Trên cơ sở những phân tích và lựa chọn, cấu trúc của hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai được xác định gồm 3 thành phần cơ bản gồm:
- Hệ thống khởi nổ nhiều kênh;
- Phần mềm với thuật tốn phân tích dữ liệu được cài đặt trên máy tính kết nối cơ sở dữ liệu. CLOUD SERVER Web Computer Điểm nổ Cảm biến rung động LORA Thiết bị khởi nổ 3G/4G/wifi LORA 3G/4G/wifi Sóng chấn động lan truyền ra xung quanh
T ín hiệ u kí ch nổ
Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai cho nổ mìn Hình 4.2 mơ tả phương thức giao tiếp qua lại giữa các thành phần. Dữ liệu từ hệ thống đo có thể được cập nhật vào cơ sở dữ liệu một cách thủ công hoặc tự động. Sử dụng cơ sở dữ liệu đám mây, đây là lựa chọn cơ sở dữ liệu phổ biến trong giai đoạn phát triển cơng nghệ Iot hiện nay. Để tăng tính linh hoạt cho hệ thống, các phương thức truyền dẫn dữ liệu đều lựa chọn giải pháp khơng dây. Trong đó, trạm trung tâm chính là thiết bị khởi nổ, giao tiếp giữa các trạm cảm biến và trạm trung tâm sử dụng công nghệ Lora cho khả năng truyền dữ liệu không dây ở khoảng cách nhiều kilomet với công suất thấp đảm bảo an toàn khu vực nổ. Dữ liệu từ trạm trung tâm gửi lên cơ sở dữ liệu đám mây qua mạng internet không dây (3G/4G hoặc GPRS).
- Thiết bị khởi nổ: là thiết bị khởi nổ nhiều kênh, có nhiệm vụ tạo ra các tín
hiệu kích nổ độc lập trên các kênh để kích nổ cho bãi mìn. Đồng thời, thiết bị đóng vai trị là trạm trung tâm kết nối thông tin với các trạm cảm biến được đặt xung quanh khu vực nổ và kết nối với cơ sở dữ liệu đám mây (Hình 4.2). Khi thiết bị gửi tín hiệu kích nổ đầu tiên cũng đồng thời gửi tín hiệu khởi động đồng bộ tới các trạm cảm biến (mục đích là để các trạm cảm biến tính thời gian từ thời điểm kích nổ đến thời điểm bắt đầu ghi nhận chấn động, từ đó, tính ra vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động). Sau khi vụ nổ được thực hiện xong, thiết bị đọc dữ liệu đo của từng trạm cảm biến và gửi lên cơ sở dữ liệu đám mây.
- Các trạm cảm biến rung động: có nhiệm vụ đo vận tốc lan truyền trung bình
của sóng chấn động từ điểm nổ đến điểm đo nhờ vào tín hiệu đồng bộ từ trạm trung tâm. Đồng thời, các trạm cũng ghi lại mức độ chấn động mà vụ nổ gây ra tại điểm đo. Tất cả các dữ liệu này sẽ được gửi về trạm trung tâm khi có yêu cầu.
- Cơ sở dữ liệu đám mây: có vai trị lưu trữ các dữ liệu từ các vụ nổ đã được thực hiện làm cơ sở cho phần mềm phân tích.
- Máy tính với phần mềm phân tích: có nhiệm vụ phân tích cơ sở dữ liệu dựa trên những thuật toán hiện đại nhằm đưa ra những đề xuất tối ưu nhất cho vụ nổ tiếp theo.
