CN114245313A - 基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于Wi‑Fi的地下有限空间作业人员侦测方法及系统。所述方法包括：基于无线AP构建Wi‑Fi网络；根据通过Wi‑Fi网络获取的每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息和每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；根据作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；根据每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。所述系统用于实现所述方法。根据本发明，能够解决现有井下人员统计系统的检测精度低以及无法获取井下人员在井下区域的实际分布情况的问题。

Description

基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法及系统

技术领域

本发明属于地下有限空间作业人员监管技术领域，更具体地，涉及一种基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法及系统。

背景技术

从总体上来看，我国多数煤矿都是高瓦斯矿，开采难度大，危险性高，加之我国井下工作人员整体素质不高，因此我国煤矿事故频发，煤矿生产百万吨死亡率高居不下。如何加强安全生产的防范措施，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。同时如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化也成为所有煤矿企业关心的问题。

在上述背景下，近年来，越来越多的煤矿企业开始采用井下人员统计系统对井下人员进行现代化、信息化的管理，进而提高煤矿管理水平，降低事故发生率。

现有的井下人员统计系统主要分为基于红外线的井下人员统计系统和基于热成像的井下人员统计系统。这两种井下人员统计系统均能够较为精确地对井下人员进行统计，然而，这两种井下人员统计系统也均存在着一些问题，具体为：

基于红外线的井下人员统计系统：无法获取井下人员的实时图像，无法区分井下人员与物体，当多人同时进出或者多人交叉进出时，检测精度降低。

基于热成像的井下人员统计系统：虽然能够获取井下人员的实时图像以及对井下人员与物体进行正确区分，但是仍然存在当多人同时进出或者多人交叉进出时检测精度不高的问题。

除此之外，上述两种井下人员统计系统还存在无法获取井下人员在井下区域的实际分布情况的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有井下人员统计系统的检测精度低以及无法获取井下人员在井下区域的实际分布情况的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法及系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法，该方法包括以下步骤：

基于预定数量的无线AP构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络；

基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

作为优选的是，所述基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度具体为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

作为优选的是，在所述根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图之后，还包括：

将所述作业人员数量折线图展示于后台管理端。

作为优选的是，在所述根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图之后，还包括：

将所述作业人员动态分布图展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

作为优选的是，在所述根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率之后，还包括：

判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息并将该安全预警信息展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统，该系统包括以下功能模块：

预定数量的无线AP，用于构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络，以获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

数据分析模块，用于根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

第一数据展示模块，用于根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

第二数据展示模块，用于根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

作为优选的是，所述Wi-Fi网络获取获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度的具体方式为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

作为优选的是，所述第一数据展示模块部署于后台管理端，还用于在所述后台管理端展示所述作业人员数量折线图和所述作业人员动态分布图。

作为优选的是，所述第二数据展示模块部署于每个作业人员的手机，还用于在每个作业人员的手机上展示所述作业人员动态分布图。

作为优选的是，所述数据分析模块还用于判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息；

所述第一数据展示模块还用于在所述后台管理端展示所述安全预警信息；

所述第二数据展示模块还用于在每个作业人员的手机上展示所述安全预警信息。

本发明的有益效果在于：

本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法，第一步基于预定数量的无线AP构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络；第二步基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；第三步根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；第四步根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；最后根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

根据上述内容可知，本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法根据获取的每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量折线图和作业人员动态分布图。由于本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法将作业人员的手机MAC地址作为作业人员的唯一身份标识，与现有的井下人员统计系统相比，本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法具有更高的检测精度。另一方面，通过作业人员动态分布图能够更为直观地获取每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率信息。由此可知，本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法能够有效地解决现有的井下人员统计系统无法获取井下人员在井下区域的实际分布情况的问题。

本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统与上述基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法属于一个总的发明构思，故与上述基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法具有相同的有益效果，在此不再一一赘述。

应当理解的是，本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法的应用场景不仅限于井下，还包括其他能够使本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法得以实施的地下有限空间，例如隧道和地下坑洞等。本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统的应用场景不仅限于井下，还包括其他能够使本发明的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统得以搭建的地下有限空间，例如隧道和地下坑洞等。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法的实现流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统的原理框图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例：无线AP为无线接入点，是一个无线网络的接入点，俗称“热点”。无线AP主要有路由交换接入一体设备和纯接入点设备，其中，一体设备执行接入和路由工作，纯接入设备只负责无线客户端的接入，纯接入设备通常作为无线网络扩展使用，与其他AP或者主AP连接，以扩大无线覆盖范围，而一体设备一般是无线网络的核心。

