[发明专利]一种基于DAS的露天矿山车辆防撞系统及方法

权利要求书

1.一种基于DAS的露天矿山车辆防撞系统，其特征在于，所述露天矿山车辆防撞系统包括：

光纤(2)、光电解调仪(3)、分析处理仪(5)、调度控制器(6)和车载仪(7)；

所述光纤(2)采用DAS光纤，其埋设在矿山运输道路两旁附近的沟槽(1)内；

所述光纤(2)与光电解调仪(3)的输入端相连，所述光电解调仪(3)的输出端通过有线或无线的方式与数据库(4)相连；

所述数据库(4)用于记录多个光电解调仪(3)传输过来的车辆震动波形，其通过线路与分析处理仪(5)相连；

所述分析处理仪(5)通过线路与调度控制器(6)的输入端相连；所述调度控制器(6)的输出端通过无线方式与放置在车辆内的所述车载仪(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于DAS的露天矿山车辆防撞系统，其特征在于，

所述光电解调仪(3)为多个，每个光电解调仪(3)连接一条光纤(2)或多条光纤(2)；

所述露天矿山车辆防撞系统还包括：数据库(4)；

所述数据库(4)的输入端通过数据总线与多个所述光电解调仪(3)相连；

所述数据库(4)的输出端通过有限或无线方式与分析处理仪(5)相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于DAS的露天矿山车辆防撞系统，所述沟槽(1)的深度不大于500mm。

4.一种基于DAS的露天矿山车辆防撞方法，其特征在于，所述露天矿山车辆防撞方法包括：

步骤S101，利用DAS光纤(2)实时采集行驶在矿山运输道路上的车辆的震动信号；并对车辆震动信号的采样写入时间戳；

步骤S102，光电解调仪(3)利用小波阈值去噪方法对接收到的车辆震动信号进行滤波降噪处理，获得有效车辆震动信息；

步骤S104，分析处理仪(5)实时获取所述有效车辆震动信息，并根据所述有效车辆震动信息的波形，获得车辆震动信号达到起始时间、车辆震动信号离开的终止时间和振幅参数；根据所述参数进行定量计算，获得车辆的位置、速度、间距信息，并将其传给调度控制器(6)；

步骤S105，调度控制器(6)根据分析处理仪(5)得出的多个车辆的位置、速度、间距信息呈现出多个车辆在矿山道路上的行驶状况，并获取矿山调度人员的调度指令；根据该调度指令发出对应的调度信令，通过无线方式传给放置在车辆内的车载仪(7)；

步骤S106，车载仪(7)接收调度控制器(6)发出的调度信令，并通过语音或屏显方式提示司机。

5.根据权利要求4所述的一种基于DAS的露天矿山车辆防撞方法，其特征在于，所述露天矿山车辆防撞方法还包括：

步骤S103，所述光电解调仪将滤波降噪处理后的车辆震动信息传给数据库(4)供所述分析处理仪(5)调取。

6.根据权利要求4所述的一种基于DAS的露天矿山车辆防撞方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：

选择一个小波基函数，并利用所述小波基函数对带有噪声的车辆震动信号进行N层小波分解，通过小波变换得到相应的低频系数；

对高频部分的小波系数基于阈值进行去噪处理，得到每层电平的高频系数；

对得到的低频系数和每层电平的高频系数进行逆小波变换重构，获得真实信号的估计值。

7.根据权利要求4所述的一种基于DAS的露天矿山车辆防撞方法，其特征在于，步骤S104中，所述根据所述有效车辆震动信息的波形，获得车辆震动信号达到起始时间、车辆震动信号离开的终止时间、振幅参数；根据所述参数进行定量计算，获得车辆的位置、速度、间距信息的过程包括：

根据所述有效车辆震动信息的波形，将所述有效车辆震动信号漂移值从所述有效车辆震动信号的平均值中减去，得到消除信号漂移影响后的有效车辆震动信号；

利用得到的车辆震动信号计算短期能量和短期过零率：

利用如下公式计算短期能量：

其中，E_n定义为n时刻信号的短期能量，N为帧长，x(m)为m时刻信号，w(n)为滑动窗函数；

利用如下公式计算短期过零率：

其中sgn[x]是一个象征性的功能，设波形时域信号为x(l)、加窗分帧处理后得到第n帧语音信号为x_n(m)；

比较短期能量指标和高阈值、比较短期过零率和低阈值；当计算得到的短期能量指标超过高阈值且下一个时间段的短期过零率长于低阈值时，表示车辆震动信号开始，并基于GPS记录车辆震动信号的达到起始时间；当计算得到的短期能量指标超过高阈值且上一个时间段的短期过零率长于低阈值时,表示车辆震动信号终止，并基于GPS记录车辆震动信号的离开终止时间；

利用如下公式计算车辆行驶速度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，节点A和B分别为同步检测到的两个车辆震动信号的震动传感器位置；L为节点A和B之间的距离；V_in为车辆震动信号的到达速度；V_out为车辆震动信号离开速度；t_A,in为车辆进入节点A的初始时间，t_A,out为车辆出节点A所在区间的终止时间；t_B,in为车辆进入节点B的初始时间，t_B,out为车辆出节点B所在区间的终止时间；

根据检测车辆行驶产生的震动能量的震动传感器位置、所计算的车辆速度及高精度GPS测量的初始时间和终止时间来确定车辆的位置。