CN108961662A - 一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，包括采集单元、数据传输单元以及监控单元。本发明通过传感器采集单元进行矿井下气体浓度、温度、烟雾浓度以及火焰亮度进行实时监测，并同时利用图像采集处理单元进行图像采集以了解矿井下的实况，提高了监测精度，同时利用图像采集处理单元的数据能够发现矿井下的工作人员的违规操作，以进行及时提醒避免由于矿井人员的违规操作引发火灾等意外情况的发生，利用焦距调整模块和图像清晰度评价模块使得图像采集精度高，利用人体感应传感器以及定位模块对矿井下的人员信息进行定位，以便发生火灾等意外情况时进行及时的救援。
Description
技术领域
本发明属于煤矿火灾监控系统技术领域，具体涉及一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统。
背景技术
煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。
煤炭资源的开采一直以来都是我国重要的基础产业，安全是煤炭生产的头等大事，我国一直贯彻″安全第一、预防为主、综合治理″的安全生产方针，安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用。然而由于我国煤层的赋存条件普遍不理想，绝大多数的矿井条件恶劣，不同程度地受到了瓦斯、顶板、透水等自然灾害的威胁，是导致煤矿安全事故频发的客观条件。煤矿井下火灾是煤矿事故中最坏的情况。与一般的火灾不同，周围有许多可燃物(煤)大量存在。若煤矿井下被热及烟堵住出口，同时发生缺氧的情况，通常会造成重大的伤亡。现有技术中，多对煤矿井下综合环境或安全进行监测，其虽在一定程度上能提高煤矿生产的安全，但普遍存在精确度较低，综合分析效率低等缺陷，而现有的煤矿火灾监测系统仅对自燃火灾这一单一情况进行监测，即对矿井下重点区域的气体浓度进行采集、分析和预测，而无法对煤矿井下的人员操作规范程度等进行监测，因此无法避免因人员操作不当引起的高温、明火等点燃易燃物，从而引发火灾的可能。
发明内容
本发明提供一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，可解决上述问题。
一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，包括采集单元、数据传输单元以及监控单元，所述采集单元用于采集矿井下的数据信息，所述数据传输单元用于将所述采集单元采集的数据传输至所述监控单元进行处理；
所述采集单元包括图像采集处理单元和传感器采集单元；所述图像采集处理单元包括摄像头、视频采集模块、图像清晰度评价模块、焦距调整模块、第一微处理器以及图像处理模块，所述视频采集模块用于接收所述摄像头的拍摄信息，所述图像清晰度评价模块用于评估所述视频采集模块采集的图像清晰度，所述第一微处理器用于接收所述图像清晰度评价模块发送的数据，若清晰度未达到设定的标准值，则所述第一微处理器控制所述焦距调整模块进行摄像头的焦距调整，对于清晰度满足要求的图像所述第一微处理器将接收的图像发送至所述图像处理模块进行进一步处理；所述传感器采集单元包括气体浓度监测模块、烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器以及人体感应传感器，所述气体浓度监测模块用于监测矿井下的气体浓度信息，所述烟雾传感器用于监测矿井下的烟雾浓度，所述温度传感器用于监测矿井下的温度，所述火焰传感器用于监测矿井下的火焰亮度，所述人体感应传感器用于监测矿井下的人员信息；
所述数据传输单元包括无线基站、井下分支以太网、交换机、井下骨干环形网络、井上骨干以太网络、核心路由器、防火墙以及Internet网络，所述无线基站用于接收所述采集单元采集的数据，所述无线基站将接收的数据依次通过所述井下分支以太网并经由所述交换机和井下骨干环形网络传输至所述井上骨干以太网络，所述井上骨干以太网络依次通过所述核心路由器、防火墙以及Internet网络传输至所述监控单元，所述井上骨干以太网络还连接有无线定位服务器、语音通信服务器以及Web服务器，所述无线定位服务器用于对矿井下采集的信息对应的位置进行实时定位，所述语音通信服务器提供井上井下的语音传输功能；
所述监控单元包括数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、第二微处理器、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元；所述数据接收模块用于接收所述采集单元通过所述数据传输单元发送的数据，所述数据接收模块将接收的所述传感器采集单元的数据发送至所述对比分析模块，所述对比分析模块调用所述数据库模块的数据并与其接收的数据进行对比分析，并将对比分析结果传送至所述第二微处理器，当所述对比分析模块的对比结果超标时，所述第二微处理器启动所述声光报警模块以及语音广播模块进行报警并开启所述灭火单元进行灭火救援操作，所述数据接收模块将接收的所述图像采集处理单元的数据传输至所述第二微处理器并通过所述显示模块进行显示，当发现火灾时工作人员手动开启所述灭火单元进行灭火救援操作，当发现矿井下的人员操作违规时，启动所述语音广播模块进行提醒，所述定位模块用于对所述人体感应传感器采集的数据进行定位；所述数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元分别与所述第二微处理器相连。
