一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统及方法与流程

1.本发明涉及矿道环境监测技术领域，具体涉及一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统及方法。


背景技术：

2.煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿，当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。
3.申请号为202211609594.7的发明专利中公开一种智能化矿山环境监测管理方法，其特征在于，所述方法包括：采集矿山的基本信息，获得矿山信息数据库；获得多级矿山环境监测指标，其中，所述多级矿山环境监测指标包括采空塌陷监测指标、地下水环境监测指标、地形地貌监测指标和土壤环境监测指标；基于所述矿山信息数据库和所述多级矿山环境监测指标，进行矿山环境监测规划分析，获得矿山环境监测机制，包括：基于所述矿山信息数据库进行特征提取，获得矿山空间特征信息和矿山地理特征信息；基于所述多级矿山环境监测指标进行数据挖掘，获得多级矿山环境监测指标集合，句括：获得矿山环境监测指标数据库，其中，所述矿山环境监测指标数据库包括多个矿山环境监测指标信息。
4.该申请在于解决，现有技术中，存在针对矿山的环境监测管理准确性不足、全面性不高，进而造成矿山的环境监测管理效果不佳的技术问题。
5.然而，针对井工煤矿而言，需要有大量的工作人员于井道中开展开采工作，因而井道内的环境安全尤为重要，但目前，并没有一种针对矿道内部环境监测的系统，为矿下工作人员提供工作环境安全保障。


技术实现要素：

6.解决的技术问题
7.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统及方法，解决了目前并没有一种针对矿道内部环境监测的系统为矿下工作人员提供工作环境安全保障的问题。
8.技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
10.第一方面，一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，包括采集层、处理层及交互层；
11.矿道内部环境数据通过采集层分布获取，获取的矿道内部环境数据根据数据来源设备进行区分储存，供处理层接收，处理层基于接收到的矿道内部环境数据评估矿道内部环境安全性，矿道内部环境安全性评估结果被交互层接收，交互层对接收到的矿道内部环境安全性评估结果于矿道内工作人员及地上工作人员间相互转发；
12.所述处理层包括接收模块、预警模块及评估模块，接收模块用于接收储存模块中储存的矿道内部环境数据，预警模块用于设定环境安全阈值，应用环境安全阈值与接收模
块接收的矿道内部环境数据进行比对，在矿道内部环境数据不处于环境安全阈值时，向矿道内工作人员发出声光预警，评估模块用于获取接收模块接收到的矿道内部环境数据，应用的矿道内部环境数据及计算的矿道内部环境安全系数；
13.所述矿道内部环境安全系数，通过下式求取，公式为：
[0014][0015]
式中：m为矿道内部环境安全系数求取时应用的变量集合；h
vu
为矿道内实时环境气体参数；h
nor
为矿道内环境气体安全参数；θ
ss
为矿道内信号强度；θ
nor
为标准信号强度；ψ为矿道内图像数据的能见度；m0为当前应用的变量数量，ν1、ν2及ν3为权重；
[0016]
其中，a＝[(|h
vu
|+|θ
ss
|-|ψ|)，+∞]，b＝[-∞,(|h
vu
|+|θ
ss
|+|ψ|)]；k值越大，则表明矿道内部环境越安全。
[0017]
更进一步地，所述采集层包括构建模块、采集模块及储存模块，构建模块用于构建矿道内部结构三维模型，采集模块用于采集矿道内部环境数据，储存模块用于接收采集模块采集到的矿道内部环境数据，对数据进行储存；
[0018]
其中，所述构建模块在构建矿道内部结构三维模型时，通过系统端用户手动上传矿道内部结构空间位置坐标，应用空间位置坐标完成矿道内部结构三维模型的构建，矿道内部结构三维模型在完成构建后，基于构建时应用的空间位置坐标，对矿道内部结构三维模型进行坐标轴系部署，使矿道内部结构三维模型上的任意点位对应空间位置坐标均可被读取。
