一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，步驟為：拾取震源信號(hào)；獲取采集的信號(hào)，記錄各個(gè)信號(hào)采集到的時(shí)間；對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，由PSO-Broyden混合算法得出相對(duì)坐標(biāo)；相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為實(shí)際GPS坐標(biāo)；GPS與地理信息系統(tǒng)地圖對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)盜采點(diǎn)位置進(jìn)行GPS定位。本發(fā)明還公開(kāi)了一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位設(shè)備，包括拾震器、信號(hào)采集裝置和計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備；拾震器安裝于巷道或者巖層中，拾震器與信號(hào)采集裝置中的輸入端連接，信號(hào)采集裝置輸出端與計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備連接。本發(fā)明能直觀的在地理信息系統(tǒng)的電子地圖上顯示出盜采爆炸點(diǎn)的具體地理位置，方便，實(shí)用性強(qiáng)，定位準(zhǔn)確，用于礦區(qū)防盜采監(jiān)控。
【專利說(shuō)明】一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法及其設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于礦產(chǎn)資源開(kāi)采有梳于管理現(xiàn)象存在有時(shí)造成了大礦小開(kāi)、一礦多開(kāi)現(xiàn)象。特別是一些礦山業(yè)主法制觀念淡薄，受利益驅(qū)動(dòng)，盜采行為時(shí)有發(fā)生。因搶奪資源使盜采矛盾越來(lái)越突出。很多起煤礦重大安全事故都有小煤礦私挖亂采、越界違章作業(yè)引發(fā)事故的案例。這些違章事件既導(dǎo)致國(guó)家煤礦資源的浪費(fèi)，又會(huì)造成礦井相互連通埋下重大事故隱患，是引發(fā)煤礦透水、瓦斯爆炸等惡性事故的重要原因。在《中華人民共和國(guó)煤炭法》里，第三十一條明確規(guī)定，煤炭生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)依法在批準(zhǔn)的開(kāi)采范圍內(nèi)進(jìn)行，不得超越批準(zhǔn)的開(kāi)采范圍越界、越層開(kāi)采。采礦作業(yè)不得擅自開(kāi)采保安煤柱，不得采用可能危及相鄰煤礦生產(chǎn)安全的決水、爆破、貫通巷道等危險(xiǎn)方法。而當(dāng)前現(xiàn)狀是當(dāng)業(yè)主發(fā)生糾紛時(shí)，由于監(jiān)管部門(mén)沒(méi)有掌握礦山開(kāi)采的可靠數(shù)據(jù)，而在糾紛發(fā)生后再對(duì)礦山進(jìn)行采樣，費(fèi)用高、耗用時(shí)間長(zhǎng)，并且由于各種因素的影響，可能會(huì)造成采樣不準(zhǔn)確。由此可見(jiàn)，要解決盜采的糾紛，只有加強(qiáng)礦山的信息化管理，提高礦山管理的現(xiàn)代化水平，做到有據(jù)可依，才能有效減少由于盜采發(fā)生的糾紛，減少由于盜采引發(fā)的安全事故。
[0003]由于井下盜采具有隱蔽性，不易發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)礦山盜采的監(jiān)測(cè)仍然是以人員下井實(shí)地監(jiān)督檢查為主要手段，但由于種種原因，此監(jiān)測(cè)手段不僅需要人員多、耗費(fèi)大量人力、物力資源而且效果不佳?；谝陨显?，迫切需要有一套檢測(cè)精度高、檢測(cè)周期短的監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)對(duì)地下開(kāi)采巷道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定位。利用信息化手段采用震源定位算法來(lái)實(shí)現(xiàn)防盜采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的盜采放炮點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。大大方便了對(duì)礦山開(kāi)采實(shí)施監(jiān)督和管理，維護(hù)國(guó)家和企業(yè)的利益、遏制重特大事故的發(fā)生、減少環(huán)境污染、提高礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用率。
[0004]關(guān)于礦產(chǎn)防盜方面已有一些文獻(xiàn)報(bào)道,其中:
吉林大學(xué)的馮國(guó)磊的論文中以整個(gè)礦區(qū)為監(jiān)測(cè)對(duì)象，以各種類(lèi)型的拾震器為數(shù)據(jù)收集元件，以數(shù)字處理技術(shù)為基礎(chǔ)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的一種實(shí)現(xiàn)分散和集中監(jiān)測(cè)、控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，它是礦山實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙訊、遙控和全面自動(dòng)化的一個(gè)極其重要的組成部分。此系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)原理是以拾取盜采過(guò)程中盜采工作點(diǎn)所激發(fā)地震波的縱、橫波初至為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用最小二乘法對(duì)所拾取的縱、橫波初至數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序化的蓋格算法，計(jì)算出盜采點(diǎn)的時(shí)空參數(shù)，對(duì)盜采點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，從根本上改善煤礦盜采監(jiān)控的落后狀況。
