一种用于煤矿巷道的多源感知数据融合与智能预警系统的制作方法

本发明涉及矿山安全监测，是一种用于煤矿巷道的多源感知数据融合与智能预警系统。

背景技术：

1、煤矿井下巷道特别是独头掘进巷道，是一个相对独立的半封闭空间，也是煤矿事故的高发区域，目前，煤矿井下普遍安装了瓦斯监控系统、矿压监测系统、人员定位系统、通风监测系统等多种安全监测设备；

2、而煤矿井下环境复杂，灾害风险多样，现有安全监测设备作业时，各监测子系统是独立运行的，数据壁垒严重，安全信息碎片化，作业人员难以在巷道入口快速获取综合安全状况；并且，预警需要地面调度中心分析后再层层下达，存在响应时间延长的现象，且受到网络稳定性的制约；人员进入巷道是无法实时了解巷道内部的安全情况，对巷道内部的安全确认存在缺失，而人员出入高风险区域则依赖自觉和人工检查，管控刚性不足；无关人员进入特殊作业区域，特别是解除区域时，无相关提醒，增加安全事故风险，此外，应急响应环节与实时监测预警环节脱节‌，当灾害发生时，应急广播、应急预案启动、避灾路线指引往往依赖人工决策和通知，效率低且易出错，静态的避灾路线可能因灾情变化而失效；

3、基于此，本发明公开了一种用于煤矿巷道的多源感知数据融合与智能预警系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中，无法解决入口处即时、多维度安全状态呈现和现场强制管控的问题，并且独立的应急广播系统和应急预案缺乏与前端实时感知数据的自动联动能力的问题，提出了一种用于煤矿巷道的多源感知数据融合与智能预警系统。

2、本发明一种用于煤矿巷道的多源感知数据融合与智能预警系统的技术方案包括部署在巷道入口的矿用本安型智能管控终端，以及地面调度平台和移动客户端：

3、在巷道入口部署所述智能管控终端，配置其接入多源传感器；

4、终端通过感知数据汇聚单元实时采集至少两种不同类型的物理量监测数据；

5、在终端本地，通过边缘计算与数据融合单元对所述监测数据进行实时融合分析，生成动态的安全态势等级；

6、基于所述安全态势等级，立即驱动终端本地的声、光、显示报警装置进行现场响应；

7、当有人员靠近时，同步进行人员身份与权限识别，并与当前安全态势等级进行实时比对，依据预设策略执行现场管控动作；在预警触发或收到应急指令时，自动联动执行语音播报应急预案与图形化避灾路线指引；

8、将本地产生的操作日志与数据记录至本地存储，并在网络条件允许时同步至地面调度平台。

9、优选地，所述多种物理量监测数据至少包括瓦斯浓度、顶板压力、风速、设备运行状态、人员定位信息、氧气浓度、探放水水压水温、微震、地音、排水水量中的两种或两种以上；所述感知数据汇聚单元通过工业以太网、rs485、can总线或无线通信接口中的一种或多种接入数据。

10、优选地，所述边缘计算与数据融合单元内置的预警模型具有自适应优化机制，能够基于所述巷道的历史监测数据、预警历史记录以及外部平台下发的参数调整指令，实时微调预警阈值和融合算法权重参数，使用深度神经网络模型优化权重分配，通过lstm模型分析时序数据，动态修正瓦斯突变阈值，所述自适应优化机制利用历史微震信号与顶板位移的关联性，通过lstm模型预测权重。

11、优选地，所述数据融合算法包括但不限于d-s证据理论或自适应加权融合算法，其输出为动态的安全态势等级，以红黄绿三色态势灯及关键参数曲线形式在所述人机交互与显示单元的显示屏上图形化显示。‌

12、优选地，所述人员身份与权限识别单元集成有rfid和uwb读卡模块，其与地面调度平台同步或通过本地缓存获取人员身份信息、安全培训有效期及当前电子作业票，并结合所述边缘计算与数据融合单元实时生成的综合安全态势等级，自动执行放行、警告或禁入的动作逻辑。

13、优选地，所述应急广播联动与避灾指引单元被配置为：

14、接收并解析来自地面调度平台或应急广播系统的结构化应急指令包，所述应急指令包至少包含预警级别、受影响区域及建议行动指令；

15、在本地预警触发或收到所述应急指令包时，自动匹配并播报预存储于本地的、与当前风险类型和位置相对应的语音应急预案内容；

16、根据实时获取的人员定位信息与风险源位置，在所述人机交互与显示单元的屏幕上动态生成并高亮显示通往指定安全出口或避险硐室的矿井制定的避灾路线图。

17、优选地，所述本地存储与离线工作单元确保在网络通信中断时，所述感知数据汇聚单元、边缘计算与数据融合单元、人员身份与权限识别单元以及应急广播联动与避灾指引单元的核心功能能够持续独立运行，待网络恢复后进行数据同步。‌

18、优选地，所述智能管控终端包括：感知数据汇聚单元、边缘计算与数据融合单元、人机交互与显示单元、人员身份与权限识别单元、应急广播联动与避灾指引单元以及本地存储与离线工作单元；

19、数据汇聚单元实时接入物理量监测数据；处理与融合单元运行融合算法生成安全评估结果；人机交互单元展示评估结果；身份识别单元验证人员信息。

20、优选地，所述管控动作包括：在人员作业许可区域与风险等级不匹配或安全培训过期时，结合安全态势等级发出语音图文警示，并向远程平台发送告警信息。‌

21、优选地，还包括算法迭代优化：所述处理与融合单元定期利用巷道本地历史数据，通过监督学习训练调整算法参数，提升特定工况预警准确率，并配备移动客户端，即特配手机，特配的手机可以跟显示终端通过蓝牙直读数据。

22、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

23、1.本发明通过部署在巷道入口的矿用本安型智能管控终端，实时接入瓦斯浓度、顶板压力等多源传感器，利用感知数据汇聚单元采集并处理多种物理量监测数据，实现了安全信息和管控关口前移至风险源头，作业人员在进入巷道前，通过本地声光报警装置和人机交互单元，能够直观获取动态安全态势等级，确保进入前必知风险，解决了现有系统数据壁垒问题，从源头防止盲目进入高风险区域，提升了现场感知能力与主动防控效率，避免了安全信息碎片化导致的决策延迟。

24、2.本发明通过边缘计算与数据融合单元运行自适应加权融合算法，结合人员身份与权限识别单元进行多维校验，并联动应急广播与避灾指引单元，实现了风险感知-预警-预案执行-现场引导的全链条闭环，系统能够在预警触发时自动匹配语音应急预案并动态生成最优避灾路线图，确保应急响应精准高效，同时，内置lstm模型通过分析历史数据微调阈值，提升了预警准确率和智能化水平，解决了响应依赖人工、静态路线失效等问题。

25、3.本发明通过本地存储与离线工作单元确保在网络中断时核心功能持续运行，并利用本安设计适应恶劣环境，实现了系统的高可靠性与长久性，此外，深度集成数据融合、边缘计算、身份识别等多技术模块，围绕巷道入口场景构建完整方案，解决了信息断层、响应延迟及管理缺失等协同难题，并且通过自适应优化机制定期迭代算法参数，提升特定工况预警准确率，形成了技术集成创新，增强了系统鲁棒性和整体效能。