CN110344883B - 一种基于物联网的煤矿安全监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的煤矿安全监测系统，该系统包括：多个地下固定监测终端、多个地下移动监测终端和地上监测服务器，多个地下固定监测终端和多个地下移动监测终端均与地上监测服务器通过物联网进行无线通信。本发明设置多个地下固定监测终端与地上监测服务器无线通信，可以全面的对井下危险进行监测并及时通知井下人员，从而预先获知危险类型和危险源，以便提前做出安全措施，同时可以准确及时地向井下人员提供逃跑路线，确保井下人员安全；本发明设置地下移动监测终端可以应对网络通信不佳的紧急情况，其具有灵活性高，及时性强的特点，同时避免了单一依靠井上井下通信预警井下危险的情况，从而为煤矿安全监测系统提供了新功能。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下安全监测技术领域，更具体的涉及一种基于物联网的煤矿安全监测系统。
背景技术
煤矿安全生产一直严重威胁着煤矿工人的身体健康和生命安全，绝大多数的煤矿井下条件恶劣，不同程度地受到了瓦斯、顶板、透水等自然灾害的威胁。物联网是基于互联网、射频识别、无线通信、传感器网络技术的虚拟网络，通过物联网可以实现煤矿安全的实时监测。
传统的煤矿安全监测只能对所监测的环境参数发生超限时进行提醒，并没有对安全数据的综合分析以确定具体的危险类型和危险源位置，从而导致监测效果不佳；并且当煤矿井上井下通信受阻时，没有替代的危险预测方案，从而不能及时地获知危险。
发明内容
本发明实施例提供一种基于物联网的煤矿安全监测系统，用以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明实施例提供一种基于物联网的煤矿安全监测系统，包括：多个地下固定监测终端、多个地下移动监测终端和地上监测服务器，多个所述地下固定监测终端和多个所述地下移动监测终端均与所述地上监测服务器通过物联网进行无线通信；
所述地下固定监测终端，用于固定监测煤矿井下区域内所述地下固定监测终端所在位置范围内的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，并且将带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据上传至所述地上监测服务器；
所述地下移动监测终端，用于移动监测煤矿井下区域内所述地下移动监测终端所在位置范围内的第二空气质量数据，对第二空气质量数据进行分析，确定所述地下移动监测终端所在位置范围内的有害气体危险程度和有害气体危险源位置，并发出第一危险报警信息和指示逃离方向；同时监测所述地下移动监测终端所在位置的位置信息，并将位置信息上传至所述地上监测服务器；
所述地上监测服务器，用于根据多个所述地下固定监测终端所在位置范围内带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，结合煤矿井下区域固有参数，确定整个煤矿井下区域内有害气体危险源位置和不同范围内的危险程度、透水危险源位置和不同范围内的危险程度、顶压危险源和不同范围内的危险程度，并根据所述地下移动监测终端所在位置的位置信息，向所述地下移动监测终端发送第二危险报警信息和逃离路线指示信息。
进一步地，多个所述地下固定监测终端均固定布设在煤矿井下区域，多个所述地下移动监测终端均携带于煤矿井下区域工作人员身上。
进一步地，所述地下固定监测终端包括：第一空气质量监测模块、温湿度监测模块和顶压监测模块；
所述第一空气质量监测模块，用于监测所述地下固定监测终端所在位置范围内的气体浓度；所述气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度；
所述温湿度监测模块，用于监测所述地下固定监测终端所在位置范围内的地表温湿度和空气温湿度；
所述顶压监测模块，用于监测所述地下固定监测终端所在位置范围内的顶压信息和顶压图像信息。
进一步地，所述第一空气质量监测模块包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器和空气质量监测控制器，且所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器和所述氧气传感器均与所述空气质量监测控制器电连接。
进一步地，所述温湿度监测模块包括：地表温湿度传感器、空气温湿度传感器和温湿度监测控制器，且所述地表温湿度传感器和所述空气温湿度传感器均与所述温湿度监测控制器电连接。
进一步地，所述顶压监测模块包括：压力传感器、图像采集器和顶压监测控制器，所述压力传感器和所述图像采集器均与所述顶压监测控制器电连接。
进一步地，所述地下移动监测终端包括：第二空气质量监测模块、有害气体危险程度确定模块、有害气体危险源位置确定模块、第一危险报警模块、逃离方向指示模块、位置监测模块、选择显示模块、RFID读写模块和求救模块；
所述第二空气质量监测模块，用于监测所述地下移动监测终端所在位置范围内的气体浓度；所述气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度；