[0019]
更进一步地，所述采集模块包括气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头，系统端用户于矿道内部结构三维模型选择点位，根据选择点位于矿道内部对应的空间位置坐标处进行采集模块的部署，每一选择点位对应部署的采集模块中至少包含有一组气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头；
[0020]
其中，所述信号收发设备通过无线网络与气体检测设备及电子摄像头连接，实时对气体检测设备及电子摄像头采集的环境气体参数及矿道内部图像数据进行获取，所述采集模块于矿道内部等距部署，且所述采集模块中信号收发设备于矿山表面至少部署有一组，所述信号收发设备与其各自相邻的信号收发设备通过无线网络相互连接，在连接状态下执行环境气体参数及矿道内部图像数据的转发，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备。
[0021]
更进一步地，采集模块中信号收发设备在进行数据传输交互时，对传输的数据进行降噪处理，降噪后的数据通过下式进行输出，公式为：
[0022][0023]
式中：x表示长度为n的数据信号；x(n)为近似分段常数信号，y(n)＝x(n)+w(x)，w(x)为高斯白噪声；λ为调节参数，λ＞0；为y与x间的变异差分值；为惩罚函数。
[0024]
更进一步地，所述储存模块设置在矿山表面部署的信号收发设备内，所述信号收发设备还用于音频、视频、短信息通信，所述信号收发设备内部记载有当前部署空间位置坐标，相邻所述信号收发设备执行部署空间位置坐标的共享，除矿山表面部署的信号收发设备外的信号收发设备均以掘进设备为载体，停泊于信号收发设备对应的空间位置坐标处。
[0025]
更进一步地，所述预警模块中应用的环境安全阈值通过系统端用户手动设定，每一矿道内工作人员均持有移动通讯设备，矿道内工作人员于矿道内作业时，移动通讯设备实时与其最近的采集模块中信号收发设备所用无线网络连接，预警模块判定结果为否时，通过矿道内工作人员持有的移动设备发出声光预警；
[0026]
其中，预警模块判定结果为否时，同步对当前矿道内工作人员持有移动设备所连网络对应信号收发设备进行获取，进一步于构建模块构建的矿道内部结构三维模型中，对信号收发设备对应采集模块所对应的空间位置坐标进行标记，系统端用户于矿道内部结构三维模型对标记进行读取。
[0027]
更进一步地，所述评估模块中求取的矿道内部环境安全系数同步于采集模块中的信号收发设备中进行传输，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备，评估模块中系统端用户手动设定有矿道内部环境安全综合评价阈值，评估模块将求取的矿道内部环境安全系数与矿道内部环境安全综合评价阈值进行比对，执行比对结果的输出，供交互层接收。
[0028]
更进一步地，所述交互层包括反馈模块及监测模块，反馈模块用于接收处理层中评估模块运行得到的比对结果，以采集模块中信号收发设备作为媒介将比对结果反馈至矿道内工作人员持有的移动设备上，监测模块用于监测矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果的读取状态；
[0029]
其中，反馈模块反馈至矿道内工作人员持有的移动设备的比对结果，同步在比对结果为否时触发声光警报，矿道内工作人员通过按动移动设备的上任意按键对声光报警进行解除，矿道内工作人员于移动设备上按动任意按键对声光报警进行解除的操作，即监测模块监测到矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果已读，系统端用户同步于监测模块中手动设定有判定阈值，判定阈值内移动设备上的比对结果为未读，监测模块进一步对未执行读取操作的移动设备向系统端用户进行反馈。
[0030]
更进一步地，所述采集模块通过无线网络与储构建模块及储存模块相连接，所述储存模块通过介质电性与接收模块相连接，所述接收模块通过无线网络与预警模块相连接，所述预警模块通过介质电性安装于矿道内工作人员持有的移动设备上，所述接收模块通过介质电性与评估模块相连接，所述评估模块通过介质电性与反馈模块相连接，所述反馈模块通过介质电性与监测模块相连接。
