CN109139115B - 一种井下数据采集终端、处理系统及处理方法 - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Abstract
本发明公开了一种井下数据采集终端、处理系统及处理方法。该终端包括:摄像头、照明灯、核心板卡、环境参数采集板卡和人员定位板卡,其中:所述环境参数采集板卡包括:功能探头组、信号处理电路和信号转换电路;所述人员定位板卡包括:测距模块和板卡天线;所述核心板卡包括:串口组、基站通信模块、液晶显示模块、声光报警模块和总控制单元;其中,所述核心板卡分别与环境参数采集板卡、人员定位板卡、摄像头和照明灯通过串口组通信连接。该终端通过采用多元数据采集及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管理的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及煤矿井下综合业务,尤其涉及一种井下数据采集终端、处理系统及处理方法。
背景技术
随着对煤矿安全生产要求的不断提高,煤矿井下人员、设备、环境监控、视频监控、自动化以及信息化等各类子系统的功能也在逐步完善。
当前,井下数据记录方式主要分为两种:一是,固定式数据采集,主要依靠固定点传感器以及摄像头采集环境参数信息和井下工况信息到井上服务器,如井下安全监控系统和视频采集系统;二是,移动式数据采集,主要依靠作业人员携带便携式仪表进行数据采集。固定式数据采集存在监控盲区的缺点,需要移动式数据采集作为补充。井下作业人员进行移动式数据采集时,一般需携带气体检测仪、人员定位卡、矿灯、手机、摄录仪等多种设备,比较繁琐,且各设备功能单一、智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管控;并且用现有的设备采集到的数据(包括环境参数、视频图像、人员位置等信息)相互间缺乏有机交互融合,无法做到数据的立体化呈现和直观地统计分析,实际意义并不是很大。
发明内容
本发明提供一种井下数据采集终端、处理系统及处理方法,以实现通过采用多元数据采集、数据融合以及数据无线传输技术,以工作人员为中心,实现多层面数据的统一,借助井下物联网条件,形成人员移动数据监控网络,为井下安全预警提供数据支持。
第一方面,本发明实施例提供了一种井下数据采集终端,包括:摄像头、照明灯、核心板卡、环境参数采集板卡和人员定位板卡,其中:
所述环境参数采集板卡包括:功能探头组、信号处理电路和信号转换电路;
所述人员定位板卡包括:测距模块和板卡天线;
所述核心板卡包括:串口组、基站通信模块、液晶显示模块、声光报警模块和总控制单元;其中,所述核心板卡分别与环境参数采集板卡、人员定位板卡、摄像头和照明灯通过串口组通信连接;其中,串口组用于获取环境参数采集板卡和人员定位板卡获得的当前采集信息,并将当前采集信息传递给总控制单元;基站通信模块与无线基站通信连接,用于获取管理平台下发的控制信息,并将所述控制信息传递给总控制单元;总控制单元用于接收当前采集信息和/或控制信息,进行处理后控制液晶显示模块、声光报警模块、摄像头和照明灯中一个或多个进行响应;其中,所述液晶显示模块用于查看当前采集数据和显示工作人员撤离路线,所述声光报警模块用于对工作人员发出危险警告,所述摄像头用于采集影像信息作为当前采集信息。
第二方面,本发明实施例还提供了一种井下数据处理系统,包括:
如第一方面任一所述的井下数据采集终端,所述井下数据采集终端的数量为一个或多个;其中,所述井下数据采集终端用于获取当前采集信息,对当前采集信息进行处理,根据处理结果控制井下数据采集终端进行响应;所述井下数据采集终端还用于向管理平台提供当前采集数据;
管理平台,用于接收一个以上井下数据采集终端的当前采集数据,并对所述当前采集数据进行处理,生成控制信息;
无线基站,所述无线基站分别与井下数据采集终端和管理平台通信连接;其中,井下数据采集终端通过所述无线基站向管理平台传递当前采集信息,管理平台通过所述无线基站向井下数据采集终端下发控制信息。
第三方面,本发明实施例还提供了一种井下数据处理方法,应用于权利要求第二方面任一所述的井下数据处理系统,包括:
所述管理平台与井下数据采集终端通信连接,并接收当前采集信息;
所述管理平台对当前采集信息进行处理,并下发第一指令和第一撤离路线;