所述有害气体危险程度确定模块，用于根据所述地下移动监测终端所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度平均值，预测所述地下移动监测终端所在位置发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；
所述有害气体危险源位置确定模块，用于根据所述地下移动监测终端所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度，确定有害气体危险源相对所述地下移动监测终端所在位置的方向；
所述第一危险报警模块，用于根据发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度，发出第一危险报警信息；
所述逃离方向指示模块，用于根据有害气体危险源相对所述地下移动监测终端所在位置的方向，指示逃向安全区域或出口的方向；
所述位置监测模块，用于监测所述地下移动监测终端所在位置的定位信息和方位信息；
所述选择显示模块，用于显示所述地下移动监测终端所在位置范围内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、有害气体危险源相对所述地下移动监测终端所在位置的方向、第一危险报警信息、逃向安全区域或出口的方向，或显示整个煤矿井下区域内第二危险报警信息和逃离路线指示信息；
所述RFID读写模块，用于读写所述地下移动监测终端携带者的身份信息；
所述求救模块，用于向所述地上监测服务器发送求救信号。
进一步地，所述位置监测模块包括：GPS定位仪、电子罗盘和位置监测控制器，所述GPS定位仪和所述电子罗盘均与所述位置监测控制器电连接。
进一步地，所述地上监测服务器包括：有害气体危险确定模块、透水危险确定模块、顶压危险确定模块、第二危险报警模块和逃离路线指示模块；
所述有害气体危险确定模块，用于根据整个煤矿井下区域内甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度的分布，预测有害气体危险源位置，并预测不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；
所述透水危险确定模块，用于根据整个煤矿井下区域内地表温湿度和空气温湿度的分布，预测透水危险源位置，并预测不同区域内发生透水的危险程度；
所述顶压危险确定模块，用于根据整个煤矿井下区域内顶压信息和顶压图像信息，预测顶压危险源位置，并预测不同区域内发生顶压灾难的危险程度；
所述第二危险报警模块，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度，发出第二危险报警信息；
所述逃离路线指示模块，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度、所述地下移动监测终端所在位置的位置信息，指示逃离安全区域或出口的路线。
本发明实施例提供一种基于物联网的煤矿安全监测系统，与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明通过设置多个地下固定监测终端，监测整个煤矿井下区域内不同范围的空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，当井上井下通信良好时，地上监测服务器向地下移动监测终端(地下携带者)发送不同危险(有害气体危险、透水危险、顶压危险)预发生时的危险报警信息，即全面的对井下危险进行监测并及时通知井下人员，可以预先获知危险类型和危险源，以便提前做出安全措施；同时，根据整个煤矿井下区域的地图和地下移动监测终端的实时位置，可以准确及时地向井下人员提供逃跑路线，确保井下人员安全。
另外，由于井下的有害气体可以隐蔽且快速的威胁人员生命安全，因此当井上井下通信有干扰或通信中断时，通过多个地下移动监测终随时监测携带者周围的有害气体浓度，且地下移动监测终端对有害气体浓度分析后，可以更加快速地确定地下移动监测终端所在位置范围内的有害气体危险程度和有害气体危险源位置，并发出有害气体危险程度和危险源的危险报警信息，以及根据不同方向的有害气体监测情况指示逃离方向，即设置地下移动监测终端可以应对网络通信不佳的紧急情况，其具有灵活性高，及时性强的特点，同时避免了单一依靠井上井下通信预警井下危险的情况，从而为煤矿安全监测系统提供了新功能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于物联网的煤矿安全监测系统的整体原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于物联网的煤矿安全监测系统具体原理示意图。
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。
参见图1～2，本发明实施例提供一种基于物联网的煤矿安全监测系统，该系统包括：多个地下固定监测终端1、多个地下移动监测终端2和地上监测服务器3，多个地下固定监测终端1和多个地下移动监测终端2均与地上监测服务器3通过物联网进行无线通信。本实施例中的多个地下固定监测终端1、多个地下移动监测终端2和地上监测服务器3均为无线传感器节点，物联网为ZigBee无线通信网络。
