CN107701234A - 一种智能矿井监管系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能矿井监管系统，包括智能监管设备和云服务平台；所述智能监管设备包括传感器模块、身份认证模块、定位模块、处理器模块、NB‑IoT通讯模块以及电源模块；所述定位模块、身份认证模块、传感器模块以及处理器模块均与NB‑IoT通讯模块连接；所述电源模块均与其他各个模块连接，并为其他各个模块供电；所述智能监管设备通过所述NB‑IoT通讯模块与所述云服务平台通讯连接。本发明通过采用了新一代的通信技术NB‑IoT通讯技术，实现了对井下人员的实时定位，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。同时在出现异常情况下也可迅速定位，快速救援。
Description
技术领域
本发明涉及矿井监管领域，具体涉及一种智能矿井监管系统。
技术背景
现有技术中的煤矿监管系统里大多都有人员管理系统，但是这些管理系统基本都只是单纯的考勤系统，类似于普通的企业管理系统。这些管理系统通常无法对井下员工进行跟踪监测和精确定位，即无法清楚掌握员工及设备在矿井下的精确位置及活动轨迹，一旦发生灾害事故，将无法快速准确地联系到井下员工，不利于灾害事故发生时的应急救援。
目前已经存在的矿井人员管理系统有矿井人员管理系统KJ168，通过在井下的巷道安装识别监测点，并监测经过巷道的识别监测点的井下人员身上所佩戴的识别卡，从而获知此人通过的路段、时间等信息，并传输至后台进行分析处理与监控。该系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、系统设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，井下人员可以利用随身携带的识别卡向地面人员呼救，救援人员也可根据矿井人员管理系统KJ168所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。
但是该系统也存在一定的缺陷，只有当井下人员走过巷道的识别监测点的时候，后台服务器才可获知该人员的信息，并进行分析得知该人员的动态情况。而在两个识别监测点之间，对于井下人员的监管就会比较无力，而且如果发生井下人员发生意外情况，无法及时获知。同时存在成本高，能耗大，无法实时的缺陷。
发明内容
发明目的：本发明根据上述不足，提出了一种智能矿井监管系统，通过NB-IoT通讯技术实时获知井下人员的位置信息，并集成了体征检测，实时获取井下人员身体状况，从而可以在发送意外情况的时候，以最快速度实施救援。
技术方案：
一种智能矿井监管系统，包括智能监管设备和云服务平台；所述智能监管设备包括传感器模块、身份认证模块、定位模块、处理器模块、NB-IoT通讯模块以及电源模块；所述定位模块、身份认证模块、传感器模块以及处理器模块均与NB-IoT通讯模块连接；所述电源模块均与其他各个模块连接，并为其他各个模块供电；在所述矿井井下间隔设置若干直放站，所述智能监管设备通过所述NB-IoT通讯模块与所述云服务平台通讯连接；所述NB-IoT通讯模块采用NB-IoT通讯及直放站实现运营商基站与云服务平台之间的数据传输；
所述身份认证模块内预设有该设备使用者信息；在井下人员佩戴的时候，输入个人信息进行认证；所述定位模块通过与在矿井中每隔一定距离安装的蓝牙定位装置实现井下全范围全覆盖的定位服务，并将定位信息通过NB-IoT通讯模块实时发送至云服务平台；
所述传感器模块包括体征检测模块以及陀螺仪；所述体征检测模块用于检测井下人员的体征信息；所述陀螺仪用于监测井下人员的姿态，并每隔一段时间将具体姿态发送至所述处理器模块；
所述处理器模块将所述传感器模块采集的信息进行处理并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；
所述云服务平台：
接收所述身份认证模块的身份认证信息确定井下人员的身份，并将具体的身份认证信息存储在数据库中；
接收所述定位模块的信息并保存，实时对井下人员进行定位，并且获知井下人员的活动轨迹，分析井下人员的工作状态；
接收所述体征检测模块测得的体征信息，生成健康数据并保存，如发现异常则报警，并通知监管人员，同时发送报警信息至报警模块进行预警；
接收所述陀螺仪测得的姿态信息，并与定位信息结合起来进行姿态及滞留分析。
所述智能监管设备还包括报警模块和瓦斯监测模块；所述瓦斯监测模块通过井下人员的移动性，可以实现对矿井各个位置的瓦斯监测，并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；同时所述处理器模块将所述瓦斯信息与其内置的瓦斯阈值对比，在超出阈值时，触发所述报警模块报警，提醒井下人员撤离现场；同时，所述云服务平台接收所述瓦斯监测模块测得的瓦斯信息，并与其数据库中存储的瓦斯阈值对比，当超出阈值时，进行报警，并立即通过NB-IoT通讯模块向各井下人员的智能监管设备发送报警信息，提醒井下人员撤离；
