CN101141537A

CN101141537A - 应用于煤矿井下的数字矿工系统与方法

Info

Publication number: CN101141537A
Application number: CNA2006101279756A
Authority: CN
Inventors: 邸永春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-12

Abstract

本发明公开了一种应用于煤矿井下的数字矿工系统与方法，旨在设计和发明一种上级领导即使在条件最简陋情况下都可以通过图象资料了解井下实际情况、可以与井下工作人员进行多媒体沟通的系统与方法。技术方案的要点是：利用矿灯摄像机对井下工作面的细节进行远程监视记录并与井下基站之间利用无线方式通信，基站与路由器之间利用井下动力电缆采用电力线载波传输信号。本发明使得地面管理人员可24小时实时掌握井下采掘工作面的情况，双方可以进行多媒体沟通，而且还具有利用多媒体进行安全教育、瓦斯检测报警、在井下发生事故时辅助救援的功能，可有效防止违章的发生，减少事故，有利于安全生产。

Description

应用于煤矿井下的数字矿工系统与方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下通讯领域，特别是涉及煤矿井下多媒体通讯的系统与方法，尤其涉及基于矿灯摄像机及其信号传输系统的一种应用于煤矿井下的数字矿工系统与方法。

背景技术

目前，煤矿井下通讯一般采用电话的方式，上级领导如果想了解井下的生产安全情况必须通过电话询问、听取工人上井汇报或亲自下井观察。现在有些煤矿虽然安装了井下摄像机，但由于其安装在固定位置，而且粗大笨重，移动与安装极其不方便，不可能完整地反映井下工作场所的实际情况，而且不能进行双向的多媒体沟通，所起的作用十分有限。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是设计和发明一种煤矿领导和主管部门即使在条件最简陋情况下都可以通过图象资料了解井下实际情况、双方可以进行多媒体沟通的系统与方法。

本发明通过采用以下技术方案来实现：

实施一种应用于煤矿井下的数字矿工方法，基于具有防爆功能的便携式摄像机和数据传输系统，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a.设计一种具有防爆功能的、可方便携带到采掘工作面的摄像机；

b.通过一种可靠而方便的传输系统将摄像机的信号传输到井下或地面基站；

c.如果基站设在井下，还需将基站的信号可靠方便地传输到井下路由器或地面主机。

d.a中所述的摄像机，具备语音通讯与危险气体检测功能。

上述步骤a是利用将摄像机的摄像头固定于安全帽上的方法达到既方便携带又能如实反映工作面实际情况的目的。

上述步骤b是利用无线信号传输方式达到可靠方便的传输，如果基站设在井下，则信号传输方式为普通无线射频传输，如果为地面基站，则传输方式为基于无线移动通信运营商的无线数据传输网络或地面的无线局域网。

上述步骤c是利用电力线载波方法进行数据传输，更具体地，是基于OFDM(正交频分复用)的电力线载波。

本发明还可以通过以下的技术方案得到进一步的实施：

设计制造一种应用于煤矿井下的数字矿工系统，包括具有防爆功能的便携式摄像机和数据传输系统，所述的具有防爆功能的摄像机，为头戴式摄像机。

所述的头戴式摄像机，为嵌入矿灯内的矿灯摄像机。

所述的头戴式摄像机，在其保护镜片的表面覆盖有一层金刚石保护膜，在摄像机内安装了闪光灯，并设置有快照开关。。

所述的头戴式摄像机，在其电路中集成了无线数据传输模块。

所述的头戴式摄像机，在电路中还集成了语音模块、LCD显示模块、瓦斯检测模块。

所述的头戴式摄像机，还有可将摄像机单独固定于采掘工作面的固定器。

与现有技术相比，本发明在很小的系统投资下可以使地面管理人员方便地掌握井下采掘工作面的情况，及时制止违章现象；而且还具有多媒体安全教育、瓦斯检测报警、在井下发生事故时辅助救援的功能，可有效防止违章的发生，减少事故，有利于安全生产。

附图说明

图1是本发明应用于煤矿井下的数字矿工系统示意图。图中：(101)--矿灯摄像机；(102)--井下可移动基站；(103)--电力线；(104)--网络载波接收器；(105)--井下路由器或地面控制主机。

图2是本发明矿灯摄像机电气原理图。图中：(201)--单片机；(202)--大容量闪存；(203)--镜头；(204)--感光芯片；(205)--高速数字信号处理芯片；(206)--无线通信模块；(207)--天线；(208)--快照开关；(209)--闪光灯；(210)--发光二极管；(211)--蓄电池；(212)--LCD触摸屏；(213)--扬声器；(214)--麦克风；(215)--程序存储器；(216)--数据存储器；(217)--音频模块。

