CN113499043A - 基于物联网的健康状况评估系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统及方法，应用于安全救援技术领域，包括：中央处理器、参数输入模块、自检模块、数据采集模块、显示/操作控制模块。本发明借助煤矿救助氧气呼吸器校验系统对煤矿氧气呼吸器技术性能和救护队员的身体特征进行监测，使其能够集检测、分析、判断和评估为一体，对救护人员在使用氧气呼吸器时的身体状况和氧气呼吸器各项技术参数进行检测，从而实现对煤矿氧气呼吸器的性能指标和救护队员的身体状态进行评估。

Description

基于物联网的健康状况评估系统及方法
技术领域
本发明涉及安全救援技术领域，尤其涉及基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统及方法。
背景技术
我国是世界第一产煤大国也是第一煤炭消费大国，煤炭产量占世界的37％。煤炭是我国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76％和69％，在未来相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构。但是煤炭工业是“高能耗、高物耗、高污染、高危险”的传统行业，开采条件复杂，煤矿事故死亡人数占世界的80％以上。为了最大限度的保证人民财产的安全，必须高度重视救援工作。救援是与死神抢夺生命，因此救援工作重要而繁重，对救护队员的体质、体力等提出了更高的要求，对救护人员使用的氧气呼吸器的质量同样提出了更高的要求。只有保证氧气呼吸器的性能可靠，才能保证救援的有效性；只有保证救护队员充沛旺盛的精力，才能使救援工作得以实现。
现有技术中，没有一种能够集检测、分析、判断和评估为一体，对救护人员在使用氧气呼吸器时的身体状况和氧气呼吸器各项技术参数进行检测，从而实现对煤矿氧气呼吸器的性能指标和救护队员的身体状态进行评估的系统和方法。
因此，提出一种基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统及方法，克服现有技术中的评估困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统及方法，实现对煤矿氧气呼吸器的性能指标和救护队员的身体状态进行评估。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，包括：中央处理器、参数输入模块、自检模块、数据采集模块、显示/操作控制模块；
所述参数输入模块，与所述中央处理器的第一输入端连接，用于输入评估规则和系统参数；
所述自检模块，与所述中央处理器的第二输入端连接，用于对系统的硬件和矿用呼吸器的气体参数进行检测；
所述数据采集模块，与所述中央处理器的第三输入端连接，用于采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
所述显示/操作控制模块，与所述中央处理器的输入/输出端连接，用于显示采集数据、评估结果以及进行评估操作。
优选的，所述数据采集模块包括：救护人员生理信号采集单元、矿用呼吸器信号采集单元、跑步机/指示灯信号采集单元、信号采集控制单元；
所述救护人员生理信号采集单元，与所述信号采集控制单元的第一输入端连接，用于采集救护人员生理信息；
所述矿用呼吸器信号采集单元，与所述信号采集控制单元的第二输入端连接，用于采集矿用呼吸器工作参数；
所述跑步机/指示灯采集单元，与所述信号采集控制单元的第三输入端连接，用于采集跑步机运行模式、矿用呼吸器指示灯模式；
所述信号采集控制单元，与所述数据采集模块的输入/输出端口连接，用于选择采集信号通道，将采集到的信号通过所述输入/输出端口发送至所述中央处理器。
优选的，还包括报警模块，与所述中央处理器的第一输出端连接，用于对自检或评估结果异常时进行报警。
优选的，所述报警模块包括语音报警单元和光电报警单元，所述语音报警单元与报警模块的第一输入端口连接，用于进行语音报警，所述光电报警单元与所述报警模块的第二输入端口连接，用于进行光电报警。
优选的，还包括评估报告输出模块，与所述中央处理器的第二输出端连接，用于将系统评估结果依报告的形式输出。
优选的，还包括服务器，与所述中央处理器的第三输出端连接，用于通过无线和/或有线的通信方式接收采集信号和评估结果。
基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，包括以下步骤：
