CN104989452B - 无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统 - Google Patents

无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统,包括:综合处理服务器、通信基站、智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点;综合处理服务器与通信基站通过线缆连接可互通信;通信基站与智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点通过无线连接,并构成无线网格网通信。本发明不仅能准确定位井下矿工的位置,还能监测矿工生命体征及其施工区域环境的安全信息,并能将监测信息实时传送到地面监控中心与井下矿工手上的智能手表节点,操作使用方便,当监测参数超出安全阈值时,系统能及时自动发出报警信息,在矿难发生后能确定幸存人员的位置,可提高施救效率,降低伤亡损失。

Description

无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统
技术领域
[0001]本发明属于矿山安全、无线智能安全监测与定位领域,具体涉及一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统。
背景技术
[0002]目前,国家对矿业生产的安全问题十分重视,要求所有施工区域必须安装井下人员管理及安全监测系统,可在地表监控中心监控井下人员的数量与位置、环境参数安全等。为了达到这一目的,在一般的施工区域生产过程中井下人员都配有井下人员标识卡,人员标识卡通过井下巷道口的中继基站发送信息到地面控制中心,地面控制中心根据人员标识卡发送来的信息记录矿工在施工区域下的行动路线以及所在方位,方便了矿山在生产过程中对井下人员的管理。但是,矿山生产属于高危险的行业,矿山井下环境恶劣灾难不可避免,在发生井下灾难时由于现有的技术条件对于井下人员的救助效率不高,当发生矿难时人员标识卡不能准确定位井下被困人员的位置,更无法分辨出存活的矿工与否,因此地面人员施救方案制定针对性不强,容易将宝贵的救援时间浪费掉,矿山灾难的后果进一步扩大。为此,本发明公开一种新型井下无线人员定位监测装置,佩戴在井下矿工的手腕上,通过采集人体脉搏、体温信息转化成数字信号后通过中继节点发送到地面控制中心,进行矿工位置定位与生命体征监测。矿难发生时,本发明可以给出具有生命体征信息的被困井下矿工的具体位置,以便能够及时采取针对性的救援措施,确保第一时间先施救井下幸存矿工,减少人员伤亡损失。
发明内容
[0003]本发明的目的之一在于提供一种能够准确的无线定位井下矿工的位置,实时监测环境状态并且可以在发生矿难后检测生命体征是否存在的一种新型施工区域人员定位装置。
[0004]本发明提供一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统,包括:综合处理服务器、通信基站、智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点;所述综合处理服务器设于地面监控中心内与所述设于井下的通信基站通过通信线缆连接并通信;所述通信基站与智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点通过无线连接构成无线网格网,并按照无线传感模块网络路由算法通信传输;
[0005]所述智能手表节点包括:手表节点处理模块、手表节点无线收发模块及手表节点电源模块;所述定位与监测节点包括:定位与监测处理模块、定位与监测存储模块、定位与监测无线收发模块及定位与监测电源模块;所述风速传感器节点包括:风速节点处理模块、风速节点存储模块、风速监测传感模块、风速节点无线收发模块及风速节点电源模块;所述压力传感器节点包括:压力节点处理模块、压力节点存储模块、压力监测传感模块、压力节点无线收发模块及压力节点电源模块;
[0006]所述定位与监测节点固定设于矿山内,所述定位与监测存储模块内存储有与所述定位与监测节点安装位置一致的定位编码信息;通过所述定位与监测无线收发模块向其周围的所述智能手表节点发送其定位编码信息,智能手表节点以接收到的最强信号的定位编码信息来定位自身位置,并发送回复信号;