图3是本发明矿灯摄像机机械结构图。图中：(203)--镜头；(207)--天线；(208)--快照开关；(209)--闪光灯；(210)--发光二极管；(211)--蓄电池；(212)--LCD触摸屏；(213)--扬声器；(214)--麦克风；(301)--灯头主体；(302)--保护镜片；(303)--电缆；(304)--电池盒；(305)--主电路板。

图4是本发明的信号传输系统原理图。图中：(401)--天线；(402)--无线通信模块；(403)--单片机；(404)--电擦写只读存储器；(405)--发光二极管；(406)--电力线载波芯片；(407)--模拟前端；(408)--耦合器及电源；(409)--外部程序储存器；(410)--外部数据储存器；(411)--耦合器及电源；(412)--模拟前端；(413)--发光二极管；(414)--电擦写只读存储器；(415)--网络控制器；(416)--电力线载波芯片；(417)--电力线。

图5是本发明的固定器结构图。图中：(501)--磁铁；(502)--支架；(503)--灯头插槽；(504)-蓄电池插槽。

具体实施方式

结合附图，本发明的一个较佳实施例将予以详细描述如下。然而，除了详细的描述之外，本发明还可以广泛地在其它实例施行，且本发明的范围不受其限定，而以权利要求所限定的专利范围为准。

另外，不相关的细节部分也未完全绘出，以求图示的简洁。

在图1中，矿灯摄像机总成(101)与井下可移动基站(102)之间通过无线的方式通信，而井下可移动基站(102)与网络载波接收器(104)之间利用电力线载波建立通信，网络载波接收器(104)联结到井下路由器或地面控制主机(105)。

在图2中，现场图像经过镜头(203)投射到感光芯片(204)上，其型号可选H7131E1，此芯片集成有648*488象素的CMOS感光阵列，并可将模拟视频信号经高速A/D转化为数字信号。数字信号进入高速数字信号处理芯片DSP(205)，型号可选ZC0301，可将信号转化为标准的视频或图片压缩格式。另外，在ZC0301的SNAPB引脚上联结一快照开关(208)，同时在矿灯的灯头内集成了闪光灯(209)，按下开关(208)的同时通过软件控制闪光灯(209)使其发出闪光，可实现在井下关键场所拍摄相片的功能。全部电路由单片机(201)控制，其型号可选32位ARM9系列高性能单片机AT91RM9200；单片机(201)上还扩展了外部程序储存器(215)与外部数据储存器(216)。经压缩的视频信号进入单片机(201)，如果携带本机的工作人员离基站较近，则信号转入无线通信模块(206)经由天线(207)发送出去；如果离基站远而无法与基站进行通信，则信息存入大容量闪存(202)内，待恢复通信后再发送。矿灯的照明部分(210)采用高亮度白光发光二极管阵列。整个系统由蓄电池(211)供电；为了建立一种良好的人机界面，本机还设有LCD触摸屏(212)和音频模块(217)，其中音频模块(217)上接有喇叭(213)和麦克风(214)；作为一种智能化的信息终端，本机还集成了瓦斯检测模块(209)，一旦瓦斯超过容许值就由喇叭(213)发出警报。

无线通信模块(206)也可以是GPRS或CDMA无线网卡，此方案适用于没有信号传输线路的小型煤矿。井下工作人员下班后升井，无线网卡自动与附近的通讯基站取得通信，将储存在大容量闪存(202)内的图片信息发送到以太网(如果传输速度太慢可只发送静态照片)；无线通信模块(206)还可以是无线局域网卡，可以将信息传输到地面的无线局域网。这样，上级领导就可以通过以太网浏览图象资料。此方案虽然不具有实时的效果，但对于条件简陋、地处偏僻的小煤矿也不失为一种权宜之计。

在图3与图2中，镜头(203)安置在灯头主体(301)的中心，芯片(204)安装在镜头(203)底部的焦平面上，芯片(205)亦布置在芯片(204)旁边；发光二极管阵列(210)呈环状布置在镜头(203)周围，闪光灯(209)布置在镜头(203)的正上方，麦克风(214)布置在灯头主体(301)的侧面；上述部件都密封在以灯头主体(301)与保护镜片(302)构成的空间内。为了使图像效果在使用环境恶劣的煤矿井下始终保持清晰，在保护镜片(302)的表面覆盖一层金刚石保护膜；电池盒(304)内密封有蓄电池(211)和主电路板(305)；快照开关(208)安装在电池盒(304)侧面；天线(207)安装在电池盒(304)顶部；灯头主体(301)与电池盒(304)之间由电缆(303)联结；主电路板(305)密封在与蓄电池(211)所处空间相隔离的、位于电池盒(304)内的右侧空间内；在电池盒(304)的外壳上还安置了LCD触摸屏(212)和喇叭(213)；瓦斯检测模块(209)的探头亦布置在在电池盒(304)的外壳上。