参数输入步骤：输入评估规则和系统工作参数；
系统自检步骤：对系统的硬件进行检测；
检测参数选择步骤：根据评估需求，选择评估所需检测参数；
数据采集步骤：采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
评估步骤：根据数据采集步骤采集到的信号，输入到训练好的评估模型，得到评估结果；
结果显示步骤：将所述评估步骤输出的所述评估结果显示出来。
优选的，在所述检测参数选择步骤前还包括自检报警步骤，对检测数值进行语音提示，根据检测到的系统参数与阈值比较，若超出所述阈值范围，则进行声光报警，若未超出，则进行所述检测参数选择步骤。
优选的，在所述结果显示步骤之前还包括评估结果报警步骤，根据所述数据采集步骤所采集的数据与设定阈值进行比较，若有超过所述设定阈值的参数，则进行声光报警进行提示，若未超出，则不进行声光报警。
优选的，还包括评估报告输出步骤：将所述评估结果显示步骤中所显示的所述结果依评估报告的形式输出。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统及方法：借助煤矿救助氧气呼吸器校验系统对煤矿氧气呼吸器技术性能和救护队员的身体特征进行监测，使其能够集检测、分析、判断和评估为一体，对救护人员在使用氧气呼吸器时的身体状况和氧气呼吸器各项技术参数进行检测，从而实现对煤矿氧气呼吸器的性能指标和救护队员的身体状态进行评估。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统的结构框图；
图2为本发明信号采集模块的结构框图；
图3为本发明实施例公开的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统结构框图。
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。
参照图1所示，本实发明公开了基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，包括：中央处理器、参数输入模块、自检模块、数据采集模块、显示/操作控制模块；
参数输入模块，与中央处理器的第一输入端连接，用于输入评估规则和系统参数；
自检模块，与中央处理器的第二输入端连接，用于对系统的硬件和矿用呼吸器的气体参数进行检测；
数据采集模块，与中央处理器的第三输入端连接，用于采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
显示/操作控制模块，与中央处理器的输入/输出端连接，用于显示采集数据、评估结果以及进行评估操作。
在一个具体实施例中，参照图2所示，数据采集模块包括：救护人员生理信号采集单元、矿用呼吸器信号采集单元、跑步机/指示灯信号采集单元、信号采集控制单元；
救护人员生理信号采集单元，与信号采集控制单元的第一输入端连接，用于采集救护人员生理信息；
矿用呼吸器信号采集单元，与信号采集控制单元的第二输入端连接，用于采集矿用呼吸器工作参数；
跑步机/指示灯采集单元，与信号采集控制单元的第三输入端连接，用于采集跑步机运行模式、矿用呼吸器指示灯模式；
信号采集控制单元，与数据采集模块的输入/输出端口连接，用于选择采集信号通道，将采集到的信号通过输入/输出端口发送至中央处理器。
在一个具体实施例中，采集的物理量主要有正压气密性、排气压力、自补压力、定量流量、自补流量、手补流量、二氧化碳含量、氧气含量、、吸气温度、环境温度、呼吸阻力、救护人员的收缩压、救护人员的舒张压、脉搏、呼吸、脉压差以及跑步机速度，利用相关传感器和检测设备进行上述数据的采集。
在一个具体实施例中，在采集过程中，还会根据采集的数据实时给出检测结果，并存入数据库。根据采样周期的不同，采集总时间分别为240分(采样周期＝10分，即每10分记录一个点)和120分(采样周期＝5分，即每5分记录一个点)。曲线显示每10秒描一个点。其中，手动控制速度还有快速检测一种，即整个检测时间仅需24分。检测数据有速度、吸气阻力、呼气阻力、二氧化碳含量、氧气含量、吸气温度、环境温度等数值，并以表格形式打印输出。另外，各种物理量的数据曲线可单独也可组合显示出来，更方便用户进行分析比较。如果由于意外断电等情况计算机中断，则系统可接着中断前的过程继续检测，各种相关参数也都是连续的。当然也可暂停，点击“继续采集”后采集过程继续。
在一个具体实施例中，还包括报警模块，与中央处理器的第一输出端连接，用于对自检或评估结果异常时进行报警。
