[发明专利]一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法

说明书

本发明公开了一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法，适用于煤矿区地表沉降的自动化实时监测；其步骤为：A）根据监测指标确定候选理化传感器；B）根据实地踏勘情况选取网络拓扑结构布设方案；C）设计传感器网络集成方案，分级集成；D）划分多级传感器网络的通信方式；E）实现传感器采集设备生产；F）实地布设，同时远程服务器端进行数据通信调试，完成数据转换，实现矿区地表沉降的实时监测与预警。在满足高精度观测的同时，能够大大降低人工作业量，目的是实现大范围、远距离、自动化、低成本、实时监测。

技术领域

本发明涉及矿山沉降监测领域，具体涉及一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法。

背景技术

由人类活动引起的地表沉降是当前一种重大的地质灾害，比如煤矿采挖，地下石油开采等。煤炭资源开采后形成的大范围采空区造成的地表沉降会造成建筑物、道路受损，农田耕地破坏等问题。因此，对煤矿区的沉降采用实时、准确地监测手段变得尤为重要。常规的沉陷监测技术主要有水准测量、全站仪三角测量、GPS技术等。其中水准测量是一种直接测量高程的方法，测量高差精度较高，但受地形影响较大，在丘陵山区等煤矿区很难开展；全站仪三角测量可以快速准确的得到高程数据，具有较高的作业速度，但仍存在工作量大，工作强度与测量成本较高等问腿；GPS技术具有数据获取速度快、作业方法简单、自动化程度高等优点，但其点位选择自由度较低，数据处理是函数关系比较复杂。

传统的有线静力水准系统具有精度高、自动化性能好、可实现实时测量等优点，但由于有线系统存在布线复杂、网络结构相对固定、长距离通信时信号衰减严重、监测成本较高，维护难度大等问题，使得有线静力水准系统通常不作为煤矿区地表沉降监测的一种选择。无线传感器网络具有规模大、密度高、多跳的路由、自组织网络及动态变化的网络拓扑等特点，非常适合应用于环境监测领域，但由于煤矿区环境要求特殊传感器选型和传输网络设计，普通传感器网络在硬件研究和算法改进还有所缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法，实现了大范围、远距离、自动化、低成本、实时监测煤矿区地表沉降。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法，用于煤矿区地表沉降的自动化实时监测，该方法包括以下步骤：

1)采用静力水准仪、温度计、湿度计、拉线编码器、气压计和加速陀螺仪数种传感器进行地表沉降状况的监测，对所述数种传感器设定相同的采样频率和数据格式；

2)在煤矿井工开采区采用星状连接的面状传感器网络布设方式，在所有节点处布设集成了气压计、加速陀螺仪、温度计和湿度计的传感器数据采集终端；在人工建(构)筑物及地面沉降区布设集成了静力水准仪的传感器数据采集终端，在地裂缝处布设集成了拉线编码器的传感器数据采集终端；

3)设计传感器数据传输网络的无缝集成方案，第一级为低功耗短距离无线数传模块，第二级为远距离无线透传模块；

4)对远程服务器端与传感器数据传输网络进行实地通信调试，完成数据转换与存储，设计数据转换与沉陷灾害预警模型，实现矿区地表沉降的实时监测与预警。

步骤2)所述在所有节点处布设集成了气压计、加速陀螺仪、温度计和湿度计的传感器数据采集终端，具体为：将气压计、加速陀螺仪、温度计和湿度计通过I2C通信协议集成到CC2530-F256单片机上，将传感器的数据线接口通过CC2530-F256单片机的P10模块引脚接入，通过各个引脚与收发命令组合的方式实现不同传感器的数据通信。