基本信息
- 項目名稱：
- 礦用無線多功能便攜式監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對目前井下監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測信息量少、精度差、無法了解井下詳細信息、不能及時反饋等問題，作品利用嵌入式技術(shù)、測控技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、瓦斯預測技術(shù)等手段，以新的數(shù)據(jù)獲取和分析處理方式，將井下監(jiān)測信息濃縮于一掌之中，實現(xiàn)傳感器信息數(shù)據(jù)融合、瓦斯預測、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、風量監(jiān)測、供電監(jiān)測、斷電控制等功能，作品具有良好的可靠性和安全性，有效防止事故災害的擴大，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。
- 詳細介紹：
- 本作品以先進的Bayes估計理論數(shù)據(jù)融合技術(shù)和基于數(shù)據(jù)挖掘的瓦斯預測分析模型為基礎，集遠程實時監(jiān)測監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)采集、安全預警和決策分析為一體的便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，形成了一種新的煤礦信息數(shù)據(jù)獲取和處理方式，融預防和整治為一體，具有極高的客觀準確性，預測范圍大到全礦，小到具體巷道，為事故防范和瓦斯治理提供明確的依據(jù)，可以有效分析確定礦井通風瓦斯的危險區(qū)域、瓦斯涌出狀態(tài)、瓦斯涌出規(guī)律，以及通風系統(tǒng)所有風道的風流和瓦斯流的波動規(guī)律，建立全礦井安全評價的定量分析。 系統(tǒng)將豐富的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)與礦井通風統(tǒng)一結(jié)合起來，技術(shù)關(guān)鍵在于數(shù)理統(tǒng)計與礦井通風計算的聯(lián)合應用，最終將瓦斯、通風、安全管理、信息網(wǎng)絡等功能集成化，大大增強了其現(xiàn)實適用性，極大提高礦井安全預警能力和事故防范能力； 利用WinCE6.0嵌入式操作系統(tǒng)在掌上電腦上的成熟應用以及ARM11強大的數(shù)據(jù)處理能力，推出了這種新型智能便攜式監(jiān)控平臺，解決了煤礦井下在線監(jiān)測系統(tǒng)因塌方、透水等災害發(fā)生而導致線路中斷，最后造成監(jiān)測失敗，以及監(jiān)測點有限，在有些危險區(qū)域無法達到的問題，同時也解決了傳統(tǒng)的便攜式無線監(jiān)測設備監(jiān)測信息單一、智能化程度低等問題。本作品突破了空間環(huán)境限制，將井下信息監(jiān)測濃縮于一掌中，提高了礦井監(jiān)控的安全性、靈活性和可靠性，實際應用效果很好。 系統(tǒng)具有多種輔助功能，可進行礦井風量平衡、各用風點需風量計算、礦井風阻值計算、各巷道瓦斯涌出量和濃度計算等，也可實現(xiàn)井下電網(wǎng)、機電設備的供電監(jiān)測以及無線斷電控制功能，從而大大提高企業(yè)經(jīng)濟效益和生產(chǎn)能力，本項目解決了煤礦安全方面的重大科技需求問題，推動了煤炭行業(yè)的科技進步。 課題背景： 國家自然科學基金：煤礦瓦斯災害融合決策與預測控制理論研究，（項目編號：50874059）。 教育部博士點基金：煤礦瓦斯災害預測控制關(guān)鍵技術(shù)研究，（項目編號：200801470003） XX省重大科技項目：“礦井瓦斯災害預警、預測與控制技術(shù)研究”，（項目編號：2007231003）。 XX省優(yōu)秀人才項目：煤礦瓦斯電子監(jiān)測系統(tǒng)的研究，（項目編號：2007R24）。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：針對目前井下監(jiān)控系統(tǒng)信息量少、精度差、無法了解井下詳細信息、不能及時反饋等問題，研制了礦用無線多功能便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，將井下信息濃縮于系統(tǒng)中，實時動態(tài)監(jiān)控井下運行情況，避免井上監(jiān)控中心因信號傳輸故障而造成危險事故，使井下生產(chǎn)一線的決策人員、工程技術(shù)人員能在災害發(fā)生時，獲得第一手數(shù)據(jù)資料，快速做出搶險措施。 基本思路：井下無線檢測節(jié)點與便攜式監(jiān)控系統(tǒng)進行無線通信，系統(tǒng)可以監(jiān)控井下所有節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，并對信息進行分析處理，通過井下有線網(wǎng)絡將信息傳至井上監(jiān)控中心，操作人員可通過信息數(shù)據(jù)融合手段及時動態(tài)掌握井下災害信息，利用瓦斯預測算法，及時做出預防及搶險措施。 