一種礦區防盜採監測定位方法及其設備的製作方法
2023-05-26 22:29:31
一種礦區防盜採監測定位方法及其設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種礦區防盜採監測定位方法，步驟為：拾取震源信號；獲取採集的信號，記錄各個信號採集到的時間；對採集到的信號進行處理，由PSO-Broyden混合算法得出相對坐標；相對坐標轉化為實際GPS坐標；GPS與地理信息系統地圖對接，實現對盜採點位置進行GPS定位。本發明還公開了一種礦區防盜採監測定位設備，包括拾震器、信號採集裝置和計算機或者其他移動便攜設備；拾震器安裝於巷道或者巖層中，拾震器與信號採集裝置中的輸入端連接，信號採集裝置輸出端與計算機或者其他移動便攜設備連接。本發明能直觀的在地理信息系統的電子地圖上顯示出盜採爆炸點的具體地理位置，方便，實用性強，定位準確，用於礦區防盜採監控。
【專利說明】一種礦區防盜採監測定位方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發明屬礦區防盜採監測領域，涉及一種礦區防盜採監測定位方法及其設備。
【背景技術】
[0002]目前，由於礦產資源開採有梳於管理現象存在有時造成了大礦小開、一礦多開現象。特別是一些礦山業主法制觀念淡薄，受利益驅動，盜採行為時有發生。因搶奪資源使盜採矛盾越來越突出。很多起煤礦重大安全事故都有小煤礦私挖亂採、越界違章作業引發事故的案例。這些違章事件既導致國家煤礦資源的浪費，又會造成礦井相互連通埋下重大事故隱患，是引發煤礦透水、瓦斯爆炸等惡性事故的重要原因。在《中華人民共和國煤炭法》裡，第三十一條明確規定，煤炭生產應當依法在批准的開採範圍內進行，不得超越批准的開採範圍越界、越層開採。採礦作業不得擅自開採保安煤柱，不得採用可能危及相鄰煤礦生產安全的決水、爆破、貫通巷道等危險方法。而當前現狀是當業主發生糾紛時，由於監管部門沒有掌握礦山開採的可靠數據，而在糾紛發生後再對礦山進行採樣，費用高、耗用時間長，並且由於各種因素的影響，可能會造成採樣不準確。由此可見，要解決盜採的糾紛，只有加強礦山的信息化管理，提高礦山管理的現代化水平，做到有據可依，才能有效減少由於盜採發生的糾紛，減少由於盜採引發的安全事故。
[0003]由於井下盜採具有隱蔽性，不易發現的特點，國內對礦山盜採的監測仍然是以人員下井實地監督檢查為主要手段，但由於種種原因，此監測手段不僅需要人員多、耗費大量人力、物力資源而且效果不佳。基於以上原因，迫切需要有一套檢測精度高、檢測周期短的監測設備來對地下開採巷道進行實時監測和定位。利用信息化手段採用震源定位算法來實現防盜採監測系統的盜採放炮點的監測。大大方便了對礦山開採實施監督和管理，維護國家和企業的利益、遏制重特大事故的發生、減少環境汙染、提高礦產資源開發利用率。
[0004]關於礦產防盜方面已有一些文獻報導,其中:
吉林大學的馮國磊的論文中以整個礦區為監測對象，以各種類型的拾震器為數據收集元件，以數字處理技術為基礎，用計算機進行信息處理的一種實現分散和集中監測、控制的自動化系統，它是礦山實現遙測、遙訊、遙控和全面自動化的一個極其重要的組成部分。此系統的監測原理是以拾取盜採過程中盜採工作點所激發地震波的縱、橫波初至為數據源，運用最小二乘法對所拾取的縱、橫波初至數據進行相關性分析，通過電腦程式化的蓋格算法，計算出盜採點的時空參數，對盜採點進行準確的定位，從根本上改善煤礦盜採監控的落後狀況。
[0005]專利CN201020206432提出一種礦山防盜採微震監測儀，其技術方案是:由拾震器、數據採集器、計算機、變壓器、電源組成，電源通過變壓器分別與計算機、數據採集器、拾震器相連接，拾震器安裝在巷道內，拾震器的信號輸出端與數據採集器的信號輸入端相連接，數據採集器的信號輸出端連接到計算機的信號輸入端。此實用新型通過安裝在巷道內的拾震器監測盜採信號，並將被盜採礦塊的三維坐標和時間通過數據採集器發送計算機中，可以使監測人員及時了解盜採情況。[0006]在採礦活動中防止盜採，用目前的技術手段或靠人工監管，已經很難發現作案的具體時間和地點，要想能及時準確發現盜採行為就必須有新的技術創新為依託。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種方便快捷、定位準確度高、運算速度快、能有效監測礦區盜採礦體資源的一種礦區防盜採監測定位方法及其設備。
[0008]本發明是這樣實現的:
一種礦區防盜採監測定位方法，包含以下步驟:
1)拾取震源信號；
2)信號採集裝置獲取拾震器採集的信號，記錄各個信號採集到的時間；
3)對採集到的信號進行處理，由信號採集裝置中的PSO-Broyden混合算法計算得出相對坐標；
4)計算機依據信號採集裝置採集的信號將相對坐標轉化為實際GPS坐標；
5)計算機將GPS與地理信息系統地圖對接，實現對盜採點位置進行GPS定位。
