CN110206588B - 地下矿山作业人员安全管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够实时监控矿井内作业人员的安全状况的地下矿山作业人员安全管理系统。该系统包括：复数个智能安全帽，供作业人员佩戴；控制中心，用于对所有的智能安全帽所对应的作业人员进行安全管理；通信网络，连通每个智能安全帽与控制中心，具有复数个无线AP单元；以及环境监测装置，设置在矿井内部，用于对矿井内部的环境进行监测，其中，在作业人员佩戴使用智能安全帽的过程中，智能安全帽自动与设定距离内任意的无线AP单元相通信连接，从而让控制中心实时获取对应的作业人员的人员情况信息，当智能安全帽靠近环境监测装置一定范围时，该智能安全帽自动与环境监测装置相通信连接，从而获取被监测区域的环境情况信息。
Description
技术领域
本发明涉及矿井作业人员安全管理技术领域，具体地涉及一种能够实时监控矿井内作业人员的安全状况的地下矿山作业人员安全管理系统。
背景技术
近年来，随着国家经济的快速发展，资源的需求急剧增加，越来越多的露采矿山面临着转入或即将转入地下开采。而地下矿山的大量开发存在较大的安全风险，特别是当前地下矿山现场的安全监管技术水平较低，致使矿山灾难事故频发，不仅危害了技术人员的生命安全,还对矿山企业的经济效益造成了一定影响,严重阻碍了矿山企业的可持续发展。
目前，国内地下矿山开采过程具有隐蔽性强、风险性大、工作面狭小、工序交叉复杂等特点，如何加强作业人员管理、保证作业人员安全、降低作业风险已成为地下矿山开采过程中需要解决的核心问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够实时监控矿井内作业人员的安全状况的地下矿山作业人员安全管理系统。
本发明提供了一种地下矿山作业人员安全管理系统，用于对在矿井内进行作业的作业人员进行实时安全管理，其特征在于，包括：复数个智能安全帽，供作业人员佩戴；控制中心，用于对所有的智能安全帽所对应的作业人员进行安全管理；通信网络，连通每个智能安全帽与控制中心，具有复数个无线AP单元；以及环境监测装置，设置在矿井内部，用于对矿井内部的环境进行监测，其中，在作业人员佩戴使用智能安全帽的过程中，智能安全帽自动与设定距离内任意的无线AP单元相通信连接，从而让控制中心实时获取对应的作业人员的人员情况信息，当智能安全帽靠近环境监测装置一定范围时，该智能安全帽自动与环境监测装置相通信连接，从而获取被监测区域的环境情况信息。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，通信网络设置在矿井内，该通信网络为光纤环网，智能安全帽至少包含无线通信模块和蓝牙模块，环境监测装置至少包含蓝牙模块，智能安全帽与环境监测装置之间通过蓝牙方式进行通信连接。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，智能安全帽还包含无线定位模块、健康监测模块，无线定位模块用于实时获取作业人员的位置信息，健康监测模块用于监测作业人员的健康状况信息，控制中心通过对应的无线AP单元获取该作业人员的位置信息和健康状况信息。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，无线定位模块的定位过程为：通过RSSI定位算法将RSSI信号的强度转化为智能安全帽至无线AP单元的空间距离，当获取智能安全帽与邻近的三个无线AP单元的空间距离后，基于该三个空间距离和无线AP单元的坐标值，计算出智能安全帽当前的位置信息。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，智能安全帽还包含身份识别模块和签到打卡模块，身份识别模块为RFID指纹识别部件，用于判断作业人员的身份，签到打卡模块通过蓝牙方式连接打卡装置，从而实现自动签到打卡。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，智能安全帽还包含一键呼救模块和语音通话模块，一键呼救模块用于让作业人员向控制中心进行呼救，语音通话模块用于与控制中心之间进行语音信息的收发。