CN104410678A - 一种煤矿提升机检修人员安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿提升机检修人员安全监控系统。所述安全监控系统包括计算机、网络路由器、以及在每个检修层上配置的一套检修人员定位系统；在每个检修层上至少包括一个检修区域和一个检修外围区域，检修区域位于检修外围区域内侧；每套检修人员定位系统，包括一个网络传输系统、若干个标签和若干个定位基站；网络传输系统，用于连接所在检修层上的各个定位基站；网络路由器，用于将来自各个网络传输系统的信息汇集后传输到位于绞车房的计算机上实现标签定位信息的显示。本发明能够准确将检修人员的位置上传到控制室的操车司机处，提高检修作业的安全性。

Description

一种煤矿提升机检修人员安全监控系统

技术领域

本发明涉及一种煤矿提升机检修人员安全监控系统。

背景技术

矿井大型机电设备的安全运行是煤矿高效高产的重要保证。每天都需要对提升机系统进行检修，特别是井口区域和井上第四层区域的检修频繁。在检修过程中，绞车的操车司机是不知道检修人员是否在检修区域内、以及在检修区域的什么位置，操车司机只能通过对讲机通讯进行联络是否需要动车。然而，此种对讲通讯方式存在通讯质量可靠性和稳定性差的技术不足，而且，一旦操车司机启动提升机，若检修人员还没有来得及撤出检修区域，就会发生重大危险。因此，对于检修人员的安全监控就显得非常重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，能够准确将检修人员的位置上传到控制室的操车司机处，操车司机确认检修人员撤离出检修区域后才可启动提升机，利于杜绝事故的发生，提高检修的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，包括计算机、网络路由器、以及在每个检修层上配置的一套检修人员定位系统；

每个检修层包括一个检修区域和一个检修外围区域，检修区域位于检修外围区域内侧；

每套检修人员定位系统，包括一个网络传输系统、若干个标签和若干个定位基站；其中：

标签，活动于检修区域和检修外围区域内部；

定位基站，安装于检修区域和检修外围区域内部，用于确定标签的位置；

网络传输系统，用于连接所在检修层上的各个定位基站；

各定位基站将标签发射的数据以及该数据在各个信号覆盖范围内的定位基站上所触发出来的时间信息，通过网络传输系统传至网络路由器；

网络路由器，用于连接各个网络传输系统，并将来自各网络传输系统的信息汇集后上传到位于绞车房的计算机引擎软件上，计算出当前标签的实际位置，并在软件上实时显示。

进一步，上述检修外围区域外侧设置一个检测缓冲区域；

标签活动于检修区域、检修外围区域和所述检测缓冲区域内部。

进一步，当标签经过检测缓冲区域到达检修外围区域时，实现进入检测；

当标签经过检修外围区域到达检测缓冲区域时，实现走出检测。

进一步，在每个检修层上设置的定位基站数量为N个，依据面积大小进行部署；

定位基站的部署原则为：所部署的定位基站位置所组合的形状，GDOP达到最佳；

使得标签在检修区域和检修外围区域内部的任意位置能够稳定可靠的与所述定位基站中的至少3个建立通讯。

进一步，标签与各个定位基站之间的距离测定基于CSS、或UWB等脉冲测距/测时技术。

进一步，上述定位基站，包括基站处理器模块、基站无线数据收发模块、基站信号放大模块和基站天线；

标签，包括标签处理器模块、标签无线数据收发模块、标签信号放大模块和标签天线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、区域定位功能，本发明可以在检修区域和检修外围区域内部对检修人员精确定位，有效地对检修人员进行实时跟踪；

(2)、本发明具有良好的计算机界面、可显示检修人员所处的检修区域，对进入/离开检修区域的人员进行准确提示；

(3)、对每次检修人员的行动轨迹数据进行实时记录和历史保存，很大程度提高了井筒检修的安全性和技术管理水平，同时完成了对工作人员的签到工作。

附图说明

图1为本发明中煤矿提升机检修人员安全监控系统的组成框图；

图2为各个检修层上相关区域的布置图；

图3为本发明中标签的结构框图；

图4为本发明中定位基站的结构框图；

图5为本发明中计算机系统软件的结构示意图；

图6为本发明中标签与定位基站之间的测距原理框图；

其中，1-计算机，2-网络路由器，3-网络交换机，4-标签，5-定位基站；

101-检修区域，102-检修外围区域，103-安全区域，104-检测缓冲区域。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的基本思想是：