[0031]
第二方面，一种基于矿山安全生产的矿道环境监测方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤1：根据矿道内部结构空间位置坐标构建矿道内部结构三维模型；
[0033]
步骤2：基于矿道内部结构三维模型选择模型上空间位置坐标，在选择的位置坐标上部署环境数据采集设备；
[0034]
步骤3：实时将采集到的环境数据向矿道内工作人员持有的移动设备发送，进一步根据环境数据评估矿道内部环境安全系数，并同步向评估结果向矿道内工作人员持有的移动设备发送；
[0035]
步骤4：监测移动设备上矿道内工作人员对评估结果的读取状态；
[0036]
步骤5：读取状态为未读，获取评估结果未读状态来源信号收发设备的空间位置坐标，通过矿山表面部署信号收发设备发出控制命令，驱动获取到的空间位置坐标所相邻的信号收发设备对应配置的掘进设备，前往获取到的空间位置坐标；
[0037]
其中，掘进设备被驱动前往目标空间位置坐标时，对目标空间位置坐标上，未读状态的数量进行获取，未读状态超过一组时，驱动所有相邻的掘进设备前往，未读状态为一组时，通过下式选择驶向目标空间位置坐标的目标掘进设备，公式为：
[0038][0039]
式中，μi为掘进设备i的救援优势度；p为掘进设备的集合；li为掘进设备距离；σ为li的权重；为掘进设备i相邻空间位置坐标的数量；γi为目标空间位置坐标上已读状态的数量；τ为γi的权重；ti为掘进设备i的海拔；υ为ti的权重；
[0040]
基于上式对各掘进设备的μi进行求取，选择μi值最高的掘进设备作为目标掘进设备；
[0041]
步骤6：读取状态为已读，结束，跳转步骤3再次执行。
[0042]
有益效果
[0043]
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
[0044]
1、本发明提供一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，该系统在运行过程中，通过矿道内部空间位置坐标的获取，完成了矿道内部结构三维模型的构建，进而以矿道内部结构三维模型对矿道内部环境数据采集所用的设备进行了适应性位置的部署，最终以采集到的内部环境数据对矿道内部环境安全进行评估，且在该系统运行过程中，以连续两次反馈矿道内部环境数据的方式提升了该系统运行过程中的鲁棒性，为矿道内部工作人员带来更加安全的作业环境及保障。
[0045]
2、本发明中系统在运行过程中，通过各类数据采集设备的部署，能够实现矿道内部环境的全面监测，且通过系统中部署的数据采集设备，一定程度的提供了矿道内部工作人员与地上工作人员相互交互的条件，确保地上工作人员能够对矿道内部工作人员进行一定的作业安全监护。
[0046]
3、本发明提供一种基于矿山安全生产的矿道环境监测方法，通过该方法中的步骤执行，能够进一步的维护本发明中系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行过程中，基于系统中获取数据，能够进一步的提供以事故救援功能及事故位置及人员的嗅探功能。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0048]
图1为一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统的结构示意图；
[0049]
图2为一种基于矿山安全生产的矿道环境监测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0051]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0052]
实施例一
[0053]
本实施例的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，如图1所示，包括采集层、处理层及交互层；
[0054]
