CN102246215A - 环境风险管理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于指导及监测危险环境区域内的人员的行踪的系统和方法包括为每一位人员装备用于监测人员生理状况（56）、装备状况（64）、地形位置（34）、环境状况（57）和其他有关数据的器件。所述数据被单独编码并上传到处理中心（36），在该处对所述数据进行分析（58，60，61），以便确保与健康或环境规范以及安全性规定相符，生成热点绘图（53），并且发出实时风险规避行为指令（62）、工人、机构和材料交通指导、警告（59）、许可或禁令。

Description

环境风险管理系统和方法
优先申请
本申请要求保护2008年8月14日提交的美国临时专利申请序列号61/088,860的权益。
技术领域
本发明涉及用来调查、监测以及指导危险区域内的人员活动的环境系统。
背景技术
现有技术公开了多种环境监测仪器和方法，特别值得一提的专利和公开号有McElhattan等人的No.US 6,442,639、Appelt等人的No.US2006/0125623、Devaul等人的No.US2006/0252999和Genovese的No.US7,289,944，将其合并在此以作参考。
虽然现有技术公开了对于从单独携带的生理和环境状况监测器以及可以发出预测警告的固定地点监测器收集的数据进行集中式分析，但是并没有揭示用于向个人实时提供个人化的即时反馈信息、指示和指令的任何方法或系统。
举例来说，在受到各种类型和程度的辐射的区域内，希望指导已经受到特定水平的辐射的个人远离将导致超出规定安全极限的暴露量的区域，而是沿着更加安全的路径到达其所允许的目的地。或者可以只有在危险状况持续的情况下并且只要所述危险状况持续就发出关于使用某种保护性用具的推荐。此外还将有利的是基于其累计暴露量历史向有风险的人员通知关于其可以在危险地点安全停留多久。
发明内容
本发明设想了对个人在经受环境危险的限定区域内的行踪进行监测及控制。每一个个人配备有不断与数据收集和处理中央设备进行通信的一套便携式传感器和检测器。取决于工作地点的类型和环境风险的性质，所述传感器和监测器可以包括：人员和装备位置传感器和跟踪器；能够测量所述个人的体温、脉搏率、血压、血氧水平和其他此类参数的人员生理传感器；能够测量剩余电池使用期限、滤芯有效性和其他此类参数以及本地状况的装备状态传感器，所述本地状况比如有周围的热量、噪音水平、空气质量还有从微波到红外线以及x射线和核辐射的广谱辐射。
所述个人和/或装备还可以携带对遍及所述区域定位的探询站做出响应的应答器或RFID标签。
传送到所述中央设备的所有监测数据都利用资产标识进行了编码，从而允许所述设备累积关于每一个个人和每一件装备的个人化信息。对所收集的数据进行实时分析并且将其与历史数据进行比较，以便检测当前暴露量或者需要发出警告、或紧急警报或前进禁令的其他状况。
所述分析可以包括统计计算、模糊逻辑解释和矢量轨迹预测，以便预见明显的过于危险的状况，其中所述危险状况需要进行疏散、沿着危险较小的路径重定个人的前进路线、停止特定的危险活动或者对于人员保护性装备的使用及有效性，此外所述分析还预见是否需要对所述装备或其部件进行更换、维修或其他干预。
更具体来说，本发明设想到借助于皮带夹或衣服夹附着到每一个个人的身体上的便携式的电池供电的危险检测平台的用户。每一个检测平台包括几个插槽以用于插入多个前述各种类型的传感器。遍及各工作地点散布的固定检测平台具有目标朝着环境危险的传感器。这种传感器的例子包括但不限于有毒和易燃气体检测器、温度和湿度计、噪音剂量仪、辐射计数器以及激光或其他危险光检测器。所监测到的危险数据被转换成标准数字信号以便易于评估传感器状况的输出，并且被嵌入到标准信号格式中以便易于评估以及易于在标准插槽中更换传感器类型。
对于多种类型的警告和警报（例如听到的、视觉或者振动）的可选显示向佩戴者告警是否有危险状况存在。所述警报能力的进一步扩展可以是通过短距离无线电进行耳内通信。为每一个便携式检测平台指派给定的个人身份，其被嵌入在传送到所述集中式设备的数据中。类似地，每一个静止平台提供位置指示。