在一个具体实施例中，报警模块包括语音报警单元和光电报警单元，语音报警单元与报警模块的第一输入端口连接，用于进行语音报警，光电报警单元与报警模块的第二输入端口连接，用于进行光电报警。
在一个具体实施例中，还包括评估报告输出模块，与中央处理器的第二输出端连接，用于将系统评估结果依报告的形式输出。
在一个具体实施例中，还包括服务器，与中央处理器的第三输出端连接，用于通过无线和/或有线的通信方式接收采集信号和评估结果。
在一个具体实施例中，开始采集后显示/操作控制模块显示采集界面，包括采集数据显示和检测项目选择两部分。在采集数据显示部分已给出检测合格范围，可进行比较。
在一个具体实施例中，在检测之前和检测中都要对整个检测系统的硬件进行自我诊断。即根据检测到的参数：低压气密性、排气压力、自补压力、定量流量、自补大流量、手补大流量是否在规定范围内，给出相应的提示。
1)检测低压气密性时要将顶杆插入呼吸器下壳体孔内，呼吸器的呼气软管和吸气软管分别与检测装置左侧的呼气接头和吸气接头相连，点击“低压气密性”，系统开始向呼吸器加压，当达到设定压力时，自动停止加压，在稳压20s后开始计时，一分钟后在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时将有声光报警；
2)检测排气压力时要将顶杆从呼吸器下壳体孔内拔出，呼吸器的呼气软管和吸气软管分别与检测装置左侧的呼气接头和吸气接头相连，点击“排气压力”，系统提示“请将呼吸器顶杆取下”，确认后，系统开始向呼吸器加压，当压力达到排气点并稳定后，在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时有声光报警；
3)检测自补压力时将呼吸器的呼气软管和吸气软管分别与检测装置左侧的呼气接头和吸气接头相连，打开气瓶，点击“自补压力”，系统提示“请打开气瓶”，确认后，系统开始向呼吸器抽气，当压力降低到自补点时，呼吸器内出现自补，当自补压力稳定后，在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时有声光报警；
4)检测定量流量时先将呼吸器的呼吸仓盖打开，将检测装置的定量检测接头与可调定量阀相连，打开气瓶，点击“定量流量”，系统提示“请插上压舌板，打开气瓶”，确认后，当流量稳定后，在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时有声光报警；
5)检测自补大流量时将呼吸器吸气管连接在自补大流量检测接头上，并将呼吸器的呼气软管连在检测装置的呼气管接头处，将位于装置左下角的“自补、手补转换开关”打到“自补”档，打开气瓶，点击“自补大流量”，系统提示“请将大流量调至120L/min，打开气瓶”，确认后，此时真空泵同时开始工作，调节真空泵“调节旋扭”，使流量达到要求即停止调节，待呼吸器自补流量稳定后，在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时有声光报警；
6)检测手补大流量时将两用接头转换螺母拧在自补大流量检测接头，呼吸器的手补管与呼吸仓的手补接头分开，与专用软管相连，专用软管的另一端与两用接头转换螺母相连，并将呼吸器的呼气软管连在检测装置的呼气管接头处，将位于装置左下角的“自补、手补转换开关”打到“手补”档，打开气瓶，点击“手补大流量”，用手按呼吸器“手补阀”，流量稳定后，在计算机界面显示检测数值并有语音提示，若不合格时有声光报警。
在一个具体实施例中，检测前系统对全部信号进行巡检，实现自我检测诊断，如发现信号不正常，进行语音报警提示：
1)CO2在检测过程中如发现含量超过1％，则提示CO2含量超标；如发现含量超过2％，则提示停机换药或终止检测。
2)O2在检测过程中如发现含量低于19％，则提示O2含量偏低，定量供氧偏低。
3)呼吸阻力在检测过程中如发现超过800Pa，则提示检查呼阻管路有无积水或不畅通。如发现≤0Pa，则提示检查呼阻管路有无脱落。
4)吸气温度在检测过程中如发现超过40℃，则提示更换冷却芯。
5)环境温度与吸气温度在检测过程中如发现低于0℃或高于60℃，则提示检查温度传感器工作是否正常。
6)0～3L流量计如高于0.02L，则提示校准仪表；
7)0～150L流量计如高于1L，则提示校准仪表。
在另一个具体实施例中，本发明公开了基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，包括以下步骤：
参数输入步骤：输入评估规则和系统工作参数；
系统自检步骤：对系统的硬件进行检测；
