CN109597381A - 一种基于大数据的物联网安全管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于大数据的物联网安全管理系统，包括信息识别模块、标签识别模块、人机交互模块、警报模块、路线规划模块、数据存储模块、控制器、信息传输模块、信号中转模块、信息接收终端、终端控制器、风机、风机检测模块、固定检测终端、风速检测模块与视频监控模块；本发明通过设置风速检测模块，根据气体检测单元检测到气体释放单元所释放气体的浓度大幅变化的时间来检测矿道中的气流流速，简单有效，能够反应空气在矿道中的真实流动速度；本发明还通过路线规划模块对发生异常状况的路段周围的工作人员进行疏散，使疏散人群能够有秩序的远离与避开异常路段。

Description

一种基于大数据的物联网安全管理系统

技术领域

本发明属于网络安全技术领域，具体的，涉及一种基于大数据的物联网安全管理系统。

背景技术

随着社会的发展，信息技术也得到了快速的发展进步，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段，其中物联网就是物物相连的互联网，通过通信网络将物品与物品进行连接，使信息物品之间进行交换。

煤是现代社会常用的一种化石能源，为了满足社会工业的发展，人们也加快了对煤矿的开采，但是现在煤矿开采事故的经常发生也造成了很多困扰，煤矿工作人员的生命安全无法得到保障，煤矿开采中主要的安全问题为包括甲烷在内的多种气体的浓度过大从而引发的爆炸、窒息或中毒，因此保证煤矿中的通风是煤矿安全的一大问题，现有技术中对煤矿内的通风状况只能通过对通风设备的工作状态进行监控，但是这种监控方法无法直观的反应煤矿内的气流流速，不方便工作人员对煤矿内的通风条件进行改变，为了解决这一问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大数据的物联网安全管理系统。

本发明需要解决的技术问题为：

1、煤矿需要保持通风，现有技术中，煤矿在对通风情况进行监控时，是依靠对安装在矿井内的通风设备的工作状态进行监控来实现，但是这种监控方法无法直接反应矿道内的气流流通情况；

2、现有技术对煤矿中的各项监测指标进行监测时，无法根据异常指标发生位置的情况来及时疏散人群，并制定措施降低异常指标所带来的危害。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于大数据的物联网安全管理系统，包括信息识别模块、标签识别模块、人机交互模块、警报模块、路线规划模块、数据存储模块、控制器、信息传输模块、信号中转模块、信息接收终端、终端控制器、风机、风机检测模块、固定检测终端、风速检测模块与视频监控模块；

所述信息识别模块用于录入、存储有权限进入煤矿的人员的身份验证信息，并过存储的身份验证信息对进入煤矿的人员进行身份核实，所述身份验证方法包括指纹识别、面部识别；

所述信息接收终端由进入煤矿的工作人员随身携带，信息接收终端用于接收由路线规划模块发出的路线提示信息；

所述警报模块用于发出警报信息；

所述人机交互模块用于常看视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息，并录入与修改固定检测模块的检测项目的阀值；

所述风机安装在煤矿的风井以及矿道中，所述风机检测模块用于检测风机的实时工作状态数据，并将读取的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块，风机的实时工作状态数据包括风机的工作电压以及转速；

所述风速检测模块包括气体释放单元、气体检测单元与计时单元，所述气体释放单元与气体检测单元之间的距离为H，所述气体释放单元用于释放无毒不燃气体，气体释放单元释放的气体包括氮气、氧气、氦气，气体检测单元用于检测气体释放单元所释放气体的浓度，风速检测模块用于检测矿道中的气流流速，并将检测的气流流速传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述风速检测模块检测矿道内气流流通速度的方法为：

S1、在气体释放单元不工作的情况下，每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值，得到N₁、N₂、...、N_n，根据公式得到初始气体浓度值；

S2、气体释放单元每隔设定时间T₁释放无毒不燃气体，在气体释放单元释放气体的同时，计时单元开始计时，当气体检测单元检测到的的实时气体浓度达到(1+α)N_a时，α为预设值，计时单元停止计时并将所计时间T₃传输至终端控制器，终端控制器根据公式V＝H/T₃得到气体释放单元与气体检测单元之间的矿道中的空气流通速度；

S3、当气体检测单元检测到实时气体浓度下降到(1+ω)N_a时，在设定时间T₄后开始每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值n₁、n₂、...、n_n，根据公式计算更新气体浓度值，并以n_a替换N_a进行下一周期的空气流通速度的计算，其中ω为预设值，且ω＜α；

