CN202578792U - 一种矿工用便携式信息装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种矿工用便携式信息装备，包括信息处理装置、两组便携式电池组、多参数采集变送器和支撑背负配件；信息处理装置包括可选择配置的个人主机、手持PDA和头盔目镜显示装置；矿井下工作人员利用携带的本实用新型的装备通过无线和WIFI网络进行相互间以及与地面监控中心主机间的通信和信息传递，在与地面无法通信时，还可通过井下若干个本实用新型的装备间的移动自组织网络实现井下矿工间的相互通信。通过使用本系统，可有效提高矿下作业的安全性，减少矿井矿难事故的发生，提高矿难发生时救援工作的及时性和有效性。

Description

一种矿工用便携式信息装备

技术领域

    本实用新型涉及煤矿等矿区的信息系统的组成部分，特别涉及井下作业的矿工单人所用的信息装备。

背景技术

煤矿的井下现场的各种信息的收集对于安全生产十分重要，尤其是甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氧气的浓度和温度的高低等数据，更是与安全息息相关。但是，由于采掘现场的灰尘很大,温度和湿度的变化也较大，使得许多固定设置在井下的传感器常常出现失灵的情况，再加上不能对井下的传感器和其它固定设置的通讯装置及时更换，使得井下现场与安全相关的信息的传递严重滞后，存在极大的安全隐患。

然而，目前矿井下建设的重点主要是放在各类机电设备的自动化控制和整个矿井信息的融合上，对作为煤矿的生产及安全主体的矿工却关注不够。目前国内矿工个人携带的电子设备主要有便携瓦斯检测仪、人员定位双向人员识别卡等。便携瓦斯检测仪用于监测矿工所处环境甲烷浓度，其具有甲烷超限报警功能和巡更功能等；人员定位双向人员识别卡，其信息交互仅接收简单调度指令.这些单人装备往往功能单一，不具备大量信息交互功能，井下矿工仍处于孤立状态，使得矿工一直以来是矿井下的信息“孤岛”。。

实用新型内容

    本实用新型的目的是：针对现有技术中存在的问题和不足，提供一种矿工在井下使用的便携式信息装备，该装备加入矿区的信息系统后，地面监控中心可实时了解各工作点的环境情况，带班矿长能够及时了解井下作业的全局情况，安全监察人员可以有效排查安全隐患，井下作业矿工可了解自身所处的作业环境并通过矿工间相互通信传递信息，从而有利于提高矿下作业的安全性，减少矿井矿难事故的发生。当矿难发生时，通过本系统的使用可以提高救援的及时性和有效性。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的矿工用便携式信息装备，其特点是：由需要配带的每一名下矿井的工作人员各自携带一套，包括信息处理装置、两组便携式电池组、多参数采集变送器和支撑背负配件；

上述的多参数采集变送器具有无线射频通信接口、甲烷采集模块、一氧化碳采集模块、二氧化碳采集模块、硫化氢采集模块、氧气采集模块和温度采集模块；上述的两组便携式电池组中的一组与多参数采集变送器电连接；需要时，另一组便携式电池组与信息处理装置电连接；上述的支撑背负配件是一种置放单人装备的相关组件的用阻燃抗静电材料制成的背心或马甲。

进一步的方案是：上述的信息处理装置包括掌上电脑，所述的掌上电脑是一种具有彩色液晶触摸显示屏、按键、无线射频通信接口以及具有WIFI无线通信和AD-HOC无线通信网卡的手持信息处理装置。

进一步的方案是：上述的信息处理装置包括个人主机和头盔目镜显示装置；上述的个人主机具有无线射频通信接口、WIFI无线通信和AD-HOC无线通信网卡、头盔目镜显示接口以及用于视频和语音通信的摄像头和耳麦；所述的头盔目镜显示装置是一种设置于矿用头盔上的具有信息显示功能的电子装置；头盔目镜显示装置通过个人主机的头盔目镜显示接口与个人主机电连接；个人主机与所述的便携式电池组电连接。

进一步的方案是：上述的信息处理装置包括个人主机、头盔目镜显示装置和掌上电脑；所述的掌上电脑与个人主机通信连接。

进一步的方案是：上述的便携式电池组为可充电式锂电池组。

进一步的方案是：上述的支撑背负配件上设有与其他组件数量和大小相适应的口袋；其中，放置掌上电脑的口袋设置于支撑背负配件的前面右上方；放置多参数采集变送器的口袋设置于支撑背负配件的前面左上方；放置给个人主机供电的便携式电池组的口袋设置于支撑背负配件的前面右下方；放置给多参数采集变送器供电的便携式电池组的口袋设置于支撑背负配件的前面左下方；放置个人主机的口袋设置于支撑背负配件的后背偏上方中间处；所述的便携式电池组与个人主机和多参数采集变送器间的连接电线设置于背心或马甲的面料和衬里之间，电线的两端设有插头，插头不用时置于相应的口袋内，使用时与个人主机和多参数采集变送器的电源插孔插接。

