安全指向與安全距離實時監控系統的製作方法
2023-05-17 01:31:16 1
專利名稱：安全指向與安全距離實時監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隧洞、礦井掘進工程中用於指向和測距的系統，特別涉及可實現 安全指向與安全距離監控的自動控制系統。
背景技術：
煤礦掘進工程中，巷道的掘進方向和掘進距離是涉及工程安全和工程進度的兩個 重要的技術參數。舉例來說，掘進方向錯誤，輕則影響工程進度，重則對於巷道的多頭掘進， 易造成誤貫通；而掘進距離掌控不好，易造成誤入水區、老空區、瓦斯突出煤層等危險區域， 使整個礦井和人員處於危險境地，對於探水位置控制不準可能引起水災，造成淹沒礦井、傷 亡人員的事故。為了掌控掘進方向和掘進距離，傳統的方法是採用人工方式實地測量，如對於巷 道進尺的測量和對工作面推進距離的測量等，一方面佔用大量的人員，增加了成本，且效率 低下；另一方面，增加了測量人員的危險，容易造成安全事故。派大量的人力進行實地的測量。隨著近年煤礦掘進工程的機械化水平的提高，掘進速度大大加快，儘管雷射指向 和雷射測距過程中都引入了相應的測量儀器，一定程度地提高了施工速度，但在該過程中 的人工工作量仍然很大，且雷射指向與雷射測距採用兩種儀器分開進行，隨著掘進的繼續， 上述檢測儀器的安裝位置需頻繁改變，因此安裝工作量大，僅通過增加實地測量的人力還 是不能與掘進速度相適應，且不能保證對被測參數的有效測量、及時掌握，更無法保證有效 控制。
發明內容
為了解決上述矛盾，本發明提供了一種安全指向與安全距離實時監控系統，通過 該系統既可實現掘進方向的自動指向，也可實現掘進距離的自動實時監測，可與掘進速度 的提高相適應。本發明所採用的技術方案是一種安全指向與安全距離實時監控系統，包括雷射指向測距儀、地面主機和用於 所述雷射指向測距儀和地面主機之間通信的數據傳輸系統。所述雷射指向測距儀可以包括雷射發射器、雷射接收器、用於控制所述雷射發射 器發射指向雷射的雷射指向模塊、用於控制所述雷射發射器發射測距雷射的並用於控制所 述雷射接收器接收發射雷射的雷射測距模塊、用於控制所述雷射指向模塊和所述雷射測距 模塊工作並進行數據處理的中央控制單元和用於為各模塊供電的電源模塊，所述中央控制 單元設有通信模塊。所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的控制信號輸出端均可以連接所述雷射發射 器的控制信號輸入端，所述雷射接收器的接收信號輸出端可以連接所述雷射測距模塊的接 收信號輸入端，所述雷射指向模塊和雷射測距模塊均可以通過所述中央控制單元連接所述數據傳輸系統，所述中央控制單元可以包括用於處理所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的 工作信號和工作數據的CPU和用於存儲所述CPU處理後的工作信號和工作數據的存儲器。所述雷射指向測距儀還可以包括用於設定所述雷射指向模塊和雷射測距模塊控 制所述雷射發射器發射雷射的時間的時間控制模塊，所述時間控制模塊與所述CPU連接。所述通信模塊可以由指向信號通信接口、測距信號通信接口和數據傳輸通信接口 組成，所述指向信號通信接口可以連接在所述雷射指向模塊和中央控制單元之間，所述測 距信號通信接口可以連接在所述雷射測距模塊和中央控制單元之間，所述數據傳輸通信接 口可以連接在所述中央控制單元與所述數據傳輸系統之間。所述雷射發射器的數量可以為兩個，所述兩個所述雷射發射器的控制信號輸入端 可以分別連接所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的控制信號輸出端。所述雷射指向測距儀可以設有防爆外殼，所述雷射發射器、雷射接收器、雷射指向 模塊和雷射測距模塊優選設置在所述防爆外殼的前部空腔中，所述中央控制單元、電源模 塊和時間控制模塊可以設置在所述防爆外殼的後部空腔中，所述雷射指向測距儀還可以包 括旋轉雲臺，所述防爆外殼可以固定安裝在所述旋轉雲臺上。所述安全指向與安全距離實時監控系統還優選設有攝像機，所述攝像機的圖像信 號輸出端與所述中央控制單元連接。