[发明专利]一种基于无人机的矿山安全监测系统

权利要求书

1.一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：包括有矿山信息采集单元、规划单元、模型构建单元、管理端、监测管理平台、矿山资源管理单元、报警单元与设备信息采集单元；

所述矿山信息采集单元用于通过无人机对矿山环境信息进行采集；

所述模型构建单元用于对施工矿山进行矿山模型的构建；

所述监测管理平台用于进行信息储存和信息管理；

所述矿山资源管理单元用于对矿山的资源分布进行标记，以及对矿山的管理范围进行限定；

所述设备信息采集单元用于对无人机和运输车辆进行身份标记和调度；

所述规划单元用于对煤矿运输进行任务路径的制定；

所述报警单元用于针对车辆进行跟踪并判断是否为异常车辆，进而将信息通过监测管理平台传输于管理端进行决策。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：矿山信息采集包括有：

调度无人机对施工目标矿山进行视频图像采集和位置定位，进而得到采集的目标矿山视频图像与所采集位置的对应关系，并将目标矿山视频图像与所采集的位置进行信息绑定；

采集的信息包括有山体信息、河道信息、地理位置信息与地面信息；

将矿山信息传输到监测管理平台中储存，进而形成矿山信息基础数据，并标记目标矿山所处的地理位置作为在监测管理平台中目标矿山的身份标识。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：模型构建包括有：

通过监测管理平台获取矿山信息基础数据，进而获得矿山模型构建基数；

参照矿山信息基础数据构建原始矿山模型；

无人机定期对目标矿山进行矿山信息采集，进而获得实时目标矿山信息，并将实时目标矿山信息与构建的原始矿山模型进行重合度对比；

当实时目标矿山信息与构建的原始矿山模型出现重合度偏差时，进而更替出现重合度偏差部分的矿山信息基础数据，并同步对构建的矿山模型进行修改，更新监测管理平台中的信息；

当实时目标矿山信息与构建的原始矿山模型重合度未出现偏差时，则矿山信息基础数据和矿山模型的信息保持原状。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：矿山资源管理包括有：

获取矿山模型，将目标矿山煤矿分布的位置以及煤矿开采口进行数据采集，进而形成煤矿开采口的身份编号，并将矿山煤矿分布的位置在矿山模型上进行标记；

对矿山开采管辖的范围进行划定，进而在矿山开采管辖范围边缘位置设置监控模块，通过监控模块对整个矿山开采管辖的范围进行安全监测，形成矿山安全区；

获取煤矿开采放置点与矿山安全区的进出口位置，进而在矿山模型上进行实时标记，并对煤矿开采放置点进行身份编号以及对矿山开采管辖范围边缘位置设置的监控模块进行身份编号，监控模块进行身份编号为监控模块的身份数字标记和监控模块在矿山安全区所处的位置；

矿山资源管理的信息均根据位置映射到矿山模型中，形成数据矿山模型。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：设备信息采集包括有：

获取目标矿山中的无人机和运输车辆，进而对无人机和运输车辆进行身份编号和定位；

无人机和运输车辆自身具备实时定位能力，并将定位信息传输到监测管理平台中；

用于后续无人机和运输车辆根据就近原则进行调度。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：所述规划单元生成任务路径的过程为：

生成运输任务，获取煤矿开采放置点煤矿的输入和输出信息，进而生成运输路径以及运输起始点，形成任务项，任务项包括有任务信息和任务路线，任务信息为煤矿运输量；

任务路径的生成为：获取数据矿山模型，进而根据任务的起始点和数据矿山模型生成运输任务路径，形成路径模型；

就近获取可执行任务的煤矿运输车，进而将任务项传输给煤矿运输车，执行人员根据煤矿运输车上自动派发的任务项信息进行运输任务的执行。

7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的矿山安全监测系统，其特征在于：报警单元的异常跟踪包括有运输车路径跟踪和矿山安全区侵入性跟踪：

运输车路径跟踪为：

获取路径模型，并实时跟踪定位执行任务的运输车辆，判断运输车辆实际路径与路径模型是否一致；

运输车辆实际路径与路径模型一致的情况下，为绿色通道；

运输车辆实际路径与路径模型不一致的情况下，进行路线和路段标记，将报警信息传输至监测管理平台中；

管理端查看路段标记对路线进行维护；

实时监控运输车辆在实际路径中的行驶速度以及在路径行驶中是否出现中断情况；

通过运输车辆在实际路径中的行驶速度变化情况了解路径的畅通系数；

畅通系数的计算公式为：

其中，为畅通系数，为路径缓冲因子，为装载煤矿的运输车辆在运输时车厢内煤矿的最大震动值；为运输车辆运输过程中的平均速度，为运输车辆运输过程中的最小速度，其中，n为装载煤矿的运输车辆在运输时速度波动超过10公里/每小时的次数；

在超过安全设定阈值时，立即对运输执行人员进行报警提示，提示运输执行人员稳定缓慢行驶；

安全区侵入性跟踪为：

获取数据矿山模型，进而得到数据矿山模型中矿山开采管辖范围边缘位置设置的监控模块，并通过监控模块对矿山安全区进行安全监控，判断是否存在安全区侵入性情况；

当监控模块获取到有车辆和人员进入矿山开采管辖范围时，进而获取规划单元中的任务项信息，判断任务项是否存在涉及到进出矿山开采管辖行为；

当任务项涉及到进出矿山开采管辖行为时，不需要报警处理；

当任务项不涉及到进出矿山开采管辖行为时，进而进行报警处理并将位置和图像传输至监测管理平台中，并通过监测管理平台调度无人机前往报警地点进行跟踪监控；

无人机将跟踪监控视频图像传输给监测管理平台，进而请求管理端进行判断，由管理端决策是否为安全侵入性情况，确认是，则立刻报警处理，报警同时并提交报警位置；确认不是，则进行忽略，无人机返航。