所述报警模块在井下人员遇到紧急情况时，所述报警模块向云服务平台报警。
所述设备使用者信息包括姓名、年龄以及性别。
所述体征信息包括体温、血压、血氧以及心率信息。
所述直放站的设置间隔根据矿井深度以及井下巷道长度确定。
所述陀螺仪每隔5分钟将具体姿态通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台。
所述智能监管设备为安全帽，所述各个模块安装于安全帽内侧上方位置。
有益效果：本发明通过采用了新一代的通信技术NB-IoT通讯技术，实现了对井下人员的实时定位，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。同时在出现异常情况下也可迅速定位，快速救援。本发明具备超低功耗、海量连接、覆盖率高和超低成本的优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明进行详细说明：
图1为本发明的结构示意图。如图1所示，本发明的智能矿井监管系统包括智能监管设备和云服务平台。所述智能监管设备包括传感器模块、身份认证模块、定位模块、处理器模块、报警模块、NB-IoT通讯模块以及电源模块；所述定位模块、身份认证模块、传感器模块、处理器模块以及报警模块均与NB-IoT通讯模块连接。所述电源模块均与其他各个模块连接，并为其他各个模块供电。本发明的智能监管设备通过NB-IoT通讯模块与云服务平台通讯连接；NB-IoT通讯模块采用NB-IoT通讯实现运营商基站与云服务平台之间的数据传输。NB-IoT通讯技术基于公用网络基础，无需再另外构建网络通信设备，成本低廉，同时具备高数据聚集和低功耗特性，传输采用180kHzUE上下行射频带宽；下行与LTE相同，子载波间隔15K；上行采用SC-FDMA及single-tone和multi-tone两种配置。本发明采用NB-IoT通讯传输的数据均为小数据，传输更加可靠，功耗低。
由于井下有线通信的线路环境条件恶劣、维护困难；无线通信则因自由空间小，电波受岩石和煤层的吸收和反射，衰减很快，传输距离短。因此，本发明在井下间隔设置若干直放站，具体设置间隔根据矿井深度以及井下巷道长度确定。
所述身份认证模块内预设有该设备使用者信息，包括姓名、年龄以及性别；在井下人员佩戴的时候，输入个人信息进行认证；所述定位模块使用蓝牙低功耗技术进行定位，在矿井中每隔一定距离安装蓝牙定位装置，实现井下全范围全覆盖的定位服务，所述定位模块通过蓝牙定位实时将定位信息通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；蓝牙低功耗技术(BLE)室内定位技术在多个设备的拓扑结构下根据三角定位原理，通过信号强度值(RSSI)映射出来的距离完成对位置坐标的测定。
所述传感器模块包括体征检测模块、陀螺仪以及瓦斯监测模块；所述体征检测模块用于检测井下人员的体征信息；所述体征信息包括体温、血压以及心率等健康信息。所述陀螺仪用于监测井下人员的姿态，并每隔一段时间将具体姿态发送至所述处理器模块；具体间隔时间为5分钟。所述处理器模块将所述传感器模块采集的信息进行处理并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；云服务平台依据接收到的姿态信息及定位模块的定位信息对井下进行姿态及滞留分析；姿态及滞留分析可实时分析出井下是否长时间滞留在某个位置，是否有跌倒事件的发生等，也可以判断该井下人员是否偷懒等；当该类事件发生时，云服务平台报警，并将井下人员的信息及所在位置发送并通知监管人员，以提供及时的救助或者相应的警告。所述瓦斯监测模块通过井下人员的移动性，可以实现对矿井各个位置的瓦斯监测，并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；同时所述处理器模块将所述瓦斯信息与其内置的瓦斯阈值对比，在超出阈值时，触发所述报警模块报警，从而提醒井下人员尽快撤离现场。
所述报警模块用于紧急求助和报警；当井下人员遇到紧急情况时，通过所述报警模块向云服务平台报警，云服务平台平台及相关监管人员立即可得到相关信息(该井下人员信息，位置信息等)，以便立即采取相应措施。
鉴于井下作业环境恶劣，设计成手环或者胸卡容易丢失，同时由于作业情况下，井下人员出汗严重，会影响手环或者胸卡工作。因此本发明的智能监管设备设计为安全帽，各个模块安装于安全帽内侧上方位置。
本发明的云服务平台接收各智能监管设备的信息，并存储在数据库中。并可针对具体单个或者多个井下人员进行分析处理，也可以进行大数据分析，以不断优化设备功能和服务。