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，智能安全帽还包含震动预警模块和相互预警模块，当接收控制中心发送来的预警信息时，震动预警模块进行震动从而提醒对应的作业人员，相互预警模块用于与相同工作组的任意作业人员之间绑定预警，便于被绑定的作业人员及时获取对方的预警信息。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，环境监测装置还包含设置在矿井内部的复数个监测节点，用于实时采集对应区域的环境情况信息。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，环境情况信息为被监控区域的有害气体浓度，至少包含CH4、CO、CO2、N2、H2S以及粉尘的浓度。
在本发明提供的地下矿山作业人员安全管理系统中，还可以具有这样的特征，其中，控制中心包含可视化显示模块和数据分析模块，可视化显示模块用于让管理员实时查看作业人员的所有数据信息和矿井内部的环境情况信息，数据分析模块用于对作业人员的数据信息进行统计分析。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的地下矿山作业人员安全管理系统，因为作业人员在进入矿井内之前就佩戴好对应的智能安全帽，作业人员移动过程中即带着智能安全帽一起移动，当智能安全帽距离任意的无线AP单元为设定距离值时，该智能安全帽都能够通过通信网络与控制中心通信连接，保证了智能安全帽与控制中心的通信稳定性，不受作业人员移动范围影响，从而保证控制中心能够实时获取作业人员的人员情况信息；另外，矿井内部设置了环境监测装置进行环境监测，当作业人员佩戴智能安全帽靠近环境监测装置一定范围时，该智能安全帽自动与环境监测装置相通信连接，从而获取到被监测区域的环境情况信息，提前获知被监测区域的环境状况，保障了作业人员的人身安全，便于矿井内作业人员的管理与监控，提高了安全管理水平，该地下矿山作业人员安全管理系统可靠性高，实用性强，操作简单，便于痕迹化管理，适于大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明的实施例中地下矿山作业人员安全管理系统的结构示意图；
图2是本发明的实施例中智能安全帽结构左视图；
图3是本发明的实施例中智能安全帽结构右视图；以及
图4是本发明的实施例中智能安全帽结构仰视图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
<实施例>
在本实施例中，地下矿山作业人员安全管理系统作为一种作业人员的安全管理系统，可应用在任意的地下矿山中，用于对在矿井内进行作业的作业人员进行实时安全管理与监控。
图1是本发明的实施例中地下矿山作业人员安全管理系统的结构示意图。
如图1所示，该地下矿山作业人员安全管理系统100包括：七个智能安全帽10、控制中心20、通信网络30以及环境监测装置40。
七个智能安全帽10分别用于让进入矿井内作业的作业人员佩戴，作业人员在进入矿井之前就会将安全帽佩戴好。
控制中心20设置在地面上的控制室内，即矿井的外部，用于对进入矿井内且佩戴智能安全帽10的作业人员进行管理与监控。
通信网络30设置在矿井的内部，即地面下方，它一端与控制中心20相通信连接，另一端与所有的智能安全帽10相通信连接，即用于连通每个智能安全帽10与控制中心20。它具有六个无线AP单元31。在本实施例中，通信网络30为光纤环网，所具有的六个无线AP单元31布置在矿井内的各个中段，使得矿井内的任何区域都能够与无线AP单元31通信连接。具体地，通信网络30一方面将无线AP单元31接收到的信息传输至地表系统控制中心20，另一方面将控制中心20的指令发送至矿井内无线AP单元31。
环境监测装置40设置在矿井内部，用于对矿井内部的环境进行监测。在本实施例中，环境监测装置40包含：图中未显示的复数个监测节点和蓝牙模块。
