一种降低矿震监测系统数据传输量的方法及矿震监测装置

技术领域

本发明涉及一种矿震监测系统数据传输的方法及矿震监测装置，具体是一种降低矿震 监测系统数据传输量的方法及矿震监测装置，属于煤矿监测技术领域。

背景技术

矿震是采矿诱发的矿井地震，是矿井的一大自然灾害。矿震发生时，围岩迅速释放能量， 煤岩瞬间突然破坏，造成冒顶片帮、支架折断、巷道堵塞、地面振动、房屋损坏和人身伤亡。 分布式矿震监测系统可以在一定区域内精确定位并实时监测、记录矿震活动的频率、能量等 信息，并根据这些信息反演煤岩体的纵波速度、分析应力的分布特征等，为预测冲击危险区 域提供支持。

分布式矿震监测系统需要大量布置监测节点，每个节点需要以高采样率、高采样精度来 监测震动信号，所以数据传输量大，对网络造成巨大压力，容易因网络堵塞造成数据丢失的 后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低矿震监测系统数据传输量的方法及基于该方法的矿震监 测装置，该方法及装置能够根据矿震时间有效滤除大量无用监测数据，只传输矿震时有效数 据，避免数据丢失，确保数据传输安全。

为实现上述目的，一种降低矿震监测系统数据传输量的方法，该方法通过各监测节点实 时采样矿震数据，并将采样数据存储在各自的存储单元，还包括以下步骤：

第一步,各监测节点实时监测矿震幅度，当某个节点(设为节点A)矿震幅度达到阈值时， 形成中断信号；

第二步，节点A采集中断时刻的时间信息作为震波初至时刻，并通过网络将震波初至时刻 发送给上位机；

第三步，上位机通过网络以广播方式将震波初至时刻及数传时间区间发送给各监测节点；

第四步，各监测节点将数传时间区间内的采样数据发送给上位机。

基于上述方法的一种矿震监测装置，包括震动传感器、A/D转换器、存储单元、主控CPU、 同步模块和阈值比较器；同步模块接收授时装置发来的时间同步信号，与授时装置时间同步， 形成采样脉冲并发送给A/D转换器；A/D转换器在采样脉冲的作用下对震动传感器发出的信号 进行A/D采样，并将采样数据发送给主控CPU,主控CPU将收到的A/D采样数据暂存于存储单元； 阈值比较器接收震动传感器的电压信号，该电压信号超过预设阈值时形成中断信号；同步模 块在中断信号的作用下，采集第一矿震时间并发送给主控CPU；主控CPU通过网络与上位机进 行数据交换。

没有矿震事件发生的情况下，监测装置与上位机不进行大量的监测数据传输，网络处于 空闲状态；当矿震事件发生时，监测装置与上位机才进行监测数据传输，避免了大量无用数 据上网，减轻了网络数传压力，不会因为网络阻塞而丢失数据。另一方面，本发明只要有一 个监测节点发生矿震事件，上位机会以广播方式将震波初至时刻发送给各节点主控CPU，各主 控CPU将各个节点的监测数据发送给上位机，避免了因为电子器件的不确定性或传感器的灵敏 程度不一性造成的某个节点没有感知到矿震而漏报数据的情况发生。

附图说明

图1为本发明矿震监测装置的组成原理框图；

图2为本发明矿震监测系统网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

一种降低矿震监测系统数据传输量的方法，该方法通过各监测节点实时采样矿震数据， 并将采样数据存储在各自的存储单元，还包括以下步骤：

第一步,各监测节点实时监测矿震幅度，当某个节点(设为节点A)矿震幅度达到阈值时， 形成中断信号；

第二步，节点A采集中断时刻的时间信息作为震波初至时刻，并通过网络将震波初至时刻 发送给上位机；

第三步，上位机通过网络以广播方式将震波初至时刻及数传时间区间发送给各监测节点；

第四步，各监测节点将数传时间区间内的采样数据发送给上位机。

没有矿震事件发生的情况下，监测装置与上位机不进行大量的监测数据传输，网络处于 空闲状态；当矿震事件发生时，监测装置与上位机才进行监测数据传输，避免了大量无用数 据上网。另一方面，本发明只要有一个监测节点发生矿震事件，上位机会以广播方式将震波 初至时刻发送给各节点主控CPU，各主控CPU将各个节点的监测数据发送给上位机，避免了因 为电子器件的不确定性或传感器的灵敏程度不一性造成的某个节点没有感知到矿震而漏报数 据的情况发生。

由于在不同的点位、不同的时期、不同的环境下，评判是否发生矿震事件的标准是不一 样的，所以各监测节点预设阈值在不同时间也是不一样的。为此，第一步中所述的各监测节 点阈值由上位机通过该节点的历史数据统计得出并通过网络传输设置，是一个动态数值。

如图1所示，一种矿震监测装置，包括震动传感器、A/D转换器、存储单元、主控CPU、同 步模块和阈值比较器；同步模块接收授时装置发来的时间同步信号，与授时装置时间同步， 形成采样脉冲并发送给A/D转换器；A/D转换器在采样脉冲的作用下对震动传感器发出的信号 进行A/D采样，并将采样数据发送给主控CPU,主控CPU将收到的A/D采样数据暂存于存储单元； 阈值比较器接收震动传感器的电压信号，该电压信号超过预设阈值时形成中断信号；同步模 块在中断信号的作用下，采集第一矿震时间并发送给主控CPU；主控CPU通过网络与上位机进 行数据交换。

如图2所示，授时装置设置与矿井之上，通过GPS或其他设备与国家授时中心时间同步， 并给各个监测点提供统一的时间同步信息；上位机置于远方云服务平台，通过互联网和井下 环网与矿震监测装置连接，用于统一处理各监测节点传来的数据。

如图1所示，所述存储单元包括主存储器、副存储器和待发数据存储器，A/D转换器的采 样数据周期性交错存储于主存储单元和副存储单元；当主控CPU收到上位机传来的震波初至时 刻时，认为矿震事件发生，先将需要发送的数据保存在待发数据存储器中。这样，主控CPU 可以以较慢的网速将数据发送给上位机，避免因网络阻塞造成数据丢失。

在数据采集频率较高的情况下，为避免刷新过快丢失数据，所述存储单元可以包括若干 个存储器：存储器1、存储器2……存储器N等。这样，即使在矿震发生时，大量的监测数据可 以暂存在这些存储器里，不会因为数据被刷新而造成丢失数据的情况。

主控CPU与阈值比较器相连接，上位机通过主控CPU给阈值比较器发送预设阈值。

所述震动传感器为动圈式震动传感器，不需要供电，可以不间断的对矿震信号进行监测。

为避免A/D转换器和主控CPU数据传输拥堵造成数据丢失，在A/D转换器和主控CPU之间设 置FIFO存储器；FIFO存储器分上下两个存储区域，当上存储区域存满时，A/D转换器开始将采 样数据存储于下存储区域，主控CPU取走上存储区域的数据并清空，如此交替进行。

为了避免总线冲突以及提高读写速度，所述主存储单元和副存储单元分别采用SPI总线方 式和I2C总线方式进行数据读写。