CN109816956A - 基于多源数据融合的矿山火灾预警系统及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多源数据融合的矿山火灾预警系统及预警方法，其中，预警系统包括：火灾预警参数获取装置，用于获取矿山井下的火灾预警参数；火灾预警图像获取装置，用于获取矿山井下的视频监控图像；定位装置，用于与井下人员身上携带的和/或井下车辆上设置的定位模块通信连接，以确定井下人员和/或车辆的位置；数据管理装置，通过冗余环网分别与火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，以根据火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息。本发明提供的矿山火灾预警系统及预警方法的通信可靠性较高，且能融合矿山多源监测监控数据。

Description

基于多源数据融合的矿山火灾预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及火灾预警技术，尤其涉及一种基于多源数据融合的矿山火灾预警系统及预警方法。

背景技术

非煤矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为石油化工原料、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其他非金属矿物(煤炭除外)的矿山和尾矿库。非煤矿山虽无瓦斯爆炸的危险，但在其他方面与煤矿无根本区别，雷击、静电、地震、设备电接触不良、人员操作不当等原因都会引起火灾，当火灾发生时，保证井下人员的人身安全是极其重要的。

井下通常设置有温度传感器、烟雾传感器、火焰探测器来检测是否发生火灾，还设置有氧气传感器、一氧化碳传感器等气体传感器来检测井下环境是否存在火灾隐患，并通过视频监控设备来监控井下的环境。以上各设备各自通过通信线与控制装置相连，控制装置可对各设备发送来的信号进行处理和记录，并发出报警提示信号。但是若其中部分设备的通信断开，则控制装置无法及时获知井下状况，不能做到对火灾进行提前预警和在火灾发生时进行报警，具有较大的安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有通信可靠性较高的基于多源数据融合的矿山火灾预警系统及预警方法。

根据本发明第一方面实施例提供的基于多源数据融合的矿山火灾预警系统，包括：

火灾预警参数获取装置，用于获取矿山井下的火灾预警参数；

火灾预警图像获取装置，用于获取矿山井下的视频监控图像；

定位装置，用于与井下人员身上携带的和/或井下车辆上设置的定位模块通信连接，以确定井下人员和/或车辆的位置；

数据管理装置，通过冗余环网分别与所述火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，以对所述火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置进行存储并根据所述火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息。

本实施例提供的技术方案，通过用于获取矿山井下的火灾预警参数的火灾预警参数获取装置、用于获取矿山井下的视频监控图像的火灾预警图像获取装置、用于与井下人员身上携带的和/或车辆上设置的定位模块通信连接以确定井下人员和/或车辆的位置的定位装置以及数据管理装置，其中，数据管理装置通过冗余环网分别与火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，以根据火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息，提示井下人员及时撤离，避免发生人员伤亡，保障身份安全，减少财产损失。而且，数据管理装置通过冗余环网分别与火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，不但能够提高通信可靠性和稳定性，还能够建立各参数之间的联结，将多源数据进行融合，以使数据管理装置能够综合各参数来对火灾进行判断，提高精准度，并能够在火灾发生的第一时间发出火灾预警信息。

本发明第二方面实施例还提供一种应用于上述矿山火灾预警系统的预警方法，包括：

获取矿山井下的火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置；

根据所述火灾预警参数和视频监控图像判断是否发生火灾；

当发生火灾时，产生火灾预警信息，并根据井下人员和/或车辆的位置提示井下人员的逃生路径。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统的另一结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统中冗余环网的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的矿山火灾预警方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供一种矿山火灾预警系统，能够应用于非煤矿山或煤矿山，本实施例仅以非煤矿山为例，对预警系统进行详细说明。

图1是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的矿山火灾预警系统包括：火灾预警参数获取装置1、火灾预警图像获取装置2、定位装置3以及数据管理装置4。

其中，火灾预警参数获取装置1用于获取矿山井下的火灾预警参数。具体的，火灾预警参数获取装置1设置在矿山井下，例如：设置在巷道内、爆破器材库、油库、采区变电所、中段马头门、重要巷道出入口、重要斜坡道出入口等位置。火灾预警参数可以为能够指示火灾发生的一些参数，例如：当火灾发生时，火焰的亮度较高、周围环境的温度较高且烟雾浓度较高，因此，可以获取环境温度、烟雾浓度或光线亮度中的至少一种作为火灾预警参数。

火灾预警图像获取装置2用于获取矿山井下的视频监控图像。具体的，火灾预警图像获取装置2设置在矿山井下，例如：设置在巷道交叉点、爆破器材库、油库、采区变电所、中段马头门、重要巷道出入口、重要斜坡道出入口等位置。火灾预警图像获取装置2具体可以为摄像头，用于拍摄井下的图像，例如：火灾预警图像获取装置2可以为网络摄像头。