若井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,则由井下数据采集终端对当前采集信息进行处理并下发第二指令和第二撤离路线。
本发明通过采用多元数据采集、数据融合以及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管控,以及井下设备采集到的数据缺乏有机交互融合的问题,实现了借助井下物联网条件,形成工作人员移动数据监控网络,及时监控外界环境为工作人员提供报警预防,以及在危险发生时规划工作人员撤离路线,为井下工作人员的人生安全提供保障的有益效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种井下数据采集终端的结构示意图;
图2为本发明实施例二提供的一种井下数据处理系统的结构示意图;
图3为本发明实施例三提供的一种井下数据处理方法的流程图;
图4为本发明实施例四提供的一种井下数据处理方法的流程图;
图5为本发明实施例四提供的一种数据融合预警过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种井下数据采集终端的结构示意图。该井下数据采集终端由井下工作人员携带使用,移动采集数据。参考图1,该井下数据采集终端,包括:摄像头140、照明灯150、核心板卡110、环境参数采集板卡120和人员定位板卡130。
其中,摄像头140一般具有视频摄像/传播和静态图像捕捉等基本功能,它是借由镜头采集图像后,由摄像头140内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号,然后借由并行端口或USB连接输入到电脑后由软件再进行图像还原。本实施例中一般采用低照度数字式USB摄像头140,同时要求该摄像头140可实现井下黑暗环境中的拍照摄录。核心板卡110通过串口组115控制摄像头140进行拍照摄录。
其中,照明灯150是作为光源为工作人员提供光亮的组件。本实施例中一般采用LED灯进行照明。核心板卡110通过输出电压信号的方式控制LED灯进行照明。
其中,核心板卡110、环境参数采集板卡120和人员定位板卡130是由于考虑到系统的稳定性,而将井下数据采集终端的主要模块分别设计在不同板卡上,所有独立板卡(至少包括:环境参数采集板卡120和人员定位板卡130)以及外设(至少包括:摄像头140和照明灯150)与核心板卡110之间通过标准接口(串口组115)进行通信和控制。核心板卡110用于接收当前采集信息和控制信息并对其做处理。环境参数采集板卡120用于采集环境参数,生成当前采集信息。人员定位板卡130中用于采集人员位置信息,生成当前采集信息。
环境参数采集板卡120包括:功能探头组123、信号处理电路122和信号转换电路121。
其中,功能探头是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。功能探头组123包括多种功能探头,用于采集多种数据,生成当前采集信息。本实施例中,所述功能探头组123包括:催化探头、第一电化学探头和第二电化学探头;其中,所述催化探头用于甲烷检测,所述第一电化学探头用于一氧化碳检测,所述第二电化学探头用于氧气检测。
其中,信号处理电路122是指是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号的电路。功能探头组123可测量很多物理量,如温度、压力、流量和距离等。但是功能探头组123产生的信号不能直接转换为数字数据,因为功能探头组123输出是相当小的电压、电流或变化。因此,在变换为数字数据之前必须进行处理。在本实施例中,信号处理电路122将功能探头组123生成的当前采集信息进行处理。
其中,信号转换电路121是指通过数电的原理将电信号转化成数字信号的电路。在本实施例中,信号转换电路121接收经过信号处理电路122处理之后的当前采集信息,对其进行转化,生成核心板卡110可直接使用的当前采集信息。
人员定位板卡130包括:测距模块131和板卡天线132。
其中,人员定位板卡130通过UWB(Ultra-Wideband,超宽带)测距技术来确定井下工作人员的位置。可以理解为测距模块131通过板卡天线132与井下人员定位基站进行通信,来采集人员位置信息。