上述地下固定监测终端1，用于固定监测煤矿井下区域内地下固定监测终端1所在位置范围内的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，并且将带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据上传至地上监测服务器3。
上述地下移动监测终端2，用于移动监测煤矿井下区域内地下移动监测终端2所在位置范围内的第二空气质量数据，对第二空气质量数据进行分析，确定地下移动监测终端2所在位置范围内的有害气体危险程度和有害气体危险源位置，并发出第一危险报警信息和指示逃离方向；同时监测地下移动监测终端2所在位置的位置信息，并将位置信息上传至地上监测服务器3。
上述地上监测服务器3，用于根据多个地下固定监测终端1所在位置范围内带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，结合煤矿井下区域固有参数，确定整个煤矿井下区域内有害气体危险源位置和不同范围内的危险程度、透水危险源位置和不同范围内的危险程度、顶压危险源和不同范围内的危险程度，并根据地下移动监测终端2所在位置的位置信息，向地下移动监测终端2发送第二危险报警信息和逃离路线指示信息。
本发明实施例中，通过设置多个地下固定监测终端1，监测整个煤矿井下区域内不同范围的空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，地上监测服务器3将上述数据分布在整个煤矿井下区域内，结合煤矿井下区域固有参数(如煤矿井下区域尺寸结构、材料类型、寿命、水渗性等)，确定整个煤矿井下区域内有害气体危险源位置和不同范围内的危险程度、透水危险源位置和不同范围内的危险程度、顶压危险源和不同范围内的危险程度，当井上井下通信良好时，地上监测服务器3向地下移动监测终端2(地下携带者)发送不同危险(有害气体危险、透水危险、顶压危险)预发生时的危险报警信息，即全面的对井下危险进行监测并及时通知井下人员，可以预先获知危险类型和危险源，以便提前做出安全措施；同时，根据整个煤矿井下区域的地图和地下移动监测终端2的实时位置，可以准确及时地向井下人员提供逃跑路线，确保井下人员安全。
另外，由于井下的有害气体可以隐蔽且快速的威胁人员生命安全，因此当井上井下通信有干扰或通信中断时，最好能够快速获取井下的有害气体信息则可以一定程度的保证井下人员安全，所以本发明通过多个地下移动监测终端2随时监测携带者周围的有害气体浓度，且地下移动监测终端2对有害气体浓度分析后，可以更加快速地确定地下移动监测终端2所在位置范围内的有害气体危险程度和有害气体危险源位置，并发出有害气体危险程度和危险源的危险报警信息，以及根据不同方向的有害气体监测情况指示逃离方向，即设置地下移动监测终端2可以应对网络通信不佳的紧急情况，其具有灵活性高，及时性强的特点，同时避免了单一依靠井上井下通信预警井下危险的情况，为煤矿安全监测系统提供了新功能。
进一步地，多个地下固定监测终端1均固定布设在煤矿井下区域，多个地下移动监测终端2均携带于煤矿井下区域工作人员身上。
进一步地，地下固定监测终端1包括：第一空气质量监测模块11、温湿度监测模块12和顶压监测模块13。
其中，第一空气质量监测模块11，用于监测地下固定监测终端1所在位置范围内的气体浓度；气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度；温湿度监测模块12，用于监测地下固定监测终端1所在位置范围内的地表温湿度和空气温湿度；顶压监测模块13，用于监测地下固定监测终端1所在位置范围内的顶压信息和顶压图像信息。
进一步地，第一空气质量监测模块11包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器和空气质量监测控制器，且甲烷传感器、一氧化碳传感器和氧气传感器均与空气质量监测控制器电连接。
进一步地，温湿度监测模块12包括：地表温湿度传感器、空气温湿度传感器和温湿度监测控制器，且地表温湿度传感器和空气温湿度传感器均与温湿度监测控制器电连接。
进一步地，顶压监测模块13包括：压力传感器、图像采集器和顶压监测控制器，压力传感器和图像采集器均与顶压监测控制器电连接。
进一步地，地下移动监测终端2包括：第二空气质量监测模块21、有害气体危险程度确定模块22、有害气体危险源位置确定模块23、第一危险报警模块24、逃离方向指示模块25、位置监测模块26、选择显示模块27、RFID读写模块28和求救模块29。
其中，第二空气质量监测模块21，用于监测地下移动监测终端2所在位置范围内的气体浓度；气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度；有害气体危险程度确定模块22，用于根据地下移动监测终端2所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度平均值，预测地下移动监测终端2所在位置发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；有害气体危险源位置确定模块23，用于根据地下移动监测终端2所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度，确定有害气体危险源相对地下移动监测终端2所在位置的方向；第一危险报警模块24，用于根据发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度，发出第一危险报警信息；逃离方向指示模块25，用于根据有害气体危险源相对地下移动监测终端2所在位置的方向，指示逃向安全区域或出口的方向；位置监测模块26，用于监测地下移动监测终端2所在位置的定位信息和方位信息；选择显示模块27，用于显示地下移动监测终端2所在位置范围内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、有害气体危险源相对地下移动监测终端2所在位置的方向、第一危险报警信息、逃向安全区域或出口的方向，或显示整个煤矿井下区域内第二危险报警信息和逃离路线指示信息；RFID读写模块28，用于读写地下移动监测终端2携带者的身份信息；求救模块29，用于向地上监测服务器3发送求救信号。