定位装置3用于与井下人员身上携带的和/或井下车辆上设置的定位模块通信连接，以确定井下人员和/或车辆的位置。每个下井工作的人员身上都携带定位模块，车辆上也配置有定位模块，与定位装置3进行通信连接，以使定位装置3可以获知每个定位模块所在的位置，也就确定了每个人员或车辆所在的位置。

数据管理装置4通过冗余环网5分别与火灾预警参数获取装置1、火灾预警图像获取装置2及定位装置3通信连接，以对火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置进行存储，并根据火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息。具体的，数据管理装置4可设置在地面生产调度中心，火灾预警参数获取装置1、火灾预警图像获取装置2及定位装置3均通过冗余环网5与数据管理装置4通信连接，以将各自采集到的数据发送给数据管理装置4。冗余环网5可以由多个交换机连接成环形网络，当存在通信故障时，冗余环网5可自行启动另一条健全的通信线路以恢复正常通信。数据管理装置4能够根据获取到的火灾预警参数、火灾预警图像和井下人员或车辆的位置产生火灾预警信息，具体的，数据管理装置4可根据火灾预警参数进行判断，例如：若火灾预警参数为温度参数时，当温度参数大于预设值，表明发生火灾，立即产生火灾预警信息。或者，数据管理装置4可对视频监控图像进行图像处理和分析，当根据图像中分析出与火焰发生时的图像纹理相同或相近时，表明发生火灾，立即产生火灾预警信息。

火灾预警信息可通过地面设置的预警提示设备上进行预警，以提示地面的人员。火灾预警信息也可以通过井下设置的预警提示设备进行预警，以提示井下人员及时撤离，可通过步行撤离，或乘坐车辆撤离。

本实施例提供的技术方案，通过用于获取矿山井下的火灾预警参数的火灾预警参数获取装置、用于获取矿山井下的视频监控图像的火灾预警图像获取装置、用于与井下人员身上携带的和/或车辆上设置的定位模块通信连接以确定井下人员和/或车辆的位置的定位装置以及数据管理装置，其中，数据管理装置通过冗余环网分别与火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，以根据火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息，提示井下人员及时撤离，避免发生人员伤亡，保障身份安全，减少财产损失。而且，数据管理装置通过冗余环网分别与火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，不但能够提高通信可靠性和稳定性，还能够建立各参数之间的联结，将多源数据进行融合，以使数据管理装置能够综合各参数来对火灾进行判断，提高精准度，并能够在火灾发生的第一时间发出火灾预警信息。

上述火灾预警信息包括：声音、灯光或画面显示信息。具体的，可以在井下设置蜂鸣器，在火灾发生时，数据管理装置4发出火灾预警信息，用于控制蜂鸣器发出声音，以提示对井下人员进行提示。或者，在井下设置指示灯，火灾预警信息用于控制指示灯点亮，指示灯可以为常亮、闪烁、变换颜色等状态。或者，井下也可以设置显示屏，用于显示火灾位置、火灾范围等画面。

进一步的，还可以通过声音、灯光或画面展示逃生路线提示信息。由于井下的光线比较暗，而且巷道结构较为复杂，若井下人员不清楚火势的具体位置或蔓延趋势匆忙逃生，容易走错路进而耽误逃生时间，甚至误入火灾区域。因此，数据管理装置4可综合上述各参数，确定发生火灾的区域，进而确定火势未蔓延到的区域，并根据井下人员的当前位置计算出逃生路线。该逃生路线作为火灾预警信息通过声音、灯光或画面显示的方式展示出来，例如：在井下通过指示灯依次点亮的方式，指示逃生路线；通过井下人员距离最近的扬声器播报语音，提示逃生路线；或通过显示屏直接显示逃生路线的画面。

可以理解的是，上述逃生路线也可以由地上人员发出，例如：数据管理装置4将火灾发生的区域在地上显示屏上进行显示，地上人员根据显示屏上的画面规划出逃生路线，通过麦克风发出语音指令，并通过井下的扬声器播放语音指令，以指示井下人员逃生。

图2是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统的另一结构示意图。如图2所示，另外，上述火灾预警参数获取装置1可以包括：气体浓度传感器11、温度传感器12和监控分站13。其中，气体浓度传感器11用于检测矿山井下的特定气体浓度参数。气体浓度传感器11具体可以包括：一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、氧气浓度传感器中的至少一种。温度传感器12用于检测矿山井下的温度参数。监控分站13分别与气体浓度传感器11和温度传感器12相连，用于接收特定气体浓度参数和温度参数。监控分站13还通过冗余环网5与数据管理装置4相连，以将特定气体浓度参数和温度参数发送给数据管理装置4。

监控分站13具体可以为控制器，例如：可编程逻辑控制器。监控分站13一方面通过光缆、CAN总线、RS485总线等多种数据传输方式与各传感器相连，接收各传感器采集到的数据，另一方面通过冗余环网5与数据管理装置4相连，将各传感器采集到的数据发送给数据管理装置4。