优选地，所述图像处理模块包括图像预处理模块、特征提取模块以及图像识别模块，所述图像预处理模块用于对接收图像进行锐化增强处理，并对目标进行分割以提取出目标区域，所述特征提取模块用于在所述目标区域中提取火灾的动静态特征，所述图像识别模块用于根据提取的火灾的动静态特征对火灾严重程度进行判断和监测。
优选地，所述气体浓度监测模块包括甲烷传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及二氧化碳传感器，所述甲烷传感器用于监测矿井下的甲烷浓度，所述氧气传感器用于监测矿井下的含氧量，所述一氧化碳传感器用于监测矿井下的一氧化碳浓度，所述粉尘浓度传感器用于监测矿井下的粉尘浓度，所述二氧化碳传感器用于监测矿井下的二氧化碳浓度。
优选地，所述灭火单元包括惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备、泡沫喷洒设备、严控电子开关以及手动控制阀门，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述严控电子开关相连，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述手动控制阀门相连，所述严控电子开关和手动控制阀门均用于控制所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备的开启和关闭。
优选地，所述无线基站为矿用本安防爆无线基站，所述交换机为矿用本安防爆交换机。
优选地，所述第一微处理器和第二微处理器均为单片机或者PLC控制器。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，通过所述传感器采集单元进行矿井下气体浓度、温度、烟雾浓度以及火焰亮度进行实时监测，并同时利用所述图像采集处理单元进行图像采集以了解矿井下的实况，提高了监测精度，同时利用所述图像采集处理单元的数据能够发现矿井下的工作人员的违规操作，以进行及时提醒避免由于矿井人员的违规操作引发火灾等意外情况的发生，利用所述焦距调整模块和图像清晰度评价模块使得图像采集精度高，利用所述人体感应传感器以及定位模块对矿井下的人员信息进行定位，以便发生火灾等意外情况时进行及时的救援。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统的整体系统框图；
图2为本发明实施例提供的图像采集处理单元系统框图；
图3为本发明实施例提供的图像处理模块系统框图；
图4为本发明实施例提供的传感器采集单元系统框图；
图5为本发明实施例提供的气体浓度监测模块系统框图；
图6为本发明实施例提供的灭火单元系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图6所示，一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，包括采集单元、数据传输单元以及监控单元，所述采集单元用于采集矿井下的数据信息，所述数据传输单元用于将所述采集单元采集的数据传输至所述监控单元进行处理；
所述采集单元包括图像采集处理单元和传感器采集单元；所述图像采集处理单元包括摄像头、视频采集模块、图像清晰度评价模块、焦距调整模块、第一微处理器以及图像处理模块，所述视频采集模块用于接收所述摄像头的拍摄信息，所述图像清晰度评价模块用于评估所述视频采集模块采集的图像清晰度，所述第一微处理器用于接收所述图像清晰度评价模块发送的数据，若清晰度未达到设定的标准值，则所述第一微处理器控制所述焦距调整模块进行摄像头的焦距调整，对于清晰度满足要求的图像所述第一微处理器将接收的图像发送至所述图像处理模块进行进一步处理；所述传感器采集单元包括气体浓度监测模块、烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器以及人体感应传感器，所述气体浓度监测模块用于监测矿井下的气体浓度信息，所述烟雾传感器用于监测矿井下的烟雾浓度，所述温度传感器用于监测矿井下的温度，所述火焰传感器用于监测矿井下的火焰亮度，所述人体感应传感器用于监测矿井下的人员信息；
所述数据传输单元包括无线基站、井下分支以太网、交换机、井下骨干环形网络、井上骨干以太网络、核心路由器、防火墙以及Internet网络，所述无线基站用于接收所述采集单元采集的数据，所述无线基站将接收的数据依次通过所述井下分支以太网并经由所述交换机和井下骨干环形网络传输至所述井上骨干以太网络，所述井上骨干以太网络依次通过所述核心路由器、防火墙以及Internet网络传输至所述监控单元，所述井上骨干以太网络还连接有无线定位服务器、语音通信服务器以及Web服务器，所述无线定位服务器用于对矿井下采集的信息对应的位置进行实时定位，所述语音通信服务器提供井上井下的语音传输功能；
