一种矿井监测系统及方法与流程

本发明涉及矿井监测技术领域，特别涉及一种矿井监测系统及方法。

背景技术：

目前，煤矿的大量开采仍然是不可改变的现状，随着生活水平的大幅度提高，煤矿工人对身体健康以及工作质量的要求显著提高，所以保证煤矿工人的健康安全以及工作质量至关重要。煤矿工人在矿井下作业时，甲烷、一氧化碳、氮气、硫化氢、一氧化氮、二氧化硫以及矿尘等物质时刻危害煤矿工人的健康安全。因此，需要进一步提高矿井监测技术或完善现有的矿井监测系统。

现有的矿井监测采用广泛布线的方式实现数据采集和传输，广泛布线的方式用到有线连接的传感器节点，存在可移动性差、组网技术复杂的问题。还存在向原网络中增加新的监控节点困难，成本高且容易受复杂的矿井环境影响的问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于解决矿井监测时，矿井巷道或者工作面广泛布线移动性差、不宜拓展、组网技术复杂以及不能适应复杂矿井环境的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种矿井监测系统及方法。所述技术方案如下：

一方面，一种矿井监测系统，所述系统包括采集单元、传输单元、分析单元：

所述采集单元包括无线传感器网络、can总线，所述无线传感器网络采集监测数据，并通过所述can总线将所述监测数据传输到所述传输单元；

所述传输单元包括骨干交换机、千兆工业以太网，所述骨干交换机接收所述监测数据并通过所述千兆工业以太网将所述监测数据传输到所述分析单元；

所述分析单元包括核心交换机、调度模块，所述核心交换机接收所述监测数据并传输到所述调度模块，所述调度模块对所述监测数据存储并分析后得到预警信息。

进一步的，所述系统还包括反馈单元：所述反馈单元包括gprs模块，用于针对所述预警信息进行实时反馈，其中，所述gprs模块通过rs485与所述调度模块连接。

进一步的，所述无线传感器网络还用于：

利用zigbee无线通信技术通过mesh结构对所述监测数据进行传输。

进一步的，所述无线传感器网络包括无线传感器监控节点、路由节点、wifi基站；

所述无线传感器监控节点，用于采集所述监测数据并进行转换处理；

所述路由器节点，用于将所述监测数据传输到所述wifi基站；

所述wifi基站，用于通过所述can总线将所述监测数据传输到所述核心交换机。

进一步的，所述无线传感器监控节点包括集成传感器、模数转换芯片、单片机、无线发射模块、集成电源转换模块；

所述集成传感器，用于采集所述监测数据；

所述模数转换芯片，用于将所述监测数据转换为数字信号；

所述单片机，用于对所述数字信号处理；

所述无线发射模块，用于将所述处理后的数字信号进行转发；

所述集成电源转换模块，用于为所述无线传感器监控节点供电。

进一步的，所述调度模块还用于：

设置监测预警值，并将所述监测数据与所述预警值相比对后得到预警信息。

另一方面，一种矿井监测方法，所述方法应用于上述的矿井监测系统，所述方法包括：

无线传感器网络采集监测数据，并通过can总线将所述监测数据传输到骨干交换机；

所述骨干交换机通过所述千兆工业以太网将所述监测数据传输到核心交换机；

所述核心交换机将所述监测数据传输到调度模块，所述调度模块对所述监测数据存储并分析后得到预警信息。

进一步的，所述方法还包括：

所述调度模块将所述预警信息发送至gprs模块，所述gprs模块针对所述预警信息进行实时反馈。

进一步的，所述无线传感器网络利用zigbee无线通信技术通过mesh结构对所述监测数据进行传输。

进一步的，所述调度模块对所述监测数据存储并分析后得到预警信息包括：

设置监测预警值，并将所述监测数据与所述预警值相比对后得到所述预警信息。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过一种矿井监测系统及方法，利用无线传感器网络，解决了矿井监测时，矿井巷道或者工作面广泛布线移动性差、不宜拓展、组网技术复杂以及不能适应复杂矿井环境的问题。同时，增加了地面无线信息传播的方式，可以实现对地面和矿井内灵活、开放、及时、有效的监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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是本发明中一种矿井监测系统示意图；

图2是本发明中无线传感器网络示意图；

图3是本发明中无线传感器监控节点示意图；

图4是本发明中一种矿井监测方法流程图。

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作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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种矿井监测系统，所述系统包括采集单元101、传输单元102、分析单元103。采集单元101包括无线传感器网络、can总线，无线传感器网络采集监测数据，并通过can总线将监测数据传输到传输单元。传输单元102包括骨干交换机、千兆工业以太网，骨干交换机接收监测并通过千兆工业以太网将监测数据传输到分析单元。分析单元103包括核心交换机、调度模块，核心交换机接收监测数据并传输到调度模块，调度模块对监测数据存储并分析后得到预警信息。

具体的，监测数据可以是矿井内的有害毒气，如甲烷、一氧化碳、氮气、硫化氢、一氧化氮、二氧化硫。还可以是巷道围岩变形、矿尘浓度、风速、风压。在实施中，调整无线传感器网络即可实现对上述一种或者多种监测数据进行采集。