矿道内部环境数据通过采集层分布获取，获取的矿道内部环境数据根据数据来源设备进行区分储存，供处理层接收，处理层基于接收到的矿道内部环境数据评估矿道内部环境安全性，矿道内部环境安全性评估结果被交互层接收，交互层对接收到的矿道内部环境安全性评估结果于矿道内工作人员及地上工作人员间相互转发；
[0055]
处理层包括接收模块、预警模块及评估模块，接收模块用于接收储存模块中储存的矿道内部环境数据，预警模块用于设定环境安全阈值，应用环境安全阈值与接收模块接收的矿道内部环境数据进行比对，在矿道内部环境数据不处于环境安全阈值时，向矿道内工作人员发出声光预警，评估模块用于获取接收模块接收到的矿道内部环境数据，应用的矿道内部环境数据及计算的矿道内部环境安全系数；
[0056]
矿道内部环境安全系数，通过下式求取，公式为：
[0057][0058]
式中：m为矿道内部环境安全系数求取时应用的变量集合；h
vu
为矿道内实时环境气体参数；h
nor
为矿道内环境气体安全参数；θ
ss
为矿道内信号强度；θ
nor
为标准信号强度；ψ为矿道内图像数据的能见度；m0为当前应用的变量数量，ν1、ν2及ν3为权重；
[0059]
其中，a＝[(|h
vu
|+|θ
ss
|-|ψ|)，+∞]，b＝[-∞,(|h
vu
|+|θ
ss
|+|ψ|)]；k值越大，则表明矿道内部环境越安全；
[0060]
采集层包括构建模块、采集模块及储存模块，构建模块用于构建矿道内部结构三维模型，采集模块用于采集矿道内部环境数据，储存模块用于接收采集模块采集到的矿道内部环境数据，对数据进行储存；
[0061]
其中，构建模块在构建矿道内部结构三维模型时，通过系统端用户手动上传矿道内部结构空间位置坐标，应用空间位置坐标完成矿道内部结构三维模型的构建，矿道内部结构三维模型在完成构建后，基于构建时应用的空间位置坐标，对矿道内部结构三维模型进行坐标轴系部署，使矿道内部结构三维模型上的任意点位对应空间位置坐标均可被读取；
[0062]
交互层包括反馈模块及监测模块，反馈模块用于接收处理层中评估模块运行得到的比对结果，以采集模块中信号收发设备作为媒介将比对结果反馈至矿道内工作人员持有的移动设备上，监测模块用于监测矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果的读取状态；
[0063]
其中，反馈模块反馈至矿道内工作人员持有的移动设备的比对结果，同步在比对结果为否时触发声光警报，矿道内工作人员通过按动移动设备的上任意按键对声光报警进行解除，矿道内工作人员于移动设备上按动任意按键对声光报警进行解除的操作，即监测模块监测到矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果已读，系统端用户同步于监测模块中手动设定有判定阈值，判定阈值内移动设备上的比对结果为未读，监测模块进一步对未执行读取操作的移动设备向系统端用户进行反馈；
[0064]
采集模块通过无线网络与储构建模块及储存模块相连接，储存模块通过介质电性与接收模块相连接，接收模块通过无线网络与预警模块相连接，预警模块通过介质电性安装于矿道内工作人员持有的移动设备上，接收模块通过介质电性与评估模块相连接，评估模块通过介质电性与反馈模块相连接，反馈模块通过介质电性与监测模块相连接。
[0065]
在本实施例中，构建模块运行构建矿道内部结构三维模型，采集模块同步的采集矿道内部环境数据，储存模块进一步接收采集模块采集到的矿道内部环境数据，对数据进行储存，接收模块实时接收储存模块中储存的矿道内部环境数据，预警模块后置运行设定环境安全阈值，应用环境安全阈值与接收模块接收的矿道内部环境数据进行比对，在矿道内部环境数据不处于环境安全阈值时，向矿道内工作人员发出声光预警，评估模块用于获取接收模块接收到的矿道内部环境数据，应用的矿道内部环境数据及计算的矿道内部环境安全系数，再由反馈模块接收处理层中评估模块运行得到的比对结果，以采集模块中信号收发设备作为媒介将比对结果反馈至矿道内工作人员持有的移动设备上，监测模块最后由监测矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果的读取状态；
[0066]
通过上述公式计算，能够对矿道内部环境精细精确的安全评估，确保矿道内部环境的安全性以数字化结果输出，以便于矿道内部工作人员更加快捷的判定矿道内部环境是否安全，为矿道内部工作人员在作业过程中带来更加可靠的安全监护。