本实用新型具有积极的效果：

（1）本实用新型的矿工用便携式信息装备（以下简称单人装备）使用时通过其支撑背负配件被使用者（泛指井下作业的矿工、带班矿长、安全监察人员等井下工作人员）穿在身上，跟随使用者的流动一同流动。使用者通过该单人装备及时采集矿工所在场地的多种环境参数，并通过该单人装备的显示屏了解这些参数的情况。单人装备加入矿区的信息系统后，不仅该单人装备可以通过设置在井下的无线接入设备实现与其他矿工的单人装备进行通讯和信息交换、实现与地面监控中心主机的信息交换，并且单人装备与单人装备也可以直接进行通讯和信息交换。这种设置和使用从根本上杜绝了矿工是矿井下的信息“孤岛”这一人们长期以来要解决而未解决的问题，而且使得矿区的信息系统趋于全面和可靠。

（2）本实用新型的单人装备由于随人流动，一般所处的环境条件较为温和，故不易损坏，即便损坏，因为有矿工经常使用，也能随时发现而报修，从而使得该单人装备始终处于完好状态。即便固定设置在井下某处的传感器因损坏未能及时发现该处的参数发生异常，只要携带本实用新型的单人装备的矿工到达该位置时，即可发出参数异常的信号。

（3）在本单人装备加入矿区的信息系统后，通过井下矿工所携带的单人装备，监控中心相关人员通过地面监控中心主机可以实时地了解各个工作点的环境情况，最大程度地防范和减少井下矿难事故的发生。

（4）带班矿长用该单人装备通过访问地面监控中心主机，能够及时了解井下作业的全局情况，随时随地作出正确的判断以及恰当的指挥，提高工作效率和安全保障系数；安全监察人员在井下检查时，可以对现场环境、设备隐患进行排查记录并实时上传，并且可以通过环境气体参数记录分析得出煤矿井下气体分布特点，还可以通过与地面监控中心主机的数据库对煤矿井下设备的关联性进行查询，有效排查安全隐患；通过使用本系统，井下作业的矿工可以全面了解自身所处的作业环境，矿工间可以实现相互通讯，沟通情况，消除孤独感。

（5）当有矿难时，地面指挥人员通过监控中心主机能够对遇险人员的情况和事故现场的情况全面了解，能引导救援人员及时到达需要救援的具体地点。

（6）本系统中的单人装备具有功耗低、体积小、重量轻等特点，通过专门设计的背心或马甲穿着在相关个人身上，携带和使用方便。另外，单人装备还优选具有远程视频通话等功能，使得使用者的自救能力和临机处理能力大为增加。 

附图说明

图1为采用本实用新型的单人装备的矿区信息系统构成的示意图；

图2为图1中单人装备的电路框图；

图3为图2的一种具体实施方式的电路框图；

图4为图2的另一种具体实施方式的电路框图；

图5为图2的第三种具体实施方式的电路框图。

上述附图中的附图标记如下：

单人装备1，

信息处理装置11，个人主机11-1，掌上电脑11-2，头盔目镜显示装置11-3，便携式电池组12，多参数采集变送器13，甲烷采集模块13-1，一氧化碳采集模块13-2，二氧化碳采集模块13-3，硫化氢采集模块13-4，氧气采集模块13-5，温度采集模块13-6，支撑背负配件14，

地面监控中心主机2，

无线接入设备 3。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

    （实施例1）

见图2，本实施例的矿工用便携式信息装备简称为单人装备1，由矿井下工作人员随身携带。该单人装备1包括信息处理装置11、两组便携式电池组12、多参数采集变送器13和支撑背负配件14。

见图3，信息处理装置11包括个人主机11-1、掌上电脑11-2和头盔目镜显示装置11-3。

上述的个人主机11-1的核心是一款微型计算机，个人主机11-1还设有2.4G无线射频通信接口、头盔目镜显示接口、用于WIFI网络通信和AD-HOC无线网络的无线网卡以及用于视频和语音通信的摄像头和耳麦。

上述的掌上电脑（也称手持数字终端装备，英文名Personal Digital Assistant，英文简称PDA）11-2是一种手持用于信息处理和通信的装置。其外型类似诺基亚X2-02手机，具有彩色液晶触摸显示屏、按键，内置有2.4G无线射频通信接口、WIFI网络和AD-HOC无线网络的无线网卡。使用者可以通过彩色液晶触摸显示屏和按键实现与掌上电脑11-2的人机交互，掌上电脑11-2通过2.4G无线射频通信接口与个人主机11-1的2.4G无线射频通信接口配合实现信息交互传递。掌上电脑11-2还可以通过WIFI无线通信和个人主机11-1通过WIFI网络实现信息交互传递。手持PDA14由内置的锂电池供电。

