CN107448235A - 一种基于精确定位的矿井安全管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于精确定位的矿井安全管理方法，包括如下步骤：（a）为井下人员配备可穿戴设备、定位装置及气体传感器；（b）获取并存储井下人员在非盲区和盲区的各种数据并发送至地面控制中心；（c）利用定位装置与井下基站通信来获取井下人员在非盲区内的位置信息；（d）地面控制中心将非盲区和盲区的数据与预存的井下地形信息建立关联，对井下人员的安全状况作出判断。该方法在盲区内依然可以对井下工作人员进行定位，并且基于定位形成了井下各种气体随地形分布的数据，同时能有效获取井下人员在各点的安全健康状态和运动状态，并由此形成了全面有效的安全管理方法。

Description

一种基于精确定位的矿井安全管理方法

技术领域

本发明涉及矿井安全技术领域，具体而言涉及一种基于对井下人员精确定位的矿井安全管理方法。

背景技术

目前，对于煤炭等矿产资源的开采，经常需要操作人员深入到地下矿井内进行工作。由于地下环境复杂恶劣，危害操作人员及矿井施工安全的因素众多，为了避免矿难事故的发生，需要对井下安全状况进行实时监测。

一般而言，在矿井下铺设有多条巷道，巷道上分散设置有基站，并在不同点位固定设置气体传感器，地面控制中心可以通过基站与井下人员进行通讯并对井下人员进行定位，还可以获取不同点位的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等气体浓度情况，根据这些数据，地面控制中心对井下人员的安全状况进行判断，并在发生险情时有效指挥井下人员采取相应措施。发明专利申请CN103390212A公开了一种煤矿安全管理系统及其管理方法，包括子系统接口模块、数据共享模块、联动预案库、联动预案图形化编制模块、联动预案调度执行模块、联动记录查询模块、环境信息采集模块等，使用该系统后，当矿井中单个系统出现故障或检测到异常情况时，可根据预先设定的联动预案，控制关联的子系统采取相应动作，以提高矿井中各子系统的综合性能，可更加高效地应对突发事件，提高煤矿安全生产效率。发明专利申请CN10535776A公开了一种用于矿井安全管理的多频段通信系统，包括语音通信子系统、图像传输子系 统、传感器子系统、漏泄系统前端机，三个子系统通过对应于各子系统的接口设备和接口软件将矿井中各个设备的数据转变为无线信号，其中无线信号经中继设备发送至三个子系统所共用的一条 传输漏泄电缆，并进一步通过传输漏泄电缆传送至设置于地面上的中心站，再经设置于中心站中的前端机进行处理以实现地面对矿井内情况的实时监控。

上述方法在实施中，都需要通过无线信号与基站相连通，并通过基站将信号发出，而井下地形环境复杂，无线信号很难做到全覆盖，因此会出现多处信号盲区，在盲区内井下人员携带的设备无法与基站相连，此时通信会出现中断。此外，气体传感器分散定点布置，无法获取未设置传感器地点气体信息，同样存在着气体监测盲区。通过无限增加基站和气体传感器的方式来消除这些盲区并不现实。由于无线信号盲区与气体监测盲区的存在，现有监测手段并不能对井下人员处于任何位置都能进行定位，也无法获取任何位置时的气体数据，也就无法基于任意位置和该位置的气体数据、井下人员的运动数据来掌握他们的安全健康状态和运动状态，这就使井下人员所处的安全隐患大大增加。目前这一问题一直没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于精确定位的矿井安全管理方法，该方法在盲区内依然可以对井下工作人员进行定位，并且基于定位形成了井下各种气体随地形分布的数据，同时能有效获取井下人员在各点的安全健康状态和运动状态，并由此形成了全面有效的安全管理方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于精确定位的矿井安全管理方法，包括如下步骤：

（a）为井下人员配备可穿戴设备、定位装置及气体传感器，可穿戴设备、定位装置及气体传感器均能在非盲区与井下基站进行通信；

（b）通过可穿戴设备获取并存储井下人员在非盲区和盲区的生理数据和运动数据，通过气体传感器获取并存储非盲区和盲区的气体信息，然后在非盲区通过井下基站将所述非盲区和盲区的生理数据、运动数据以及气体信息发送至地面控制中心；

