CN107835493B - 一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法 - Google Patents

一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法 Download PDF

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Abstract

一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，属于矿井人员应急撤离方法。在井下工作的矿工或其他人员均携带具有环境感知功能的综合通信终端，或者同时携带环境感知传感器和通信终端；在发生应急事件时，最先感知到事件的人员立即向其通信范围内广播一条告警消息，将事件告知给覆盖区域的其他人员；收到该事件的人员，一方面根据所携带的通信终端所指示的逃生路线迅速撤离，另一方面在撤离过程中不断向通信范围重复广播所收到的告警消息；在向矿井井口应急撤离的人员之间彼此构成认知机会通信网络，完成应急撤离任务。本发明能够有效解决在发生矿井灾难时，及时通知井下人员撤离、及选择最佳逃生路径，降低了矿井灾变情况下的人员伤亡。

Description

一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法
技术领域
本发明涉及一种矿井人员应急撤离方法，特别是一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法。
背景技术
煤矿生产一直受到煤与瓦斯突出、突水、矿井火灾等灾害事故的威胁，因此多数矿山企业均制定有较为完善的应急救援方案，并构建了信息化保障系统。部分矿业集团在其信息化规划中，明确要求在灾难发生时，能够第一时间发出调度指挥指令，通知身处矿井不同区域的人员迅速脱离灾难现场。
应急通信系统是实现这种应急调度和紧急撤人的前提条件，通过应急通信系统，方能与人员定位系统互联，通过人员定位卡上的紧急按钮实现紧急呼叫，并触发人员定位卡上的物理报警装置。此外，保证灾难区域的矿工与救援人员之间的通信畅通，是实现及时救援的重要保障，因此即使在调度系统发生灾变时，也应尽力保持通信的畅通。
然而，当前绝大多数矿井只有工业以太网络，它一般部署在主要巷道和生产场所，许多地方由于诸多因素的限制而无法部署有线网络，特别是流动性较强的地方（比如采煤工作面、掘进工作面等）。为此，可以通过在井下构建区域性的无线网络，它的汇聚节点（sink）能够与主干交换机（或分支交换机）直接相连。但是，很多时候部署这种无线网络也是不可能的，，因为采煤机、液压支架、转载机等设备和人员的地理位置和相互关系一直处于时变过程中，从而使得工作面的场景处于时刻变化状态，为了适应这种场景的动态变化而经常部署新的接入点（AP）显然既费时费力又代价高昂。此外，这种时变的特点使得构建的无线网络的信道质量也处于高度时变状态，极有可能导致通信过程时断时续，为实施应急救援带来了极大的困难。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，解决没有网络覆盖或者网络覆盖不佳矿井区域在应急情况下的人员撤离的问题。
本发明的目的是这样实现的，矿井人员应急撤离方法：
在井下工作的矿工或其他人员均携带具有环境感知功能的综合通信终端，或者同时携带环境感知传感器和通信终端；
每个撤离人员携带的通信终端均设置两个计数器Counter1和Counter2，Counter1记录该人员与任意其他人员的相遇次数，Counter2则记录其通信范围的人员的数量，所述的人员称为邻居；
在发生应急事件时，最先感知到事件的人员立即向其通信范围内广播一条告警消息，将事件的发生时间、发生地点、事件类型、危险程度告知给覆盖区域的其他人员；
收到该事件的人员，一方面根据所携带的通信终端所指示的逃生路线迅速撤离，另一方面在撤离过程中不断向通信范围重复广播所收到的告警消息；
若在矿井巷道内有移动车辆，由于车辆按照既定路径、既定速率在巷道内周期性移动，当它与某个人员相遇的时候，可以作为一个普通移动节点参与到事件扩散中。
具体步骤如下，
步骤1：某个在矿井工作的人员侦测到发生了灾害事件，他一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离；告警消息的内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度；
步骤2：其他人员在收到灾害告警消息之后，一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离，此外还需更新邻居数量Counter2；