S4、周期性进行步骤S2与S3，持续更新气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度，且当气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度大于等于预设值N_a1时，警报模块发出警报；

所述固定检测模块包括甲烷检测探头、温度检测探头、湿度检测探头、一氧化碳检测探头、二氧化碳检测探头、氧气检测探头与硫化氢检测探头，用于检测煤矿中的环境指标，并将所检测的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述视频监控模块用于对矿道内的目标区域进行视频监控，并将读取的视频监控信息通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述控制器通过信息传输模块连接终端控制器，控制器、信息传输模块与终端控制器之间为有线通信连接，所述信息传输模块与信号中转模块之间为有线通信连接，信号中转模块与信息接收终端之间为无线连接；

所述信号中转模块用于接收路线规划模块发出的路线规划信息并将其传输至信息接收终端，煤矿内均匀设置有若干信号中转模块，所述信息接收终端连接信号中转模块的步骤为：

SS1、将多个信号中转模块按照信息接收终端所处位置能够接收到的信号强度由大至小进行排序得到R₁、R₂、...、R_n，其对应的信号强度为Q₁、Q₂、...、Q_n，此时信息接收模块选取R1进行连接；

SS2、当R₁对应的信号强度降至预设值q₁时，按照SS1中的方式得到一个信号强度最大的信息接收模块进行连接；

SS3、当信息接收终端在设定时间T₄内始终与同一个信号中转模块连接，且在这一过程中，最大信号强度对应的信号中转模块若没有变，则信息接收终端更改连接该最大信号强度对应的信号中转模块；

所述路线规划模块内存储有煤矿地图，路线规划模块用于对固定检测终端上传的参数信息进行分析并根据工作人员在煤矿内的分布状况引导工作人员在煤矿内进行转移；所述路线规划模块工作的具体步骤为：

步骤一：根据信息接收终端所上传的位置信息对煤矿中的工作人员的位置进行标定；

步骤二：当固定检测模块所检测的参数值高于设定的最高正常阀值或低于最低正常阀值，警报模块发出警报，同时路线规划模块将检测到异常参数值的固定检测模块的位置进行标定；

步骤三：当检测到的甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度与硫化氢浓度高于预设阀值时，提升检测到异常参数的固定检测终端两端的风井中的风机转速以及两个风井之间的矿道中的风机转速，将这两个风井之间的路段标记为异常路段，并降低或关闭与异常路段相邻路段中的风机，根据公式计算异常浓度的危险气体从煤矿中的一点到另一点的传播时间，其中L_n为一个风速检测模块所测路段的长度，V_n为对应路段中风速检测模块所检测到的空气流通速度；

步骤四：路径规划模块读取与异常路段相邻路段中的信息接收终端的序号信息，并对对应信息接收终端发出疏散指令；

步骤五：当检测到温度参数、湿度参数或氧气浓度发生异常时，通过控制器远程控制风机加大转速，提升空气流通效果；

所述数据存储模块用于存储视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息。

作为本发明的进一步方案，所述信息接收终端上安装有射频识别单元、电量读取单元、发信单元与GPS定位单元，GPS定位单元用于将信息接收终端的位置信息传输至路线规划模块，所述射频识别单元存储有对应信息接收终端的序号信息，所述电量读取单元用于读取信息接收终端的电量信息并将其传输至控制器，所述发信单元用于将信息接收终端的序号信息经信号中转模块传输至路线规划模块。

作为本发明的进一步方案，所述标签识别模块发出电磁场以读取检测范围内的信息接收终端上射频识别单元存储的序号信息，并将读取到的序号信息传输至控制器，控制器根据序号读取对应信息接收终端上传的电量信息，当对应信息接收终端的电量小于预设值E时，所述警报模块发出警报，若标签识别模块在检测范围内未检测到射频识别单元的序号信息，警报模块发出警报。

本发明的有益效果：

1、本发明通过设置风速检测模块，风速检测模块包括气体释放单元、气体检测单元与计时单元，气体释放单元与气体检测单元之间保持一定距离，由气体释放单元释放无毒不燃气体，并根据气体检测单元检测到气体释放单元所释放气体的浓度大幅变化的时间来检测矿道中的气流流速，简单有效，能够反应空气在矿道中的真实流动速度；

