获取无人机的位置信息；

所述第三粉尘监测单元为粉尘浓度检测仪，获取无人机所处位置的粉尘浓度信息；

无人机的位置信息和无人机所处位置的粉尘浓度信息通过无线通讯传送至所述终端模；

所述终端模块包括数据接收单元，所述数据接收单元与地面监测模块、无人机监测模块无线通信连接。

Images