CN114135337A - 一种基于lstm网络的物联网矿井通风远程监控管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明设计矿井作业领域，且公开了一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，包括气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***、地面监控管理子***、交换机、数据库、处理模块和控制终端。该基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，实现了对风机的远程控制和自动控制，从对环境数据进行监测采集、上传云端，到对数据进行整合，通过智能调速模块，实时干预调控风机运行，从而改善矿井内通风情况，三个一体化子***协同作用，使得效率最大化。用机器学习方法改良当前矿井内通风***，提高了相关工作人员的工作效率，有利于促进矿井通风领域的智能化发展。
Description
技术领域
本发明设计矿井作业领域，具体为一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***。
背景技术
采矿工业是生产原材料的基础工业，在国民经济发展中占有重要地位。在矿山生产风险复杂的环境中，井下作业风险系数较高的矿山企业，要面临突发设备故障和自然灾害。针对我国矿山企业的现状，我们要采取提高矿山安全生产水平的措施，加强矿井安全生产监控技术及其方法的研究。从实际出发，国内外学者提出了“智能矿山”的概念。
近年来，随着矿山能源的逐步提高和井下作业范围的逐步扩大，井下通风问题已成为井下安全生产亟待解决的难题。因为多级发动机小通风***的风扇数量大部分在井下分布地区较大。通风技术部门及其负荷通风作业班不仅要负责整个矿山通风机的安装和维护，而且整个矿山井下所有通风机的巡视检查和管理控制及管理难度很大。人工监控的具体方法是在***的关键部位设置温度计，风量测量仪，灰尘浓度传感器等监视设备，让定期巡逻的工作人员读取数据，记录。一旦***发现异常，报告指挥室等待指示。具体来说，人工观测读表的方式会大大受到员工的责任感和精神状态等各种主观因素的制约，直接影响监测的结果。一旦监视人员不小心误报、漏报数据的话，结果会造成很严重的后果，另外，调度室无法在第一时间得到***的信息，不利于在关键时刻的及时调度，大量的数据存储和读取不利于数据图表的生成。本发明是在原来智能矿山通风建立监控***上，通风机的各种状态信息可以实时检查，生产作业，以及在矿井内的粉尘浓度，风速，通风机工作电压、电流等参数远程控制命令的各种执行和等各种数据的收集，远程各种控制命令的执行等。为此，我们设计了一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，解决了人工观测读表的方式会大大受到员工的责任感和精神状态等各种主观因素的制约，直接影响监测的结果。一旦监视人员不小心误报、漏报数据的话，结果会造成很严重的后果，另外，调度室无法在第一时间得到***的信息，不利于在关键时刻的及时调度，大量的数据存储和读取不利于数据图表的生成的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，包括气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***、地面监控管理子***、交换机、数据库、处理模块和控制终端，所述控制终端与交换机双向信号连接，所述气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***和地面监控管理子***均与交换机双向信号连接。
所述气体浓度监控子***包括瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块，所述瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块的输出端均与处理模块的输入端电连接，所述数据库与处理模块双向电连接，所述处理模块与交换机双向信号连接。
进一步的，所述通风机运行状态监控子***包括通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与交换机的输入端信号连接，所述通风机运行参数检测单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与通风机运行故障报警单元的输入端电连接。
进一步的，所述数据传输子***包括阿里云终端和地面监控中心，所述阿里云终端与地面监控中心双向电连接，所述阿里云终端和地面监控中心均与交换机双向信号连接。
进一步的，所述地面监控管理子***由远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块组成，所述远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块均与交换机双向信号连接。
进一步的，所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元分别选用符合使用要求的瓦斯浓度检测器、硫化氢浓度检测器、氧气浓度检测仪、一氧化碳浓度检测仪、粉尘浓度检测仪和实时报警装置等组件来实现。
进一步的，所述交换机根据使用场景可以选择局域网交换机或者广域网交换机。
本发明的有益效果为：
1.实现了对风机的远程控制和自动控制，从对环境数据进行监测采集、上传云端，到对数据进行整合，通过智能调速模块，实时干预调控风机运行，从而改善矿井内通风情况。实现隧道空气质量的实时精准自动控制。
2.除满足控制功能要求外，还可有效兼容多种通讯协议，兼容性和扩充性好。
3.云端共享数据。环境数据全面监测采集、上传云端，实现数据资源共享；
4.数据监测釆集一体化，数据传输一体化，地面监控管理一体化。三个一体化子***协同作用，使得效率最大化。用机器学习方法改良当前矿井内通风***，提高了相关工作人员的工作效率，有利于促进矿井通风领域的智能化发展。
附图说明
图1为本发明的整体***示意图；
图2为本发明中气体浓度监控子***的***图；
图3为本发明中通风机运行状态监控子***的***图；
图4为本发明中数据传输子***的***图；
图5为本发明中地面监控管理子***的***图；
图6为本发明的***树状图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1-6：一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，包括气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***、地面监控管理子***、交换机、数据库、处理模块和控制终端，交换机根据使用场景可以选择局域网交换机或者广域网交换机，交换机数据交换基于LSTM网络，同时交换机最少使用4G网络传输速度，控制终端与交换机双向信号连接，气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***和地面监控管理子***均与交换机双向信号连接。