该核心板卡110包括:串口组115、基站通信模块111、液晶显示模块112、声光报警模块113和总控制单元114。
其中,串口组115是多个串口的总称,本实施例中对串口的个数和种类不做具体限制,但是至少要包括与摄像头140、照明灯150、环境参数采集板卡120和人员定位板卡130对应的串口。本实施例中,所述串口组115具体包括:第一串口、第二串口、第三串口和电压口;其中,所述第一串口与所述环境参数采集板卡120通信连接并进行数据传输;所述第二串口与所述人员定位板卡130通信连接并进行数据传输;所述第三串口与所述摄像头140通信连接并进行数据传输;所述电压口与所述照明灯150电连接,用于通过控制照明灯150电压控制照明灯150进行照明。
其中,基站通信模块111至少可以通过WIFI模式或者4G模式与无线基站进行通信,既可以向无线基站发送井下数据采集终端获得的当前采集数据,也可以通过无线基站获取管理平台下发的控制信息。
其中,液晶显示模块112是用于显示信息的显示模块。一般情况下,所述液晶显示模块112用于查看当前采集数据和显示工作人员撤离路线,也可以响应工作人员的操作指令进行特定内容的显示。
其中,声光报警模块113用于对工作人员发出危险警告。本实施例中,所述声光报警模块113具体包括:LED灯和蜂鸣器133;其中,所述LED灯用于接收总控制单元114发出的闪烁信号,通过灯光闪烁对工作人员发出危险警告;所述蜂鸣器133用于接收总控制单元114发出的报警信号,控制蜂鸣器对工作人员发出危险警告。
其中,总控制单元114用于接收当前采集信息和/或控制信息,进行处理后控制液晶显示模块112、声光报警模块113、摄像头140和照明灯150中一个或多个进行响应。
具体的,环境参数采集板卡120通过功能探头组123获得当前采集信息,信号处理电路122与信号转换电路121依次对功能探头组123获得的当前采集信息进行处理,生成可以被核心板卡110直接使用的当前采集信息。人员定位板卡130中的测距模块131,通过板卡天线132与井下人员定位基站进行通信,来采集人员位置信息,生成当前采集信息。摄像头140采集影像信息和声音信息,作为当前采集信息。总控制单元114通过串口组115接收当前采集信息,并将当前采集信息分别与预设采集信息进行比对,若不符合预设采集信息,则认为井下工作人员处于安全状态,此时控制基站通信模块111向无线基站发送当前采集信息,控制液晶显示模块112显示当前采集信息,控制照明灯150继续照明。若符合预设采集信息,则认为井下工作人员处于危险状态,此时控制基站通信某块向无线基站发送当前采集信息,控制声光报警模块113对工作人员发出危险警告,控制液晶显示模块112显示撤离路线,控制照明灯150继续照明。具体的,总控制单元114接收基站通信模块111接收到的管理平台下发的控制信息,控制液晶显示模块112、声光报警模块113、摄像头140和照明灯150中一个或多个进行响应。
在上述实施例的基础上,核心板卡110还包括SD卡;其中,所述SD卡与与总控制单元114通信连接,用于存储环境参数采集板卡120和人员定位板卡130获得的当前采集信息,形成历史采集信息;所述SD卡还用于向总控制单元114提供历史采集信息以供总控制单元114进行处理。
其中,SD卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备,由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性,被广泛地于便携式装置上使用。
具体的,SD卡与与总控制单元114通信连接,用于存储环境参数采集板卡120和人员定位板卡130获得的当前采集信息,形成历史采集信息。SD卡还用于向总控制单元114提供历史采集信息以供总控制单元114进行处理。一般的,当井下工作人员处于危险状态、并且井下数据采集终端无法与管理平台通信连接时,总控制单元114结合SD卡中预先存储的井下地图和其他井下数据采集终端获得的当前采集信息生成撤离路线。
在上述实施例的基础上,核心板卡110还包括电源管理模块;其中,所述电源管理模块与串口组115电连接,用于为环境参数采集板卡120、人员定位板卡130、摄像头140和照明灯150供电;其中所述电源管理模块与总控制单元114通信连接,并将电量信息作为当前采集信息提供给总控制单元114。