所述的更新邻居数量Counter2方法如下：统计某一个时间段内所收到的来自不同终端ID的告警消息数量，将该数量设置为Counter2的值；显然，Counter2会随着节点的相遇和离去增大或减小；Counter2越大，说明在某一时刻能够同时收到告警消息的人数越多，紧急事件更有可能被快速扩散；但是人数太多，则容易导致巷道拥塞，反倒不利于人员撤离；
步骤3：井下人员在撤离过程中与其他人员相遇的时候，需要判断相遇位置是否发生在巷道交叉之处，若不是发生在巷道交叉之处，则需要更新Counter1，并在相遇节点之间交换消息；若是发生在巷道交叉之处，除了更新Counter1并在相遇节点之间交换消息之外，还需要选择最优路径；
（1）所述的更新Counter1方法如下：
与一个其他人员相遇时，自增1，因此Counter1是单调递增的，而Counter1越大，表示撤离途中遇到的人数越多，说明告警消息被告知了更多的人；
（2）所述的相遇节点之间交换消息方法如下：
相遇时，节点广播一条事件交换消息，所交换的消息内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度，Counter1，Counter2；
（3）所述的选择最优路径方法如下：
对于矿井中发生的紧急事件，很多时候影响的不是巷道的某个点，而是一段巷道，甚至是多段巷道，比如透水、瓦斯超限；人员在逃生撤离的时候，不能盲目无序的见路就跑，而是向着安全区域移动；
当人员在巷道交叉之处相遇时，需确定最优路径；一个节点通过将自己的Counter1和Counter2与相遇的其他节点的Counter1和Counter2比较，确定自己撤离的路径；确定路径按照以下3个原则：（1）离矿井井口越来越近；（2）Counter1较小；（3）Counter2较小；若无法同时满足，则按照上述3个原则确定的先后优先级进行确定；
步骤4：当井下受灾害事件影响的人员成功升井后，则说明已经实现了安全撤离，整个过程结束；
步骤5：特殊情况的处理；按照上述方法步骤，人员总是朝着能够通往井口的巷道方向撤离，因此从事件发生点到井口的可行逃生路线中的人员均有可能收到事件消息，但是处于逃生路径相反方向的巷道中的人员，却由于没有移动节点前往而收不到事件消息；在这种情况下，采用如下手段予以解决：
（1）若主要巷道布设有线工业网络，或者虽然没有有线网络，但是具有矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络传统无线网络覆盖，而在机掘进工作面、采煤工作面等“矿井末梢”处采用认知机会通信方式；如果事件正好发生在矿井末梢，由于面积不太大，其他人员通过视觉信号或声音信号感知灾害消息，由最先感知到事件的人员呼喊示警，该区域内的所有人员便可快速撤离；
（2）如果事件发生在传统无线网络覆盖区域，所述的传统无线网络为矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络，此时传统无线网络的部分设施被毁坏，井下人员在逃生过程中形成认知机会网络和传统无线网络共存的局面，处于事件发生点之后的人员通过这种混合网络接收到事件消息；
（3）若已有人员撤离到网络覆盖比较良好的区域，则可通过骨干网络将事件消息传递到地面控制中心，由控制中心通过遍布井下的网络将事件通知到所有井下人员，通知的方式可以采用语音广播或/和直接将消息传递到个人终端的方式；
（4）若某段巷道发生坍塌，处于该段巷道之后的矿工无论是否能够感知到事件，均无法撤离。
有益效果及优点，由于采用了上述方案，本发明通过在逃生人员之间彼此交换消息形成认知机会通信网络，能够有效解决在发生矿井灾难时，由于没有网络覆盖或者网络覆盖不佳而无法及时通知井下人员撤离、在撤离过程中由于逃生路径选择不当的问题，从而降低了矿井灾变情况下的人员伤亡。
认知通信技术和机会通信技术为矿井应急场景下的人员撤离带来了新的机遇。将认知通信技术和机会通信技术结合，实现基于认知机会通信的人员撤离，对于提高矿井的安全生产能力和应急反应能力具有重要意义。
解决了没有网络覆盖或者网络覆盖不佳矿井区域在应急情况下的人员撤离的问题，达到了本发明的目的。
附图说明
图1是本发明的基于认知机会通信的矿井人员撤离流程图。
图2是本发明的人员相遇时的消息交换图。
图3是本发明的应急情况下的不同人员撤离路线图。
具体实施方式
本发明所陈述的应急事件，泛指一切可能发生的矿井灾害。本发明所陈述的灾变，泛指由灾害导致的矿井环境变化。采用本发明的矿井人员应急撤离方法，以降低矿井灾变情况下的人员伤亡。
实施例1：矿井人员应急撤离方法：
在井下工作的矿工或其他人员均携带具有环境感知功能的综合通信终端，或者同时携带环境感知传感器和通信终端；
每个撤离人员携带的通信终端均设置两个计数器Counter1和Counter2，Counter1记录该人员与任意其他人员的相遇次数，Counter2则记录其通信范围的人员的数量，所述的人员称为邻居；
在发生应急事件时，最先感知到事件的人员立即向其通信范围内广播一条告警消息，将事件的发生时间、发生地点、事件类型、危险程度告知给覆盖区域的其他人员；