2、本发明通过路线规划模块对发生异常状况的路段周围的工作人员进行疏散，使疏散人群能够有秩序的远离与避开异常路段。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于大数据的物联网安全管理系统，如图1所示，包括信息识别模块、标签识别模块、人机交互模块、警报模块、路线规划模块、数据存储模块、控制器、信息传输模块、信号中转模块、信息接收终端、终端控制器、风机、风机检测模块、固定检测终端、风速检测模块与视频监控模块。

所述信息识别模块用于录入、存储有权限进入煤矿的人员的身份验证信息，并过存储的身份验证信息对进入煤矿的人员进行身份核实，所述身份验证方法包括指纹识别、面部识别；

所述信息接收终端由进入煤矿的工作人员随身携带，信息接收终端用于接收由路线规划模块发出的路线提示信息，所述信息接收终端上安装有射频识别单元、电量读取单元、发信单元与GPS定位单元，GPS定位单元用于将信息接收终端的位置信息传输至路线规划模块，所述射频识别单元存储有对应信息接收终端的序号信息，所述电量读取单元用于读取信息接收终端的电量信息并将其传输至控制器，所述发信单元用于将信息接收终端的序号信息经信号中转模块传输至路线规划模块；

当信息识别模块在对进入煤矿的人员进行身份确认时，所述标签识别模块发出电磁场以读取检测范围内的射频识别单元存储的序号信息，并将读取到的序号信息传输至控制器，控制器根据序号读取对应信息接收终端上传的电量信息，当对应信息接收终端的电量小于预设值E时，警报模块发出警报，若标签识别模块在检测范围内未检测到射频识别单元的序号信息，警报模块发出警报；

所述警报模块用于发出警报信息；

所述人机交互模块用于常看视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息，并录入与修改固定检测模块的检测项目的阀值；

所述风机安装在煤矿的风井以及矿道中，用于保证煤矿中的空气流通，所述风机检测模块用于检测风机的实时工作状态数据，并将读取的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块，风机的实时工作状态数据包括风机的工作电压以及转速；

所述风速检测模块包括气体释放单元、气体检测单元与计时单元，所述气体释放单元与气体检测单元之间的距离为H，所述气体释放单元用于释放无毒不燃气体，气体释放单元释放的气体包括但不限于氮气、氧气、氦气，气体检测单元用于检测气体释放单元所释放气体的浓度，风速检测模块用于检测矿道中的气流流速，并将检测的气流流速传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述风速检测模块检测矿道内气流流通速度的方法为：

S1、在气体释放单元不工作的情况下，每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值，得到N₁、N₂、...、N_n，根据公式得到初始气体浓度值；

S2、气体释放单元每隔设定时间T₁释放无毒不燃气体，在气体释放单元释放气体的同时，计时单元开始计时，当气体检测单元检测到的的实时气体浓度达到(1+α)N_a时，α为预设值，计时单元停止计时并将所计时间T₃传输至终端控制器，终端控制器根据公式V＝H/T₃得到气体释放单元与气体检测单元之间的矿道中的空气流通速度；

S3、当气体检测单元检测到实时气体浓度下降到(1+ω)N_a时，在设定时间T₄后开始每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值n₁、n₂、...、n_n，根据公式计算更新气体浓度值，并以n_a替换N_a进行下一周期的空气流通速度的计算，其中ω为预设值，且ω＜α；

S4、周期性进行步骤S2与S3，持续更新气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度，且当气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度大于等于预设值N_a1时，警报模块发出警报。

所述固定检测模块包括甲烷检测探头、温度检测探头、湿度检测探头、一氧化碳检测探头、二氧化碳检测探头、氧气检测探头与硫化氢检测探头，用于检测煤矿中的环境指标，并将所检测的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述视频监控模块用于对矿道内的目标区域进行视频监控，并将读取的视频监控信息通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述控制器通过信息传输模块连接终端控制器，控制器、信息传输模块与终端控制器之间为有线通信连接，所述信息传输模块与信号中转模块之间为有线通信连接，信号中转模块与信息接收终端之间为无线连接；

所述信号中转模块用于接收路线规划模块发出的路线规划信息并将其传输至信息接收终端，煤矿内均匀设置有若干信号中转模块，因此信息接收终端在煤矿内能够同时处于多个信号中转模块的信号范围内，因此根据信息接收终端的位置来改变与信息接收终端连接的信号中转模块，所述信息接收终端连接信号中转模块的步骤为：