还将通过地面位置传感器或UWB无线电、无线电三角测量或者某种其他方法（比如遍及工作区域的嵌入式传感器）来获得并且持续更新每一个个人的物理位置。
由所述中央设备收集的数据被存储在数据库中以用于进一步处理。
提供软件例程来分析所收集的数据，以便产生诸如以下各项的多种信息显示：
个人随时间的暴露量以及个人的身体状况的记录和图形；
具体装备状况的记录和图形；
个人所遇到的任何警告或警报的记录；
对于给定场所随时间的暴露量的记录和图形；以及
与可视化系统相关联的物理位置数据，从而允许绘制工厂或其他设施内的各种类型的热点的图。
在某些实施例中，提供一种用于对危险区域内的个人的安全流通进行管理和监测的方法，其包括：为至少其中一位所述人员提供至少一个个人化状况监测器，所述监测器具有用来传送监测数据的装置；对处理中心进行操作，所述处理中心被编程来接收及分析所述数据并且响应于所述分析为所述人员生成实时指令。
在某些实施例中，所述生成包括：生成及发出预测警告。在某些实施例中，所述生成包括：生成及发出工人行为指导。在某些实施例中，所述生成包括：生成及发出工人、机构和材料交通指导。在某些实施例中，所述提供包括：提供至少一个生理状况监测器。在某些实施例中，所述提供包括：提供至少一个环境状况监测器。在某些实施例中，所述提供包括：提供至少一个装备状况监测器。在某些实施例中，所述提供包括：提供至少一个位置监测器。在某些实施例中，所述方法还包括：提供遍及所述区域散布的无线通信站的网络以及与所述处理中心相关联的通信枢纽。
在某些实施例中，提供一种用于对危险区域内的个人的安全流通进行管理和监测的系统，其包括：特定于所述个人当中的至少一位的至少一个个人化状况监测器，所述监测器具有用来传送监测数据的装置；处理中心，其被编程来接收及分析所述数据并且响应于所述分析为所述个人当中的所述至少一位生成实时指令。
在某些实施例中，所述系统还包括：至少一个环境状况监测器。在某些实施例中，所述系统还包括：用于生成及发出预测警告的装置。在某些实施例中，所述系统还包括：用于生成及发出工人行为指导的装置。在某些实施例中，所述系统还包括：用于生成及发出工人、机构和材料交通指导的装置。在某些实施例中，所述状况监测器包括：至少一个生理状况监测器。在某些实施例中，所述状况监测器包括：至少一个装备状况监测器。在某些实施例中，所述状况监测器包括：至少一个位置监测器。在某些实施例中，所述系统还包括：遍及所述区域散布的无线通信站的网络以及与所述处理中心相关联的通信枢纽。在某些实施例中，所述监测数据包括从由以下各项构成的组当中选择的数据：生理数据；装备状况数据；以及周围环境状况数据。
附图说明
图1是装备有根据本发明的风险管理系统的典型的地下采矿综合结构的图形表示；
图2是装备有风险保护和监测用具的采矿人员的图示；
图3是总体系统操作的框图；以及
图4是处理中心操作的框图。
具体实施方式
现在将参照附图，结合图1中用图形图示的采矿操作12描述环境风险管理系统和方法11的实施例。
所述示例性采矿操作包括地上设施13，所述地上设施13包括提升井（shaft）和箕斗（skip）操作控制和通风塔14以及中央管理建筑15和矿石处理厂16。
地下设备包括其中升降（ride）一个或多个箕斗18的主提升井17，几个从提升井水平伸出到矿床23、24的平巷（drift）19－22。提供几条矿石溜道（pass）25、26以便朝向安装在矿石仓28上方的破碎机27倾倒所提取出的材料或者将所述材料倾倒在其中。箕斗装载站29处在终结于水仓（sump）30的提升井的下部。螺旋坡道31允许从其中一个平巷19接近紧接在其下方的一个平巷20。工程设施井道32容纳所有的布线、线缆和管道（其中包括供水），并且与主提升井17并排行进。通风管33把由提升井和箕斗控制塔14中的鼓风机生成的强制风向下带到各个平巷。