創(chuàng)新點：采用Bayes估計理論數(shù)據(jù)融合技術(shù)、基于數(shù)據(jù)挖掘的瓦斯預測技術(shù)等手段，形成了一種新的煤礦信息數(shù)據(jù)的獲取和分析處理方式。利用嵌入式技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，突破了空間地理限制，將井下信息監(jiān)測濃縮于一掌中，克服了惡劣環(huán)境、復雜地理位置的限制，實現(xiàn)對井下信息的有效監(jiān)控與管理。 技術(shù)關(guān)鍵及指標：系統(tǒng)可實現(xiàn)井下氣體監(jiān)測、供電監(jiān)測、風量監(jiān)測、瓦斯預測、斷電控制、信息反饋等功能。氣體監(jiān)測主要用于對井下的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧氣等進行監(jiān)測，通過供電監(jiān)測功能實現(xiàn)對井下的電網(wǎng)監(jiān)測，風量監(jiān)測用于監(jiān)測各巷道風量、風速情況，作為斷電控制措施的參考，瓦斯預測功能主要對瓦斯數(shù)據(jù)進行實時預測，防止因瓦斯突出等災害的發(fā)生，斷電控制功能根據(jù)災害信息情況，對部分設備進行斷電，防止災害擴大，通過信息反饋功能，將災害信息及時反饋到井上監(jiān)控中心。
科學性、先進性
- 作品利用Bayes估計理論數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過多傳感器觀測同一采掘工作面，完成預處理、特征抽取、識別，然后通過關(guān)聯(lián)處理進行決策層融合判決，最終獲得聯(lián)合推斷結(jié)果，同時利用瓦斯災害信息數(shù)字挖掘技術(shù)實現(xiàn)瓦斯動態(tài)預測。作品基于ARM11硬件平臺、WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，增強了數(shù)據(jù)融合、瓦斯預測等算法的快速性、實時性。利用其低功耗、高數(shù)據(jù)吞吐量，實現(xiàn)了作品的無線移動應用。其便攜式手持監(jiān)控平臺的理念，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高性能，解決了市場上還幾乎沒有能完全實現(xiàn)移動測量、無縫覆蓋的監(jiān)控系統(tǒng)的問題，將數(shù)據(jù)融合、瓦斯預測等智能算法嵌入到系統(tǒng)中，提高了作品的智能化程度。作品緊湊的人機界面以及觸屏式設計，提高了作品的靈活性和便捷性，實現(xiàn)了作品內(nèi)容豐富、功能強大，智能化程度高、操作簡單、攜帶方便等優(yōu)勢。作品分別獲得了中國煤炭工業(yè)科學技術(shù)二等獎及省科學技術(shù)二等獎，其核心技術(shù)——數(shù)據(jù)融合、特征辨識及基于數(shù)據(jù)挖掘的瓦斯預測技術(shù)，屬于國內(nèi)領(lǐng)先水平，作品的研究解決了煤礦安全方面的重大科技問題，推動了煤炭行業(yè)的科技進步。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.作品于2010年獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會、中國煤炭學會授予的中國煤炭工業(yè)科學技術(shù)二等獎。 2.作品于2009年獲省科學技術(shù)獎勵委員會授予的科學技術(shù)二等獎。 3.作品于2011年6月在大連理工大學舉辦的第十屆遼寧省挑戰(zhàn)杯大學生科技學術(shù)作品競賽中獲得省特等獎。
作品所處階段
- 作品處于中試階段，已申請了國家發(fā)明專利。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 作品技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式為采用技術(shù)轉(zhuǎn)讓或聯(lián)合生產(chǎn)方式
作品可展示的形式