SS1、将多个信号中转模块按照信息接收终端所处位置能够接收到的信号强度由大至小进行排序得到R₁、R₂、...、R_n，其对应的信号强度为Q₁、Q₂、...、Q_n，此时信息接收模块选取R1进行连接；

SS2、当R₁对应的信号强度降至预设值q₁时，按照SS1中的方式得到一个信号强度最大的信息接收模块进行连接；

SS3、当信息接收终端在设定时间T₄内始终与同一个信号中转模块连接，且在这一过程中，最大信号强度对应的信号中转模块若没有变，则信息接收终端更改连接该最大信号强度对应的信号中转模块。

该方法通过缩短无线通信距离，减小煤矿中的电磁干扰对信号传输的影响，同时始终使信息接收终端与信号中转模块有良好的信号连接强度。

所述路线规划模块内存储有煤矿地图，路线规划模块用于对固定检测终端上传的参数信息进行分析并根据工作人员在煤矿内的分布状况引导工作人员在煤矿内进行转移；所述路线规划模块工作的具体步骤为：

步骤一：根据信息接收终端所上传的位置信息对煤矿中的工作人员的位置进行标定，从而反应煤矿中工作人员的位置信息；

步骤二：当固定检测模块所检测的参数值高于设定的最高正常阀值或低于最低正常阀值，警报模块发出警报，同时路线规划模块将检测到异常参数值的固定检测模块的位置进行标定；

步骤三：当检测到的甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度与硫化氢浓度高于预设阀值时，提升检测到异常参数的固定检测终端两端的风井中的风机转速以及两个风井之间的矿道中的风机转速，将这两个风井之间的路段标记为异常路段，并降低或关闭与异常路段相邻路段中的风机，根据公式计算异常浓度的危险气体从煤矿中的一点到另一点的传播时间，其中L_n为一个风速检测模块所测路段的长度，V_n为对应路段中风速检测模块所检测到的空气流通速度；

步骤四：路径规划模块读取与异常路段相邻路段中的信息接收终端的序号信息，并对对应信息接收终端发出疏散指令，使工作人员远离或避开危险区域，同时针对性进行人群疏散能够降低局部异常时工作人员的恐慌；

步骤五：当检测到温度参数、湿度参数或氧气浓度发生异常时，通过控制器远程控制风机加大转速，提升空气流通效果。

所述数据存储模块用于存储视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于大数据的物联网安全管理系统，其特征在于，包括信息识别模块、标签识别模块、人机交互模块、警报模块、路线规划模块、数据存储模块、控制器、信息传输模块、信号中转模块、信息接收终端、终端控制器、风机、风机检测模块、固定检测终端、风速检测模块与视频监控模块；

所述信息识别模块用于录入、存储有权限进入煤矿的人员的身份验证信息，并过存储的身份验证信息对进入煤矿的人员进行身份核实，所述身份验证方法包括指纹识别、面部识别；

所述信息接收终端由进入煤矿的工作人员随身携带，信息接收终端用于接收由路线规划模块发出的路线提示信息；

所述警报模块用于发出警报信息；

所述人机交互模块用于常看视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息，并录入与修改固定检测模块的检测项目的阀值；

所述风机安装在煤矿的风井以及矿道中，所述风机检测模块用于检测风机的实时工作状态数据，并将读取的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块，风机的实时工作状态数据包括风机的工作电压以及转速；

所述风速检测模块包括气体释放单元、气体检测单元与计时单元，所述气体释放单元与气体检测单元之间的距离为H，所述气体释放单元用于释放无毒不燃气体，气体释放单元释放的气体包括氮气、氧气、氦气，气体检测单元用于检测气体释放单元所释放气体的浓度，风速检测模块用于检测矿道中的气流流速，并将检测的气流流速传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述风速检测模块检测矿道内气流流通速度的方法为：

S1、在气体释放单元不工作的情况下，每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值，得到N₁、N₂、...、N_n，根据公式得到初始气体浓度值；

S2、气体释放单元每隔设定时间T₁释放无毒不燃气体，在气体释放单元释放气体的同时，计时单元开始计时，当气体检测单元检测到的的实时气体浓度达到(1+α)N_a时，α为预设值，计时单元停止计时并将所计时间T₃传输至终端控制器，终端控制器根据公式V＝H/T₃得到气体释放单元与气体检测单元之间的矿道中的空气流通速度；