安全性装备包括沿着提升井、平巷和坡道大约每25米安装并且频繁有工作人员经过的探询和侦听站34。这些站可以探询由包括人员或装备在内的资产所携带的RFID标签或应答器并且接收来自所述RFID标签或应答器的信号。环境多检测器35被永久性地安装在遍及采矿网络的各个关键位置处。这些检测器测量周围的温度、湿度、粉尘浓度以及噪音水平。所述检测器还检测危险气体，比如可能由于平衡不当的爆破混合物而导致的甲烷、一氧化碳和一氧化二氮。还可以使用盖革计数器和其他辐射测量器件来检测由小块铀矿发出的氡和伽玛射线。所有测量都通过线缆被持续发送到位于中央管理建筑15内的处理中心36。
无线电网状通信网络包括多个节点39，所述节点具有能够接收无线信号的天线以及用来将那些信号发送到其他节点和所述处理中心的重发器，并且还被遍及所述地下采矿网络定位。
如图2中所示，在地下工作的每位人员40都携带诸如自供电头灯37、过滤呼吸面罩（未示出）以及携带在腰带上的人员风险监测器41。所述人员风险监测器集合了用来监测个人的体温、皮肤水分、心率、血压、呼吸率和血氧水平的多个生理参数测量器件42，并且还可以包括用来监测周围的氧气或噪音的环境传感器。每一件装备和所述风险监测器可以包括RFID标签43，其可以对通过所述站34以跟踪位置的探询做出响应。
所述人员风险监测器可以包括与最近的通信节点39联系的无线通信单元44。因此所述监测器可以传送包括所测量的各种生理、环境和装备状态参数（比如电池剩余电量或过滤器使用期限）的数据。所述监测器还包括扬声器45和用来显示短消息的小型LED读出器46。在危险环境中，所述人员可以通过其声音保护头戴式耳机47中的麦克风和耳机来进行通信。
对有毒气体的检测测量可以利用PhD6型多气体检测器来实现，所述检测器可以从Sperian Instrumentation（Middletown，Connecticut）买到。对血压、血氧水平、呼吸和心搏的测量可以通过安装在腕带或手套中的传感器来实现。
应当理解的是，不同的环境可能允许或需要不同类型的仪器。举例来说，在露天工作地点中，对工人的地形位置的监测可以通过使用GPS器件或无线电三角测量系统来实现。个人和监测站与处理中心之间的通信可以通过蜂窝网络或其他宽带无线电装备来实现。
在图3的框图中示出了总体风险管理系统布局。由在危险的地下区域内作业的每一位人员携带的移动装备48包括与其中一个通信节点39进行无线通信的其保护性用具、人员风险监测器41和网状网络无线电44。RFID标签43与探询侦听站34进行通信。通信节点39、位置探询站34和多检测器站35通过工程设施井道32被硬连线到处理中心处的通信接口单元49。该单元将所述通信导向数据存储器50或自动数据处理器51。所述数据处理器对包括由各个工人、装备或环境传感器传送的信息的传入信息进行归类和分析，并且生成被传输到历史数据库52以及图形和数字显示器53的个体化历史记录。
如图4中所示的处理中心36的操作包括几个处理例程。首先，确定54受监测区域内的每一位人员和/或每一件受监测装备的标识及所述每一位人员或每一件受监测装备的精确位置55。这是响应于对RFID标签的探询而实现的。每一位人员的生理参数被监测56随后记录并显示在各种图表中。诸如位置、可用性和有效性之类的装备状况被类似地监测64以及记录并显示。由多检测器35提供的周围状况也被监测57、记录并显示53，并且还连同所述生理和装备参数一起对照安全性极限而被检查。环境热点的地图被生成及显示，并且可以利用最近接收到的数据和统计分析结果持续对其进行更新。任何超出安全性规范的状况都触发警告或警报59。还对所述生理和装备参数以及周围状况进行累计分析60，其中记录并显示结果，并且在必要情况下触发警告或警报。所述累计分析60和极限比较58的结果被馈送到风险评估单元61，所述风险评估单元61接着又生成活动指令62，比如对于特定高风险区域的禁令、佩戴保护性用具、更换或改换破旧或无效组件的命令、或者休息及放松一段时间的命令。活动指令还可以向人员、维修或库存部门通知关于某些活动的需求，比如培训更多工人或者订购更多装备部件。在发生灾难的情况下，所述风险评估单元发出疏散指令63。在可能生成有毒气体的爆破64期间，可以把全体员工限制到所述地下网络的某些远距离位置。如果发生导致平巷20阻塞的坍塌或塌陷65，可以指导工人66通过坡道31疏散到下一更高层平巷19。