复数个监测节点设置在矿井内部，用于实时采集其所在的对应区域的环境情况信息。在本实施例中，环境情况信息为被监控区域的有害气体浓度，至少包含CH4、CO、CO2、N2、H2S以及粉尘的浓度，如若浓度超标则进行预警。
蓝牙模块用于实现环境监测装置49与智能安全帽10之间进行通信连接，即以蓝牙方式进行通信连接。
图2是本发明的实施例中智能安全帽结构左视图。
图3是本发明的实施例中智能安全帽结构右视图。
图4是本发明的实施例中智能安全帽结构仰视图。
如图1-4所示，智能安全帽10包括：无线通信模块101、蓝牙模块102、无线定位模块103、健康监测模块104、身份识别模块105、签到打卡模块106、一键呼救模块107、语音通话模块108、震动预警模块109、相互预警模块110、微处理器模块111以及供电模块112。
无线通信模块101与无线AP单元31通过无线方式通信连接。
蓝牙模块102用于与环境监测装置40的蓝牙模块进行配对连接，从而实现智能安全帽10与环境监测装置40进行通信。
无线定位模块103用于实时获取作业人员的当前的位置信息。具体的定位过程为：通过RSSI定位算法将RSSI信号的强度转化为智能安全帽至无线AP单元的空间距离，当获取智能安全帽与邻近的三个无线AP单元的空间距离后，基于该三个空间距离和无线AP单元的坐标值，计算出智能安全帽当前的位置信息。
健康监测模块104用于监测作业人员的健康状况信息，具体包括心率监测、血压监测、血氧浓度监测和人体温监测，健康监测模块104的设置位置与佩戴智能安全帽10的作业人员的太阳穴相接触，通过太阳穴来实时监测人的生理健康指标，保障工作人员的安全。
身份识别模块105为RFID指纹识别部件，用于判断作业人员的身份。在本实施例中，每个智能安全帽10对应一个作业人员，通过身份识别模块105可以判断作业人员是否为本人，若判断是本人，则开放智能安全帽10的功能使用权限，反之则呈待机状态，其具有识别灵敏度高，安全可靠等特点。
签到打卡模块106通过蓝牙方式连接图中未显示的矿井口处的打卡装置，从而实现自动签到打卡，便于工作统计。
一键呼救模块107为设置在智能安全帽10上的按钮，当作业人员觉得身体不适或遇到突发紧急情况时，可按下该按钮一键呼救按钮，将紧急信号发送至控制中心10，并可以通过语音通话模块108建立起智能安全帽10与控制中心10之间的通信联系，使得控制中心10能第一时间收到紧急求助信息，并建立起救援联系，实施应急救援。
语音通话模块108用于与控制中心20之间进行语音信息的收发，在紧急情况下，作业人员也能够与控制中心20建立通信联系。
震动预警模块109用于发出震动进行预警，当接收控制中心20发送来的预警信息时，通过震动预警模块109发出震动从而提醒对应的作业人员。
相互预警模块110用于与相同工作组的任意作业人员之间绑定预警，便于被绑定的作业人员及时获取对方的预警信息。具体地，通过在控制中心10操作互相绑定多个智能安全帽10，当某个智能安全帽10的健康监测模块104监测数据远超正常值时，将发出预警信息给个人与其他绑定者，以便于同工区同工作组的同伴能第一时间在现场对非健康人员进行施救，节约了救援时间，同时也提高了应急救援的效率。
微处理模块控制无线通信模块101、蓝牙模块102、无线定位模块103、健康监测模块104、身份识别模块105、签到打卡模块106、一键呼救模块107、语音通话模块108、震动预警模块109以及相互预警模块110的运转，为智能安全帽10的大脑。
供电模块112为智能安全帽10的所有模块提供工作所需的电能。
在作业人员佩戴使用智能安全帽10的过程中，作业人员移动时，带着智能安全帽10一起移动，而智能安全帽10能够自动与设定距离内任意的无线AP单元31相通信连接，从而让控制中心20实时获取对应的作业人员的位置信息和健康状况信息。另外，当智能安全帽10靠近环境监测装置40一定范围时，智能安全帽10能够自动与环境监测装置40进行配对连接，从而通过蓝牙方式获取被监测区域的环境情况信息(即有害气体的浓度)，判断前方工作区域是否安全。
控制中心20管控整个系统的运作，包含可视化显示模块和数据分析模块。