- 實物演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 系統(tǒng)實現(xiàn)了高端智能電腦在煤礦井下的應用，是一款應用于煤礦井下的智能便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，具備了氣體監(jiān)測、供電監(jiān)測、斷電控制、風量監(jiān)測等功能，其電容式觸摸屏設計，使得這款設備的智能性得到提高，它體積小巧、質(zhì)量輕便、功能強大，實現(xiàn)了煤礦井下移動監(jiān)測設備的高度智能化。系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)融合技術(shù)、瓦斯預測技術(shù)等手段，形成了一種新的煤礦信息數(shù)據(jù)的獲取和處理方式，將井下信息監(jiān)測濃縮于一掌中，克服了惡劣環(huán)境、復雜地理位置的限制，實現(xiàn)對井下信息的有效監(jiān)測與管理。 系統(tǒng)也適用在其他許多領(lǐng)域，比如在軍工方面，可實現(xiàn)一個作戰(zhàn)分隊完成對敵方據(jù)點的各項參數(shù)監(jiān)測，利用便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)多元信息進行決策，并與指揮部保持通信，完成作戰(zhàn)方案。 系統(tǒng)研究井下數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)融合、瓦斯預測等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，它對擴展煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)管、井下安全監(jiān)測、預防井下事故發(fā)生具有重要的現(xiàn)實意義。憑借其良好的擴展性，便攜儀應用在其他領(lǐng)域，具有很好的市場價值和社會效益。
同類課題研究水平概述
- 煤礦安全綜合監(jiān)控技術(shù)與裝備方面，國外起步早、發(fā)展快，工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當成熟，并廣泛應用于生產(chǎn)、安全監(jiān)控領(lǐng)域。我國煤礦監(jiān)控系統(tǒng)已從早期的引進、消化吸收發(fā)展到了現(xiàn)有的自主創(chuàng)新開發(fā)。目前使用的監(jiān)測系統(tǒng)主要有KJ90、KJ95、KJ4/KJ2000、KJF2000等等。隨著信息化水平的提高，煤炭行業(yè)信息化和網(wǎng)絡化的發(fā)展和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，安全生產(chǎn)信息化也得到高速發(fā)展，信息技術(shù)推動了安全生產(chǎn)技術(shù)和監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，促進了各類傳感器、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應用。近年來國內(nèi)相繼研制出的一批煤礦監(jiān)控系統(tǒng)和地面工業(yè)集中控制系統(tǒng)，技術(shù)水平有較大提高，如中國煤炭科學院常州分院所研制的瓦斯檢測儀，馬平等人研究的“晉城市‘數(shù)字煤礦’網(wǎng)絡化時實監(jiān)管系統(tǒng)等等。礦井安全監(jiān)控技術(shù)是伴隨煤炭工業(yè)發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。1815年，英國發(fā)明了世界上第一種瓦斯檢測儀器－瓦斯檢定燈，利用火焰的高度來測量瓦斯?jié)舛取?0世紀30年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯檢定器，一直沿用至今。40年代，美國研制了檢測瓦斯氣體的敏感元件－鉑絲催化元件。1954年，英國采礦安全研究所制成了最早的載體催化元件。60年代以后，主要的產(chǎn)煤國家都把發(fā)展崔體元件作為瓦斯檢測儀器的主攻方向。電子技術(shù)的進步推動了瓦斯監(jiān)控裝置的進一步發(fā)展，首先是研制小型化個人攜帶式儀器，以后是礦井進空系統(tǒng)，如70年代后期法國研制的CTT63/40礦井監(jiān)控系統(tǒng)英國的MINOS系統(tǒng)美國的SCADA系統(tǒng)等。 目前我國各大煤礦大致以固定監(jiān)控站為主、便攜式監(jiān)測設備為輔的方式對井下信息進行監(jiān)測。便攜式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便，但是無法對井下所有信息進行監(jiān)測，多數(shù)都是單一的監(jiān)測，另一類是以PC機位主體的監(jiān)控站，在礦井下固定的地方安裝各類傳感器，再通過電纜把數(shù)據(jù)傳到井上監(jiān)控站。對于采掘面等一些危險地點，大多仍是采用專人配備的便攜式設備進行監(jiān)測。市場上還幾乎沒有能實現(xiàn)移動測量、無縫覆蓋的監(jiān)控系統(tǒng)。山西陽泉陽煤集團設計了一種手持移動瓦斯監(jiān)測終端，在手持無線移動終端上實現(xiàn)對井下的斷電控制,在手持無線移動終端對井下瓦斯與環(huán)境信息連續(xù)監(jiān)測與報警的基礎上,經(jīng)綜合判定在出現(xiàn)各類井下危急情況下，通過無線移動終端及時下達無線斷電指令，實現(xiàn)在手持終端上的無線“遙控”斷電控制指揮功能，確保井下的安全生產(chǎn)。 綜上所述，該方面的研究具有理論價值和實用意義