所述监控单元包括数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、第二微处理器、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元；所述数据接收模块用于接收所述采集单元通过所述数据传输单元发送的数据，所述数据接收模块将接收的所述传感器采集单元的数据发送至所述对比分析模块，所述对比分析模块调用所述数据库模块的数据并与其接收的数据进行对比分析，并将对比分析结果传送至所述第二微处理器，当所述对比分析模块的对比结果超标时，所述第二微处理器启动所述声光报警模块以及语音广播模块进行报警并开启所述灭火单元进行灭火救援操作，所述数据接收模块将接收的所述图像采集处理单元的数据传输至所述第二微处理器并通过所述显示模块进行显示，当发现火灾时工作人员手动开启所述灭火单元进行灭火救援操作，当发现矿井下的人员操作违规时，启动所述语音广播模块进行提醒，所述定位模块用于对所述人体感应传感器采集的数据进行定位；所述数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元分别与所述第二微处理器相连。
优选地，所述图像处理模块包括图像预处理模块、特征提取模块以及图像识别模块，所述图像预处理模块用于对接收图像进行锐化增强处理，并对目标进行分割以提取出目标区域，所述特征提取模块用于在所述目标区域中提取火灾的动静态特征，所述图像识别模块用于根据提取的火灾的动静态特征对火灾严重程度进行判断和监测。
优选地，所述气体浓度监测模块包括甲烷传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及二氧化碳传感器，所述甲烷传感器用于监测矿井下的甲烷浓度，所述氧气传感器用于监测矿井下的含氧量，所述一氧化碳传感器用于监测矿井下的一氧化碳浓度，所述粉尘浓度传感器用于监测矿井下的粉尘浓度，所述二氧化碳传感器用于监测矿井下的二氧化碳浓度，所述甲烷传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及二氧化碳传感器布设在采矿工作面采空区、密闭区等重要火灾监测场所，所述气体浓度监测模块采集的数据为火灾监测预警提供数据资源和判断依据。
优选地，所述灭火单元包括惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备、泡沫喷洒设备、严控电子开关以及手动控制阀门，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述严控电子开关相连，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述手动控制阀门相连，所述严控电子开关和手动控制阀门均用于控制所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备的开启和关闭。
优选地，所述无线基站为矿用本安防爆无线基站，所述交换机为矿用本安防爆交换机。
优选地，所述第一微处理器和第二微处理器均为单片机或者PLC控制器。
其中，所述图像清晰度评价模块利用Brenner梯度法作为图像清晰度的评价指标。
使用时，通过所述图像采集处理单元对矿井下的实况进行监测并通过所述显示模块进行显示，发现火灾时启动所述灭火单元进行灭火操作，发现矿井人员的违规操作时及时提醒矿井人员以避免意外发生，通过所述传感器采集单元对矿井下的气体浓度、温度、烟雾浓度以及火焰亮度进行实时监测以为火灾检测预警提供数据资源和判断依据，利用所述人体感应传感器监测人员信息使得意外发生时对矿井人员进行及时救援操作，利用所述数据传输单元对所述采集单元的数据进行传输并发送至所述监控单元进行处理，利用所述对比分析模块进行数据的处理在发生异常时通过声光报警模块以及语音广播模块进行报警，同时利用所述灭火单元进行灭火救援操作，所述灭火单元能够采用自动控制和手动控制操作增加了系统的可靠性。
本发明提供的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，通过所述传感器采集单元进行矿井下气体浓度、温度、烟雾浓度以及火焰亮度进行实时监测，并同时利用所述图像采集处理单元进行图像采集以了解矿井下的实况，提高了监测精度，同时利用所述图像采集处理单元的数据能够发现矿井下的工作人员的违规操作，以进行及时提醒避免由于矿井人员的违规操作引发火灾等意外情况的发生，利用所述焦距调整模块和图像清晰度评价模块使得图像采集精度高，利用所述人体感应传感器以及定位模块对矿井下的人员信息进行定位，以便发生火灾等意外情况时进行及时的救援。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，包括采集单元、数据传输单元以及监控单元，所述采集单元用于采集矿井下的数据信息，所述数据传输单元用于将所述采集单元采集的数据传输至所述监控单元进行处理；