检测参数选择步骤：根据评估需求，选择评估所需检测参数；
数据采集步骤：采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
评估步骤：根据数据采集步骤采集到的信号，输入到训练好的评估模型，得到评估结果；
结果显示步骤：将评估步骤输出的评估结果显示出来。
在一个具体实施例中，在检测参数选择步骤前还包括自检报警步骤，对检测数值进行语音提示，根据检测到的系统参数与阈值比较，若超出阈值范围，则进行声光报警，若未超出，则进行检测参数选择步骤。
在一个具体实施例中，在结果显示步骤之前还包括评估结果报警步骤，根据数据采集步骤所采集的数据与设定阈值进行比较，若有超过设定阈值的参数，则进行声光报警进行提示，若未超出，则不进行声光报警。
在一个具体实施例中，还包括评估报告输出步骤：将结果显示步骤中所显示的评估结果依评估报告的形式输出。
在一个具体实施例中，参照图3所示，具体公开了一种基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统。
信息集中采集和数据通讯网络是物联网系统的可靠传输部分，本系统通过局域网以TCP/IP协议进行数据与指令的上传和下达。底层信息传感网络处理后的数据通过局域网实时发送至智能分析平台，从而使煤矿氧气呼吸器工作性能和救护队员的身体状态得到监控。可同时对多台氧气呼吸器智能训练检测装置进行控制和分析。
采集的物理量主要有正压气密性、排气压力、自补压力、定量流量、自补流量、手补流量、二氧化碳含量、氧气含量、、吸气温度、环境温度、呼吸阻力、救护人员的收缩压、救护人员的舒张压、脉搏、呼吸、脉压差以及跑步机速度，传感信号经多个“ADAM-4017”和“BP-7060”模块高速采集及处理后传送到“基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估”数据库，形成基础大数据，为评估提供依据。它是状态检测、处理和分析的基础环节，也是与分析平台之间数据传输的枢纽。“ADAM-4017”和“BP-7060”模块采用的是RS-485总线和CAN总线模式，本系统选用MODBUS、CAN通讯协议，使整个传感层通讯网络安全快速可靠。
在采集过程中，根据采集的数据实时给出检测结果，并存入数据库。信息的采集又包括手动控制速度、出厂控制速度、用户控制速度。手动控制速度、出厂控制速度、用户控制速度的动态检测的不同在于跑步机的速度在整个检测过程中是由人们手动调节的、按氧气呼吸器智能训练检测装置出厂时设定的速度和时间、按用户自己设定的速度和时间。
将传感装置的信号正压气密性、排气压力、自补压力、定量流量、自补流量、手补流量、二氧化碳含量、氧气含量、、吸气温度、环境温度、呼吸阻力、救护人员的收缩压、救护人员的舒张压、脉搏、呼吸、脉压差以及跑步机速度通过RS485、WiFi或CAN传输传送到智能分析平台的服务器。前端数据采集器选用“ADAM-4017”和“BP-7060”，采集模拟输出的传感装置的信息，再以TCP/IP协议传送给智能分析平台的服务器；对数字式传感装置则按其传送协议送给智能分析平台的服务器。
为了实现一套设备不但可以采集CAN协议数字信号又可以采集RS485、WiFi或其它协议数字信号，同时还可以采集多路数字信号，便于后续扩展需要还配置了16路网口的交换机。支持多种协议的硬件模块可以全部连接到网口交换机上，电脑的网口也连接到网口交换机上，这样就组成一个微型局域网，电脑就可以通过网口TCP/IP协议采集CAN协议数字信号或者Modbus协议数字信号。
数据采集前将系统设置为“自动”，然后将呼吸器与检测装置连接，在计算机上点击所检测项目，系统将提示此项目应进行的硬件连接，确认硬件连好后，给出一系列的连锁控制信号，并用信号灯(自补压力灯、正压气密灯、排气压力灯、定流量灯)显示相应的控制阶段。随着检测的进行，将不断显示检测过程的物理量数值变化，最后根据标准判断此项结果是否合格，在以表格显示的同时，给出语音提示。各个项目检测结束后可将结果保存在数据库中并打印。
选择名称、模块、通道、控制命令后，点击“检测”，则显示测得的电量值，以便与仪表指示进行校对，进而对各个物理量的系数进行维护。点击“氧气”，则将测得的电量值与维护过的环境中的氧气浓度作为分割点将测量值和物理量程分成两段。点击“二氧化碳”，则将测得的电量值与维护过的环境中的二氧化碳浓度作为分割点将测量值和物理量程分成两段。