气体浓度监控子***包括瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块，瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块的输出端均与处理模块的输入端电连接，数据库与处理模块双向电连接，处理模块与交换机双向信号连接，通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元分别选用符合使用要求的瓦斯浓度检测器、硫化氢浓度检测器、氧气浓度检测仪、一氧化碳浓度检测仪、粉尘浓度检测仪和实时报警装置等组件来实现，在气体浓度监控子***中使用瓦斯浓度检测器、硫化氢浓度检测器、氧气浓度检测仪、一氧化碳浓度检测仪、粉尘浓度检测仪和实时报警装置等组件来实现对矿井内气体浓度数据(瓦斯浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、粉尘浓度)进行全样本监测采集、实时整合，并将监测到的信息传输给处理模块进行整合、处理、分析，分析结果与数据库内的标准数据进行对比，当数据超出预定安全数值后，实时报警装置发出警报。
在另一个实施例中，通风机运行状态监控子***包括通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与交换机的输入端信号连接，通风机运行参数检测单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与通风机运行故障报警单元的输入端电连接，通风机运行状态监控子***内的通风机运行参数检测单元和通风机运行参数检测单元对矿井的通风机运行参数以及运行状态进行实时监测，实现对矿井每个通风机智能监控，报警管理，实时参数分析，如发生故障，监测到的数据信息传输到通风机运行故障报警单元进行报警并可以快速锁定通风机故障缘由，使得通风机的运行更加稳定和安全，通风机运行状态监控子***对通风机运行参数(工作电流、工作电压、风量等)进行全样本检测采集、实时整合，参数异常贼会触发对应的报警装置，随后通过数据传输子***将采集到的全体数据通过无线4G通信模块上传至云端，再由地面监控管理子***的测量模块将数据显示在控制中心屏幕上。
在另一个实施例中，数据传输子***包括阿里云终端和地面监控中心，阿里云终端与地面监控中心双向电连接，阿里云终端和地面监控中心均与交换机双向信号连接，数据传输子***采用树形图谱结构，利用已有的数字化光纤，连接全部气体浓度监控子***与通风机运行状态监控子***。将数据通过4G无线模块发送至阿里云监控中心，数据传输模子***完成对述气体浓度监控子***与通风机运行状态监控子***采集到各种的信息数据传输，实时将数据信息通过无线4G通信模块发送至云端，进行数据存储，同时工作人员也可通过手机APP等移动端显示数据，实现对矿井通风可视化、数字化检测。
在另一个实施例中，地面监控管理子***由远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块组成，远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块均与交换机双向信号连接，远程测量模块用于将气体浓度监控子***与通风机运行状态监控子***采集到的数据显示在地面监控中心。
远程控制模块用于工作人员在上位机内通过监控软件实现对通风机监控子节点的风机启停控制，正反转控制等。
远程智能调速模块是由历史数据通过LSTM网络算法将训练数据集进行训练，得出预测模型。通过LSTM网络智能计算出通风机的供风值，实现风机转速智能化调控。
报警模块用于在检测到***设备运行数值发生异常时，能够发送故障预警信号。
数据管理模块由历史控制命令报表、环境数据报表和故障记录日志组成，远程调速模块通过历史数据模型与环境浓度参数对比智能计算出通风机的供风值，实现风机转速智能化调控。以此，达到对通风机智能调控的目的。同时，地面监控管理子***划分五个并列的模块，能够对每个单独的通风机进行调控，能够针对不同的矿井运行情况，启动不同的模，数据管理模块由历史控制命令报表、环境数据报表和故障记录日志组成，将现场监控子***发送上来的监测信息和地面监控管理子***发送的控制命令保存到数据库中，工作人员不需要进入矿井便可掌握历史通风状况以及通风机的运行情况，大大提高了工作效率块。
综上，本发明在使用时，通过该***基于物联网的矿井通风远程智能化监控管理***所涉及的各级子***之间相互关联、协同工作，将矿井通风机监控终端以及气体浓度传感器所采集的数据通过4G无线传输模块传送至云端、地面监控中心，使得工作人员和维修人员实时了解矿井通风环境的各项指标是否存在异常。地面监控子***接收到数据值，利用LSTM网络建立数据模型，对数值进行预测，改良当前矿井的通风状态。较大的提高了工作效率且更利于矿井安全，同时也为相关能源企业节省了大量的人力成本以及能源消耗，并产生了一定的经济利益。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，包括气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***、地面监控管理子***、交换机、数据库、处理模块和控制终端，其特征在于：所述控制终端与交换机双向信号连接，所述气体浓度监控子***、通风机运行状态监控子***、数据传输子***和地面监控管理子***均与交换机双向信号连接；
所述气体浓度监控子***包括瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块，所述瓦斯浓度检测模块、氧气浓度检测模块、粉尘浓度检测模块、硫化氢浓度检测模块和一氧化碳检测模块的输出端均与处理模块的输入端电连接，所述数据库与处理模块双向电连接，所述处理模块与交换机双向信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，其特征在于：所述通风机运行状态监控子***包括通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与交换机的输入端信号连接，所述通风机运行参数检测单元和通风机运行参数检测单元的输出端均与通风机运行故障报警单元的输入端电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，其特征在于：所述数据传输子***包括阿里云终端和地面监控中心，所述阿里云终端与地面监控中心双向电连接，所述阿里云终端和地面监控中心均与交换机双向信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，其特征在于：所述地面监控管理子***由远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块组成，所述远程测量模块、远程控制模块、远程智能调速模块、报警模块和数据管理模块均与交换机双向信号连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，其特征在于：所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元，所述通风机运行参数检测单元、通风机运行故障报警单元和通风机运行参数检测单元分别选用符合使用要求的瓦斯浓度检测器、硫化氢浓度检测器、氧气浓度检测仪、一氧化碳浓度检测仪、粉尘浓度检测仪和实时报警装置等组件来实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于LSTM网络的物联网矿井通风远程监控管理***，其特征在于：所述交换机根据使用场景可以选择局域网交换机或者广域网交换机。
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