[0067]
实施例二
[0068]
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1对实施例1中一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统做进一步具体说明：
[0069]
采集模块包括气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头，系统端用户于矿道内部结构三维模型选择点位，根据选择点位于矿道内部对应的空间位置坐标处进行采集模块的部署，每一选择点位对应部署的采集模块中至少包含有一组气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头；
[0070]
其中，信号收发设备通过无线网络与气体检测设备及电子摄像头连接，实时对气体检测设备及电子摄像头采集的环境气体参数及矿道内部图像数据进行获取，采集模块于矿道内部等距部署，且采集模块中信号收发设备于矿山表面至少部署有一组，信号收发设备与其各自相邻的信号收发设备通过无线网络相互连接，在连接状态下执行环境气体参数及矿道内部图像数据的转发，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备。
[0071]
通过上述设置，对采集模块中所配置的环境采集设备进行了部署，且在部署后，以配置无线网络的方式，提供了进一步的数据交互条件，从而使得矿道开采过程中，矿道内工作人员及地上工作人员能够进行信息数据的交互操作。
[0072]
如图1所示，采集模块中信号收发设备在进行数据传输交互时，对传输的数据进行降噪处理，降噪后的数据通过下式进行输出，公式为：
[0073][0074]
式中：x表示长度为n的数据信号；x(n)为近似分段常数信号，y(n)＝x(n)+w(x)，w(x)为高斯白噪声；λ为调节参数，λ＞0；为y与x间的变异差分值；为惩罚函数。
[0075]
通过上式计算，能够对采集模块中采集到的矿道内环境数据进行降噪处理，确保采集模块所采集的矿道内环境数据更加清晰的被矿道内工作人员读取及系统进一步处理。
[0076]
如图1所示，储存模块设置在矿山表面部署的信号收发设备内，信号收发设备还用于音频、视频、短信息通信，信号收发设备内部记载有当前部署空间位置坐标，相邻信号收发设备执行部署空间位置坐标的共享，除矿山表面部署的信号收发设备外的信号收发设备均以掘进设备为载体，停泊于信号收发设备对应的空间位置坐标处。
[0077]
通过上述设置，为信号收发设备提供了载体，且为实施例3中进一步提供的方法的执行步骤带来必要的执行条件支持。
[0078]
如图1所示，预警模块中应用的环境安全阈值通过系统端用户手动设定，每一矿道内工作人员均持有移动通讯设备，矿道内工作人员于矿道内作业时，移动通讯设备实时与其最近的采集模块中信号收发设备所用无线网络连接，预警模块判定结果为否时，通过矿道内工作人员持有的移动设备发出声光预警；
[0079]
其中，预警模块判定结果为否时，同步对当前矿道内工作人员持有移动设备所连网络对应信号收发设备进行获取，进一步于构建模块构建的矿道内部结构三维模型中，对信号收发设备对应采集模块所对应的空间位置坐标进行标记，系统端用户于矿道内部结构三维模型对标记进行读取。
[0080]
通过上述设置，可以使得预警模块发出的声光预警位置能够于矿道内部结构三维模型中显现，为系统端用户提供预警位置可视化条件。
[0081]
如图1所示，评估模块中求取的矿道内部环境安全系数同步于采集模块中的信号收发设备中进行传输，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备，评估模块中系统端用户手动设定有矿道内部环境安全综合评价阈值，评估模块将求取的矿道内部环境安全系数与矿道内部环境安全综合评价阈值进行比对，执行比对结果的输出，供交互层接收。
[0082]
通过上述设置，进一步的将系统中输出的矿道内部环境安全系数向矿道内工作人员进行了反馈，以便于矿道内工作人员更加了解矿道内部环境动态。
[0083]
实施例三
[0084]