所述采集单元包括图像采集处理单元和传感器采集单元；所述图像采集处理单元包括摄像头、视频采集模块、图像清晰度评价模块、焦距调整模块、第一微处理器以及图像处理模块，所述视频采集模块用于接收所述摄像头的拍摄信息，所述图像清晰度评价模块用于评估所述视频采集模块采集的图像清晰度，所述第一微处理器用于接收所述图像清晰度评价模块发送的数据，若清晰度未达到设定的标准值，则所述第一微处理器控制所述焦距调整模块进行摄像头的焦距调整，对于清晰度满足要求的图像所述第一微处理器将接收的图像发送至所述图像处理模块进行进一步处理；所述传感器采集单元包括气体浓度监测模块、烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器以及人体感应传感器，所述气体浓度监测模块用于监测矿井下的气体浓度信息，所述烟雾传感器用于监测矿井下的烟雾浓度，所述温度传感器用于监测矿井下的温度，所述火焰传感器用于监测矿井下的火焰亮度，所述人体感应传感器用于监测矿井下的人员信息；
所述数据传输单元包括无线基站、井下分支以太网、交换机、井下骨干环形网络、井上骨干以太网络、核心路由器、防火墙以及Internet网络，所述无线基站用于接收所述采集单元采集的数据，所述无线基站将接收的数据依次通过所述井下分支以太网并经由所述交换机和井下骨干环形网络传输至所述井上骨干以太网络，所述井上骨干以太网络依次通过所述核心路由器、防火墙以及Internet网络传输至所述监控单元，所述井上骨干以太网络还连接有无线定位服务器、语音通信服务器以及Web服务器，所述无线定位服务器用于对矿井下采集的信息对应的位置进行实时定位，所述语音通信服务器提供井上井下的语音传输功能；
所述监控单元包括数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、第二微处理器、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元；所述数据接收模块用于接收所述采集单元通过所述数据传输单元发送的数据，所述数据接收模块将接收的所述传感器采集单元的数据发送至所述对比分析模块，所述对比分析模块调用所述数据库模块的数据并与其接收的数据进行对比分析，并将对比分析结果传送至所述第二微处理器，当所述对比分析模块的对比结果超标时，所述第二微处理器启动所述声光报警模块以及语音广播模块进行报警并开启所述灭火单元进行灭火救援操作，所述数据接收模块将接收的所述图像采集处理单元的数据传输至所述第二微处理器并通过所述显示模块进行显示，当发现火灾时工作人员手动开启所述灭火单元进行灭火救援操作，当发现矿井下的人员操作违规时，启动所述语音广播模块进行提醒，所述定位模块用于对所述人体感应传感器采集的数据进行定位；所述数据接收模块、对比分析模块、数据库模块、定位模块、声光报警模块、语音广播模块、显示模块以及灭火单元分别与所述第二微处理器相连。
2.如权利要求1所述的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，所述图像处理模块包括图像预处理模块、特征提取模块以及图像识别模块，所述图像预处理模块用于对接收图像进行锐化增强处理，并对目标进行分割以提取出目标区域，所述特征提取模块用于在所述目标区域中提取火灾的动静态特征，所述图像识别模块用于根据提取的火灾的动静态特征对火灾严重程度进行判断和监测。
3.如权利要求1所述的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，所述气体浓度监测模块包括甲烷传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及二氧化碳传感器，所述甲烷传感器用于监测矿井下的甲烷浓度，所述氧气传感器用于监测矿井下的含氧量，所述一氧化碳传感器用于监测矿井下的一氧化碳浓度，所述粉尘浓度传感器用于监测矿井下的粉尘浓度，所述二氧化碳传感器用于监测矿井下的二氧化碳浓度。
4.如权利要求1所述的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，所述灭火单元包括惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备、泡沫喷洒设备、严控电子开关以及手动控制阀门，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述严控电子开关相连，所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备分别与所述手动控制阀门相连，所述严控电子开关和手动控制阀门均用于控制所述惰性气体喷射设备、洒水喷淋设备以及泡沫喷洒设备的开启和关闭。
5.如权利要求1所述的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，所述无线基站为矿用本安防爆无线基站，所述交换机为矿用本安防爆交换机。
6.如权利要求1所述的一种基于无线技术的煤矿火灾监控系统，其特征在于，所述第一微处理器和第二微处理器均为单片机或者PLC控制器。
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