风险评估单元61使用统计计算和模糊逻辑确定来生成预防性指令、警告和推荐，并且限定具有预期周围状况的未来安全活动时间段。所有指令都被立即实时传送到各个工人，从而引导所述采矿综合结构在当前情况下的最安全同时又最有生产力的操作。
举例来说，立即为有风险的人员提供关于其可以在危险地点安全停留多久的最新信息，这是鉴于其累计暴露量历史、当前危险水平、其保护性装备的当前有效性、其当前生理状况以及关于所述危险将会如何及何时降低的历史性预测。如果所述人员的呼吸率升高并且存在高浓度的粉尘，则所述系统可以推荐其使用空气净化面罩。如果该面罩的当前有效性在给定的这些参数下不足够，则可以发出改派指令。如果对于所述区域的历史统计表明所述危险有可能降低，则所述系统可以推荐就地休息时间段而不是改派。另一方面，如果所述工人被改派，则所述系统可以基于日常任务调度表识别出下一个最近的并且相对可用的工人，并且指导该可用工人接手所述任务。所述系统还可以考虑到对于每一个个人或者在一起工作时表现良好的各群体的生产率记录，并且把生产率更高的个人或群体指派到需要更快完成的任务。
应当理解的是，前面描述的系统I规模是可以扩展的，从而可以在复杂度较低的设定中实现较少的系统组件。举例来说，基于PC的系统可以监测在脚手架上工作的一组系绳的建筑工人，以便检验工人是否保持一直系绳。可以由所述系统统一地并单独地监测搭扣上的简单接触传感器、牵绳上的应变计，以便确保与安全性规则相符。历史分析和跟踪可以确定是否需要更换特定牵绳。
虽然在前面描述了本发明的示例性实施例，但是在不偏离本发明的精神和所附权利要求书的范围的情况下可以做出修改并且可以构想其他实施例。

Claims (19)

1. 一种用于对危险区域内的个人的安全流通进行管理和监测的方法，其包括：
为所述个人当中的至少一位提供至少一个个人化状况监测器，所述监测器具有用来传送监测数据的装置；
对处理中心进行操作，所述处理中心被编程来接收及分析所述数据并且响应于所述分析为所述个人当中的所述一位生成实时指令。
2. 权利要求1的方法，其中，所述生成包括：生成及发出预测警告。
3. 权利要求1的方法，其中，所述生成包括：生成及发出工人行为指导。
4. 权利要求1的方法，其中，所述生成包括：生成及发出工人、机构和材料交通指导。
5. 权利要求1的方法，其中，所述提供包括：提供至少一个生理状况监测器。
6. 权利要求1的方法，其中，所述提供包括：提供至少一个环境状况监测器。
7. 权利要求1的方法，其中，所述提供包括：提供至少一个装备状况监测器。
8. 权利要求1的方法，其中，所述提供包括：提供至少一个位置监测器。
9. 权利要求1的方法，其中，所述方法还包括：提供遍及所述区域散布的无线通信站的网络以及与所述处理中心相关联的通信枢纽。
10. 一种用于对危险区域内的个人的安全流通进行管理和监测的系统，其包括：
特定于所述个人当中的至少一位的至少一个个人化状况监测器，所述监测器具有用来传送监测数据的装置；
处理中心，其被编程来接收及分析所述数据并且响应于所述分析为所述个人当中的所述至少一位生成实时指令。
11. 权利要求10的系统，其还包括：至少一个环境状况监测器。
12. 权利要求10的系统，其还包括：用于生成及发出预测警告的装置。
13. 权利要求10的系统，其还包括：用于生成及发出工人行为指导的装置。
14. 权利要求10的系统，其还包括：用于生成及发出工人、机构和材料交通指导的装置。
15. 权利要求10的系统，其中，所述状况监测器包括至少一个生理状况监测器。
16. 权利要求10的系统，其中，所述状况监测器包括至少一个装备状况监测器。
17. 权利要求10的系统，其中，所述状况监测器包括至少一个位置监测器。
18. 权利要求10的系统，其还包括：遍及所述区域散布的无线通信站的网络以及与所述处理中心相关联的通信枢纽。
19. 权利要求10的系统，其中，所述监测数据包括从由以下各项构成的组当中选择的数据：生理数据；装备状况数据；以及周围环境状况数据。
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