[發(fā)明專利]一種基于DAS的露天礦山車輛防撞系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010135546.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN111309020A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王虎;李全明;張海清;史先鋒;賈會(huì)會(huì);魏杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;G01C21/04;G01H9/00
• 代理公司: 北京律譜知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

1.一種基于DAS的露天礦山車輛防撞系統(tǒng)，其特征在于，所述露天礦山車輛防撞系統(tǒng)包括：

光纖(2)、光電解調(diào)儀(3)、分析處理儀(5)、調(diào)度控制器(6)和車載儀(7)；

所述光纖(2)采用DAS光纖，其埋設(shè)在礦山運(yùn)輸?shù)缆穬膳愿浇臏喜?1)內(nèi)；

所述光纖(2)與光電解調(diào)儀(3)的輸入端相連，所述光電解調(diào)儀(3)的輸出端通過有線或無線的方式與數(shù)據(jù)庫(4)相連；

所述數(shù)據(jù)庫(4)用于記錄多個(gè)光電解調(diào)儀(3)傳輸過來的車輛震動(dòng)波形，其通過線路與分析處理儀(5)相連；

所述分析處理儀(5)通過線路與調(diào)度控制器(6)的輸入端相連；所述調(diào)度控制器(6)的輸出端通過無線方式與放置在車輛內(nèi)的所述車載儀(7)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DAS的露天礦山車輛防撞系統(tǒng)，其特征在于，

所述光電解調(diào)儀(3)為多個(gè)，每個(gè)光電解調(diào)儀(3)連接一條光纖(2)或多條光纖(2)；

所述露天礦山車輛防撞系統(tǒng)還包括：數(shù)據(jù)庫(4)；

所述數(shù)據(jù)庫(4)的輸入端通過數(shù)據(jù)總線與多個(gè)所述光電解調(diào)儀(3)相連；

所述數(shù)據(jù)庫(4)的輸出端通過有限或無線方式與分析處理儀(5)相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DAS的露天礦山車輛防撞系統(tǒng)，所述溝槽(1)的深度不大于500mm。

4.一種基于DAS的露天礦山車輛防撞方法，其特征在于，所述露天礦山車輛防撞方法包括：

步驟S101，利用DAS光纖(2)實(shí)時(shí)采集行駛在礦山運(yùn)輸?shù)缆飞系能囕v的震動(dòng)信號(hào)；并對(duì)車輛震動(dòng)信號(hào)的采樣寫入時(shí)間戳；

步驟S102，光電解調(diào)儀(3)利用小波閾值去噪方法對(duì)接收到的車輛震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理，獲得有效車輛震動(dòng)信息；

步驟S104，分析處理儀(5)實(shí)時(shí)獲取所述有效車輛震動(dòng)信息，并根據(jù)所述有效車輛震動(dòng)信息的波形，獲得車輛震動(dòng)信號(hào)達(dá)到起始時(shí)間、車輛震動(dòng)信號(hào)離開的終止時(shí)間和振幅參數(shù)；根據(jù)所述參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算，獲得車輛的位置、速度、間距信息，并將其傳給調(diào)度控制器(6)；

步驟S105，調(diào)度控制器(6)根據(jù)分析處理儀(5)得出的多個(gè)車輛的位置、速度、間距信息呈現(xiàn)出多個(gè)車輛在礦山道路上的行駛狀況，并獲取礦山調(diào)度人員的調(diào)度指令；根據(jù)該調(diào)度指令發(fā)出對(duì)應(yīng)的調(diào)度信令，通過無線方式傳給放置在車輛內(nèi)的車載儀(7)；

步驟S106，車載儀(7)接收調(diào)度控制器(6)發(fā)出的調(diào)度信令，并通過語音或屏顯方式提示司機(jī)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于DAS的露天礦山車輛防撞方法，其特征在于，所述露天礦山車輛防撞方法還包括：

步驟S103，所述光電解調(diào)儀將濾波降噪處理后的車輛震動(dòng)信息傳給數(shù)據(jù)庫(4)供所述分析處理儀(5)調(diào)取。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于DAS的露天礦山車輛防撞方法，其特征在于，所述步驟S102具體包括：