[0009]步驟I)中，還包括濾 波和檢波過程。
[0010]步驟2)中，各個信號採集到的時間為相鄰監測點所對應的時間區間數據。
[0011]步驟3)中，對採集的信號數據以粒子方式處理，通過PSO算法對各個拾震器採集到的信號進行計算，得出搜索初值；還包括將初值帶入Broyden算法進行精確計算，得到優化值；還包括PSO-Broyden混合算法計算得出相對坐標值。
[0012]一種礦區防盜採監測定位設備，包括拾震器、信號採集裝置，計算機或者其他移動便攜設備；拾震器安裝於巷道或者巖層中，拾震器與信號採集裝置中的輸入端連接，信號採集裝置輸出端與計算機或者其他移動便攜設備連接。
[0013]所述拾震器為5個，拾震器安裝方式為在空間中的任意不重疊位置。
[0014]所述移動便攜設備為安裝有DSP、ARM晶片的移動可攜式在線防盜採設備。
[0015]5個拾震器安裝在空間中的任意不重疊的位置，由5個拾震器信號，採集裝置進行信號處理，分析出有效信號，提取有效信號的到達時間，然後依據這些參數由計算機通過執行PSO-BiOyden混合算法解決空間目標的定位問題。
[0016]以上所述的PSO-BiOyden混合算法有以下八個步驟:
(1)在初始化範圍內，對PSO進行隨機初始化，包括粒子的位置和速度；
(2)評價每個微粒的適應度，將當前各微粒的位置和適應值存儲在各微粒的Fbesi中，將所有中適應值最優個體的位置和適應值存儲於中；
(3)用式子(2)(3)進行粒子速度和位移的更新；
(4)對每個微粒，將其適應值與其經歷過的最好位置作比較，如果較好，則將其作為當前的最好位置；
(5)比較當前所有和的值，更新gftesi;
(6)若達到終止條件(達到最大迭代次數)，返回當前全局最優個體^，轉向步驟g)；否則，k=k+l，轉步驟b)；(7)Broyden算法。以步驟f)返回的當前全局最優個體為Broyden算法的初始點進行迭代；
(8)若達到終止條件則結束，輸出的當前結果作為所求問題的最優解；否則將解算值作為初始值繼續執行Broyden算法。
[0017]通過以上方式求出了震源的位置(Xs，ys，Zs )，實現了基於PSO-BiOyden算法的煤
礦防盜採系統震源定位方法。通過本
【發明內容】
中說介紹的新型防盜採系統算法計算震源的坐標位置，從而確認出盜採炸點的相對坐標位置，通過計算機轉換計算出具體的GPS衛星定位的坐標位置，在電子地圖上直觀的標識出盜採炸點的位置，使得監測者及時做出行動，從而有效的發現和監控盜採行為。
[0018]本發明發明的PSO-Broyden算法原理是在給定的空間範圍內，盜採煤礦爆炸震源為P點，其位置為,有四個拾震器分別為,,
, Jf4lZ4),為(J^jr5lZ5)發射源在I8時刻發出一個波形信號,五個拾震
器接收到波形信號的時刻分別為h，h，h。假設波形在介質中傳播是勻速的，那
麼每個拾震器與發射源P之間的方程，如公式(3.1)，為:
【權利要求】
1.一種礦區防盜採監測定位方法，其特徵在於:包含以下步驟: 1)拾取震源信號； 2)信號採集裝置獲取拾震器採集的信號，記錄各個信號採集到的時間； 3)對採集到的信號進行處理，由信號採集裝置中的PSO-Broyden混合算法計算得出相對坐標； 4)計算機依據信號採集裝置採集的信號將相對坐標轉化為實際GPS坐標； 5)計算機將GPS與地理信息系統地圖對接，實現對盜採點位置進行GPS定位。
2.根據權利要求1所述的一種礦區防盜採監測定位方法，其特徵在於:步驟I)中，還包括濾波和檢波過程。
3.根據權利要求1所述的一種礦區防盜採監測定位方法，其特徵在於:步驟2)中，各個信號採集到的時間為相鄰監測點所對應的時間區間數據。
4.根據權利要求1所述的一種礦區防盜採監測定位方法，其特徵在於:步驟3)中，對採集的信號數據以粒子方式處理，通過PSO算法對各個拾震器採集到的信號進行計算，得出搜索初值；還包括將初值帶入Broyden算法進行精確計算,得到優化值；還包括PSO-Broyden混合算法計算得出相對坐標值。
5.一種礦區防盜採監測定位設備，其特徵在於:包括拾震器、信號採集裝置，計算機或者其他移動便攜設備；拾震器安裝於巷道或者巖層中，拾震器與信號採集裝置中的輸入端連接，信號採集裝置輸出端與計算機或者其他移動便攜設備連接。
6.根據權利要求5所述的一種礦區防盜採監測定位設備，其特徵在於:所述拾震器為5個，拾震器安裝方式為在空間中的任意不重疊位置。
7.根據權利要求5所述的一種礦區防盜採監測定位設備，其特徵在於:所述移動便攜設備為安裝有DSP、ARM晶片的移動可攜式在線防盜採設備。
【文檔編號】G01S5/18GK103744055SQ201310640863
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】張法全, 楊曉哲, 王國富, 葉金才, 孫安青 申請人:桂林電子科技大學