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2对实施例1中一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统做进一步具体说明：
[0085]
一种基于矿山安全生产的矿道环境监测方法，包括以下步骤：
[0086]
步骤1：根据矿道内部结构空间位置坐标构建矿道内部结构三维模型；
[0087]
步骤2：基于矿道内部结构三维模型选择模型上空间位置坐标，在选择的位置坐标上部署环境数据采集设备；
[0088]
步骤3：实时将采集到的环境数据向矿道内工作人员持有的移动设备发送，进一步根据环境数据评估矿道内部环境安全系数，并同步向评估结果向矿道内工作人员持有的移动设备发送；
[0089]
步骤4：监测移动设备上矿道内工作人员对评估结果的读取状态；
[0090]
步骤5：读取状态为未读，获取评估结果未读状态来源信号收发设备的空间位置坐标，通过矿山表面部署信号收发设备发出控制命令，驱动获取到的空间位置坐标所相邻的信号收发设备对应配置的掘进设备，前往获取到的空间位置坐标；
[0091]
其中，掘进设备被驱动前往目标空间位置坐标时，对目标空间位置坐标上，未读状态的数量进行获取，未读状态超过一组时，驱动所有相邻的掘进设备前往，未读状态为一组时，通过下式选择驶向目标空间位置坐标的目标掘进设备，公式为：
[0092][0093]
式中，μi为掘进设备i的救援优势度；p为掘进设备的集合；li为掘进设备距离；σ为li的权重；为掘进设备i相邻空间位置坐标的数量；γi为目标空间位置坐标上已读状态的数量；τ为γi的权重；ti为掘进设备i的海拔；υ为ti的权重；
[0094]
基于上式对各掘进设备的μi进行求取，选择μi值最高的掘进设备作为目标掘进设备；
[0095]
步骤6：读取状态为已读，结束，跳转步骤3再次执行。
[0096]
在上述步骤1-6的执行的基础上，通过上式计算求取了掘进设备于该方法步骤执行过程中的选择结果，确保该方法中的步骤更加稳定的执行；
[0097]
需要注意的是，上述记载的掘进设备，通过该方案实施者设计，可将掘进设备制备成具有救援功能，或携带救援物资的救援设备所使用，进而达到维护矿道内工作人员在发生事故时的安全保障。
[0098]
综上而言，上述实施例中系统在运行过程中，通过矿道内部空间位置坐标的获取，完成了矿道内部结构三维模型的构建，进而以矿道内部结构三维模型对矿道内部环境数据采集所用的设备进行了适应性位置的部署，最终以采集到的内部环境数据对矿道内部环境安全进行评估，且在该系统运行过程中，以连续两次反馈矿道内部环境数据的方式提升了该系统运行过程中的鲁棒性，为矿道内部工作人员带来更加安全的作业环境及保障；同时，系统在运行过程中，通过各类数据采集设备的部署，能够实现矿道内部环境的全面监测，且通过系统中部署的数据采集设备，一定程度的提供了矿道内部工作人员与地上工作人员相互交互的条件，确保地上工作人员能够对矿道内部工作人员进行一定的作业安全监护；此外，通过实施例3中的方法中的步骤执行，能够进一步的维护系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行过程中，基于系统中获取数据，能够进一步的提供以事故救援功能及事故位置及人员的嗅探功能。
[0099]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，包括采集层、处理层及交互层；矿道内部环境数据通过采集层分布获取，获取的矿道内部环境数据根据数据来源设备进行区分储存，供处理层接收，处理层基于接收到的矿道内部环境数据评估矿道内部环境安全性，矿道内部环境安全性评估结果被交互层接收，交互层对接收到的矿道内部环境安全性评估结果于矿道内工作人员及地上工作人员间相互转发；所述处理层包括接收模块、预警模块及评估模块，接收模块用于接收储存模块中储存的矿道内部环境数据，预警模块用于设定环境安全阈值，应用环境安全阈值与接收模块接收的矿道内部环境数据进行比对，在矿道内部环境数据不处于环境安全阈值时，向矿道内工作人员发出声光预警，评估模块用于获取接收模块接收到的矿道内部环境数据，应用的矿道内部环境数据及计算的矿道内部环境安全系数；所述矿道内部环境安全系数，通过下式求取，公式为：式中：m为矿道内部环境安全系数求取时应用的变量集合；h