一般的无线AP，其作用有两个：

1、作为无线局域网的中心点，供其它装有无线网卡的计算机通过它接入该无线局域网；

2、通过对有线局域网络提供长距离无线连接，或对小型无线局域网络提供长距离有线连接，从而达到延伸网络范围的目的。

Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，通常使用2.4GUHF或5G SHF ISM射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的，但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真，甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)。

图1示出了本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法的实现流程图。参照图1，本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法包括以下步骤：

步骤S100、基于预定数量的无线AP构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络；

步骤S200、基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

步骤S300、根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

步骤S400、根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

步骤S500、根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

具体地，本发明实施例中，所述作业人员动态分布图能够呈现出每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率。通过作业人员手机的时间戳信息来统计作业人员的停留时间。

进一步地，本发明实施例中，步骤S200所述的基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度具体为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

再进一步地，本发明实施例中，在步骤S400所述的根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图之后，还包括：

将所述作业人员数量折线图展示于后台管理端。

再进一步地，本发明实施例中，在步骤S500所述的根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图之后，还包括：

将所述作业人员动态分布图展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

再进一步地，本发明实施例中，在步骤S300所述的根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率之后，还包括：

判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息并将该安全预警信息展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法，采用覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络与系统服务器实现对接。根据无线AP或者Wi-Fi定位技术，当作业人员进入地下有限空间后，打开手机的无线Wi-Fi设置，此时Wi-Fi网络会主动获取作业人员的MAC地址和相应的时间戳，Wi-Fi网络得到作业人员手机的MAC地址后，将此MAC地址传送到后台服务器，将此MAC地址作为作业人员的唯一标示，记录在后台服务器。根据无线网络的定位功能，可以获得此时作业人员在地下有限空间的位置信息。例如，当大型矿井井下人数比较多时，井下容易发生一些瓦斯或者安全事故，此时可以将后台服务器大数据中心分析出的安全预警信息实时推送给相关的井下人员和井上人员，井下人员和井上人员可以通过手机下载相应的移动应用程序以实时接收后台服务器大数据中心推送的安全预警信息和其他推送消息。矿井管理者可以使用相应的矿井管理后台，去实时查看井下人员动态分布图，实时做好矿井后勤安保工作。

本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法，可以获取关联和无关联的设备MAC地址、时间戳、设备附近的信号强弱信息，在系统大数据后台中心对得到的数据进行统计分析，得到作业人员的位置信息、停留时间、运动轨迹和运动频率等信息。

相应地，本发明实施例还提出了一种基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统。图2示出了本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统的原理框图。参照图2，本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统包括以下模块：

预定数量的无线AP，用于构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络，以获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

数据分析模块，用于根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

第一数据展示模块，用于根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

第二数据展示模块，用于根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

进一步地，本发明实施例中，所述Wi-Fi网络获取获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度的具体方式为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

再进一步地，本发明实施例中，所述第一数据展示模块部署于后台管理端，还用于在所述后台管理端展示所述作业人员数量折线图和所述作业人员动态分布图。

再进一步地，本发明实施例中，所述第二数据展示模块部署于每个作业人员的手机，还用于在每个作业人员的手机上展示所述作业人员动态分布图。

再进一步地，本发明实施例中，所述数据分析模块还用于判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息；

所述第一数据展示模块还用于在所述后台管理端展示所述安全预警信息；

所述第二数据展示模块还用于在每个作业人员的手机上展示所述安全预警信息。

本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统的具体原理如下：

该系统先是给无线AP刷上OpenWrt(可以被描述为一个嵌入式的Linux发行版)固件，并在该平台上通过无线网卡驱动提供的开发接口，进行二次开发，从而扫描其周边的关联和未关联wifi移动终端，获取移动终端的唯一硬件标示－无线网卡MAC地址，以及无线信号强度RSSI(信号强度值)值。

