【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及巷道围岩形变监测，具体而言，涉及一种转轮式井下形变监测报警装置及报警方法。
技术介绍
1、煤矿井下巷道下的工作环境较为恶劣，其中瓦斯爆炸、煤尘爆炸、坍塌、顶板塌方、电气危险、通风不良、化学危险、紧急疏散困难、机械设备和运输工具故障是井下巷道事故中常见的事故类型，为了有效防止塌方和漏水等安全隐患，对井下巷道的形变进行实时监测显得尤为关键，但是在井下恶劣的环境中，传感器的使用常常受到灰尘、水雾等因素的干扰，导致光学和激光传感器性能下降甚至失效。
2、现有技术如一种巷道围岩变形精密监测方法(申请号：cn103925004b)以及一种巷道表面位移、深部位移同位测量方法(申请号：cn103954197b)，均需要在巷道上布设测站，并将传感器安装在测站上，但以上现有技术受制于无法全方位、高效采集数据的限制，妨碍对形变量的全面分析和有效预警能力，难以对巷道围岩系统整体健康状况进行准确评估。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、为了解决现有巷道监测方法难以全方位、高效采集数据，妨碍对形变量的全面分析和有效预警，造成巷道围岩系统整体健康状况评估不准确的问题。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种转轮式井下形变监测报警装置，包括固定支架和转轮监测部件，所述固定支架设置在转轮监测部件上，固定支架用于将转轮监测部件固定在巷道内，
5、所述转轮监测部件包括中心电机、转轮和雷达监
6、进一步地，还包括电源，所述数据处理单元、远程通信模块和电源均设置在固定支架上，所述电源分别与中心电机、数据处理单元、远程通信模块和窄波束雷达测距装置连接。
7、进一步地，还包括控制器，所述控制器分别与中心电机和至少四个窄波束雷达测距装置连接。
8、进一步地，所述窄波束雷达测距装置为81ghz窄波束毫米波雷达，所述窄波束毫米波雷达的单个波束宽度为±5°，监测最远距离为10m，距离分辨率3mm。
9、进一步地，所述远程通信模块包括电力线通信及自组织网络通信，所述窄波束雷达测距装置的数量为四个。
10、一种转轮式井下形变监测报警方法，包括以下步骤：
11、步骤一、将形变监测报警装置竖直放置在巷道内，每个窄波束雷达测距装置的照射方向垂直于待监测巷道墙壁，在一个监测周期内，分别对监测区域墙壁进行360°的扫描监测以获取雷达监测数据参数；
12、步骤二、在步骤一对监测区域内进行周期扫描后，将窄波束雷达测距装置获取形变点超过所设门限的点组成一组监测数据并进行分析和处理，得到相对应的点群数据，采用多径匹配消除的方式来消除多径假目标，为一组回波点设定阈值限制条件，通过比较当前周期内的雷达数据与上一个周期同一位置点的雷达数据，识别超过阈值限制条件的像素点，将其标识为变形点；
13、在进行周期扫描时，从本次扫描开始，中心电机控制转轮旋转，带动窄波束雷达测距装置沿圆形轨迹转动，依次进行监测区域内各个角度点群数据的分析以及对雷达图像点遍历，到本次扫描结束且转轮停止转动这一时间区间设定为一个扫描周期；
14、在遍历雷达图像时，基于广度优先遍历算法，创建一个队列用来存储待访问的节点，初始时，将起始节点放入队列标记为已访问，从队列中取出一个节点，一次性访问所有未被访问的邻接点，将未被访问的邻接点加入队列，并标记为已访问节点，再依次从这些邻接点出发，一层层地访问，循环上述操作直至队列全部被访问；
15、步骤三、基于高斯混合模型的期望最大化聚类，将步骤二获取的监测数据集中的每个超过阈值限定条件的目标点看作是由多个高斯分布组成的混合体，通过期望最大化算法反复进行期望步骤和最大化步骤，逐渐优化模型参数，从而实现聚类，根据聚类结果得到聚类簇的形变点面积计算形变区域面积；
16、步骤四、通过计算得到当前时间周期与上一时间周期的形变面积之差，得到巷道形变面积变化量，记录相应的变化数据，当形变面积变化量超过设置的风险阈值时，即触发报警通知。
17、进一步地，在步骤二中，消除多径假目标的具体过程包括，
18、s21、获取当前雷达监测得到雷达帧，对雷达帧的点云进行聚类得到至少一个雷达目标，所述雷达目标中包括多个真实目标及多个多径假目标；
19、s22、根据雷达帧获取的信息，筛选出满足预设条件的雷达疑似多径假目标；
20、所述预设条件包括角度相同的两个目标中距离远的标记为疑似多径假目标，若发现两个目标角度和距离均相同时，则进一步标记这两个目标为疑似多径假目标；
21、s23、对雷达目标点进行置信度调整，降低或提高其置信度；
22、当检测到疑似多径假目标时，降低该多径假目标的置信度，当未检测到多径假目标时，提高该疑似多径假目标的置信度；
23、s24、去除置信度低于所设置阈值的多径假目标；
24、所述阈值为连续两次被判断为疑似多径假目标，即将降低两次置信度对应的多径假目标删除。