进一步地，，位置监测模块26包括：GPS定位仪、电子罗盘和位置监测控制器，GPS定位仪和电子罗盘均与位置监测控制器电连接。
进一步地，，地上监测服务器3包括：有害气体危险确定模块31、透水危险确定模块32、顶压危险确定模块33、第二危险报警模块34和逃离路线指示模块35。
其中，有害气体危险确定模块31，用于根据整个煤矿井下区域内甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度的分布，预测有害气体危险源位置，并预测不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；透水危险确定模块32，用于根据整个煤矿井下区域内地表温湿度和空气温湿度的分布，预测透水危险源位置，并预测不同区域内发生透水的危险程度；顶压危险确定模块33，用于根据整个煤矿井下区域内顶压信息和顶压图像信息，预测顶压危险源位置，并预测不同区域内发生顶压灾难的危险程度；第二危险报警模块34，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度，发出第二危险报警信息；逃离路线指示模块35，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度、地下移动监测终端2所在位置的位置信息，指示逃离安全区域或出口的路线。
综述所述，本发明实施例提供的基于物联网的煤矿安全监测系统，设置了两种安全预警方式，相互协调，保证了煤矿安全监测的可靠性。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，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，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)
1.一种基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，包括：多个地下固定监测终端(1)、多个地下移动监测终端(2)和地上监测服务器(3)，多个所述地下固定监测终端(1)和多个所述地下移动监测终端(2)均与所述地上监测服务器(3)通过物联网进行无线通信；
所述地下固定监测终端(1)，用于固定监测煤矿井下区域内所述地下固定监测终端(1)所在位置范围内的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，并且将带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据上传至所述地上监测服务器(3)；
所述地下固定监测终端(1)包括：第一空气质量监测模块(11)、温湿度监测模块(12)和顶压监测模块(13)；
所述第一空气质量监测模块(11)，用于监测所述地下固定监测终端(1)所在位置范围内的气体浓度；所述气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度；
所述温湿度监测模块(12)，用于监测所述地下固定监测终端(1)所在位置范围内的地表温湿度和空气温湿度；
所述顶压监测模块(13)，用于监测所述地下固定监测终端(1)所在位置范围内的顶压信息和顶压图像信息；
所述地下移动监测终端(2)包括：第二空气质量监测模块(21)、有害气体危险程度确定模块(22)、有害气体危险源位置确定模块(23)、第一危险报警模块(24)、逃离方向指示模块(25)、位置监测模块(26)、选择显示模块(27)、RFID读写模块(28)和求救模块(29)；
所述第二空气质量监测模块(21)，用于监测所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内的气体浓度；所述气体浓度包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度；
所述有害气体危险程度确定模块(22)，用于根据所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度平均值，预测所述地下移动监测终端(2)所在位置发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；
所述有害气体危险源位置确定模块(23)，用于根据所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内不同方向的甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度，确定有害气体危险源相对所述地下移动监测终端(2)所在位置的方向；