在监测过程中可实时给出检测装置、氧气呼吸器以及救护队员的状态和性能指标，也可根据历史数据进行历史查询，对氧气呼吸器以及救护队员进行跟踪，对其寿命进行评估。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，包括：中央处理器、参数输入模块、自检模块、数据采集模块、显示/操作控制模块；
所述参数输入模块，与所述中央处理器的第一输入端连接，用于输入评估规则和系统参数；
所述自检模块，与所述中央处理器的第二输入端连接，用于对系统的硬件和矿用呼吸器的气体参数进行检测；
所述数据采集模块，与所述中央处理器的第三输入端连接，用于采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
所述显示/操作控制模块，与所述中央处理器的输入/输出端连接，用于显示采集数据、评估结果以及进行评估操作。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，
所述数据采集模块包括：救护人员生理信号采集单元、矿用呼吸器信号采集单元、跑步机/指示灯信号采集单元、信号采集控制单元；
所述救护人员生理信号采集单元，与所述信号采集控制单元的第一输入端连接，用于采集救护人员生理信息；
所述矿用呼吸器信号采集单元，与所述信号采集控制单元的第二输入端连接，用于采集矿用呼吸器工作参数；
所述跑步机/指示灯采集单元，与所述信号采集控制单元的第三输入端连接，用于采集跑步机运行模式、矿用呼吸器指示灯模式；
所述信号采集控制单元，与所述数据采集模块的输入/输出端口连接，用于选择采集信号通道，将采集到的信号通过所述输入/输出端口发送至所述中央处理器。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，
还包括报警模块，与所述中央处理器的第一输出端连接，用于对自检或评估结果异常时进行报警。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，
所述报警模块包括语音报警单元和光电报警单元，所述语音报警单元与报警模块的第一输入端口连接，用于进行语音报警，所述光电报警单元与所述报警模块的第二输入端口连接，用于进行光电报警。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，
还包括评估报告输出模块，与所述中央处理器的第二输出端连接，用于将系统评估结果依报告的形式输出。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，其特征在于，
还包括服务器，与所述中央处理器的第三输出端连接，用于通过无线和/或有线的通信方式接收采集信号和评估结果。
7.基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，其特征在于，应用于基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统的权利要求1-6任一项所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估系统，包括以下步骤：
参数输入步骤：输入评估规则和系统工作参数；
系统自检步骤：对系统的硬件进行检测；
检测参数选择步骤：根据评估需求，选择评估所需检测参数；
数据采集步骤：采集救护人员生理信号、矿用呼吸器信号、跑步机信号；
评估步骤：根据数据采集步骤采集到的信号，输入到训练好的评估模型，得到评估结果；
结果显示步骤：将所述评估步骤输出的所述评估结果显示出来。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，其特征在于，
在所述检测参数选择步骤前还包括自检报警步骤，对检测数值进行语音提示，根据检测到的系统参数与阈值比较，若超出所述阈值范围，则进行声光报警，若未超出，则进行所述检测参数选择步骤。
9.根据权利要求7所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，其特征在于，
在所述结果显示步骤之前还包括评估结果报警步骤，根据所述数据采集步骤所采集的数据与设定阈值进行比较，若有超过所述设定阈值的参数，则进行声光报警进行提示，若未超出，则不进行声光报警。
10.根据权利要求7-9任一项所述的基于物联网的矿用氧气呼吸器技术性能和救护队员健康状况评估方法，其特征在于，
还包括评估报告输出步骤：将所述结果显示步骤中所显示的所述评估结果依评估报告的形式输出。
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