S3、当气体检测单元检测到实时气体浓度下降到(1+ω)N_a时，在设定时间T₄后开始每隔设定时间T₂读取气体检测单元的检测值n₁、n₂、...、n_n，根据公式计算更新气体浓度值，并以n_a替换N_a进行下一周期的空气流通速度的计算，其中ω为预设值，且ω＜α；

S4、周期性进行步骤S2与S3，持续更新气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度，且当气体释放单元所释放气体在矿道中的浓度大于等于预设值N_a1时，警报模块发出警报；

所述固定检测模块包括甲烷检测探头、温度检测探头、湿度检测探头、一氧化碳检测探头、二氧化碳检测探头、氧气检测探头与硫化氢检测探头，用于检测煤矿中的环境指标，并将所检测的数据通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述视频监控模块用于对矿道内的目标区域进行视频监控，并将读取的视频监控信息通过终端控制器传输至人机交互模块与数据存储模块；

所述控制器通过信息传输模块连接终端控制器，控制器、信息传输模块与终端控制器之间为有线通信连接，所述信息传输模块与信号中转模块之间为有线通信连接，信号中转模块与信息接收终端之间为无线连接；

所述信号中转模块用于接收路线规划模块发出的路线规划信息并将其传输至信息接收终端，煤矿内均匀设置有若干信号中转模块，所述信息接收终端连接信号中转模块的步骤为：

SS1、将多个信号中转模块按照信息接收终端所处位置能够接收到的信号强度由大至小进行排序得到R₁、R₂、...、R_n，其对应的信号强度为Q₁、Q₂、...、Q_n，此时信息接收模块选取R1进行连接；

SS2、当R₁对应的信号强度降至预设值q₁时，按照SS1中的方式得到一个信号强度最大的信息接收模块进行连接；

SS3、当信息接收终端在设定时间T₄内始终与同一个信号中转模块连接，且在这一过程中，最大信号强度对应的信号中转模块若没有变，则信息接收终端更改连接该最大信号强度对应的信号中转模块；

所述路线规划模块内存储有煤矿地图，路线规划模块用于对固定检测终端上传的参数信息进行分析并根据工作人员在煤矿内的分布状况引导工作人员在煤矿内进行转移；所述路线规划模块工作的具体步骤为：

步骤一：根据信息接收终端所上传的位置信息对煤矿中的工作人员的位置进行标定；

步骤二：当固定检测模块所检测的参数值高于设定的最高正常阀值或低于最低正常阀值，警报模块发出警报，同时路线规划模块将检测到异常参数值的固定检测模块的位置进行标定；

步骤三：当检测到的甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度与硫化氢浓度高于预设阀值时，提升检测到异常参数的固定检测终端两端的风井中的风机转速以及两个风井之间的矿道中的风机转速，将这两个风井之间的路段标记为异常路段，并降低或关闭与异常路段相邻路段中的风机，根据公式计算异常浓度的危险气体从煤矿中的一点到另一点的传播时间，其中L_n为一个风速检测模块所测路段的长度，V_n为对应路段中风速检测模块所检测到的空气流通速度；

步骤四：路径规划模块读取与异常路段相邻路段中的信息接收终端的序号信息，并对对应信息接收终端发出疏散指令；

步骤五：当检测到温度参数、湿度参数或氧气浓度发生异常时，通过控制器远程控制风机加大转速，提升空气流通效果；

所述数据存储模块用于存储视频监控模块、风速检测模块、固定检测模块、风机检测模块与路线规划模块所上传的信息。

2.根据权力要求1所述的一种基于大数据的物联网安全管理系统，其特征在于，所述信息接收终端上安装有射频识别单元、电量读取单元、发信单元与GPS定位单元，GPS定位单元用于将信息接收终端的位置信息传输至路线规划模块，所述射频识别单元存储有对应信息接收终端的序号信息，所述电量读取单元用于读取信息接收终端的电量信息并将其传输至控制器，所述发信单元用于将信息接收终端的序号信息经信号中转模块传输至路线规划模块。

3.根据权力要求1所述的一种基于大数据的物联网安全管理系统，其特征在于，所述标签识别模块发出电磁场以读取检测范围内的信息接收终端上射频识别单元存储的序号信息，并将读取到的序号信息传输至控制器，控制器根据序号读取对应信息接收终端上传的电量信息，当对应信息接收终端的电量小于预设值E时，所述警报模块发出警报，若标签识别模块在检测范围内未检测到射频识别单元的序号信息，警报模块发出警报。