所述第一危险报警模块(24)，用于根据发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度，发出第一危险报警信息；
所述逃离方向指示模块(25)，用于根据有害气体危险源相对所述地下移动监测终端(2)所在位置的方向，指示逃向安全区域或出口的方向；
所述位置监测模块(26)，用于监测所述地下移动监测终端(2)所在位置的定位信息和方位信息；
所述选择显示模块(27)，用于显示所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、有害气体危险源相对所述地下移动监测终端(2)所在位置的方向、第一危险报警信息、逃向安全区域或出口的方向，或显示整个煤矿井下区域内第二危险报警信息和逃离路线指示信息；
所述RFID读写模块(28)，用于读写所述地下移动监测终端(2)携带者的身份信息；
所述求救模块(29)，用于向所述地上监测服务器(3)发送求救信号；
所述地下移动监测终端(2)，用于移动监测煤矿井下区域内所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内的第二空气质量数据，对第二空气质量数据进行分析，确定所述地下移动监测终端(2)所在位置范围内的有害气体危险程度和有害气体危险源位置，并发出第一危险报警信息和指示逃离方向；同时监测所述地下移动监测终端(2)所在位置的位置信息，并将位置信息上传至所述地上监测服务器(3)；
所述地上监测服务器(3)，用于根据多个所述地下固定监测终端(1)所在位置范围内带位置信息和时间信息的第一空气质量数据、温湿度数据和顶压数据，结合煤矿井下区域固有参数，确定整个煤矿井下区域内有害气体危险源位置和不同范围内的危险程度、透水危险源位置和不同范围内的危险程度、顶压危险源和不同范围内的危险程度，并根据所述地下移动监测终端(2)所在位置的位置信息，向所述地下移动监测终端(2)发送第二危险报警信息和逃离路线指示信息；
所述地上监测服务器(3)包括：有害气体危险确定模块(31)、透水危险确定模块(32)、顶压危险确定模块(33)、第二危险报警模块(34)和逃离路线指示模块(35)；
所述有害气体危险确定模块(31)，用于根据整个煤矿井下区域内甲烷浓度、一氧化碳浓度和氧气浓度的分布，预测有害气体危险源位置，并预测不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度；
所述透水危险确定模块(32)，用于根据整个煤矿井下区域内地表温湿度和空气温湿度的分布，预测透水危险源位置，并预测不同区域内发生透水的危险程度；
所述顶压危险确定模块(33)，用于根据整个煤矿井下区域内顶压信息和顶压图像信息，预测顶压危险源位置，并预测不同区域内发生顶压灾难的危险程度；
所述第二危险报警模块(34)，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度，发出第二危险报警信息；
所述逃离路线指示模块(35)，用于根据不同区域内发生火灾的危险程度和气体中毒危险程度、不同区域内发生透水的危险程度、不同区域内发生顶压灾难的危险程度、所述地下移动监测终端(2)所在位置的位置信息，指示逃离安全区域或出口的路线。
2.如权利要求1所述的基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，多个所述地下固定监测终端(1)均固定布设在煤矿井下区域，多个所述地下移动监测终端(2)均携带于煤矿井下区域工作人员身上。
3.如权利要求1所述的基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述第一空气质量监测模块(11)包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器和空气质量监测控制器，且所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器和所述氧气传感器均与所述空气质量监测控制器电连接。
4.如权利要求1所述的基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述温湿度监测模块(12)包括：地表温湿度传感器、空气温湿度传感器和温湿度监测控制器，且所述地表温湿度传感器和所述空气温湿度传感器均与所述温湿度监测控制器电连接。
5.如权利要求1所述的基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述顶压监测模块(13)包括：压力传感器、图像采集器和顶压监测控制器，所述压力传感器和所述图像采集器均与所述顶压监测控制器电连接。
6.如权利要求1所述的基于物联网的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述位置监测模块(26)包括：GPS定位仪、电子罗盘和位置监测控制器，所述GPS定位仪和所述电子罗盘均与所述位置监测控制器电连接。
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