其中,电源管理模块可实现充放电的保护和控制以及分级管理功能。其中,核心板卡110和人员定位板卡130为第一供电优先级、照明灯150为第二供电优先级、其他板卡和外设为第三供电优先级。通过设置模块电源阈值,在电量不足情况下确保高优先级模块优先工作。
具体的,所述电源管理模块对于井下数据采集终端的各个板卡和外设进行供电优先级的区别,在电量不足的情况下确保首先确保核心板卡110和人员定位板卡130的工作,然后保证照明灯150能工作,最后再为环境参数采集板卡120和摄像头140供电。同时电源管理模块与总控制单元114通信连接,并将电量信息作为当前采集信息提供给总控制单元114,当电量信息低于预设电量时,总控制单元114控制声光报警模块113进行提醒。当然,电量信息也会被提供给管理平台,便于管理平台确定每个井下数据采集终端的电池电量。
在上述实施例的基础上,还包括生命体征传感器,所述生命体征传感器与总控制单元114通信连接,用于将采集到的井下工作人员的体征信息作为当前采集信息提供给总控制单元114。
其中,生命体征传感器是由井下工作人员携带的,可以获取工作人员生命体征数据作为当前采集数据的外设。该生命体征数据包括血压数据、心跳数据、姿态数据等。生命体征传感器安装有蓝牙传输模块,通过蓝牙与总控制单元114通信连接。
具体的,井下工作人员携带生命体征传感器,用于获取工作人员生命体征数据作为当前采集数据,生命体征传感器与总控制单元114通信连接,将当前采集数据传递给总控制单元114进行处理。若采用串口连接的方式与总控制单元114通信连接,则需要核心主板的串口组115有与生命体征传感器相对应的串口。若采用蓝牙连接的方式与总控制单元114通信连接,则需要核心板卡110包括蓝牙传输模块,该蓝牙传输模块用于接收生命体征传感器生成的当前采集信息,实现述生命体征传感器与总控制单元114通信连接。
本发明实施例通过采用多元数据采集及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管理的问题。通过本实施例所述的井下数据采集终端,可以在危险发生时规划工作人员撤离路线,为井下工作人员的人生安全提供保障的有益效果。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种井下数据处理系统的结构示意图。参考图2,该井下数据处理系统,包括:
如实施例一任一所述的井下数据采集终端230,所述井下数据采集终端230的数量为一个或多个。
管理平台210,用于接收一个以上井下数据采集终端230的当前采集数据,并对所述当前采集数据进行处理,生成控制信息;
无线基站220,所述无线基站220分别与井下数据采集终端230和管理平台210通信连接。
其中,井下数据采集终端230用于获取当前采集信息,对当前采集信息进行处理,根据处理结果控制井下数据采集终端230进行响应;井下数据采集终端230还用于向管理平台210提供当前采集数据。
其中,管理平台210包括:数据获取模块、数据处理模块和控制信息下发模块。数据获取模块,用于通过无线基站220获取一个以上井下数据采集终端230获取的当前采集数据,构成管理平台210数据池;数据处理模块,用于在预警模型情况下,通过管理平台210数据池的中的数据针对不同井下数据采集终端230生成不同的控制信息;其中,所述控制信息包括:第一指令和第一撤离路线;控制信息下发模块,管理平台210通过井下数据采集终端230上传的当前采集信息确定井下数据采集终端230的位置,将控制指令下发给对应的井下数据采集终端230。
其中,井下数据采集终端230通过所述无线基站220向管理平台210传递当前采集信息,管理平台210通过所述无线基站220向井下数据采集终端230下发控制信息。
具体的,井上管理平台210采用C/S软件架构和实时分布式数据库技术,可实现多元数据的实时监控。管理平台210通过无线基站220获取一个以上井下数据采集终端230获取的当前采集数据,构成管理平台210数据池。预警模型对管理平台210数据池中的数据进行解析,判断井下数据采集终端230是否符合预警模型情况,如果符合预警模型情况,则通过管理平台210数据池的中的数据针对不同井下数据采集终端230生成不同的控制信息。因为每个井下数据采集终端230所处位置不一样,遇到的险情也不一样,所以会对应于不同的第一指令和第一撤离路线。其中,第一指令表示声光报警模块的工作方式,第一撤离路线表示接受控制信息的井下数据采集终端230的最优撤离路线。