可视化显示模块即为web端界面，能够实时可视化显示智能安全帽10的无线定位模块103、健康监测模块104、签到打模块、一键呼救模块107和环境监测装置40的监测信息，让管理员实时查看作业人员的所有数据信息和矿井内部的环境情况信息。其次，通过数据分析模块能够对所有的历史数据进行统计分析，与作业人员的管理信息相匹配，提高人员管理与健康管理的效率。
另外，控制中心20能够对通过智能安全帽10向对应的作业人员(即佩戴者)发送紧急信号，智能安全帽10的震动预警模块109发出震动预警，智能安全帽10的语音通话模块108发送语音信息。
地下矿山作业人员安全管理系统100的具体过程为：
作业人员佩戴智能安全帽10，首先通过身份识别模块105识别是否本人，若是本人操作则开放智能安全帽10的全部功能权限，佩戴人员进入矿井口时，签到打卡模块106进行签到打卡，健康监测模块104和无线定位模块103实时监测人体的健康状况信息与位置信息，佩戴人员走入无线AP单元31预设距离范围时自动与无线AP单元31连接，通过无线AP单元31与光纤环网将各项监测信息实时传输至控制中心20，控制中心20统计并分析各项信息，形成曲线图与表格，提供给管理人员加强人员安全管理。
通过控制中心20提前将佩戴者与同工区同工作组作业人员设置相互绑定，当智能安全帽10监测人体健康信息异常时，震动预警模块109震动预警提醒工人注意安全，佩戴者若遇到紧急情况可使用一键呼救模块107，直接向控制中心20发送紧急求救信号，语音通话模块108自动连通控制中心20与智能安全帽10，相互绑定的其他作业人员也将收到预警信息，同现场能第一时间开展救援，节约救援时间。
佩戴者进入环境监测装置40的监测区域时，在距离区域一段距离内，智能安全帽10的蓝牙模块102与环境监测装置40的蓝牙模块自动配对连接，并读取判断环境监测参数，识别前方监测区域是否处于安全状态，若异常则发出预警信号。
实施例的作用与效果
本实施例所涉及的地下矿山作业人员安全管理系统将矿井内作业人员监测的各个功能需求集合成了一个整体，使得智能安全帽除了能完成矿井内打卡签到和实时定位的需求外，还能够提供人员健康监测、有毒有害气体监测、相互预警与个人预警、语音通话与一键呼救等功能，并通过控制中心对各项监测数据进行大数据分析，加强了人员安全管理的效率，提高了安全管理水平。而且，通过统计分析作业人员的心率、血压曲线图与平均工作时长，得出的结论有助于矿山人员管理与环境治理的优化，并大大节省了重量，同时也考虑到了便携性与实用性，适合推广使用。
在本实施例中，通过无线方式实现精确定位功能，解决了矿井内环境复杂，且无GPS无北斗信号的问题，该定位方式具有定位精度高，误差小，同时与智能安全帽各个模块相似，其功能的实现均可以通过微芯片实现，大大节约了智能安全帽的体积与重量，使得智能安全帽轻便，实用性强。
在本实施例中，智能安全帽能够自动与矿井内布设的有毒有害气体监测装置相配对，使得作业人员在未进入该区域时即可通过远程蓝牙配对知晓该区域有毒有害气体浓度是否超标，从而判断是否进入该区域，保障了工作人员的安全。
在本实施例中，相互预警功能能够绑定多个同工区同工作组的作业人员，当某个作业人员身体不适需要救助时，与他同区域工作的作业人员第一时间收到预警信息，能够第一时间赶去对其展开救治，节省了救援时间，提高了应急救援效率。
在本实施例中，签到打卡模块能够信息化记录工人的签到打卡状态与单次工作耗费的总时长，通过控制中心的大数据统计与分析，提高矿井工作的管理水平。
在本实施例中，智能安全帽采用了高强轻质材料，强度较高，耐磨损性强，使用寿命长，轻便便携，满足安全帽的基本重量标准，可长时间使用。
在本实施例中，智能安全帽的数量为七个；而在本发明中，智能安全帽的数量可以为任意数量。
在本实施例中，无线AP单元的数量为六个；而在本发明中，无线AP单元的数量可以为任意数量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种地下矿山作业人员安全管理系统，用于对在矿井内进行作业的作业人员进行实时安全管理，其特征在于，包括：
复数个智能安全帽，供所述作业人员佩戴；
控制中心，用于对所有的所述智能安全帽所对应的所述作业人员进行安全管理；
