基本信息
- 项目名称：
- 矿用无线多功能便携式监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对目前井下监控系统监测信息量少、精度差、无法了解井下详细信息、不能及时反馈等问题，作品利用嵌入式技术、测控技术、数据融合技术、瓦斯预测技术等手段，以新的数据获取和分析处理方式，将井下监测信息浓缩于一掌之中，实现传感器信息数据融合、瓦斯预测、环境参数监测、风量监测、供电监测、断电控制等功能，作品具有良好的可靠性和安全性，有效防止事故灾害的扩大，具有很好的社会效益和经济效益。
- 详细介绍：
- 本作品以先进的Bayes估计理论数据融合技术和基于数据挖掘的瓦斯预测分析模型为基础，集远程实时监测监控、无线数据采集、安全预警和决策分析为一体的便携式监控系统，形成了一种新的煤矿信息数据获取和处理方式，融预防和整治为一体，具有极高的客观准确性，预测范围大到全矿，小到具体巷道，为事故防范和瓦斯治理提供明确的依据，可以有效分析确定矿井通风瓦斯的危险区域、瓦斯涌出状态、瓦斯涌出规律，以及通风系统所有风道的风流和瓦斯流的波动规律，建立全矿井安全评价的定量分析。 系统将丰富的瓦斯监测数据与矿井通风统一结合起来，技术关键在于数理统计与矿井通风计算的联合应用，最终将瓦斯、通风、安全管理、信息网络等功能集成化，大大增强了其现实适用性，极大提高矿井安全预警能力和事故防范能力； 利用WinCE6.0嵌入式操作系统在掌上电脑上的成熟应用以及ARM11强大的数据处理能力，推出了这种新型智能便携式监控平台，解决了煤矿井下在线监测系统因塌方、透水等灾害发生而导致线路中断，最后造成监测失败，以及监测点有限，在有些危险区域无法达到的问题，同时也解决了传统的便携式无线监测设备监测信息单一、智能化程度低等问题。本作品突破了空间环境限制，将井下信息监测浓缩于一掌中，提高了矿井监控的安全性、灵活性和可靠性，实际应用效果很好。 系统具有多种辅助功能，可进行矿井风量平衡、各用风点需风量计算、矿井风阻值计算、各巷道瓦斯涌出量和浓度计算等，也可实现井下电网、机电设备的供电监测以及无线断电控制功能，从而大大提高企业经济效益和生产能力，本项目解决了煤矿安全方面的重大科技需求问题，推动了煤炭行业的科技进步。 课题背景： 国家自然科学基金：煤矿瓦斯灾害融合决策与预测控制理论研究，（项目编号：50874059）。 教育部博士点基金：煤矿瓦斯灾害预测控制关键技术研究，（项目编号：200801470003） XX省重大科技项目：“矿井瓦斯灾害预警、预测与控制技术研究”，（项目编号：2007231003）。 XX省优秀人才项目：煤矿瓦斯电子监测系统的研究，（项目编号：2007R24）。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：针对目前井下监控系统信息量少、精度差、无法了解井下详细信息、不能及时反馈等问题，研制了矿用无线多功能便携式监控系统，将井下信息浓缩于系统中，实时动态监控井下运行情况，避免井上监控中心因信号传输故障而造成危险事故，使井下生产一线的决策人员、工程技术人员能在灾害发生时，获得第一手数据资料，快速做出抢险措施。 基本思路：井下无线检测节点与便携式监控系统进行无线通信，系统可以监控井下所有节点的数据信息，并对信息进行分析处理，通过井下有线网络将信息传至井上监控中心，操作人员可通过信息数据融合手段及时动态掌握井下灾害信息，利用瓦斯预测算法，及时做出预防及抢险措施。 创新点：采用Bayes估计理论数据融合技术、基于数据挖掘的瓦斯预测技术等手段，形成了一种新的煤矿信息数据的获取和分析处理方式。利用嵌入式技术、无线传感器网络技术，突破了空间地理限制，将井下信息监测浓缩于一掌中，克服了恶劣环境、复杂地理位置的限制，实现对井下信息的有效监控与管理。 技术关键及指标：系统可实现井下气体监测、供电监测、风量监测、瓦斯预测、断电控制、信息反馈等功能。气体监测主要用于对井下的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气等进行监测，通过供电监测功能实现对井下的电网监测，风量监测用于监测各巷道风量、风速情况，作为断电控制措施的参考，瓦斯预测功能主要对瓦斯数据进行实时预测，防止因瓦斯突出等灾害的发生，断电控制功能根据灾害信息情况，对部分设备进行断电，防止灾害扩大，通过信息反馈功能，将灾害信息及时反馈到井上监控中心。
科学性、先进性