所述云服务平台接收所述身份认证模块的身份认证信息确定井下人员的身份，并将具体的身份认证信息存储在数据库中；接收所述定位模块的信息并保存，从而可以实时对井下人员进行定位，并且获知井下人员的活动轨迹，分析井下人员的工作状态；接收所述体征检测模块测得的体征信息，生成健康数据并保存，如发现异常则报警，通知监管人员，同时发送报警信息至处理器模块进行报警，以便尽快实施救援；接收所述陀螺仪测得的姿态信息，并与定位信息结合起来进行姿态及滞留分析；接收所述瓦斯监测模块测得的瓦斯信息，并与其数据库中存储的瓦斯阈值对比，当超出阈值时，进行报警，并立即通过NB-IoT通讯模块向各井下人员的智能监管设备发送报警信息，提醒井下人员撤离。同时，通知监管人员实施相应措施。
本发明的智能矿井监管系统只需架构云服务平台，通过NB-IoT通讯模块与智能监管设备连接，并接收数据，在云服务平台上进行分析处理。架构简单，维护便捷，运营费用少。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神下，可根据不同的实际需要做出各种具体的变化，但是仍属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种智能矿井监管系统，其特征在于：包括智能监管设备和云服务平台；所述智能监管设备包括传感器模块、身份认证模块、定位模块、处理器模块、NB-IoT通讯模块以及电源模块；所述定位模块、身份认证模块、传感器模块以及处理器模块均与NB-IoT通讯模块连接；所述电源模块均与其他各个模块连接，并为其他各个模块供电；在所述矿井井下间隔设置若干直放站，所述智能监管设备通过所述NB-IoT通讯模块与所述云服务平台通讯连接；所述NB-IoT通讯模块采用NB-IoT通讯及直放站实现运营商基站与云服务平台之间的数据传输；
所述身份认证模块内预设有该设备使用者信息；在井下人员佩戴的时候，输入个人信息进行认证；所述定位模块通过与在矿井中每隔一定距离安装的蓝牙定位装置实现井下全范围全覆盖的定位服务，并将定位信息通过NB-IoT通讯模块实时发送至云服务平台；
所述传感器模块包括体征检测模块以及陀螺仪；所述体征检测模块用于检测井下人员的体征信息；所述陀螺仪用于监测井下人员的姿态，并每隔一段时间将具体姿态发送至所述处理器模块；
所述处理器模块将所述传感器模块采集的信息进行处理并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；
所述云服务平台：
接收所述身份认证模块的身份认证信息确定井下人员的身份，并将具体的身份认证信息存储在数据库中；
接收所述定位模块的信息并保存，实时对井下人员进行定位，并且获知井下人员的活动轨迹，分析井下人员的工作状态；
接收所述体征检测模块测得的体征信息，生成健康数据并保存，如发现异常则报警，并通知监管人员，同时发送报警信息至报警模块进行预警；
接收所述陀螺仪测得的姿态信息，并与定位信息结合起来进行姿态及滞留分析。
2.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述智能监管设备还包括报警模块和瓦斯监测模块；所述瓦斯监测模块通过井下人员的移动性，可以实现对矿井各个位置的瓦斯监测，并通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台；同时所述处理器模块将所述瓦斯信息与其内置的瓦斯阈值对比，在超出阈值时，触发所述报警模块报警，提醒井下人员撤离现场；同时，所述云服务平台接收所述瓦斯监测模块测得的瓦斯信息，并与其数据库中存储的瓦斯阈值对比，当超出阈值时，进行报警，并立即通过NB-IoT通讯模块向各井下人员的智能监管设备发送报警信息，提醒井下人员撤离；
所述报警模块在井下人员遇到紧急情况时，所述报警模块向云服务平台报警。
3.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述设备使用者信息包括姓名、年龄以及性别。
4.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述体征信息包括体温、血压、血氧以及心率信息。
5.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述直放站的设置间隔根据矿井深度以及井下巷道长度确定。
6.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述陀螺仪每隔5分钟将具体姿态通过NB-IoT通讯模块发送至云服务平台。
7.根据权利要求1所述的智能矿井监管系统，其特征在于：所述智能监管设备为安全帽，所述各个模块安装于安全帽内侧上方位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180216 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |