[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

权利要求书

1.一种集成多传感器的煤矿区地表沉降实时监测方法，其特征在于，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；在人工建或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；其中：

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；

步骤2)所述在人工建或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，具体为：静力水准仪通过RS485通信协议集成到CC2530-F256单片机上，拉线编码器通过I2C通信协议集成到CC2530-F256单片机上，将静力水准仪与拉线编码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；

步骤3)所述第一级为低功耗短距离无线数传网络，由CC2530-F256单片机实现Zigbee低功耗自组网功能；将布设的短距离范围内的所有传感器数据采集终端的数据传输到统一的父节点处，父节点通过RS232协议将所收集到的数据发送给DTU，同时接受来自DTU的指令；

第二级为远距离无线透传模块，由透传工作方式的DTU构成，负责将低红耗短距离无线数传网络统一采集的数据传输远程服务器，通过DTU携带的GPRS模块实现传感器数据向服务器数据库的远距离传输；

步骤4)所述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，具体为：布设时对实地情况和传感器数据采集终端的星状与面状分布特点进行记录备案及管理，在短距离无线数传网络的父节点处对各个采集终端的数据进行核查，更新无数据的采集终端天线的位置，保证网络稳定传输，同时对远程服务器的数据库进行核查确保数据传输；

所述设计数据转换与沉陷灾害预警模型，具体为：针对传感器出现的数据突变情况进行警报；在测试期，对突变警报进行数据与实地分析，确定针对矿区地表沉降的各个传感器预警阈值；结合不同传感器的预警阈值设计湿度-位移变化模型、湿度-气压变化模型、湿度-姿态角变化模型和湿度-静力水准沉降变化模型，实现预警。模型参数设计如下表所示：

突变警报参数

沉降模型的设计参数