在上述实施例的基础上,所述管理平台210还包括数据查询模块,用于在管理平台210数据池中回看视频和图片、生成环境参数曲线、生成当采集信息报表和查看历史警报信息。
在上述实施例的基础上,所述管理平台210还包括系统管理模块,用于进行用户管理、设备管理、系统设置和日志管理。
在上述实施例的基础上,该系统可以与煤矿人员定位系统,监测监控系统、扩播系统等系统进行应急联动,当系统监测到环境参数异常可控制人员定位系统、扩播系统进行语音报警,同时发送异常数据给监测监控系统,确保监测监控系统能够及时控制执行器动作,比如控制断电器进行危险区域断电等;同时其他系统也可将预警信息通过本系统下发到一体化智能终端,提高作业人员危险预知能力。
本发明实施例通过采用多元数据采集、数据融合以及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管控,以及井下设备采集到的数据缺乏有机交互融合的问题,实现了借助井下物联网条件,形成工作人员移动数据监控网络,及时监控外界环境为工作人员提供报警预防,以及在危险发生时规划工作人员撤离路线,为井下工作人员的人生安全提供保障的有益效果。同时,管理平台C/S架构设计可支持多个不同权限的监管部门和应用部门同时监控数据,为解决信息孤岛问题提供了快速、稳定、可靠、安全的解决方案,有效地提高了工作效率,极大地提升了井下安全防护。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种井下数据处理方法的流程图。本实施例可适用于如本发明任一实施例所述的井下工作的场景,该方法由井下数据处理系统来执行。参考图3,本实施例具体包括如下步骤:
S301、管理平台与井下数据采集终端通信连接,并接收当前采集信息。
具体的,管理平台通过无线基站获取一个以上井下数据采集终端获取的当前采集数据,构成管理平台数据池。
S302、所述管理平台对当前采集信息进行处理,并下发第一指令和第一撤离路线。
具体的,管理平台对管理平台数据池中的数据进行处理,判断数据是否符合预警模型情况,如果符合预警模型情况,则通过管理平台数据池的中的数据针对不同井下数据采集终端生成不同的控制信息。针对每个井下数据采集终端下发第一指令和第一撤离路线。
S303、若井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,则由井下数据采集终端对当前采集信息进行处理并下发第二指令和第二撤离路线。
具体的,若井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,则由井下数据采集终端中的总控制单元根据当前采集信息下发代表声光报警模块工作方式的第二指令。同时,总控制单元通过SD卡中的历史采集信息生成第二撤离路线。
本发明实施例通过采用多元数据采集、数据融合以及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管控,以及井下设备采集到的数据缺乏有机交互融合的问题,实现了借助井下物联网条件,形成工作人员移动数据监控网络,及时监控外界环境为工作人员提供报警预防,以及在危险发生时规划工作人员撤离路线,为井下工作人员的人生安全提供保障的有益效果。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种井下数据处理方法的流程图。本实施例是在实施例三的基础上进行了细化。详细描述了管理平台如何下发第一指令和第一撤离路线,以及井下数据采集终端对当前采集信息进行处理并下发第二指令和第二撤离路线的具体方法。参考图4,本实施例具体包括如下步骤:
S401、管理平台与井下数据采集终端通信连接,并接收当前采集信息。
具体的,管理平台通过无线基站获取一个以上井下数据采集终端获取的当前采集数据,构成管理平台数据池。
S402、管理平台接收当前采集信息并通过时间戳进行数据关联,形成待处理数据流。