上述火灾预警图像获取装置2具体可采用工业电视监控器，采集井下画面。各火灾预警图像获取装置2均通过冗余环网5与数据管理装置4相连。或者，另外采用监控调度中心装置，各火灾预警图像获取装置2均通过冗余环网5与监控调度中心装置相连，将采集到的图像参数发送给监控调度中心装置。监控调度中心装置通过统一的数据接口与数据管理装置4相连，将各火灾预警图像获取装置2采集到的图像参数发送给数据管理装置4，实现画面联动。

上述定位装置3可以为定位基站，与下井人员身上携带的或车辆随车配置的定位模块进行实时通信，确定每个下井人员或车辆的位置数据。定位基站通过冗余环网5与数据管理装置4相连，数据管理装置4可获知每个下井人员的下井时间、上井时间、以及井下运行轨迹，并能够获知当前井下人员的数量和位置分布情况。

在上述技术方案的基础上，数据管理装置4的功能是收集对应装置发来的火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置，并进行存储，以及根据火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置产生火灾预警信息。该功能可以采用多种方式来实现，本实施例提供一种具体实现方式：如图2所示，数据管理装置4包括：数据采集模块41、数据存储模块42、数据分析模块43和指令发送模块44。

其中，数据采集模块41用于获取火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置。具体的，数据采集模块41提供接口与冗余环网相连，用于接收上述监控分站13、火灾预警图像获取装置2和定位装置3分别发来的火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置等参数。

数据存储模块42用于存储火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置，将这些参数存入数据库中。具体的，可以将数据库划分为：实时数据库、关系数据库和数据仓库。将数据采集模块41获取到的火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置等参数存入实时数据库内。然后根据获取到的参数建立各参数之间的关系数据库，例如：可根据数据采集的时刻来建立各参数之间的关系数据库。数据仓库中存储有所有采集到的数据、运行中间数据和处理结果数据。

数据分析模块43，用于根据火灾预警参数、视频监控图像、井下人员或车辆的位置进行火灾分析，并产生火灾分析结果。具体的，数据分析模块43的功能可划分为两部分，其一是根据数据采集模块41获取到的数据进行远程监控，其二是根据数据存储模块42中各数据库中的数据进行远程诊断，并产生火灾分析结果。

指令发送模块44用于当火灾分析结果为火灾发生时，产生火灾预警信息。

另外，数据管理装置4还设置有显示器，用于显示井下各传感器检测到的气体浓度数据、温度数据、视频图像数据及各井下人员的位置数据。当发生火灾时，数据管理装置4立即采取灭火措施并调取火灾发生位置的视频数据和人员定位数据，地上人员可发出语音广播，规划井下人员的逃生路线，以减少人员伤亡及财产损失。

对于上述冗余环网5，本实施例提供一种具体的实现方式：

图3是本发明实施例一提供的矿山火灾预警系统中冗余环网的结构示意图。如图3所示，冗余环网5包括：多个环网交换机51，通过通信线路52连接成闭合环状。各环网交换机51在正常工作状态时通过第一路径传输数据，通过第二路径传输诊断帧；各环网交换机51在故障状态时通过第二路径传输数据。

具体的，如图3所示，以四个环网交换机51为例，分别为环网交换机A、B、C、D，连接成闭合环状。实线箭头所指的方向为第一路径，虚线箭头所指的方向为第二路径。在正常工作状态时，C发出的数据沿着第一路径顺时针传输，依次经过D和A之后，发送给B。只有诊断数据沿着第二路径逆时针直接发送给B。在第一路径通信发生故障后，开通第二路径用于传输数据，即：C发出的数据沿第二路径逆时针直接发送给B，恢复正常的数据通信。

上述环网交换机51的数量设置在50台内，冗余环网的自愈时间保证在30ms内，能提高网络可靠性，并减少布线成本。采用冗余环网使网络在保障了链路冗余、设备冗余、电源冗余的高可靠性要求之外，还有效地为现场通信提供了负载均衡能力，极大地减轻了骨干网络的负荷及布线成本，为网络突发流量等极端状况提供了有效的防护措施。