收到该事件的人员，一方面根据所携带的通信终端所指示的逃生路线迅速撤离，另一方面在撤离过程中不断向通信范围重复广播所收到的告警消息；
若在矿井巷道内有移动车辆，由于车辆按照既定路径、既定速率在巷道内周期性移动，当它与某个人员相遇的时候，可以作为一个普通移动节点参与到事件扩散中。
具体步骤如下，如图1所示；
步骤1：某个在矿井工作的人员侦测到发生了灾害事件，他一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离；告警消息的内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度；
步骤2：其他人员在收到灾害告警消息之后，一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离，此外还需更新邻居数量Counter2；
所述的更新邻居数量Counter2方法如下：统计某一个时间段内所收到的来自不同终端ID的告警消息数量，将该数量设置为Counter2的值；显然，Counter2会随着节点的相遇和离去增大或减小；Counter2越大，说明在某一时刻能够同时收到告警消息的人数越多，紧急事件更有可能被快速扩散；但是人数太多，则容易导致巷道拥塞，反倒不利于人员撤离。
步骤3：井下人员在撤离过程中与其他人员相遇的时候，需要判断相遇位置是否发生在巷道交叉之处，若不是发生在巷道交叉之处，则需要更新Counter1，并在相遇节点之间交换消息；若是发生在巷道交叉之处，除了更新Counter1并在相遇节点之间交换消息之外，还需要选择最优路径。
（1）所述的更新Counter1方法如下：
与一个其他人员相遇时，自增1，因此Counter1是单调递增的，而Counter1越大，表示撤离途中遇到的人数越多，说明告警消息被告知了更多的人；
（2）所述的相遇节点之间交换消息方法如下：
相遇时，节点广播一条事件交换消息，所交换的消息内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度，Counter1，Counter2。见图2，图中将巷道内的所有参与撤离的人员简化成了一个节点，即图中的黑色小圆。
（3）所述的选择最优路径方法如下：
对于矿井中发生的紧急事件，很多时候影响的不是巷道的某个点，而是一段巷道，甚至是多段巷道，比如透水、瓦斯超限；人员在逃生撤离的时候，不能盲目无序的见路就跑，而是向着安全区域移动；以图3为例，该图中有4条撤离路线：第1条沿着上方的斜直巷道直接撤离；第2条沿着下方的长直巷道直接撤离；第3条是从上方的巷道经中间的联络巷道，从下方的巷道撤离；第4条路径从下方的巷道经中间的联络巷道，从上方的斜直巷道撤离；实际矿井巷道中，不同的巷道组合所生成的逃生路径可能更多，在众多可选路径中选择最优路径才能快速安全撤离。
为此，当人员在巷道交叉之处相遇时，需确定最优路径；见图2，节点1通过将自己的Counter1和Counter2与节点2、节点3的Counter1和Counter2比较，确定自己撤离的路径；确定路径按照以下3个原则：（1）离矿井井口越来越近；（2）Counter1较小；（3）Counter2较小；若无法同时满足，则按照上述3个原则确定的先后优先级进行确定。
步骤4：当井下受灾害事件影响的人员成功升井后，则说明已经实现了安全撤离，整个过程结束；
步骤5：特殊情况的处理。
按照上述方法步骤，人员总是朝着能够通往井口的巷道方向撤离，因此从事件发生点到井口的可行逃生路线中的人员均有可能收到事件消息，但是处于逃生路径相反方向的巷道中的人员，却由于没有移动节点前往而收不到事件消息；在这种情况下，采用如下手段予以解决：
（1）若主要巷道布设有线工业网络，或者虽然没有有线网络，但是具有矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络传统无线网络覆盖，而机掘进工作面、采煤工作面等“矿井末梢”处采用认知机会通信方式；如果事件正好发生在矿井末梢，由于面积不太大，其他人员通过视觉信号或声音信号感知灾害消息，由最先感知到事件的人员呼喊示警，该区域内的所有人员便可快速撤离。
（2）如果事件发生在传统无线网络覆盖区域，所述的传统无线网络为矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络，此时传统无线网络的部分设施被毁坏，井下人员在逃生过程中形成认知机会网络和传统无线网络共存的局面，处于事件发生点之后的人员通过这种混合网络接收到事件消息。
（3）若已有人员撤离到网络覆盖比较良好的区域，则可通过骨干网络将事件消息传递到地面控制中心，由控制中心通过遍布井下的网络将事件通知到所有井下人员，通知的方式可以采用语音广播或/和直接将消息传递到个人终端的方式。
（4）若某段巷道发生坍塌，处于该段巷道之后的矿工无论是否能够感知到事件，均无法撤离。