具体的,管理平台接收每个井下数据采集终端产生的当前采集信息,并通过时间戳进行数据关联,使得多个不同板卡和外设产生的当前采集信息的时间点一致,形成数据间基于时间关联的形成待处理数据流。
S403、管理平台对所述待处理数据流进行特征提取操作,获得特征点。
具体的,管理平台对待处理数据流进行特征矢量的实时提取,提取时从环境参数超标数据,人员当前位置,视频信息识别的危险源以及作业人员异常生命体征参数几个方面进行数据提取。
S404、管理平台根据所述特征点确定其对应的预警模型。
其中,预警模型包括:火灾、一氧化碳中毒、危险区域跨界和其他异常等预警模型。火灾预警:当环境参数中一氧化碳参数达到火灾阈值,并且视频数据检测到烟气则立即进行当前位置火灾预警;一氧化碳中毒预警:当环境参数中一氧化碳数值达到人体伤害阈值,并且作业人员生命体征数据出现异常则立即进行人员当前位置一氧化碳中毒预警;危险区域跨界预警:当视频数据检测到空顶场所等危险区域,人员定位数据立即判别作业人员工种,如果是无权限的人员进入,则产生危险区域跨界预警。
具体的,管理平台通过神经网络算法对数据特征点的矢量进行分析,最后通过异常数据汇总,经由决策层已建立的预警模型进行安全判别,判断是否属于某一预警模型。
步骤S402-步骤S404的数据融合预警过程如图5所示。图5为本发明实施例四提供的一种数据融合预警过程的流程图。
S405、管理平台根据所述模型预警下发第一指令,所述第一指令用于控制井下数据采集终端的声光报警模块对工作人员发出危险警告。
具体的,当管理平台确定当前的预警状态后,根据所述模型预警下发第一指令,第一指令通过无线基站下发给井下数据采集终端的基站通信模块,井下数据采集终端的总控制单元接收该第一指令,控制声光报警模块对工作人员发出危险警告。
S406、管理平台根据多个当前采集信息规划工作人员撤离路线,作为第一撤离路线并将所述第一撤离路线下发到井下数据采集终端,并通过液晶显示模块进行显示。
具体的,针对灾变条件下工作人员不具备辨别最优逃生路线的问题,管理平台建立井下巷道拓扑图,预存到智能终端本地数据库中。采用层次分析法和迪杰斯特拉算法相结合的方式,利用一体化智能终端检测到的多元数据,将作业人员生命体征、环境参数、障碍物级别等因素纳入规划体系,动态生成最优路径,路线以二维GIS(GeographicInformation System,地理信息系统)图的方式在一体化智能终端呈现,从而实现作业人员井下应急时路线动态规划方案。并针对不同的井下数据采集终端所在位置,下发不同的第一撤离路线。第一撤离路线通过无线基站下发给井下数据采集终端的基站通信模块,井下数据采集终端的总控制单元接收该第一撤离路线,控制液晶显示模块进行显示。
S407、若井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,井下数据采集终端的总控制单元将当前采集信息分别与预设采集信息进行比对,若当前采集信息符合预设采集信息时生成第二指令,所述第二指令用于控制声光报警模块对工作人员发出危险警告。
具体的,一旦主环网损坏井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,则由井下数据采集终端中的总控制单元根据当前采集信息下发代表声光报警模块工作方式的第二指令。
S408、井下数据采集终端的总控制单元根据历史采集信息规划用于工作人员撤离的第二撤离路线,并将控制液晶显示模块对所述第二撤离路线进行显示。
具体的,总控制单元通过SD卡中的历史采集信息生成第二撤离路线。可选的,若只有部分网络毁损,各个终端之间可借助井下未受损的各个局部网络进行数据互传,实现预警提示以及路线故障点的规避,生成第二撤离路线。
针对上述实施例,以井下瓦检员携带井下数据采集装置为例进行整体描述:
利用井下数据采集装置自动采集井下瓦检员巡检地点的当前采集信息,同时通过基于业务特征领域建模分析方法,实现基于瓦检员位置的情景感知体系构架,达到业务自诊断得目的,有效规范瓦检员在巡检地点行为方式,提高巡检过程的精准性、科学性和高效性。
设计时,将井下巡检地点进行规划处理,以区域方式形成多条巡检路线。巡检路线与瓦检员(井下数据采集装置)进行相互关联,以ID方式自动区分瓦检员巡检路线并自动下发巡检地点到井下数据采集装置。瓦检员井下巡检时,利用井下人员定位网络,实时定位巡检地点并自动保存巡检地点当前采集信息形成数据报表和数据曲线,数据报表包含摄像头、照明灯、环境参数采集板卡和人员定位板卡等产生的当前采集信息。同时井下数据采集装置采集到的所有信息均实时传输到井上服务器。