Sau khi q trình thi cơng, chuẩn bị cho vụ nổ ( khoan lỗ, đặt kíp nổ, nhồi thuốc, đấu nối kíp, …) được hồn tất, q trình khởi động hệ thống trải qua những bước sau:
Bước 1: Lắp đặt mơ đun cảm biến: được bố trí gần khu vực nổ. Khoảng cách đặt đảm bảo khả năng thu được sóng chấn động chính xác nhất mà không bị phá hủy bởi vụ nổ. Hướng đặt mô đun cảm biến là hướng muốn phân tích và nghiên cứu tính từ tâm bãi nổ. Trong trường hợp, có nhiều hướng muốn khảo sát hoặc theo dõi bảo vệ cơng trình, có thể sử dụng nhiều mơ đun cảm biến. Các thơng số liên quan đến vị trí
đặt mơ đun cảm biến phải được duy trì tương đương nhau ở tất cả các vụ nổ trong suốt quá trình nghiên cứu.
Bước 2: Cập nhật thơng tin ID các mô đun cảm biến tương ứng với từng phương
xung quanh điểm nổ. Kiểm tra kết nối truyền thông không dây Lora của thiết bị khởi nổ với các mô đun cảm biến. Cần đảm bảo kết nối truyền thông hoạt động tốt, ổn định. Kiểm tra kết nối mạng 3G/4G của thiết bị khởi nổ để đảm bảo dữ liệu thu thập từ các mô đun cảm biến được cập nhật lên cơ sở dữ liệu đám mây.
Bước 3: Cài đặt thời gian vi sai và thứ tự khởi nổ các kíp nổ trên máy khởi nổ. Bước 4: Kích hoạt máy khởi nổ: để gửi tín hiệu kích nổ, đồng thời cũng gửi tín
hiệu xác định thời điểm bắt đầu tới các mơ đun cảm biến để tính thời gian. Giả sử, đợt nổ đầu tiên là nổ tức thời thì thời gian từ lúc mơ đun cảm biến nhận được tín hiệu xác định thời điểm bắt đầu đến khi nhận được tín hiệu sóng nén được coi khoảng thời gian lan truyền của sóng trong đất đá. Từ đó, ta tính được tốc độ lan truyền trung bình. Nếu đợt nổ đầu tiên là trễ bao nhiêu mili giây, thì khoảng thời gian tính tốn sẽ được trừ đi bấy nhiêu giây.
Bước 5: Trong quá vụ nổ diễn ra, các mô đun cảm biến liên tục ghi nhận dữ liệu
sóng nén theo tần số trích mẫu đặt trước và giống nhau.
Bước 6: Sau khi vụ nổ kết thúc, máy khởi nổ gửi yêu cầu về dữ liệu lần lượt tới
các mô đun cảm biến và tập hợp tương ứng với từng phương đã thiết lập trước đó, lưu trữ vào bộ nhớ. Sau đó, gửi bộ dữ liệu này lên cơ sở dữ liệu đám mây qua kết nối 3G/4G hoặc GPRS. Trong trường hợp mất kết nối, bộ dữ liệu lưu trong máy có thể được sử dụng để cập nhật sau.
Kết thúc bước 6, quá trình hoạt động của hệ thống tại hiện trường kết thúc. Cơng việc tiếp theo là phải phân tích bộ dữ liệu đã thu được cùng với các bộ dữ liệu đã xây dựng từ trước theo thời gian. Kết quả phân tích được sử dụng làm cơ sở để hiệu chỉnh cho vụ nổ tiếp theo.
Tồn bộ các bước mơ tả tính năng và quy trình của hệ thống được thể hiện mơt cách ngắn gọn trên Hình 4.3. Quy trình này chỉ được diễn ra sau khi mọi công tác về thi công, chuẩn bị vụ nổ đã được hồn tất.
Lắp đặt các mơ đun cảm biến Cập nhật thông tin cảm biến vào mô đun
trung tâm (ID-vị trí). Kiểm tra các kết nối không dây Cài đặt thời gian vi sai cho các kênh nổ Kích nổ. Gửi tín hiệu đồng bộ Đọc dữ liệu từ các trạm cảm biến. Gửi lên cơ sở dữ liệu đám mây Phân tích dữ liệu. Đưa ra đề xuất, hiệu chỉnh Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5 Bước 6
Mơ đun cảm biến
đo, ghi dữ liệu
Hình 4.3 Nguyên lý, quy trình vận hành và hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai cho nổ mìn