通过提出一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，能够实时准确的将检修人员的位置上传到位于控制室的操车司机处，操车司机根据检修人员所处的位置决定是否动车，直到确定检修人员真正撤到安全区域后，操车司机才可动车，利于消除对讲通讯过程中存在的安全隐患，有效杜绝事故的发生，大大提高检修的安全性。

具体的，结合图1所示，一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，包括计算机1、网络路由器2和若干套检修人员定位系统。其中，在每个检修层上配置一套检修人员定位系统。

如图2所示，在每个检修层上至少包括一个检修区域101、一个检修外围区域102和一个安全区域103，检修区域101位于检修外围区域102内侧。

每套检修人员定位系统，包括一个网络传输系统、诸如网络交换机3，若干个标签4和若干个定位基站5。

标签4，在使用时可以固定在检修人员的左肩、或右肩上，跟随检修人员移动。

由于对检修人员监控的重点区域为检修区域101和检修外围区域102，因此，本发明可以将标签4的识别区域限定在检修区域101和检修外围区域102内部。

定位基站5，安装于检修区域101和检修外围区域102内部，用于确定标签4的当前位置。

网络交换机3，用于连接所在检修层上的各个定位基站5。

各定位基站5将标签4发射的数据以及该数据在各个信号覆盖范围内的定位基站5上所触发出来的时间信息，通过网络交换机3传至网络路由器2。

网络路由器2，用于连接各个网络交换机3，并将来自各网络交换机3的信息汇集后上传到位于绞车房的计算机1引擎软件上，计算出当前标签4的实际位置，并在软件上实时显示。网络路由器2，同时可以给定位设备分配地址。

具体的，在每个检修层上设置的定位基站5数量为N个，依据面积大小进行部署。

定位基站5的部署原则为：所部署的定位基站5位置所组合的形状，使得GDOP达到最佳，保证标签在检修区域101和检修外围区域102内部的任意位置能够稳定可靠的与所述定位基站5中的至少3个建立通讯，提高检修人员定位系统的定位精度。

另外，每个定位基站5的安装高度均相同，且安装高度为2.8m～3.2m。

为防止灰尘、潮湿等影响，每个定位基站5的设备安装在一个密闭的机箱内，每一个检修层的定位基站5和网络交换机3单独供电，互不影响。

具体的，标签4与所在层上的各个定位基站5之间的距离测定基于CSS、或UWB等脉冲测距/测时技术。

结合图3和图4所示，定位基站5，包括基站处理器模块、基站无线数据收发模块、基站信号放大模块和基站天线；标签4，包括标签处理器模块、标签无线数据收发模块、标签信号放大模块和标签天线。其中，

基站无线数据收发模块，用于测量信号的收发、时间信息的触发。

基站处理器模块，用于完成时间与距离信息的处理、无线信道协调。

基站放大模块，对测量信号进行放大，通过基站天线发射，达到延长测量距离的目的。

标签处理器模块，用于控制标签无线数据收发模块通过标签天线发出信息，基站天线接收到信号并送入基站无线数据收发模块，解调出数据后供定位基站处理器处理；在接收的同时，基站无线数据收发模块触发出测量时间信息，供后期运算。

由于检修外围区域102与安全区域103之间仅一道栅栏相隔，单纯依靠无线测量很难实现精准可靠的检测，因此，本发明在安全区域103与检修外围区域102之间设置一个检测缓冲区域104，标签4还可以活动于检测缓冲区域104内部。

通过从安全区域103经过检测缓冲区域104到达检修外围区域102，实现进入检测；相反，通过从检修外围区域102经过检测缓冲区域106到达安全区域103，实现走出检测。

以上检测缓冲区域104的设置，能够保证检修人员定位系统的精准可靠的测量。

计算机1系统软件，包括位置显示软件、定位引擎软件和配置管理软件。其中，

位置显示软件，为计算机系统软件的主软件，用于提供给软件操作人员进行实时观察，该软件也提供了简单的数据记录功能；

定位引擎软件，运行于计算机后台，用于搜集各个定位基准站的原始数据、分析并计算特定标签(人员)的实时位置、发送到界面显示软件；

配置管理软件，用于管理设备物理位置、数学算法、网络参数等，一旦配置好无需修改。

图5示出了计算机系统的软件结构。由图5可知：

(1)、位置显示软件：作为计算机系统的主界面，提供维修人员的实时位置和进出信息，也可以进行最近25秒位置的轨迹显示；该软件可以全屏放大显示，方便操作人员查看。位置显示软件也可以对算法的相关共用参数进行调整。