[0007]所述压力传感器节点设于施工区域支撑柱及各受力点上,所述压力节点存储模块内存储有与所述压力传感器节点安装位置一致的压力节点编码信息;通过所述压力节点无线收发模块将所述压力节点编码信息及压力信号传输至所述通信基站和其周围的智能手表节点,当压力超过安全阈值时,地面监控中心与井下矿工手上的智能手表节点均会及时自动报警,实现压力点压力监测及预警;
[0008]所述风速传感器节点固定设于矿山内,所述风速节点存储模块内存储有与所述风速传感器节点安装位置一致的风速节点编码信息;通过所述风速节点无线收发模块将所述风速节点编码信息及风速信号传输至所述通信基站和其周围的所述智能手表节点,当风速小于安全阈值时,地面监控中心与井下矿工手上的所述智能手表节点均会及时自动报警,实现风速点风速监测及预警;
[0009]所述智能手表节点由矿工佩戴,所述智能手表节点通过所述手表节点无线收发模块实时接收各个所述定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点发送的定位编码信息信号、压力节点编码信息及压力信号和风速节点编码信息及风速信号,通过所述手表节点处理模块处理得到当前位置信息、压力和风速信息,并根据无线传感模块网络路由算法经所述通信基站上传给所述综合处理服务器。
[0010]进一步的,所述智能手表节点还包括:体温传感模块、心率传感模块以及设置在所述智能手表节点正面的环境温湿度传感模块、有毒有害气体检测模块、功放模块、显示模块及声光报警模块;所述手表节点处理模块连接所述手表节点电源模块、手表节点无线收发模块、体温传感模块、心率传感模块、环境温湿度传感模块、有毒有害气体检测模块、功放模块、显示模块及声光报警模块;所述智能手表节点佩戴时接触人体一面设有所述体温传感模块及心率传感模块。智能手表节点能将矿工的位置信息、生命体征信息及其所在工作区域的环境安全参数信息实时上传,不但可实现地面监控中心对矿工定位与跟踪、生命体征和环境安全参数等监测及预警,同时井下矿工也可通过手上的智能手表节点实现自身定位、环境监测及预警;
[0011]本发明的有益效果在于,本发明提供的一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统的定位与监测节点的部署可以根据不同场景对定位精度的不同要求灵活调整,对于定位精度要求高的区域如室内可以密集布放定位信标,同时可降低信标发射功率,以减少干扰及减低电池能耗,对于定位精度要求低的区域如通道可以少布信标并提高信标发射功率,以降低系统成本,定位信标的成本低且采用电池供电,增减、安装非常方便。本发明不仅能准确定位井下矿工的位置,还能监测矿工生命体征及其施工区域环境的安全信息,并能将监测信息实时传送到地面监控中心与井下矿工手上的智能手表节点,操作使用方便,当监测参数超出安全阈值时,系统能及时自动发出报警信息,可减少事故发生,在矿难发生后能确定幸存人员的位置,可提高施救效率,降低伤亡损失。
附图说明
[0012]图1所示为本发明无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统的结构图。
[0013]图2所示为本发明中智能手表节点模块图。
[0014]图3所示为本发明中智能手表节点正面结构图。
[0015]图4所示为本发明中智能手表节点背面结构图。
具体实施方式
[0016]下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是,下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的,它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0017]如图1所示,本发明提供一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统,包括:综合处理服务器1、通信基站2、智能手表节点3、定位与监测节点4、压力传感器节点5和风速传感器节点6;设于地面监控中心的综合处理服务器I与设于井下的通信基站2通过通信线缆7连接并通信;通信基站2与智能手表节点3、定位与监测节点4、压力传感器节点
5、风速传感器节点6通过无线连接构成无线网格网8,并按照无线传感模块网络路由算法通信传输;
[0018]如图2所示,智能手表节点3包括:手表节点处理模块31、手表节点无线收发模块33及手表节点电源模块32;定位与监测节点4包括:定位与监测处理模块、定位与监测存储模块、定位与监测传感模块、定位与监测无线收发模块及定位与监测电源模块;风速传感器节点6包括:风速节点处理模块、风速节点存储模块、风速节点监测传感模块、风速节点无线收发模块及风速节点电源模块;压力传感器节点5包括:压力节点处理模块、压力节点存储模块、压力节点监测传感模块、压力节点无线收发模块及压力节点电源模块;