[0005]專利CN201020206432提出一種礦山防盜采微震監(jiān)測(cè)儀，其技術(shù)方案是:由拾震器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、變壓器、電源組成，電源通過(guò)變壓器分別與計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、拾震器相連接，拾震器安裝在巷道內(nèi)，拾震器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸出端連接到計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端。此實(shí)用新型通過(guò)安裝在巷道內(nèi)的拾震器監(jiān)測(cè)盜采信號(hào)，并將被盜采礦塊的三維坐標(biāo)和時(shí)間通過(guò)數(shù)據(jù)采集器發(fā)送計(jì)算機(jī)中，可以使監(jiān)測(cè)人員及時(shí)了解盜采情況。[0006]在采礦活動(dòng)中防止盜采，用目前的技術(shù)手段或靠人工監(jiān)管，已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)作案的具體時(shí)間和地點(diǎn)，要想能及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)盜采行為就必須有新的技術(shù)創(chuàng)新為依托。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方便快捷、定位準(zhǔn)確度高、運(yùn)算速度快、能有效監(jiān)測(cè)礦區(qū)盜采礦體資源的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法及其設(shè)備。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，包含以下步驟:
1)拾取震源信號(hào)；
2)信號(hào)采集裝置獲取拾震器采集的信號(hào)，記錄各個(gè)信號(hào)采集到的時(shí)間；
3)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，由信號(hào)采集裝置中的PSO-Broyden混合算法計(jì)算得出相對(duì)坐標(biāo)；
4)計(jì)算機(jī)依據(jù)信號(hào)采集裝置采集的信號(hào)將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為實(shí)際GPS坐標(biāo)；
5)計(jì)算機(jī)將GPS與地理信息系統(tǒng)地圖對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)盜采點(diǎn)位置進(jìn)行GPS定位。
[0009]步驟I)中，還包括濾 波和檢波過(guò)程。
[0010]步驟2)中，各個(gè)信號(hào)采集到的時(shí)間為相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間區(qū)間數(shù)據(jù)。
[0011]步驟3)中，對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)以粒子方式處理，通過(guò)PSO算法對(duì)各個(gè)拾震器采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出搜索初值；還包括將初值帶入Broyden算法進(jìn)行精確計(jì)算，得到優(yōu)化值；還包括PSO-Broyden混合算法計(jì)算得出相對(duì)坐標(biāo)值。
[0012]一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位設(shè)備，包括拾震器、信號(hào)采集裝置，計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備；拾震器安裝于巷道或者巖層中，拾震器與信號(hào)采集裝置中的輸入端連接，信號(hào)采集裝置輸出端與計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備連接。
[0013]所述拾震器為5個(gè)，拾震器安裝方式為在空間中的任意不重疊位置。
[0014]所述移動(dòng)便攜設(shè)備為安裝有DSP、ARM芯片的移動(dòng)便攜式在線防盜采設(shè)備。
[0015]5個(gè)拾震器安裝在空間中的任意不重疊的位置，由5個(gè)拾震器信號(hào)，采集裝置進(jìn)行信號(hào)處理，分析出有效信號(hào)，提取有效信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，然后依據(jù)這些參數(shù)由計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行PSO-BiOyden混合算法解決空間目標(biāo)的定位問(wèn)題。
[0016]以上所述的PSO-BiOyden混合算法有以下八個(gè)步驟:
(1)在初始化范圍內(nèi)，對(duì)PSO進(jìn)行隨機(jī)初始化，包括粒子的位置和速度；
(2)評(píng)價(jià)每個(gè)微粒的適應(yīng)度，將當(dāng)前各微粒的位置和適應(yīng)值存儲(chǔ)在各微粒的Fbesi中，將所有中適應(yīng)值最優(yōu)個(gè)體的位置和適應(yīng)值存儲(chǔ)于中；