- 作品利用Bayes估计理论数据融合技术，通过多传感器观测同一采掘工作面，完成预处理、特征抽取、识别，然后通过关联处理进行决策层融合判决，最终获得联合推断结果，同时利用瓦斯灾害信息数字挖掘技术实现瓦斯动态预测。作品基于ARM11硬件平台、WinCE嵌入式操作系统，增强了数据融合、瓦斯预测等算法的快速性、实时性。利用其低功耗、高数据吞吐量，实现了作品的无线移动应用。其便携式手持监控平台的理念，实现了系统的高性能，解决了市场上还几乎没有能完全实现移动测量、无缝覆盖的监控系统的问题，将数据融合、瓦斯预测等智能算法嵌入到系统中，提高了作品的智能化程度。作品紧凑的人机界面以及触屏式设计，提高了作品的灵活性和便捷性，实现了作品内容丰富、功能强大，智能化程度高、操作简单、携带方便等优势。作品分别获得了中国煤炭工业科学技术二等奖及省科学技术二等奖，其核心技术——数据融合、特征辨识及基于数据挖掘的瓦斯预测技术，属于国内领先水平，作品的研究解决了煤矿安全方面的重大科技问题，推动了煤炭行业的科技进步。
获奖情况及鉴定结果
- 1.作品于2010年获中国煤炭工业协会、中国煤炭学会授予的中国煤炭工业科学技术二等奖。 2.作品于2009年获省科学技术奖励委员会授予的科学技术二等奖。 3.作品于2011年6月在大连理工大学举办的第十届辽宁省挑战杯大学生科技学术作品竞赛中获得省特等奖。
作品所处阶段
- 作品处于中试阶段，已申请了国家发明专利。
技术转让方式
- 作品技术转让方式为采用技术转让或联合生产方式
作品可展示的形式
- 实物演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 系统实现了高端智能电脑在煤矿井下的应用，是一款应用于煤矿井下的智能便携式监控系统，具备了气体监测、供电监测、断电控制、风量监测等功能，其电容式触摸屏设计，使得这款设备的智能性得到提高，它体积小巧、质量轻便、功能强大，实现了煤矿井下移动监测设备的高度智能化。系统采用了数据融合技术、瓦斯预测技术等手段，形成了一种新的煤矿信息数据的获取和处理方式，将井下信息监测浓缩于一掌中，克服了恶劣环境、复杂地理位置的限制，实现对井下信息的有效监测与管理。 系统也适用在其他许多领域，比如在军工方面，可实现一个作战分队完成对敌方据点的各项参数监测，利用便携式监控系统，根据多元信息进行决策，并与指挥部保持通信，完成作战方案。 系统研究井下数据动态监测、数据融合、瓦斯预测等关键技术，实现煤矿安全生产，它对扩展煤矿的安全生产监管、井下安全监测、预防井下事故发生具有重要的现实意义。凭借其良好的扩展性，便携仪应用在其他领域，具有很好的市场价值和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 煤矿安全综合监控技术与装备方面，国外起步早、发展快，工业以太网与现场总线结合的监控系统体系结构已经相当成熟，并广泛应用于生产、安全监控领域。我国煤矿监控系统已从早期的引进、消化吸收发展到了现有的自主创新开发。目前使用的监测系统主要有KJ90、KJ95、KJ4/KJ2000、KJF2000等等。随着信息化水平的提高，煤炭行业信息化和网络化的发展和电子技术的迅猛发展，安全生产信息化也得到高速发展，信息技术推动了安全生产技术和监测监控技术的发展，促进了各类传感器、数据传输技术在煤矿领域的应用。近年来国内相继研制出的一批煤矿监控系统和地面工业集中控制系统，技术水平有较大提高，如中国煤炭科学院常州分院所研制的瓦斯检测仪，马平等人研究的“晋城市‘数字煤矿’网络化时实监管系统等等。矿井安全监控技术是伴随煤炭工业发展而逐步发展起来的。1815年，英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪器－瓦斯检定灯，利用火焰的高度来测量瓦斯浓度。20世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今。40年代，美国研制了检测瓦斯气体的敏感元件－铂丝催化元件。1954年，英国采矿安全研究所制成了最早的载体催化元件。60年代以后，主要的产煤国家都把发展崔体元件作为瓦斯检测仪器的主攻方向。电子技术的进步推动了瓦斯监控装置的进一步发展，首先是研制小型化个人携带式仪器，以后是矿井进空系统，如70年代后期法国研制的CTT63/40矿井监控系统英国的MINOS系统美国的SCADA系统等。 目前我国各大煤矿大致以固定监控站为主、便携式监测设备为辅的方式对井下信息进行监测。便携式监控系统结构简单、携带方便，但是无法对井下所有信息进行监测，多数都是单一的监测，另一类是以PC机位主体的监控站，在矿井下固定的地方安装各类传感器，再通过电缆把数据传到井上监控站。对于采掘面等一些危险地点，大多仍是采用专人配备的便携式设备进行监测。市场上还几乎没有能实现移动测量、无缝覆盖的监控系统。山西阳泉阳煤集团设计了一种手持移动瓦斯监测终端，在手持无线移动终端上实现对井下的断电控制,在手持无线移动终端对井下瓦斯与环境信息连续监测与报警的基础上,经综合判定在出现各类井下危急情况下，通过无线移动终端及时下达无线断电指令，实现在手持终端上的无线“遥控”断电控制指挥功能，确保井下的安全生产。 综上所述，该方面的研究具有理论价值和实用意义