所述安全指向與安全距離實時監控系統優選設有無線控制裝置，所述無線控制裝 置的無線控制輸出端與所述雷射指向模塊和所述雷射測距模塊的控制輸入端無線連接。該系統中所述雷射指向測距儀的數量可以為一個或多個，所述數據傳輸系統可以 相應設有一個或多個數據傳輸分站，所述數據傳輸分站與所述雷射指向測距儀一一對應並 連接，當所述雷射指向測距儀為多個時，各個所述數據傳輸分站可以通過同一個信息交互 接口與所述地面主機連接，所述無線控制裝置可以為一個或多個，一個所述無線控制裝置 可以對應一個或多個所述雷射指向測距儀。本發明的有益效果是由於實現了雷射指向測距儀與地面主機的通信，地面管理人員可以通過地面主機 控制實地自動檢測，並能夠及時接收到回饋的測量數據，節省了人力，還保證了對數據掌控 的準確性和及時性，特別對於保證煤礦安全生產和提高生產效率具有重要意義。由於將雷射指向和雷射測距集成在一臺測量設備上，實現一機多用，可降低設備 投資，減少設備安裝工作量，因此提高了工作效率。由於該系統中還設置了攝像機，其與雷射指向測距儀相配合實現了數據和圖像的 聯合監控，還便於地面主機的使用者實施遠程的測量控制與操作。由於該系統中還設置了無線控制裝置，可供測量人員實施測量現場的本地控制和 操作，提高控制的靈活性。
圖1為本發明的系統結構框圖；圖2為本發明的系統結構展開框圖；圖3為包含多個雷射指向測距儀的本發明的系統結構框圖。
具體實施例方式圖1所示為本發明的安全指向與安全距離實時監控系統的結構框圖，該系統包括 雷射指向測距儀1，地面主機2和用於所述雷射指向測距儀和地面主機之間通信的數據傳 輸系統3。如圖2所示，所述雷射指向測距儀可以包括雷射發射器4、雷射接收器5、用於控制 所述雷射發射器發射指向雷射的雷射指向模塊6、用於控制所述雷射發射器發射測距雷射 並用於控制所述雷射接收器接收反射雷射的雷射測距模塊7、用於控制所述雷射指向模塊 和所述雷射測距模塊工作並進行數據處理的中央控制單元8和用於為各模塊供電的電源 模塊、所述中央控制單元設有通信模塊，通過所述通信模塊可以實現所述雷射指向測距儀 與地面主機的通信，所述地面主機可以設置在地面，也可以設置在隧洞或礦井內。為使所述 雷射指向測距儀既能實現指向功能又能實現測距功能，所述雷射發射器發射的雷射為可見 光。所述雷射指向測距儀將指向和測距兩項功能集於一身，實現了一機多用，既可降低設備 投資，又可減少設備安裝工作量，因此可以極大地提高工作效率。所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的控制信號輸出端均可以連接所述雷射發射 器的控制信號輸入端，用以向所述雷射發射器傳遞控制信號，控制所述雷射發射器發射指 向雷射或測距雷射，所述雷射接收器的接收信號輸出端連接所述雷射測距模塊的接收信號 輸入端，用以將所述雷射接收器接收到的接收信號傳遞給所述雷射測距模塊，所述雷射指 向模塊和雷射測距模塊均可以通過所述中央控制單元連接所述數據傳輸系統，以便將所述 雷射指向模塊和雷射測距模塊的工作信號和工作數據通過數據傳輸系統傳遞給地面主機， 所述中央控制單元可以包括用於處理所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的工作信號和工 作數據的CPU和用於存儲所述CPU處理後的工作信號和工作數據的存儲器。所述雷射指向測距儀還可以包括用於設定所述雷射指向模塊和雷射測距模塊控 制所述雷射發射器發射雷射的時間的時間控制模塊(未示出)，所述時間控制模塊與所述 CPU連接。通過所述時間控制模塊可以設定所述雷射指向測距儀每隔一定時間(1秒至任意 長時間)進行指向和/或測距，即每隔一定時間(1秒至任意長時間)由CPU控制所述雷射 指向模塊或雷射測距模塊工作，控制所述雷射發射器發射雷射。所述通信模塊可以由指向信號通信接口 9、測距信號通信接口 10和數據傳輸通信 接口 11組成，所述指向信號通信接口可以連接在所述雷射指向模塊和中央控制單元之間， 用以傳輸所述雷射指向模塊和中央控制單元之間的工作信號和工作數據，所述測距信號通 信接口連接在所述雷射測距模塊和中央控制單元之間，用以傳輸所述雷射測距模塊和中央 控制單元之間的工作信號和工作數據，所述數據傳輸通信接口連接在所述中央控制單元與 所述數據傳輸系統之間，用以在所述雷射指向測距儀和所述地面主機之間傳輸工作信號和 工作數據。