(3)用式子(2)(3)進(jìn)行粒子速度和位移的更新；
(4)對(duì)每個(gè)微粒，將其適應(yīng)值與其經(jīng)歷過(guò)的最好位置作比較，如果較好，則將其作為當(dāng)前的最好位置；
(5)比較當(dāng)前所有和的值，更新gftesi;
(6)若達(dá)到終止條件(達(dá)到最大迭代次數(shù))，返回當(dāng)前全局最優(yōu)個(gè)體^，轉(zhuǎn)向步驟g)；否則，k=k+l，轉(zhuǎn)步驟b)；(7)Broyden算法。以步驟f)返回的當(dāng)前全局最優(yōu)個(gè)體為Broyden算法的初始點(diǎn)進(jìn)行迭代；
(8)若達(dá)到終止條件則結(jié)束，輸出的當(dāng)前結(jié)果作為所求問(wèn)題的最優(yōu)解；否則將解算值作為初始值繼續(xù)執(zhí)行Broyden算法。
[0017]通過(guò)以上方式求出了震源的位置(Xs，ys，Zs )，實(shí)現(xiàn)了基于PSO-BiOyden算法的煤
礦防盜采系統(tǒng)震源定位方法。通過(guò)本
【發(fā)明內(nèi)容】
中說(shuō)介紹的新型防盜采系統(tǒng)算法計(jì)算震源的坐標(biāo)位置，從而確認(rèn)出盜采炸點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換計(jì)算出具體的GPS衛(wèi)星定位的坐標(biāo)位置，在電子地圖上直觀的標(biāo)識(shí)出盜采炸點(diǎn)的位置，使得監(jiān)測(cè)者及時(shí)做出行動(dòng)，從而有效的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控盜采行為。
[0018]本發(fā)明發(fā)明的PSO-Broyden算法原理是在給定的空間范圍內(nèi)，盜采煤礦爆炸震源為P點(diǎn)，其位置為,有四個(gè)拾震器分別為,,
, Jf4lZ4),為(J^jr5lZ5)發(fā)射源在I8時(shí)刻發(fā)出一個(gè)波形信號(hào),五個(gè)拾震
器接收到波形信號(hào)的時(shí)刻分別為h，h，h。假設(shè)波形在介質(zhì)中傳播是勻速的，那
么每個(gè)拾震器與發(fā)射源P之間的方程，如公式(3.1)，為:
【權(quán)利要求】
1.一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，其特征在于:包含以下步驟: 1)拾取震源信號(hào)； 2)信號(hào)采集裝置獲取拾震器采集的信號(hào)，記錄各個(gè)信號(hào)采集到的時(shí)間； 3)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，由信號(hào)采集裝置中的PSO-Broyden混合算法計(jì)算得出相對(duì)坐標(biāo)； 4)計(jì)算機(jī)依據(jù)信號(hào)采集裝置采集的信號(hào)將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為實(shí)際GPS坐標(biāo)； 5)計(jì)算機(jī)將GPS與地理信息系統(tǒng)地圖對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)盜采點(diǎn)位置進(jìn)行GPS定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，其特征在于:步驟I)中，還包括濾波和檢波過(guò)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，其特征在于:步驟2)中，各個(gè)信號(hào)采集到的時(shí)間為相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間區(qū)間數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位方法，其特征在于:步驟3)中，對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)以粒子方式處理，通過(guò)PSO算法對(duì)各個(gè)拾震器采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出搜索初值；還包括將初值帶入Broyden算法進(jìn)行精確計(jì)算,得到優(yōu)化值；還包括PSO-Broyden混合算法計(jì)算得出相對(duì)坐標(biāo)值。
5.一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位設(shè)備，其特征在于:包括拾震器、信號(hào)采集裝置，計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備；拾震器安裝于巷道或者巖層中，拾震器與信號(hào)采集裝置中的輸入端連接，信號(hào)采集裝置輸出端與計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)便攜設(shè)備連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位設(shè)備，其特征在于:所述拾震器為5個(gè)，拾震器安裝方式為在空間中的任意不重疊位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦區(qū)防盜采監(jiān)測(cè)定位設(shè)備，其特征在于:所述移動(dòng)便攜設(shè)備為安裝有DSP、ARM芯片的移動(dòng)便攜式在線防盜采設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G01S5/18GK103744055SQ201310640863
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】張法全, 楊曉哲, 王國(guó)富, 葉金才, 孫安青 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)