（c）利用定位装置与井下基站通信来获取井下人员在非盲区内的位置信息，并通过井下基站将位置信息发送至地面控制中心；

（d）地面控制中心通过井下人员在非盲区和盲区的运动数据并结合非盲区的位置信息估算井下人员在盲区的位置信息，然后将井下人员在非盲区和盲区的位置信息、气体信息、生理数据以及运动数据与预存的井下地形信息建立关联，地面控制中心人员根据所述关联对井下人员的安全健康状况、运动规范状况以及气体安全状况作出判断，然后采取相应安全管理措施。

优选的,在步骤（a）中，还为井下人员配备移动视频、拍照和摄像系统，并在非盲区通过井下基站将非盲区和盲区的视频、拍照和摄像数据发送至地面控制中心，在步骤（d）中地面控制中心人员结合所述视频、拍照和摄像数据对井下人员的安全健康状况、运动规范状况以及气体安全状况作出判断。

进一步的,在步骤（a）中，还为井下人员配备防毒面罩、氧气救助系统以及语言对话装置，在步骤（d）中地面控制中心人员采取相应安全管理措施时，通过语音对话装置指挥井下人员避免进入危险区域、矫正不规范行为或利用防毒面罩和氧气救助系统逃避危险。

上述步骤（a）中，还为井下人员配备防噪音耳机。

所述定位装置为RF射频卡，RF射频卡与井下基站之间通过超宽带技术实现精准定位。

所述可穿戴设备为内置六轴组合传感器的智能鞋、智能手环和智能脚环，所述六轴组合传感器包括三轴加速器和三轴陀螺仪的。

在所述步骤（d）中，地面控制中心通过井下人员在非盲区和盲区的运动数据并结合非盲区的位置信息，利用人工神经网络系统进行深度学习的算法来估算井下人员在盲区内的精准位置。

本发明的优点在于，将可穿戴设备与气体传感器与井下人员绑定在一起，随井下人员的运动而不断获取人体和环境气体的连续状态信息，在非盲区时实现边采集边上传信息，同时实现即时定位，这样地面控制中心即能根据各个位置坐标与该位置的气体信息、井下人员的安全健康和运动状态建立对应关系，并由此形成瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等气体相对于地形分布的条带，对井下人员的所处环境状况进行有效掌控。在盲区时，虽然不能进行通信，但是仍然可以继续采集存储上述信息，待到非盲区时再进行上传，由此得出上述气体在盲区内的分布，地面控制中心根据已经获取的井下人员的运动习性，可以模拟估算井下人员在盲区内所处的位置，并可以估算何时应该走出盲区，如果井下人员没有按时走出盲区，则控制中心进行报警。针对瓦斯、一氧化碳浓度上升的地带，尤其位于盲区内的地带，地面控制中心可以及时提醒井下人员慎重进入，或者提前做好必要的防护措施。针对视频拍摄到出水、塌陷等情况，也可也与盲区内的位置坐标建立关联，从而准确定位进行抢修，或者提醒井下人员进行躲避。通过本方法，避免了以往对盲区内的情况一无所知和无法及时反应的被动局面，而是在井下沿地形位置建立一张气体、出水、塌陷等环境的动态数据网，这种数据网同样覆盖信号盲区，由此增强了对盲区内发生事故的预测能力、处理能力，从而最终有效提升了矿井管理的安全系数。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明：

为一百名井下工作人员配备手环、脚环和内置六轴组合传感器的智能鞋，随身携带RF射频卡、气体传感器、移动视频、拍照和摄像系统，防毒面罩、氧气救助系统和语音对话装置，LED头灯。

下井后，手环采集矿工的心跳、血压、体温等生理信息，脚环采集步幅、步数等信息，智能鞋采集行走、站立状态等信息，上述设备在非盲区与基站通信并将上述信息发送给地面控制中心，RF射频卡在非盲区与基站通信通信对矿工进行定位，气体传感器采集行走过程中各处的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等气体的浓度，并通过基站上传。