vu
为矿道内实时环境气体参数；h
nor
为矿道内环境气体安全参数；θ
ss
为矿道内信号强度；θ
nor
为标准信号强度；ψ为矿道内图像数据的能见度；m0为当前应用的变量数量，ν1、ν2及ν3为权重；其中，a＝[(|h
vu
|+|θ
ss
|-|ψ|)，+∞]，b＝[-∞,(|h
vu
|+|θ
ss
|+|ψ|)]；k值越大，则表明矿道内部环境越安全。2.根据权利要求1所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述采集层包括构建模块、采集模块及储存模块，构建模块用于构建矿道内部结构三维模型，采集模块用于采集矿道内部环境数据，储存模块用于接收采集模块采集到的矿道内部环境数据，对数据进行储存；其中，所述构建模块在构建矿道内部结构三维模型时，通过系统端用户手动上传矿道内部结构空间位置坐标，应用空间位置坐标完成矿道内部结构三维模型的构建，矿道内部结构三维模型在完成构建后，基于构建时应用的空间位置坐标，对矿道内部结构三维模型进行坐标轴系部署，使矿道内部结构三维模型上的任意点位对应空间位置坐标均可被读取。3.根据权利要求2所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述采集模块包括气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头，系统端用户于矿道内部结构三维模型选择点位，根据选择点位于矿道内部对应的空间位置坐标处进行采集模块的部署，每一选择点位对应部署的采集模块中至少包含有一组气体检测设备、信号收发设备及电子摄像头；其中，所述信号收发设备通过无线网络与气体检测设备及电子摄像头连接，实时对气体检测设备及电子摄像头采集的环境气体参数及矿道内部图像数据进行获取，所述采集模块于矿道内部等距部署，且所述采集模块中信号收发设备于矿山表面至少部署有一组，所述信号收发设备与其各自相邻的信号收发设备通过无线网络相互连接，在连接状态下执行环境气体参数及矿道内部图像数据的转发，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备。
4.根据权利要求3所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，采集模块中信号收发设备在进行数据传输交互时，对传输的数据进行降噪处理，降噪后的数据通过下式进行输出，公式为：式中：x表示长度为n的数据信号；x(n)为近似分段常数信号，y(n)＝x(n)+w(x)，w(x)为高斯白噪声；λ为调节参数，λ＞0；为y与x间的变异差分值；为惩罚函数。5.根据权利要求1或3所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述储存模块设置在矿山表面部署的信号收发设备内，所述信号收发设备还用于音频、视频、短信息通信，所述信号收发设备内部记载有当前部署空间位置坐标，相邻所述信号收发设备执行部署空间位置坐标的共享，除矿山表面部署的信号收发设备外的信号收发设备均以掘进设备为载体，停泊于信号收发设备对应的空间位置坐标处。6.根据权利要求1或2所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述预警模块中应用的环境安全阈值通过系统端用户手动设定，每一矿道内工作人员均持有移动通讯设备，矿道内工作人员于矿道内作业时，移动通讯设备实时与其最近的采集模块中信号收发设备所用无线网络连接，预警模块判定结果为否时，通过矿道内工作人员持有的移动设备发出声光预警；其中，预警模块判定结果为否时，同步对当前矿道内工作人员持有移动设备所连网络对应信号收发设备进行获取，进一步于构建模块构建的矿道内部结构三维模型中，对信号收发设备对应采集模块所对应的空间位置坐标进行标记，系统端用户于矿道内部结构三维模型对标记进行读取。7.根据权利要求1或3所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述评估模块中求取的矿道内部环境安全系数同步于采集模块中的信号收发设备中进行传输，发送末端为矿山表面部署的信号收发设备，评估模块中系统端用户手动设定有矿道内部环境安全综合评价阈值，评估模块将求取的矿道内部环境安全系数与矿道内部环境安全综合评价阈值进行比对，执行比对结果的输出，供交互层接收。