[发明专利]一种基于传感网络的瓦斯预测预警系统及其预测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯预警技术，具体涉及一种基于传感网络的瓦斯预测预警系统及其预测预警方法。

背景技术

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。在高温、高压的环境中，在形成煤炭的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味的气体，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。

煤炭是我国的基础能源，我国在作为产煤大国的同时，也是煤矿安全形势极为严峻的国家。建国以来发生一次死亡百人以上的特别重大事故23起，其中21起属于瓦斯事故，煤矿安全生产形势严峻。

为避免由瓦斯引起的爆炸事故发生，现有的矿山都安装了瓦斯传感器，用以监测瓦斯浓度的变化。这种基于局域网的预警系统，上级部门只能通过下属矿井定期汇报的方式获取最新数据，数据实时性不强，而且还会出现数据不准确等问题，不利于主管部门准确、及时获取第一手数据。再者，现有的瓦斯预警系统都是采用局域网进行数据采集及报警，只简单反映瓦斯传感器所在位置的瓦斯浓度情况，缺乏综合分析、实时趋势判断等功能系统，不能基于实时瓦斯监测数据提供预测预警功能。

发明内容

为了有效防止瓦斯事故发生，本发明提出一种基于传感网络的瓦斯预测预警系统，本系统充分利用现有安全监控系统设备，主动地捕捉瓦斯变化信息，实时监测预警，并及时通知相关人员进行应急处理。

本发明的目的在于提供一种基于传感网络的瓦斯预测预警系统。

本发明的基于传感网络的瓦斯预测预警系统包括：传感网络和控制中心；其中，传感网络包括多个传感网络节点，每个传感网络节点通过互联网与控制中心进行通讯；每个传感网络节点包括监测服务器和多个瓦斯传感器，多个瓦斯传感器布置在煤矿井下，实时采集瓦斯数据，并分别通过安全专用网络传输至监测服务器；控制中心包括数据采集系统、数据中心、数据预处理及管理系统和预警分析发布系统；数据采集系统采集传感网络的监测服务器通过互联网发布的数据，并将数据存储在数据中心；数据预处理及管理系统对数据进行预处理，并将预处理后的数据传输至预警分析发布系统；预警分析发布系统通过梯度分析和趋势分析，并与存储在数据中心的指标体系库中的预警级别进行比对，发出相应级别的瓦斯的预测预警。

传感网络节点建立在各个煤矿上，瓦斯传感器分别布置在煤矿开采工作面上隅角、工作面皮带运输巷、工作面回风巷和主副井中。每个瓦斯传感器的参数包括地理位置、报警值、数据单位和数据类型，瓦斯传感器的参数通过安全专用网络传输至监测服务器。瓦斯传感器采集的瓦斯数据指甲烷CH₄的浓度值。

监测服务器将瓦斯传感器采集的数据，基于传感器观测服务SOS协议，通过互联网发布给数据采集系统，实现数据的实时发布。

数据采集系统采集数据后，将数据存储至数据中心，以便历史数据存放、查询以及数据挖掘。

数据预处理及管理系统对数据中心的数据预处理和统一管理，提供常用的数据浏览、统计查询等功能。数据预处理包括：对瓦斯传感器统一编码；根据实际需求，对瓦斯传感器的地理位置进行坐标转换，转换成相应的坐标。

数据预处理及管理系统将处理后的数据传输至预警分析发布系统。预警分析发布系统获取处理后的数据，对其进行数据挖掘产生预警信息，并及时发布预警信息。预警分析发布系统将数据进行过滤、压缩和分析预警；过滤是指将无效值清除，压缩是指对数据进行有选择的取样。预警分析发布系统主要基于存储在数据中心的历史数据和实时监测数据，通过梯度分析和趋势分析，并与存储在数据中心的指标体系库中的预警级别进行比对，发出相应级别的预测预警。预警分析发布系统中储存瓦斯传感器所在矿井负责人的相关信息，包括所在单位、职务信息和联系方式。预警分析发布系统中设置有短信报警设备，自动通过短信的形式将预警结果发送至相关的负责人。并且，预警分析发布系统中设置有在线一键通话设备，位于控制中心的监控人员，只需要按下相应的按键，就可以直接接通相关负责人员的电话，或者手动拨打电话，进行电话报警，并根据相关负责人员的职务或级别不同，发布相应等级的预警信息。