上述工作人员在井下沿巷道路线行走，地面控制中心不断将获取的行走速度、行走时间与行走距离进行估算，并在预存的地形信息上进行标注，同时利用定位获取的位置信息不断对估算数据进行验证，然后利用验证结果对估算算法进行不断修正。这种验证首先发生在非盲区内，因为非盲区内可以实时定位，有利于对估算数据及时修正。也可也发生在盲区内，在盲区内验证主要根据进入盲区的时间推算走出盲区的时间，并根据行进速度标出在盲区内的估算位置，然后将盲区内采集的心跳、血压、体温等生理信息、脚环采集步幅、步数等信息和环境中瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等气体的浓度与位置建立关联，形成上述信息随地形位置发布的数据网。这张数据网当然也包括非盲区内的情况。还可以再加上视频信息沿地形分布的信息，得到不同位置的地形地貌数据。

当发现盲区内某处瓦斯、一氧化碳等浓度超高，立即通过语音对话系统通知即将进入盲区的矿工做好防护准备，并高度关注矿工走出盲区的时间，如果在估算时间内发觉有个别矿工没有走出盲区，即可启动报警系统，派人进行搜救。或者发觉某处出现塌陷、出水等情况，即刻进行抢修，并通知矿工不要进入该区域。

当发现某些工作人员的实际运动状态或位置与应该的运动状态或位置不符时，通过语音系统联系该工作人员，使其矫正和规范行为。如每位工作人员都有自己的作业区域，不能随意超出该区域，也不能违反规定乘坐传送带，罐笼不能超员等。这样通过本方法可以有效对工作人员进行监督和管理，使他们遵守井下工作规范，可以有效降低因违反操作规章而导致事故发生的概率。

为了更好的估算矿工的位置信息，可以采用人工神经网络的深度学习算法，通过获取的矿工的运动习性和身体状态，对其未来运动状况和身体状态进行更好的推测。

本方法很好克服了以往对盲区内的情况一无所知、束手无策的被动局面，根据非盲区的运动、生理状态和盲区内采集的运动、生理及气体、环境系统形成数据网，并对矿工各种状态做出预测，发现问题及时报警，极大提高了矿井管理的安全系数。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于包括如下步骤：

（a）为井下人员配备可穿戴设备、定位装置及气体传感器，可穿戴设备、定位装置及气体传感器均能在非盲区与井下基站进行通信；

（b）通过可穿戴设备获取并存储井下人员在非盲区和盲区的生理数据和运动数据，通过气体传感器获取并存储非盲区和盲区的气体信息，然后在非盲区通过井下基站将所述非盲区和盲区的生理数据、运动数据以及气体信息发送至地面控制中心；

（c）利用定位装置与井下基站通信来获取井下人员在非盲区内的位置信息，并通过井下基站将位置信息发送至地面控制中心；

（d）地面控制中心通过井下人员在非盲区和盲区的运动数据并结合非盲区的位置信息估算井下人员在盲区的位置信息，然后将井下人员在非盲区和盲区的位置信息、气体信息、生理数据以及运动数据与预存的井下地形信息建立关联，地面控制中心人员根据所述关联对井下人员的安全健康状况、运动规范状况以及气体安全状况作出判断，然后采取相应安全管理措施。

2.根据权利要求1所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于,在步骤（a）中，还为井下人员配备移动视频、拍照和摄像系统，并在非盲区通过井下基站将非盲区和盲区的视频、拍照和摄像数据发送至地面控制中心，在步骤（d）中地面控制中心人员结合所述视频、拍照和摄像数据对井下人员的安全健康状况、运动规范状况以及气体安全状况作出判断。

3.根据权利要求1或2所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于,在步骤（a）中，还为井下人员配备防毒面罩、氧气救助系统以及语言对话装置，在步骤（d）中地面控制中心人员采取相应安全管理措施时，通过语音对话装置指挥井下人员避免进入危险区域、矫正不规范行为或利用防毒面罩和氧气救助系统逃避危险。

4.根据权利要求3所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于,在步骤（a）中，还为井下人员配备防噪音耳机。

5.根据权利要求1所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于,所述定位装置为RF射频卡，RF射频卡与井下基站之间通过超宽带技术实现精准定位。

6.根据权利要求1所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于，所述可穿戴设备为内置六轴组合传感器的智能鞋、智能手环和智能脚环，所述六轴组合传感器包括三轴加速器和三轴陀螺仪。

7.根据权利要求1所述的基于精确定位的矿井安全管理方法，其特征在于，在所述步骤（d）中，地面控制中心通过井下人员在非盲区和盲区的运动数据并结合非盲区的位置信息，利用人工神经网络系统进行深度学习的算法来估算井下人员在盲区内的精准位置。