环网交换机51具体可采用工业性交换机，采用双电源供电提高其可靠性。其对环境的适应能力较强，温度、湿度适用范围较宽，无需采用散热风扇，能够降低能耗。

上述各环网交换机51之间可通过光纤通信线路相连，通过光纤传送数据，抗干扰能力较强，提供数据传输的可靠性。

实施例二

本实施例提供一种矿山火灾预警方法，可应用于上述实施例所提供的矿山火灾预警系统。该方法可以由上述预警系统中的数据管理装置来执行。

图4是本发明实施例二提供的矿山火灾预警方法的流程图。如图4所示，本实施例提供的预警方法包括：

步骤401、获取矿山井下的火灾预警参数、视频监控图像及井下人员和/或车辆的位置。

火灾预警参数可由上述火灾预警参数获取装置1进行采集，视频监控图像可以由上述火灾预警图像获取装置2进行采集，井下人员和/或车辆的位置可以由上述定位装置3进行采集。

火灾预警参数获取装置1、火灾预警图像获取装置2和定位装置3通过冗余环网与数据管理装置4相连。数据管理装置4获取各装置采集到的火灾预警参数、视频监控图像及井下人员和/或车辆的位置。

步骤402、根据火灾预警参数和视频监控图像判断是否发生火灾。

数据管理装置4根据上述火灾预警参数、视频监控图像来判断是否发生火灾，具体可判断火灾预警参数是否到达预设极限值，若到达预设极限值，表明有火灾发生。或者，通过对视频监控图像进行图像处理和纹理分析，当确定视频监控图像中的纹理与火焰图像相同或相似时，表明有火灾发生。

步骤403、当发生火灾时，产生火灾预警信息，并根据井下人员和/或车辆的位置提示井下人员的逃生路径。

火灾预警信息可通过地面设置的预警提示设备上进行预警，以提示地面的人员。火灾预警信息也可以通过井下设置的预警提示设备进行预警，以提示井下人员及时撤离。

各步骤的具体实现方式可参照上述实施例，此处不再赘述。

本实施例提供的技术方案，通过获取矿山井下的火灾预警参数、视频监控图像以及井下人员和/或车辆的位置，以根据火灾预警参数、视频监控图像以及井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息，提示井下人员及时撤离，避免发生人员伤亡，保障身份安全，减少财产损失。而且，通过建立各参数之间的联结，将各参数结合在一起，以使数据管理装置能够综合各参数来对火灾进行判断，提高精准度，并能够在火灾发生的第一时间发出火灾预警信息。

进一步的，上述步骤402具体可包括如下几个步骤：

首先，根据火灾预警参数和视频监控图像生成实时数据库。然后，根据实时数据库中存储的数据搭建关系数据库。之后，根据实时数据库和关系数据库中存储的数据生成数据仓库。最后，根据数据仓库中存储的数据判断是否发生火灾。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于多源数据融合的矿山火灾预警系统，其特征在于，包括：

火灾预警参数获取装置，用于获取矿山井下的火灾预警参数；

火灾预警图像获取装置，用于获取矿山井下的视频监控图像；

定位装置，用于与井下人员身上携带的和/或井下车辆上设置的定位模块通信连接，以确定井下人员和/或车辆的位置；

数据管理装置，通过冗余环网分别与所述火灾预警参数获取装置、火灾预警图像获取装置及定位装置通信连接，以对所述火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置进行存储并根据所述火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置产生火灾预警信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：所述冗余环网包括：

多个环网交换机，通过通信线路连接成闭合环状；各环网交换机在正常工作状态时通过第一路径传输数据，通过第二路径传输诊断帧；各环网交换机在故障状态时通过第二路径传输数据。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述火灾预警信息包括：声音、灯光或画面显示信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述火灾预警信息还包括：通过声音、灯光或画面所展示的逃生路线提示信息。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，数据管理装置包括：

数据采集模块，用于获取火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置；

数据存储模块，用于存储火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置；

数据分析模块，用于根据所述火灾预警参数、视频监控图像和井下人员和/或车辆的位置进行火灾分析，并产生火灾分析结果；

指令发送模块，用于当火灾分析结果为火灾发生时，产生火灾预警信息。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述火灾预警参数获取装置包括：

气体浓度传感器，用于检测矿山井下的特定气体浓度参数；

温度传感器，用于检测矿山井下的温度参数；

监控分站，分别与所述气体浓度传感器和温度传感器相连，用于接收所述特定气体浓度参数和温度参数；所述监控分站还通过冗余环网与数据管理装置相连。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气体浓度传感器包括：一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、氧气浓度传感器中的至少一种。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通信线路为光纤通信线路。

9.一种应用权利要求1-8任一项所述的矿山火灾预警系统的预警方法，其特征在于，包括：

获取矿山井下的火灾预警参数、视频监控图像、井下人员和/或车辆的位置；

根据所述火灾预警参数和视频监控图像判断是否发生火灾；

当发生火灾时，产生火灾预警信息，并根据井下人员和/或车辆的位置提示井下人员的逃生路径。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述火灾预警参数和视频监控图像判断是否发生火灾，包括：

根据所述火灾预警参数和视频监控图像生成实时数据库；

根据所述实时数据库中存储的数据搭建关系数据库；

根据所述实时数据库和关系数据库中存储的数据生成数据仓库；

根据所述数据仓库中存储的数据判断是否发生火灾。