所述通信模塊一方面用於協調所述雷射指向測距儀與所述數據傳輸系統之間的 通信，另一方面用於協調所述雷射指向模塊和雷射測距模塊與中央控制單元之間的通信， 主要體現在對所傳輸的數據的格式轉換上，例如上述各個通信接口中通常包含有數模和/ 或模數轉換器。所述雷射發射器的數量可以是兩個，所述兩個雷射發射器的控制信號輸入端可以 分別連接所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的控制信號輸出端，分別用於發射指向雷射和 測距雷射，此時用於發射指向雷射的雷射發射器發射的雷射為可見光，用於發射測距雷射的雷射發射器發射的雷射可以為可見光也可以為不可見光。所述雷射指向測距儀設有防爆外殼，所述雷射發射器、雷射接收器、就剛指向模塊 和雷射測距模塊可以設置在所述防爆外殼的前部空腔中，所述中央控制單元、電源模塊和 時間控制模塊可以設置在所述防爆外殼的後部空腔中，所述雷射指向測距儀還可以包括旋 轉雲臺，所述防爆外殼可以固定安裝在所述旋轉雲臺上，通過所述旋轉雲臺可以調整所述 雷射指向測距儀的雷射發射器的指向，從而可以在不移動所述雷射指向測距儀的前提下， 調整指向和測距的方向。所述安全指向與安全距離實時監控系統還可以設有攝像機12，所述攝像機的圖像 信號輸出端與所述中央控制單元連接。其與雷射指向測距儀相配合實現了數據和圖像的聯 合監控，還便於地面主機的使用者實施遠程的測量控制與操作。所述安全指向與安全距離實時監控系統還可以設有無線控制裝置13，所述無線控 制裝置的無線控制輸出端與所述雷射指向模塊和所述雷射測距模塊的控制輸入端無線連 接。可供測量人員實施測量現場的本地控制和操作，提高控制的靈活性。如圖3所示，所述雷射指向測距儀的數量可為一個或多個，相應地所述數據傳輸 系統可設有一個或多個數據傳輸分站，所述數據傳輸分站與所述雷射指向測距儀一一對應 並連接，其具體數量應視使用情況而定，當需要在巷道的多個位置同時進行掘進方向標定 與掘進距離的測量，則優選設置多個所述雷射指向測距儀，所述雷射指向測距儀與所述數 據傳輸系統的連接方式既可以是各個所述數據傳輸分站各自與所述數據傳輸系統連接，也 可以是將數據匯總在其中一個數據傳輸分站，再由該數據傳輸分站通過同一個信息交互接 口與所述地面主機連接。所述無線控制裝置可以為一個或多個，且一個所述無線控制裝置 對應一個或多個所述雷射指向測距儀。由於一個無線控制裝置可對應控制多個雷射指向測 距儀，因此無線控制裝置的數量可以少於雷射指向測距儀的數量。本發明的使用方法是可以通過地面主機或測量現場的無線控制裝置分別對所述 雷射指向測距儀實施遠程和本地無線控制，通過地面主機發出的控制命令經所述數據傳輸 系統傳送到所述雷射指向測距儀的中央控制單元，通過無線控制裝置發出的控制命令則直 接進入所述中央控制單元，所述中央控制單元對這些命令進行解析，然後依據該命令是針 對指向作業還是測距作業，發送至相應的雷射指向模塊或雷射測距模塊，這兩個模塊再分 別向雷射發射器發出雷射發射指令，對於指向作業而言，一個自動指向過程完成；對於測 距作業而言，雷射發射時，雷射測距模塊記錄雷射發射時間，雷射接收器等待接收反射的激 光，接收時，雷射測距模塊記錄雷射接收時間，然後雷射測距模塊再將雷射往返時間數據傳 送給中央控制單元，由中央控制單元計算出距離的測量值回送地面主機或無線控制裝置， 從而完成一個自動實時測距過程。所述地面主機中安裝有專用的系統軟體，用以支持該系統硬體的協調運行，並可 實現所述雷射指向測距儀的中央控制單元的初始化以及測量結果的存儲、匯總、統計、報 表、列印、查詢等操作，可以實時準確地掌握煤礦巷道掘進進尺，準確掌握各個工作面的實 際位置，還可方便地實現「收尺」的自動化，極大地提高了工作效率，又有利於保證煤礦的安
全生產。
權利要求
一種安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於包括雷射指向測距儀、地面主機和用於所述雷射指向測距儀和地面主機之間通信的數據傳輸系統。