巡检过程中可全程进行业务导航,设计时采用情景感知方式,通过一体化智能终端实时检测环境参数信息、人员位置信息以及工况音视频信息,这些信息通过整合后与情景感知数据库已有的业务模型做对比,进而实现作业人员的行为提醒,如瓦斯检定、设备状态检测等;同时当瓦检员位置出现在危险区域、非权限区域或环境中气体参数超标可及时进行预警提示,及时引导瓦检员作出正确操作,达到业务自诊断的目的。
本发明实施例通过采用多元数据采集、数据融合以及数据无线传输技术,及时获取井下工作人员的采集数据,并对数据做出处理,解决了井下设备智能化程度低,不能及时有效地对井下不安全状况进行预警与管控,以及井下设备采集到的数据缺乏有机交互融合的问题,实现了借助井下物联网条件,形成工作人员移动数据监控网络,及时监控外界环境为工作人员提供报警预防,以及在危险发生时规划工作人员撤离路线,为井下工作人员的人生安全提供保障的有益效果。同时,管理平台C/S架构设计可支持多个不同权限的监管部门和应用部门同时监控数据,为解决信息孤岛问题提供了快速、稳定、可靠、安全的解决方案,有效地提高了工作效率,极大地提升了井下安全防护。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种井下数据采集终端,其特征在于,包括:摄像头、照明灯、核心板卡、环境参数采集板卡和人员定位板卡,其中:
所述环境参数采集板卡包括:功能探头组、信号处理电路和信号转换电路;
所述人员定位板卡包括:测距模块和板卡天线;
所述核心板卡包括:串口组、基站通信模块、液晶显示模块、声光报警模块和总控制单元;其中,所述核心板卡分别与环境参数采集板卡、人员定位板卡、摄像头和照明灯通过串口组通信连接;其中,串口组用于获取环境参数采集板卡和人员定位板卡获得的当前采集信息,并将当前采集信息传递给总控制单元;基站通信模块与无线基站通信连接,用于获取管理平台下发的控制信息,并将所述控制信息传递给总控制单元;总控制单元用于接收当前采集信息和/或控制信息,进行处理后控制液晶显示模块、声光报警模块、摄像头和照明灯中一个或多个进行响应;其中,所述液晶显示模块用于查看当前采集数据和显示工作人员撤离路线,所述声光报警模块用于对工作人员发出危险警告,所述摄像头用于采集影像信息作为当前采集信息;
所述信号处理电路和信号转换电路用于将所述功能探头组采集的信息进行处理生成所述核心板卡能直接使用的当前采集信息;
所述核心板卡还包括SD卡;其中,所述SD卡与总控制单元通信连接,用于存储环境参数采集板卡和人员定位板卡获得的当前采集信息,形成历史采集信息;其中,所述SD卡与还用于向总控制单元提供历史采集信息以供总控制单元进行处理;
当井下工作人员处于危险状态、并且所述井下数据采集终端无法与管理平台通信连接时,所述总控制单元结合所述SD卡中预先存储的井下地图和其他井下数据采集终端获得的当前采集信息生成撤离路线;
当井下工作人员处于危险状态、并且所述井下数据采集终端无法与管理平台通信连接时,所述声光报警模块基于所述控制单元根据所述当前采集信息生成的第二指令,对工作人员发出危险警告;所述控制液晶显示模块用于对所述总控制单元根据所述历史采集信息规划的第二撤离路线进行显示;
所述核心板卡还包括电源管理模块;其中,所述电源管理模块与串口组电连接,用于为环境参数采集板卡、人员定位板卡、摄像头和照明灯供电;其中所述电源管理模块与总控制单元通信连接,并将电量信息作为当前采集信息提供给总控制单元;
所述电源管理模块用于对充放电保护和控制以及分级管理;所述核心板卡和所述人员定位板卡为第一供电优先级、照明灯为第二供电优先级、其他板卡和外设为第三供电优先级;设置模块电源阈值,在电量不足情况下,基于所述模块电源阈值控制所述核心板卡、所述人员定位板卡、照明灯、其他板卡和外设按照优先级模块工作。
2.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,
所述串口组具体包括:第一串口、第二串口、第三串口和电压口;其中,所述第一串口与所述环境参数采集板卡通信连接并进行数据传输;所述第二串口与所述人员定位板卡通信连接并进行数据传输;所述第三串口与所述摄像头通信连接并进行数据传输;所述电压口与所述照明灯电连接,用于通过控制照明灯电压控制照明灯进行照明。