選擇一個(gè)小波基函數(shù)，并利用所述小波基函數(shù)對(duì)帶有噪聲的車輛震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行N層小波分解，通過小波變換得到相應(yīng)的低頻系數(shù)；

對(duì)高頻部分的小波系數(shù)基于閾值進(jìn)行去噪處理，得到每層電平的高頻系數(shù)；

對(duì)得到的低頻系數(shù)和每層電平的高頻系數(shù)進(jìn)行逆小波變換重構(gòu)，獲得真實(shí)信號(hào)的估計(jì)值。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于DAS的露天礦山車輛防撞方法，其特征在于，步驟S104中，所述根據(jù)所述有效車輛震動(dòng)信息的波形，獲得車輛震動(dòng)信號(hào)達(dá)到起始時(shí)間、車輛震動(dòng)信號(hào)離開的終止時(shí)間、振幅參數(shù)；根據(jù)所述參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算，獲得車輛的位置、速度、間距信息的過程包括：

根據(jù)所述有效車輛震動(dòng)信息的波形，將所述有效車輛震動(dòng)信號(hào)漂移值從所述有效車輛震動(dòng)信號(hào)的平均值中減去，得到消除信號(hào)漂移影響后的有效車輛震動(dòng)信號(hào)；

利用得到的車輛震動(dòng)信號(hào)計(jì)算短期能量和短期過零率：

利用如下公式計(jì)算短期能量：

其中，E_n定義為n時(shí)刻信號(hào)的短期能量，N為幀長，x(m)為m時(shí)刻信號(hào)，w(n)為滑動(dòng)窗函數(shù)；

利用如下公式計(jì)算短期過零率：

其中sgn[x]是一個(gè)象征性的功能，設(shè)波形時(shí)域信號(hào)為x(l)、加窗分幀處理后得到第n幀語音信號(hào)為x_n(m)；

比較短期能量指標(biāo)和高閾值、比較短期過零率和低閾值；當(dāng)計(jì)算得到的短期能量指標(biāo)超過高閾值且下一個(gè)時(shí)間段的短期過零率長于低閾值時(shí)，表示車輛震動(dòng)信號(hào)開始，并基于GPS記錄車輛震動(dòng)信號(hào)的達(dá)到起始時(shí)間；當(dāng)計(jì)算得到的短期能量指標(biāo)超過高閾值且上一個(gè)時(shí)間段的短期過零率長于低閾值時(shí),表示車輛震動(dòng)信號(hào)終止，并基于GPS記錄車輛震動(dòng)信號(hào)的離開終止時(shí)間；

利用如下公式計(jì)算車輛行駛速度V：

V＝(v_in+v_out)/2

v_in＝L/Δt_in

v_out＝L/Δt_out

Δt_in＝t_B,in-t_A,in

Δt_out＝t_B,out-t_A,out

其中，節(jié)點(diǎn)A和B分別為同步檢測(cè)到的兩個(gè)車輛震動(dòng)信號(hào)的震動(dòng)傳感器位置；L為節(jié)點(diǎn)A和B之間的距離；V_in為車輛震動(dòng)信號(hào)的到達(dá)速度；V_out為車輛震動(dòng)信號(hào)離開速度；t_A,in為車輛進(jìn)入節(jié)點(diǎn)A的初始時(shí)間，t_A,out為車輛出節(jié)點(diǎn)A所在區(qū)間的終止時(shí)間；t_B,in為車輛進(jìn)入節(jié)點(diǎn)B的初始時(shí)間，t_B,out為車輛出節(jié)點(diǎn)B所在區(qū)間的終止時(shí)間；

根據(jù)檢測(cè)車輛行駛產(chǎn)生的震動(dòng)能量的震動(dòng)傳感器位置、所計(jì)算的車輛速度及高精度GPS測(cè)量的初始時(shí)間和終止時(shí)間來確定車輛的位置。