同时在Ubuntu(乌班图，一个以桌面应用为主的Linux操作系统)系统上下载交叉编译工具链，其功能在于为后续的交叉编译提供基础。利用Linux下C语言编程，写好C程序和Makefile(Shell脚本)用make工具编译出可在OpenWrt下运行的程序。再在无线AP上用OPkg(是一个轻量快速的套件管理系统)安装程序，Opkg是一个轻量快速的套件管理系统，目前已成为Opensource(开源)界嵌入式系统标准，常用于路由和交换机等嵌入式设备中管理软件包的安装升级与下载，同时实现程序在路由器上的开机启动，实现实时监控无线信号位置。

安装的程序实质是一个UDP(用户数据报协议)发包程序，整套系统在通过AP端获得无线信号强度RSSI值和MAC地址后，经过UDP发包到中央SERVER(服务器)进行处理分析，再由相应业务系统对数据进行分析计算形成相关数据报表，同时也可以使用百度图表控件eCharts(报表插件)来做相应的数据统计与分析以及结果的可视化，通过WEB(网页)终端后台管理系统终端展示用于井下商业分析，为矿井管理者优化服务质量和做好矿井侦测安全预警工作，同时为矿井人员实时推送安全预警信息。

本发明实施例的基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统的最大特点是可以实现无手机wifi关联和拥有定位功能，通过部署多个无线AP探测点对覆盖范围内的无线设备进行探测，通过分析多个AP端获取的信号强度，利用算法计算后实现对矿井人员的定位。无线AP在给服务端发送UDP包时，其中包含了信号强度，然后通过算法对信号强度的值进行计算分析，从而实现对矿井人员的定位，同时也能根据信号强度变化趋势，分析出矿井人员是在靠近还是远离。因此，管理者能足不出户，就可以了解到矿井人员的动向与方位，从而分析矿井人员流动趋势。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测方法，其特征在于，包括：

基于预定数量的无线AP构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络；

基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

2.根据权利要求1所述的地下有限空间作业人员侦测方法，其特征在于，所述基于所述Wi-Fi网络获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度具体为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

3.根据权利要求2所述的地下有限空间作业人员侦测方法，其特征在于，在所述根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图之后，还包括：

将所述作业人员数量折线图展示于后台管理端。

4.根据权利要求3所述的地下有限空间作业人员侦测方法，其特征在于，在所述根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图之后，还包括：

将所述作业人员动态分布图展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

5.根据权利要求4所述的地下有限空间作业人员侦测方法，其特征在于，在所述根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率之后，还包括：

判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息并将该安全预警信息展示于所述后台管理端和每个作业人员的手机。

6.基于Wi-Fi的地下有限空间作业人员侦测系统，其特征在于，包括：

预定数量的无线AP，用于构建覆盖目标地下有限空间的Wi-Fi网络，以获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度；

数据分析模块，用于根据获取的每个作业人员的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度获取作业人员数量信息以及每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率；

第一数据展示模块，用于根据获取的作业人员数量信息获取作业人员数量折线图；

第二数据展示模块，用于根据获取的每个作业人员的位置信息、停留位置、停留时间、运动轨迹和运动频率获取作业人员动态分布图。

7.根据权利要求6所述的地下有限空间作业人员侦测系统，其特征在于，所述Wi-Fi网络获取获取每个作业人员的WLAN开关处于开启状态的手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度的具体方式为：

所述Wi-Fi网络自动感知WLAN开关处于开启状态的手机，以获取该手机的MAC地址、MAC地址对应的时间戳和相对于每个无线AP的信号强度。

8.根据权利要求7所述的地下有限空间作业人员侦测系统，其特征在于，所述第一数据展示模块部署于后台管理端，还用于在所述后台管理端展示所述作业人员数量折线图和所述作业人员动态分布图。

9.根据权利要求8所述的地下有限空间作业人员侦测系统，其特征在于，所述第二数据展示模块部署于每个作业人员的手机，还用于在每个作业人员的手机上展示所述作业人员动态分布图。

10.根据权利要求9所述的地下有限空间作业人员侦测系统，其特征在于，所述数据分析模块还用于判断所述作业人员数量信息是否超出预定的作业人员数量安全阈值，若是，生成安全预警信息；

所述第一数据展示模块还用于在所述后台管理端展示所述安全预警信息；

所述第二数据展示模块还用于在每个作业人员的手机上展示所述安全预警信息。

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