3.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,
所述声光报警模块具体包括:LED灯和蜂鸣器;其中,所述LED灯用于接收总控制单元发出的闪烁信号,通过灯光闪烁对工作人员发出危险警告;所述蜂鸣器用于接收总控制单元发出的报警信号,控制蜂鸣器对工作人员发出危险警告。
4.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,
所述功能探头组包括:催化探头、第一电化学探头和第二电化学探头;其中,所述催化探头用于甲烷检测,所述第一电化学探头用于一氧化碳检测,所述第二电化学探头用于氧气检测。
5.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,
还包括生命体征传感器,所述生命体征传感器与总控制单元通信连接,用于将采集到的井下工作人员的体征信息作为当前采集信息提供给总控制单元。
6.根据权利要求5所述的终端,其特征在于,
所述核心板卡还包括蓝牙传输模块,所述蓝牙传输模块用于接收生命体征传感器生成的当前采集信息,实现述生命体征传感器与总控制单元通信连接。
7.一种井下数据处理系统,其特征在于,包括:
权利要求1-6任一所述的井下数据采集终端,所述井下数据采集终端的数量为一个或多个;其中,所述井下数据采集终端用于获取当前采集信息,对当前采集信息进行处理,根据处理结果控制井下数据采集终端进行响应;所述井下数据采集终端还用于向管理平台提供当前采集数据;
管理平台,用于接收一个以上井下数据采集终端的当前采集数据,并对所述当前采集数据进行处理,生成控制信息;
无线基站,所述无线基站分别与井下数据采集终端和管理平台通信连接;其中,井下数据采集终端通过所述无线基站向管理平台传递当前采集信息,管理平台通过所述无线基站向井下数据采集终端下发控制信息。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述管理平台包括:
数据获取模块,用于通过无线基站获取一个以上井下数据采集终端获取的当前采集数据,构成管理平台数据池;
数据处理模块,用于在预警模型情况下,通过管理平台数据池的中的数据针对不同井下数据采集终端生成不同的控制信息;其中,所述控制信息包括:第一指令和第一撤离路线;
控制信息下发模块,管理平台通过井下数据采集终端上传的当前采集信息确定井下数据采集终端的位置,将控制指令下发给对应的井下数据采集终端。
9.一种井下数据处理方法,应用于权利要求7-8任一所述的井下数据处理系统,其特征在于,包括:
所述管理平台与井下数据采集终端通信连接,并接收当前采集信息;
所述管理平台对当前采集信息进行处理,并下发第一指令和第一撤离路线;
若井下数据采集装置与管理平台通信连接失败,则由井下数据采集终端对当前采集信息进行处理并下发第二指令和第二撤离路线;
所述由井下数据采集终端对当前采集信息进行处理并下发第二指令和第二撤离路线,具体包括:
井下数据采集终端的总控制单元将当前采集信息分别与预设采集信息进行比对,若当前采集信息符合预设采集信息时生成第二指令,所述第二指令用于控制声光报警模块对工作人员发出危险警告;
井下数据采集终端的总控制单元根据历史采集信息规划用于工作人员撤离的第二撤离路线,并将控制液晶显示模块对所述第二撤离路线进行显示。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述管理平台对当前采集信息进行处理,并下发第一指令和第一撤离路线,具体包括:
管理平台接收当前采集信息并通过时间戳进行数据关联,形成待处理数据流;
管理平台对所述待处理数据流进行特征提取操作,获得特征点;
管理平台根据所述特征点确定其对应的预警模型;
管理平台根据所述模型预警下发第一指令,所述第一指令用于控制井下数据采集终端的声光报警模块对工作人员发出危险警告;
管理平台根据多个当前采集信息规划工作人员撤离路线,作为第一撤离路线并将所述第一撤离路线下发到井下数据采集终端,并通过液晶显示模块进行显示。
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