Claims (4)

1.一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，其特征是：矿井人员应急撤离方法：
在井下工作的矿工或其他人员均携带具有环境感知功能的综合通信终端，或者同时携带环境感知传感器和通信终端；
每个撤离人员携带的通信终端均设置两个计数器Counter1和Counter2，Counter1记录该人员与任意其他人员的相遇次数，Counter2则记录其通信范围的人员的数量，所述的人员称为邻居；
在发生应急事件时，最先感知到事件的人员立即向其通信范围内广播一条告警消息，将事件的发生时间、发生地点、事件类型、危险程度告知给覆盖区域的其他人员；
收到该事件的人员，一方面根据所携带的通信终端所指示的逃生路线迅速撤离，另一方面在撤离过程中不断向通信范围重复广播所收到的告警消息；
若在矿井巷道内有移动车辆，由于车辆按照既定路径、既定速率在巷道内周期性移动，当它与某个人员相遇的时候，作为一个普通移动节点参与到事件扩散中；
具体步骤如下：
步骤1：某个在矿井工作的人员侦测到发生了灾害事件，他一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离；告警消息的内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度；
步骤2：其他人员在收到灾害告警消息之后，一方面向自己的覆盖区域广播告警消息，另一方面迅速向井口方向撤离，此外还需更新邻居数量Counter2；
步骤3：井下人员在撤离过程中与其他人员相遇的时候，需要判断相遇位置是否发生在巷道交叉之处，若不是发生在巷道交叉之处，则需要更新Counter1，并在相遇节点之间交换消息；若是发生在巷道交叉之处，除了更新Counter1并在相遇节点之间交换消息之外，还需要选择最优路径；
步骤4：当井下受灾害事件影响的人员成功升井后，则说明已经实现了安全撤离，整个过程结束；
步骤5：特殊情况的处理：按照上述方法步骤，人员总是朝着能够通往井口的巷道方向撤离，因此从事件发生点到井口的可行逃生路线中的人员均有可能收到事件消息，但是处于逃生路径相反方向的巷道中的人员，却由于没有移动节点前往而收不到事件消息；在这种情况下，采用如下手段予以解决：
（1）主要巷道布设有线工业网络，或者虽然没有有线网络，但是具有矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络传统无线网络覆盖，而在掘进工作面、采煤工作面“矿井末梢”处采用认知机会通信方式；如果事件正好发生在矿井末梢，由于面积不太大，其他人员通过视觉信号或声音信号感知灾害消息，由最先感知到事件的人员呼喊示警，该区域内的所有人员便可快速撤离；
（2）如果事件发生在传统无线网络覆盖区域，所述的传统无线网络为矿用WiFi网络、矿用3G或4G网络，此时传统无线网络的部分设施被毁坏，井下人员在逃生过程中形成认知机会网络和传统无线网络共存的局面，处于事件发生点之后的人员通过这种混合网络接收到事件消息；
（3）若已有人员撤离到网络覆盖比较良好的区域，则通过骨干网络将事件消息传递到地面控制中心，由控制中心通过遍布井下的网络将事件通知到所有井下人员，通知的方式采用语音广播或/和直接将消息传递到个人终端的方式；
（4）若某段巷道发生坍塌，处于该段巷道之后的矿工无论是否能够感知到事件，均无法撤离；
步骤3中，所述的选择最优路径方法如下：
当人员在巷道交叉之处相遇时，需确定最优路径；一个节点通过将自己的Counter1和Counter2与相遇的其他节点的Counter1和Counter2比较，确定自己撤离的路径；确定路径按照以下3个原则：（1）离矿井井口越来越近；（2）Counter1较小；（3）Counter2较小；若无法同时满足，则按照上述3个原则确定的先后优先级进行确定。
2.根据权利要求1所述的一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，其特征是：步骤2中，所述的更新邻居数量Counter2方法如下：统计某一个时间段内所收到的来自不同终端ID的告警消息数量，将该数量设置为Counter2的值；显然，Counter2会随着节点的相遇和离去增大或减小；Counter2越大，说明在某一时刻能够同时收到告警消息的人数越多，紧急事件更有可能被快速扩散；但是人数太多，则容易导致巷道拥塞，反倒不利于人员撤离。
3.根据权利要求1所述的一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，其特征是：步骤3中，所述的更新Counter1方法如下：
与一个其他人员相遇时，自增1，因此Counter1是单调递增的，而Counter1越大，表示撤离途中遇到的人数越多，说明告警消息被告知了更多的人。
4.根据权利要求1所述的一种基于认知机会通信的矿井人员应急撤离方法，其特征是：步骤3中，所述的相遇节点之间交换消息方法如下：
相遇时，节点广播一条事件交换消息，所交换的消息内容包括：发送消息的终端ID、事件详情，所述的事件详情包括发生时间、发生地点、事件类型、危险程度，Counter1，Counter2。
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