[发明专利]一种井下甲烷监测及定位系统

权利要求书

1.一种井下甲烷监测及定位系统，包括：系统服务器、监控终端、有线通信子系统、无线通信基站、甲烷检测装置；有线通信子系统包括光纤、分光器和无线交换机；无线通信基站包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备、天线隔离器和天线；甲烷检测装置包括：处理器、无线通信部件、按键、存储、显示屏、LED指示灯、温度传感器、运动检测电路；无线通信部件包括无线通信模块和天线；运动检测电路采用三轴加速度传感器；在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过光纤连接井上的无线交换机和系统服务器；甲烷检测装置与无线通信基站通过无线方式通信；甲烷检测装置基于场强定位结合计步测距实现准确定位：系统服务器通过检测人员携带的甲烷检测装置监测记录井下无线信号覆盖区域内的任意准确位置的甲烷浓度和环境温度；甲烷检测装置实时上传甲烷浓度检测数据和检测位置至系统服务器；甲烷检测装置实时上传环境温度检测数据和检测位置至系统服务器；甲烷检测装置通过三轴加速度检测记录使用人员行走步数和监测其生命活动特征；甲烷检测装置定时检测系统的无线通信链路，当检测到无线通信故障则自动组织Ad hoc网络，搜索其他工作人员所携其它无线通信装置。

2.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：甲烷检测装置基于场强定位结合计步测距实现准确定位，定位过程包括以下步骤：甲烷检测装置通过无线通信部件实时检测附近无线通信基站的信号场强，在甲烷检测装置靠近无线通信基站时，场强到达峰值，将此无线通信基站位置作为甲烷检测装置的当前位置可靠定位，并将此位置作为甲烷检测装置的当前定位基准点；甲烷检测装置通过运动检测电路实现计步功能，可实时记录甲烷检测装置使用人员在可靠定位后所行走的步数；步数乘以甲烷检测装置使用人员的个人步长得到甲烷检测装置与当前定位基准点的距离；根据甲烷检测装置检测到的当前和下一个定位基准点所在无线通信基站的场强计算距离；取距离交集公共部分中心的值作为甲烷检测装置与当前定位基准点的距离，将此距离代入两无线通信基站所在的隧道的曲线方程得到甲烷检测装置的当前坐标，实现对甲烷检测装置的定位。

3.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：甲烷检测装置与系统服务器通过有线通信子系统和无线通信基站实现双向通信，甲烷检测装置定时向系统服务器发送带准确检测位置的甲烷浓度信息，自动发送带位置信息的甲烷浓度报警信息，使用者也可通过按键操作向系统服务器发送信息和报警信息，在通信链路正常时实时上传，在通信链路不通时，记录此次操作，等到通信链路正常时再自动上传至系统服务器。

4.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：甲烷检测装置通过热敏元件或控制器内置温度检测单元检测所在环境温度，并将温度信息连同准确位置信息通过无线通信方式上传到系统服务器。

5.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：甲烷检测装置通过低通滤波算法处理由三轴加速度传感器所采集的三个方向上的加速度数据以去掉高频噪声，分析信号特征，取速度变化量最大的轴向进行计步，以0.5-5Hz的信号作为计步的信号，再参考其它轴上数据经过特征匹配实现准确计步。

6.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：呼救装置的处理器实时监测人体活动，当处理器一定时间未检测到任何人体活动或按键操作则自动触发报警，通过无线通信和声光方式向外传送报警，进入呼救状态。

7.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：系统服务器与甲烷检测装置下行通信时通信协议内附带有系统时间，甲烷检测装置解析时间后调整内部时钟与系统时间一致，实现系统内所有甲烷检测装置的时钟同步，在甲烷检测装置上报甲烷浓度及温度时同时附带准确的时间，即使信息通信由于链路问题发生延迟，系统也可获得准确的甲烷浓度、温度和位置的历史纪录。

8.根据权利要求1所述的井下甲烷监测及定位系统，其特征在于：当甲烷检测装置检测到环境中的甲烷浓度超过设定的警戒值时，声光报警，并通过无线通信方式向系统服务器报警，在通信链路正常时实时上传，在通信链路不通时，通信子系统记录此次操作，等到通信链路正常时再自动上传。