(2)、定位引擎软件：可以作为命令行程序运行，也可以作为Windows系统的服务运行在后台，主要完成位置信息的解算，并将结果发送给位置显示软件对位置进行计算。

(3)、配置管理软件：作为管理设备、软件运行参数的主要人机接口，该软件能够配置地理坐标、功率参数、数学算法等。

本发明中，标签4与各个定位基站5之间的测距原理，如图6所示，该测距过程包括两次对称测量和一次距离修正：

第一次测量由节点1向节点2发送数据包，并接收来自节点2的自动应答，节点1计算出从发出数据包到接收应答的传播延迟T1，节点2在接收到节点1的数据包时开始计时，并在返回应答后停止计时，得到节点2的处理延迟T2。

第二次测量由节点2向节点1发送包含T2有效信息的数据包，并接收节点的自动应答，同理，节点2计算出传播延迟T3，节点1计算出自己的处理延迟T4。

最后，节点2向节点1发送包含T3有效信息的数据包。节点1根据已知信号传播速度和获得的4个延迟时间由公式计算出两节点间距离。其中，c为射频的传播速度，约为光速。

$d=c\frac{T_1-T_2+T_3-T_4}{4}$

在接收数据时利用了脉冲压缩原理，一定程度上可以看作是求自相关。由于Chirp信号的扩频和很强的自相关特性，在求自相关提取信号时，具有很好的抗干扰能力，消除了多径效应的影响和降低了噪声干扰。

T1、T2、T3、T4的测量偏差分别为亨δT1、δT2、δT3、δT4。由于T1、T4由节点1的品体振荡器测得，令其测量偏差均为δ1，T2、T3由节点2的品体振荡器测得，令其测量偏差均δ2，距离偏差δL可下式求得。

${\mathrm{\δ}}_L=c\frac{\mathrm{\δ}{T}_1-\mathrm{\δ}{T}_2+\mathrm{\δ}{T}_3-\mathrm{\δ}{T}_4}{4}=c\frac{{\mathrm{\δ}}_1-{\mathrm{\δ}}_2+{\mathrm{\δ}}_3-{\mathrm{\δ}}_4}{4}=0$

计算结果表明该方法消除了因为时钟漂移导致的误差。

当标签4能够测量出与其中一个定位基站5的距离时，即可测出周边定位基站5距离；在标签获取多个距离值后，通过数据搜集器BaseStation传输到定位服务软件LocationServer，并进行基于球面的数学运算，所获取的坐标信息在客户端软件上显示。

本发明为矿井检修人员的安全操作提供了有效保障，可以适用于区域人员精确定位的监测监控兼人员考勤功能，实现了检修人员所在区域位置的动态监控和实时显示。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，包括计算机、网络路由器、以及在每个检修层上配置的一套检修人员定位系统；

每个检修层包括一个检修区域和一个检修外围区域，检修区域位于检修外围区域内侧；

其特征在于，每套检修人员定位系统，包括一个网络传输系统、若干个标签和若干个定位基站；其中：

标签，活动于检修区域和检修外围区域内部；

定位基站，安装于检修区域和检修外围区域内部，用于确定标签的位置；

网络传输系统，用于连接所在检修层上的各个定位基站；

各定位基站将标签发射的数据以及该数据在各个信号覆盖范围内的定位基站上所触发出来的时间信息，通过网络传输系统传至网络路由器；

网络路由器，用于连接各个网络传输系统，并将来自各网络传输系统的信息汇集后上传到位于绞车房的计算机引擎软件上，计算出当前标签的实际位置，并在软件上实时显示。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，其特征在于，所述检修外围区域外侧设置一个检测缓冲区域；

标签活动于检修区域、检修外围区域和所述检测缓冲区域内部。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，其特征在于，当标签经过检测缓冲区域到达检修外围区域时，实现进入检测；

当标签经过检修外围区域到达检测缓冲区域时，实现走出检测。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，其特征在于，在每个检修层上设置的定位基站数量为N个，依据面积大小进行部署；

定位基站的部署原则为：所部署的定位基站位置所组合的形状，GDOP达到最佳；

使得标签在检修区域和检修外围区域内部的任意位置能够稳定可靠的与所述定位基站中的至少3个建立通讯。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，其特征在于，所述标签与各个定位基站之间的距离测定基于CSS、或UWB等脉冲测距/测时技术。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿提升机检修人员安全监控系统，其特征在于，所述定位基站，包括基站处理器模块、基站无线数据收发模块、基站信号放大模块和基站天线；

标签，包括标签处理器模块、标签无线数据收发模块、标签信号放大模块和标签天线。