通信网络，连通每个所述智能安全帽与所述控制中心，具有复数个无线AP单元；
环境监测装置，设置在矿井内部，用于对矿井内部的环境进行监测；以及
相互预警模块，用于实现同组的任意所述作业人员之间的绑定预警，
其中，在所述作业人员佩戴使用所述智能安全帽的过程中，
所述智能安全帽自动与设定距离内任意的所述无线AP单元相通信连接，从而让所述控制中心实时获取对应的所述作业人员的人员情况信息，
当所述智能安全帽靠近所述环境监测装置一定范围时，该智能安全帽自动与所述环境监测装置相通信连接，从而获取被监测区域的环境情况信息，并预先判断出前方监测区域的安全情况，
当任意的所述作业人员发生异常时，所述相互预警模块能够向绑定的同组的所述作业人员发出报警信息，便于第一时间获得救援。
2.根据权利要求1所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述通信网络设置在所述矿井内，该通信网络为光纤环网，
所述智能安全帽至少包含无线通信模块和蓝牙模块，
所述环境监测装置至少包含蓝牙模块，
所述智能安全帽与所述环境监测装置之间通过蓝牙方式进行通信连接。
3.根据权利要求2所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述智能安全帽还包含无线定位模块、健康监测模块，
所述无线定位模块用于实时获取所述作业人员的位置信息，
所述健康监测模块用于监测所述作业人员的健康状况信息，
所述控制中心通过对应的所述无线AP单元获取该作业人员的所述位置信息和所述健康状况信息。
4.根据权利要求3所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述无线定位模块的定位过程为：通过RSSI定位算法将RSSI信号的强度转化为所述智能安全帽至所述无线AP单元的空间距离，当获取所述智能安全帽与邻近的三个所述无线AP单元的所述空间距离后，基于该三个空间距离和所述无线AP单元的坐标值，计算出所述智能安全帽当前的所述位置信息。
5.根据权利要求4所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述智能安全帽还包含身份识别模块和签到打卡模块，
所述身份识别模块为RFID指纹识别部件，用于判断所述作业人员的身份，
所述签到打卡模块通过蓝牙方式连接打卡装置，从而实现自动签到打卡。
6.根据权利要求5所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述智能安全帽还包含一键呼救模块和语音通话模块，
所述一键呼救模块用于让所述作业人员向所述控制中心进行呼救，
所述语音通话模块用于与所述控制中心之间进行语音信息的收发。
7.根据权利要求6所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述智能安全帽还包含震动预警模块，
当接收所述控制中心发送来的预警信息时，所述震动预警模块进行震动从而提醒对应的所述作业人员。
8.根据权利要求2所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述环境监测装置还包含设置在矿井内部的复数个监测节点，用于实时采集对应区域的所述环境情况信息。
9.根据权利要求8所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述环境情况信息为被监控区域的有害气体浓度，至少包含CH4、CO、CO2、N2、H2S以及粉尘的浓度。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的地下矿山作业人员安全管理系统，其特征在于：
其中，所述控制中心包含可视化显示模块和数据分析模块，
所述可视化显示模块用于让管理员实时查看所述作业人员的所有数据信息和矿井内部的所述环境情况信息，
所述数据分析模块用于对所述作业人员的数据信息进行统计分析。
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