在本实施方式中，通常矿井的主干巷道是固定不变的，但是从分支巷道或者矿井地面传输至主干巷道的数据类型是多样化的。因此，为了保证监测数据实时可靠的传输以及主干巷道的数据传输吞吐量，可以通过千兆工业以太网对监测数据进行传输。另外，为了提高系统的抗灾能力，采用抗拉能力和抗砸能力较强的线缆构成千兆工业以太网，并将线缆插入钢管中。

在本实施方式中，系统还包括反馈单元：反馈单元104包括gprs模块，用于针对预警信息进行实时反馈，其中，gprs模块通过rs485与调度模块连接。

具体的，采集单元101分布在矿井内，分析单元103和反馈单元104分布在矿井地面，而传输单元102用于连接采集单元101和分析单元103进行数据传输。

在本实施方式中，为了更方便的对矿井进行监测，gprs模块利用atk-gprs-m26与调度模块的服务器通过rs485连接，调度模块的服务器对监测数据进行存储并分析后得到预警信息，并将预警信息传送至gprs模块，gprs模块可以通过短信透传的方式将预警信息发送至煤矿工人的手机客户端，同样的，gprs模块也可以接收手机客户端所发送的短信数据并上传至服务器进行后续处理，短信数据可以是指定对矿井内某个具体巷道进行监测的请求信息。这样，可以实现运营商网络所覆盖的范围内对矿井进行实时监测。

在本实施方式中，无线传感器网络还用于，利用zigbee无线通信技术通过mesh结构对监测数据进行传输。

如图2所示，在本实施方式中，无线传感器网络包括无线传感器监控节点、路由节点、wifi基站；无线传感器监控节点，用于采集所述监测数据并进行转换处理；路由器节点，用于将监测数据传输到wifi基站；wifi基站，用于通过can总线将监测数据传输到核心交换机。

具体的，将mesh网络的自动路由和动态维护路由功能充分应用到无线传感器网络中之后，提升了无线传感器网络各节点间数据转发的有效性和拓展新节点的灵活性，并且mesh结构还具备自组织、自愈功能，可以保证系统适应复杂的矿井环境。可以实现自动搜寻无线传感器监控节点利用zigbee无线通信技术加入无线传感器网络构成自组网。

在本实施方式中，为了弥补无线传感器网络在传输大量监测数据时的不足，采用wifi基站对监测数据进行中转传输，无线传感器网络的各节点部署在wifi基站的周围，以便于各节点将监测数据传输至wifi基站，最终由wifi基站通过can总线将监测数据传输至骨干交换机。

如图3所示，在本实施方式中，无线传感器监控节点包括集成传感器、模数转换芯片、单片机、无线发射模块、集成电源转换模块；集成传感器，用于采集监测数据；模数转换芯片，用于将监测数据转换为数字信号；单片机，用于对数字信号处理；无线发射模块，用于将处理后的数字信号进行转发；集成电源转换模块，用于为无线传感器监控节点供电。

在本实施方式中，调度模块还用于，设置监测预警值，并将监测数据与预警值相比对后得到预警信息。

具体的，可以结合矿井下的瓦斯浓度来说明，瓦斯的主要成分为甲烷。首先设置监测预警值为0.75％，无线传感器监控节点通过集成传感器采集到矿井内的瓦斯浓度，由模数转换芯片将瓦斯浓度转换为数字信号，单片机通过转换接口从模数转换芯片处获取数字信号，再控制无线发射模块将数字信号经can总线、骨干交换机、核心交换机最终发送至调度模块，调度模块的服务器对数字信号存储和分析，并与所设置预警值0.75％相比对之后，即可判定矿井内的瓦斯浓度是否超过预警值0.75％，若超过预警值时，调度模块将生成预警信息。其中，预警值可以根据矿井工人在矿井内的实际作业情况所设定。

如图4所示，本发明实施例提供了一种矿井监测方法，所述方法包括：

401：无线传感器网络采集监测数据，并通过can总线将监测数据传输到骨干交换机；

402：骨干交换机通过千兆工业以太网将监测数据传输到核心交换机；

403：核心交换机将监测数据传输到调度模块，调度模块对监测数据存储并分析后得到预警信息。

进一步的，所述方法还包括：

调度模块将预警信息发送至gprs模块，gprs模块针对预警信息进行实时反馈。

进一步的，无线传感器网络利用zigbee无线通信技术通过mesh结构对监测数据进行传输。

进一步的，调度模块对监测数据存储并分析后得到预警信息包括：

设置监测预警值，并将监测数据与预警值相比对后得到预警信息。

由上可见，通过一种矿井监测系统及方法，利用无线传感器网络，解决了矿井监测时，矿井巷道或者工作面广泛布线移动性差、不宜拓展、组网技术复杂以及不能适应复杂矿井环境的问题。同时，增加了地面无线信息传播的方式，可以实现对地面和矿井内灵活、开放、及时、有效的监测。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上实施的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。