2.根據權利要求1所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射指 向測距儀包括雷射發射器、雷射接收器、用於控制所述雷射發射器發射指向雷射的雷射指 向模塊、用於控制所述雷射發射器發射測距雷射並用於控制所述雷射接收器接收反射雷射 的雷射測距模塊、用於控制所述雷射指向模塊和所述雷射測距模塊工作並進行數據處理的 中央控制單元和用於為各模塊供電的電源模塊，所述中央控制單元設有通信模塊。
3.根據權利要求2所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射指 向模塊和雷射測距模塊的控制信號輸出端均連接所述雷射發射器的控制信號輸入端，所述 雷射接收器的接收信號輸出端連接所述雷射測距模塊的接收信號輸入端，所述雷射指向模 塊和雷射測距模塊均通過所述中央控制單元連接所述數據傳輸系統，所述中央控制單元包 括用於處理所述雷射指向模塊和雷射測距模塊的工作信號和工作數據的CPU和用於存儲 所述CPU處理後的工作信號和工作數據的存儲器。
4.根據權利要求3所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射指 向測距儀還包括用於設定所述雷射指向模塊和雷射測距模塊控制所述雷射發射器發射激 光的時間的時間控制模塊，所述時間控制模塊與所述CPU連接。
5.根據權利要求4所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述通信模 塊由指向信號通信接口、測距信號通信接口和數據傳輸通信接口組成，所述指向信號通信 接口連接在所述雷射指向模塊和中央控制單元之間，所述測距信號通信接口連接在所述激 光測距模塊和中央控制單元之間，所述數據傳輸通信接口連接在所述中央控制單元與所述 數據傳輸系統之間。
6.根據權利要求5所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射發 射器的數量為兩個，所述兩個雷射發射器的控制信號輸入端分別連接所述雷射指向模塊和 雷射測距模塊的控制信號輸出端。
7.根據權利要求6所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射指 向測距儀設有防爆外殼，所述雷射發射器、雷射接收器、雷射指向模塊和雷射測距模塊設置 在所述防爆外殼的前部空腔中，所述中央控制單元、電源模塊和時間控制模塊設置在所述 防爆外殼的後部空腔中，所述雷射指向測距儀還包括旋轉雲臺，所述防爆外殼固定安裝在 所述旋轉雲臺上。
8.根據權利要求1-7中任一權利要求所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特 徵在於其還設有攝像機，所述攝像機的圖像信號輸出端與所述中央控制單元連接。
9.根據權利要求8所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於其還設有無 線控制裝置，所述無線控制裝置的無線控制輸出端與所述雷射指向模塊和所述雷射測距模 塊的控制輸入端無線連接。
10.根據權利要求9所述的安全指向與安全距離實時監控系統，其特徵在於所述雷射 指向測距儀的數量為一個或多個，所述數據傳輸系統設有一個或多個數據傳輸分站，所述 數據傳輸分站與所述雷射指向測距儀一一對應並連接，當所述雷射指向測距儀為多個時， 各個所述數據傳輸分站通過同一個信息交互接口與所述地面主機連接，所述無線控制裝置 為一個或多個，一個所述無線控制裝置對應一個或多個所述雷射指向測距儀。
全文摘要
本發明涉及一種安全指向與安全距離實時監控系統，包括雷射指向測距儀、地面主機和用於所述雷射指向測距儀和地面主機之間通信的數據傳輸系統。所述雷射指向測距儀包括雷射發射器、雷射接收器、雷射指向模塊、雷射測距模塊、中央控制單元、通信模塊、時間控制模塊和為上述各模塊供電的電源模塊。該系統還設有攝像機和無線控制裝置。通過本發明可實現掘進方向的自動指向和掘進距離的自動實時監測，既可節省人力，又可提高生產效率，並且可實現數據和圖像的聯合監控以及作業現場無線控制及地面管理人員的遠程控制作業。
文檔編號G01C15/00GK101915103SQ20101022611
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者武立文, 毛允德 申請人:毛允德