除此结构之外，摄像机可以做成摄像头部分单独固定在安全帽上的结构，也可以将摄像机部分与矿灯部分设计为整体可分离的结构，还可以是依附于现有矿灯的独立的结构。

矿灯摄像机在地面充电时上级部门也可以通过无线网络将安全宣传短片下载到矿灯，并定期更新，工人在井下休息时亦可接受安全教育。

如果工作面发生事故工人被困工作面，营救人员可携带另一台矿灯摄像机与被困人员进行多媒体通信，通过视频与对话了解情况，以加快救援速度，减少人员伤亡。

在图4中，井下可移动基站主要由编号为(401)到(410)的元件组成，网络载波接收器主要由编号为(411)到(416)的部件组成。其中：天线(401)用来与矿灯摄像机进行通信，数据经由无线通信模块(402)出入于单片机(403)；单片机(403)上还扩展了外部程序储存器(409)与外部数据储存器(410)；电力线载波主要由分别布置在基站与网络载波接收器内的以两片电力线载波芯片(406)和(415)为核心的电路完成，其型号可选INT51X1，这是一款专用于电力线载波的集成收发器，它使用OFDM(正交频分复用)将高速串行信号分解为经傅立叶变换后的84个正交子载波进行传输。在两片电力线载波芯片与电力线(417)之间分别各有两个模拟前端(407)、(412)和耦合器及电源(408)、(411)，其中模拟前端主要功能是带通滤波和线性驱动，耦合器及电源用来隔断电力线(417)的高压和交流分量、传输载波信号、为系统提供电源。元件(404)与(414)为电擦写只读存储器EEPROM，用来初始化INT51X1；元件(405)与(413)为联结到INT51X1自带LED端口的发光二极管，可显示系统的运行状态。在网络载波接收器一端电力线载波芯片(416)与一网络控制器(415)联结，并联结到井下路由器或地面控制主机。

在图5中，将矿灯摄像机(101)用特制的固定器固定在工作面，则矿灯摄像机又可当作固定式工作面摄像机使用。其中，磁铁(501)可将整个挂钩用磁力吸到靠近工作面的钢铁支护或其他铁制物体上，磁铁(501)通过支架(502)联结灯头插槽(503)和蓄电池插槽(504)；这样，将灯头主体(301)插到灯头插槽(503)中，将蓄电池(211)插到蓄电池插槽(504)中，可以达到固定矿灯摄像机(101)的作用。

本发明通过灵活多样的配置实现了众多的功能，可适用于不同条件的煤矿和各种不同的工作环境，简便易用，携带方便，是煤矿安全生产的有力助手。

Claims

1.一种应用于煤矿井下的数字矿工系统，包括具有防爆功能的便携式摄像机和数据传输系统，其特征是：所述的具有防爆功能的摄像机，为头戴式摄像机。

2.如权利要求书1所述的应用于煤矿井下的数字矿工系统，其特征在于：所述的头戴式摄像机，为嵌入矿灯内的矿灯摄像机。

3.如权利要求书1所述的应用于煤矿井下的数字矿工系统，其特征在于：在保护镜片的表面覆盖有一层金刚石保护膜，在摄像机内安装了闪光灯，并设置有快照开关。

4.如权利要求书1所述的应用于煤矿井下的数字矿工系统，其特征在于：在电路中还集成了语音模块、LCD显示模块、瓦斯检测模块。

5.如权利要求书1所述的应用于煤矿井下的数字矿工系统，其特征在于：所述的数据传输系统，为无线数据传输系统。

6.如权利要求书1所述的应用于煤矿井下的数字矿工系统，其特征在于：还有可将摄像机单独固定于采掘工作面的固定器。

7.一种应用于煤矿井下的数字矿工方法，基于具有防爆功能的便携式摄像机和数据传输系统，其特征在于：该方法包括如下步骤：

D.A中所述的摄像机，最好具备语音通讯与危险气体检测功能。

8.如权利要求书6所述的应用于煤矿井下的数字矿工方法，其特征在于：所述步骤A是利用将摄像机的摄像头固定于安全帽上的方法达到既方便携带又能如实反映工作面实际情况的目的。

9.如权利要求书6所述的应用于煤矿井下的数字矿工方法，其特征在于：所述步骤B是利用无线信号传输方式达到可靠方便的传输，如果基站设在井下，则信号传输方式为普通无线射频传输，如果为地面基站，则传输方式为基于无线移动通信运营商的无线数据传输网络或地面的无线局域网。

10.如权利要求书6所述的应用于煤矿井下的数字矿工方法，其特征在于：所述步骤C是利用电力线载波方法进行数据传输。