[0019]定位与监测节点4固定设于矿山内,定位与监测存储模块内存储有与定位与监测节点4安装位置一致的定位编码信息;通过定位与监测无线收发模块向智能手表节点3发送其定位编码信息,智能手表节点3以接收到的最强信号的定位编码信息来定位自身位置,并发送回复信号,定位与监测节点4收到回复信号也就获知智能手表节点3位置;定位与监测传感模块可根据需要装设其他环境参数监测传感模块对巷道进行安全监测;定位与监测节点4和智能手表节点3的位置及监测信息由手表节点处理模块31根据无线路由算法来处理,通过手表节点无线收发模块33向上传送,实现矿工定位与跟踪监测、巷道环境参数安全监测与预警;
[0020]压力传感器节点5设于施工区域支撑柱及各受力点上,压力节点存储模块内存储有与压力传感器节点5安装位置一致的压力节点编码信息;通过压力节点无线收发模块将压力节点编码信息及压力信号传输至通信基站2和其周围的智能手表节点3,当压力超过安全阈值时,综合处理服务器I与井下矿工手上的智能手表节点3均会及时自动报警,实现压力点压力监测及预警。
[0021]风速传感器节点6固定设于矿山内,风速节点存储模块内存储有与风速传感器节点6安装位置一致的风速节点编码信息;通过风速节点无线收发模块将风速节点编码信息及风速信号传输至通信基站2和其周围的智能手表节点3,当风速小于安全阈值时,综合处理服务器I与井下矿工手上的智能手表节点3均会及时自动报警,实现风速点风速监测及预馨.1=I ,
[0022]如图2至图4所示,智能手表节点3由矿工佩戴,智能手表节点3包括:手表节点处理模块31、手表节点电源模块32及手表节点无线收发模块33;手表节点处理模块31连接手表节点电源模块32及手表节点无线收发模块33;智能手表节点3通过手表节点无线收发模块33实时接收其周围的各个定位与监测节点4、风速传感器节点6和压力传感器节点5发送的定位编码信息信号、压力节点编码信息及压力信号和风速节点编码信息及风速信号,通过手表节点处理模块31处理得到当前位置信息、压力和风速信息,并经手表节点无线收发模块33根据无线传感模块网络路由算法经通信基站2上传给综合处理服务器I;
[0023]进一步的,智能手表节点3还包括:体温传感模块34、心率传感模块35以及设置在智能手表节点3正面的环境温湿度传感模块36、有毒有害气体检测模块37、功放模块39、显示模块40及声光报警模块38;手表节点处理模块31连接手表节点电源模块32、手表节点无线收发模块33、体温传感模块34、心率传感模块35、环境温湿度传感模块36、有毒有害气体检测模块37、功放模块39、显示模块40、声光报警模块38;智能手表节点3佩戴时接触人体一面设有体温传感模块34及心率传感模块35。在环境温湿度传感模块36及有毒有害气体检测模块37监测的温湿度及有毒有害气体的上限超过阀值时,在显示模块40上显示,并通过功放模块39进行语音报警,提醒矿工及时撤离;同时通过手表节点无线收发模块33与通信基站2进行通信,并传输至综合处理服务器I;综合处理服务器I通过通信基站2向所有智能手表节点3下发报警信息,提醒施工人员及时撤离。因此能最大程度地减少矿区事故。智能手表节点3能将矿工的位置信息、生命体征信息及其所在工作区域的环境安全参数信息实时上传,不但可实现地面监控中心对矿工定位与跟踪、生命体征和环境安全参数等监测及预警,同时井下矿工也可通过手上的智能手表节点3实现自身定位、周围环境监测及预警。
[0024]本发明中压力节点电源模块、风速节点电源模块、定位与监测电源模块及手表节点电源模块32由可充电纽扣电池供电。环境温湿度传感模块36和有毒有害气体检测模块37监测施工人员施工区域的环境温湿度及有毒有害气体浓度信息,并可通过显示模块40显示相关信息数据或通过声光报警模块38预警,心率传感模块35监测施工人员的心率特征信息,体温传感模块34检测施工人员的体温,通过手表节点无线收发模块33传输至地面监控中心的综合处理服务器I,在发生事故时,可实时反映施工区域受困人员生命体征,可以把搜救能力集中在尚存生命迹象的人员上。