25、8、根据权利要求7所述的一种转轮式井下形变监测报警方法，其特征在于：在步骤二中，
26、所述阈值限制条件为距离变化阈值和形变速度变化阈值，并根据具体环境因素及历史因素进行调整；
27、所述历史因素为此周期内巷道墙壁的形变距离和形变速度相对于上一周期内的变化量；
28、假设在周期t内雷达测得的距离为rt，在周期t-1内测得的距离为rt-1，雷达测得的形变速度为vt，则距离变化量dt和形变速度变化量vt可以定义为，
29、dt＝rt-rt-1 (1)
30、
31、距离变化阈值δr可以通过分析历史数据得到，定义为历史距离变化的倍数，
32、δr＝k×std(dmax) (3)
33、其中，k为调整系数，dmax为历史探测数据中的最大距离变化量；
34、则距离变化的阈值限制条件为：
35、dt-dt-1≥δr (4)
36、距离变化阈值δv同样可以通过分析历史数据得到，定义为历史形变速度变化的倍数，
37、δv＝h×std(vmax) (5)
38、其中，h为调整系数，vmax为历史探测数据中的最大形变速度变化量；
39、则距离变化的阈值条件为，
40、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：包括固定支架和转轮监测部件，所述固定支架设置在转轮监测部件上，固定支架用于将转轮监测部件固定在巷道内，
2.根据权利要求1所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：还包括电源(234)，所述数据处理单元(232)、远程通信模块(231)和电源(234)均设置在固定支架上，所述电源(234)分别与中心电机(21)、数据处理单元(232)、远程通信模块(231)和窄波束雷达测距装置(233)连接。
3.根据权利要求2所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与中心电机(21)和至少四个窄波束雷达测距装置(233)连接。
4.根据权利要求3所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：所述窄波束雷达测距装置(233)为81GHz窄波束毫米波雷达，所述窄波束毫米波雷达的单个波束宽度为±5°，监测最远距离为10m，距离分辨率3mm。
5.根据权利要求4所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：所述远程通信模块(231)包括电力线通信及自组织
6.一种利用转轮式井下形变监测报警装置的报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种转轮式井下形变监测报警方法，其特征在于：在步骤二中，消除多径假目标的具体过程包括，
8.根据权利要求7所述的一种转轮式井下形变监测报警方法，其特征在于：在步骤二中，
9.根据权利要求8所述的一种转轮式井下形变监测报警方法，其特征在于：在步骤三中，聚类算法的具体过程为：
10.根据权利要求9所述的一种转轮式井下形变监测报警方法，其特征在于：在步骤三中，根据聚类结果得到聚类簇的形变点面积计算形变区域面积的具体过程为，设每个像素点的扇环形状面积为Ai，形变区域由N个这样的像素点组成，整个形变区域的面积表示为，
...【技术特征摘要】
1.一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：包括固定支架和转轮监测部件，所述固定支架设置在转轮监测部件上，固定支架用于将转轮监测部件固定在巷道内，
2.根据权利要求1所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：还包括电源(234)，所述数据处理单元(232)、远程通信模块(231)和电源(234)均设置在固定支架上，所述电源(234)分别与中心电机(21)、数据处理单元(232)、远程通信模块(231)和窄波束雷达测距装置(233)连接。
3.根据权利要求2所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与中心电机(21)和至少四个窄波束雷达测距装置(233)连接。
4.根据权利要求3所述的一种转轮式井下形变监测报警装置，其特征在于：所述窄波束雷达测距装置(233)为81ghz窄波束毫米波雷达，所述窄波束毫米波雷达的单个波束宽度为±5°，监测最远距离为10m，距离分辨率3mm。...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯翔，普家栋，魏浩楠，赵忠庆，周志权，杨善强，王晨旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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