8.根据权利要求1所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述交互层包括反馈模块及监测模块，反馈模块用于接收处理层中评估模块运行得到的比对结果，以采集模块中信号收发设备作为媒介将比对结果反馈至矿道内工作人员持有的移动设备上，监测模块用于监测矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果的读取状态；其中，反馈模块反馈至矿道内工作人员持有的移动设备的比对结果，同步在比对结果为否时触发声光警报，矿道内工作人员通过按动移动设备的上任意按键对声光报警进行解除，矿道内工作人员于移动设备上按动任意按键对声光报警进行解除的操作，即监测模块监测到矿道内工作人员持有的移动设备上的比对结果已读，系统端用户同步于监测模块中手动设定有判定阈值，判定阈值内移动设备上的比对结果为未读，监测模块进一步对未执
行读取操作的移动设备向系统端用户进行反馈。9.根据权利要求1或2所述的一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统，其特征在于，所述采集模块通过无线网络与储构建模块及储存模块相连接，所述储存模块通过介质电性与接收模块相连接，所述接收模块通过无线网络与预警模块相连接，所述预警模块通过介质电性安装于矿道内工作人员持有的移动设备上，所述接收模块通过介质电性与评估模块相连接，所述评估模块通过介质电性与反馈模块相连接，所述反馈模块通过介质电性与监测模块相连接。10.一种基于矿山安全生产的矿道环境监测方法，所述方法是对如权利要求1-9中任意一项所述一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据矿道内部结构空间位置坐标构建矿道内部结构三维模型；步骤2：基于矿道内部结构三维模型选择模型上空间位置坐标，在选择的位置坐标上部署环境数据采集设备；步骤3：实时将采集到的环境数据向矿道内工作人员持有的移动设备发送，进一步根据环境数据评估矿道内部环境安全系数，并同步向评估结果向矿道内工作人员持有的移动设备发送；步骤4：监测移动设备上矿道内工作人员对评估结果的读取状态；步骤5：读取状态为未读，获取评估结果未读状态来源信号收发设备的空间位置坐标，通过矿山表面部署信号收发设备发出控制命令，驱动获取到的空间位置坐标所相邻的信号收发设备对应配置的掘进设备，前往获取到的空间位置坐标；其中，掘进设备被驱动前往目标空间位置坐标时，对目标空间位置坐标上，未读状态的数量进行获取，未读状态超过一组时，驱动所有相邻的掘进设备前往，未读状态为一组时，通过下式选择驶向目标空间位置坐标的目标掘进设备，公式为：式中，μ
i
为掘进设备i的救援优势度；p为掘进设备的集合；l
i
为掘进设备距离；σ为l
i
的权重；为掘进设备i相邻空间位置坐标的数量；γ
i
为目标空间位置坐标上已读状态的数量；τ为γ
i
的权重；t
i
为掘进设备i的海拔；υ为t
i
的权重；基于上式对各掘进设备的μ
i
进行求取，选择μ
i
值最高的掘进设备作为目标掘进设备；步骤6：读取状态为已读，结束，跳转步骤3再次执行。

技术总结
本发明涉及矿道环境监测技术领域，具体涉及一种基于矿山安全生产的矿道环境监测系统及方法，包括采集层、处理层及交互层；矿道内部环境数据通过采集层分布获取，获取的矿道内部环境数据根据数据来源设备进行区分储存，供处理层接收，处理层基于接收到的矿道内部环境数据评估矿道内部环境安全性，本发明中系统在运行过程中，通过矿道内部空间位置坐标的获取，完成了矿道内部结构三维模型的构建，进而以矿道内部结构三维模型对矿道内部环境数据采集所用的设备进行了适应性位置的部署，最终以采集到的内部环境数据对矿道内部环境安全进行评估。评估。评估。


技术研发人员：朱烨 赵学堂 花丽 田俊涛 赵宇
受保护的技术使用者：江苏科泰检测技术服务有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/8