[0025]本发明的有益效果在于,本发明提供的一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统的定位与监测节点的部署可以根据不同场景对定位精度的不同要求灵活调整,对于定位精度要求高的区域如室内可以密集布放定位信标,同时可降低信标发射功率,以减少干扰及减低电池能耗,对于定位精度要求低的区域如通道可以少布信标并提高信标发射功率,以降低系统成本,定位信标的成本低且采用电池供电,增减、安装非常方便。本发明不仅能准确定位井下矿工的位置,还能监测矿工生命体征及其施工区域环境的安全信息,并能将监测信息实时传送到地面监控中心与井下矿工手上的智能手表节点3,操作使用方便,当监测参数超出安全阈值时,系统能及时自动发出报警信息,可减少事故发生,在矿难发生后能确定幸存人员的位置,可提高施救效率,降低伤亡损失。
[0026]本文虽然已经给出了本发明的一些实施例,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明精神的情况下,可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的,不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (2)

1.一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统,其特征在于,包括:综合处理服务器、通信基站、智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点;所述综合处理服务器设于地面监控中心内,并与设于井下的所述通信基站通过通信线缆连接并通信;所述通信基站与所述智能手表节点、定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点通过无线连接构成无线网格网,并按照无线传感模块网络路由算法通信传输; 所述智能手表节点包括:手表节点处理模块、手表节点无线收发模块及手表节点电源模块;所述定位与监测节点包括:定位与监测处理模块、定位与监测存储模块、定位与监测无线收发模块及定位与监测电源模块;所述风速传感器节点包括:风速节点处理模块、风速节点存储模块、风速监测传感模块、风速节点无线收发模块及风速节点电源模块;所述压力传感器节点包括:压力节点处理模块、压力节点存储模块、压力监测传感模块、压力节点无线收发模块及压力节点电源模块; 所述定位与监测节点固定设于矿山内,所述定位与监测存储模块内存储有与所述定位与监测节点安装位置一致的定位编码信息;通过所述定位与监测无线收发模块向其周围的所述智能手表节点发送其定位编码信息,智能手表节点以接收到的最强信号的定位编码信息来定位自身位置,并发送回复信号; 所述压力传感器节点设于施工区域支撑柱及各受力点上,所述压力节点存储模块内存储有与所述压力传感器节点安装位置一致的压力节点编码信息;通过所述压力节点无线收发模块将所述压力节点编码信息及压力信号传输至所述通信基站和其周围的智能手表节点,当压力超过安全阈值时,地面监控中心与井下矿工手上的智能手表节点均会及时自动报警,实现压力点压力监测及预警; 所述风速传感器节点固定设于矿山内,所述风速节点存储模块内存储有与所述风速传感器节点安装位置一致的风速节点编码信息;通过所述风速节点无线收发模块将所述风速节点编码信息及风速信号传输至所述通信基站和其周围的所述智能手表节点,当风速小于安全阈值时,地面监控中心与井下矿工手上的所述智能手表节点均会及时自动报警,实现风速点风速监测及预警; 所述智能手表节点由矿工佩戴,所述智能手表节点通过所述手表节点无线收发模块实时接收各个所述定位与监测节点、风速传感器节点和压力传感器节点发送的定位编码信息信号、压力节点编码信息及压力信号和风速节点编码信息及风速信号,通过所述手表节点处理模块处理得到当前位置信息、压力和风速信息,并根据无线传感模块网络路由算法经所述通信基站上传给所述综合处理服务器。
2.如权利要求1所述的一种无线井下矿工定位及施工区域环境安全智能监测系统,其特征在于,所述智能手表节点还包括:体温传感模块、心率传感模块以及设置在所述智能手表节点正面的环境温湿度传感模块、有毒有害气体检测模块、功放模块、显;^模块和声光报警模块;所述手表节点处理模块连接所述手表节点电源模块、手表节点无线收发模块、体温传感模块、心率传感模块、环境温湿度传感模块、有毒有害气体检测模块、功放模块、显示模块及声光报警模块;所述智能手表节点佩戴时接触人体一面设有所述体温传感模块及心率传感模块;所述智能手表节点能将矿工的位置信息、生命体征信息及其所在工作区域的环境安全参数信息实时上传。
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