头盔目镜显示装置11-3设于使用者配带的头盔上。头盔目镜显示装置11-3包括头盔显示器和能够液晶显示信息的护目镜。头盔目镜显示器的连接端口通过与个人主机11-1的头盔目镜显示接口电连接从而与个人主机11-1电连接，并将个人主机11-1传送的视频图像及文符信息通过护目镜予以显示，以供使用者了解相关信息。头盔目镜显示装置11-3可根据实际需要有选择地配置或不配置。

便携式电池组12分两组，一组给个人主机11-1提供工作电源，另一组给多参数采集变送器13提供工作电源。便携式电池组通过两端带有插头的电线与个人主机11-1以及多参数采集变送器13电连接。本实施例的便携式电池组优选可充电的锂电池组。

多参数采集变送器13用塑料外壳封装，外壳上设有电源插孔，用于插接连接便携式电池组的电线插头以连接电源。多参数采集变送器13内设有甲烷采集模块13-1、一氧化碳采集模块13-2、二氧化碳采集模块13-3、硫化氢采集模块13-4、氧气采集模块13-5和温度采集模块13-6 和2.4G无线射频通信接口。多参数采集变送器13内设的各专门的采集模块相应的测量范围如下：

甲烷（CH₄）：测量范围(0～4)%（体积百分比）；

一氧化碳（CO）：测量范围（0～1000）毫克/立方米；

二氧化碳（CO₂）：测量范围(0～5)% （体积百分比）； 

硫化氢（H₂S）：测量范围(0～100)毫克/立方米；

氧气（O₂）：测量范围(0～25)%（体积百分比）； 

温度：测量范围(-5～45)℃。

多参数采集变送器13的各专门的采集模块将矿井下相应的气体或温度信息采集后转变成电信号，通过多参数采集变送器13的2.4G无线射频通信接口与个人主机11-1以及掌上电脑11-2的2.4G无线射频通信接口配合进行无线通信，将采集到的相应信息传输给个人主机11-1和掌上电脑11-2。多参数采集变送器13内设的各专门的采集模块可根据需要进行增加，如增加湿度采集模块等，也可以根据井下具体情况进行各专门采集模块的任意组合设置。

支撑背负配件14采用专门设计制作的专用防护背心或马甲（后续均以背心叙述）。该背心用阻燃抗静电材料制成，便于人体背负，背心上设有5个口袋，用于放置单人装备1的各个组件。其中，用于放置掌上电脑11-2的口袋设置于背心的前面右上方，便于使用者取、放掌上电脑11-2。用于放置多参数采集变送器13的口袋设置于背心的前面左上方。用于放置个人主机11-1的口袋设置于背心的后背偏上方中间处。用于放置给个人主机11-1供电的便携式电池组12的口袋设置于背心的前面右下方，用于放置给多参数采集变送器13供电的便携式电池组12的口袋设置于背心的前面左下方。便携式电池组12与个人主机11-1和多参数采集变送器13间的连接电线采用在背心的面料和衬里之间走线也即暗线的方式，电线的两端设有插头，插头不用时置于相应的口袋内，使用时与个人主机11-1和多参数采集变送器13的电源插孔插接。

本实施例的单人装备1的工作过程是：前述的多参数采集变送器13采集各相关的环境参数信息，并将相关信息转变成电信号，通过其内设的2.4G无线射频通信接口将数据信息以RF无线形式发送给个人主机11-1和掌上电脑11-2。个人主机11-1和掌上电脑11-2通过其内置的2.4G无线射频通信接口接收多参数采集变送器13传送的数据；本实施例的单人装备1也可设置成由多参数采集变送器13将有关数据传送给个人主机11-1，再由个人主机11-1传送给掌上电脑11-2，个人主机11-1将该数据传输到掌上电脑11-2和（或）头盔目镜显示装置11-3进行显示，使用者可以通过显示的相关信息及时了解其工作环境状态。

单人装备1有两种方式进行联网，由个人主机内置的程度控制，通过个人主机11-1内置的网卡，第一种采用WIFI网络连接方式通过无线路由器进行联网，从而使得个人主机11-1采用WIFI方式对外进行通信；第二种采用ad-hoc模式进行联网，从而使得个人主机11-1采用ad-hoc模式对外进行通信。

（应用例1）

参见图1，本应用例的矿区信息系统包括单人装备1、地面监控中心主机2和无线接入设备3。单人装备1由实施例1得到。

无线接入设备3为通常所称的无线AP（也即无线接入点，是用于无线网络的无线交换机）。本实施例中无线AP为无线路由器。无线AP在地面上和矿井下均有设置，可将地面的WIFI无线宽带信号接入矿井内。地面和矿井内还可通过无线AP进行无线通信。

地面监控中心主机2是一个具有视频、语音、数据处理和交换、无线信号发送与接收等信息处理功能的计算机系统。

一套单人装备1由一名井下工作人员随身携带使用，矿井内的单人装备1的数量根据实际需要而定，换句话说，也就是下矿井工作的人员配置和携带单人装备1的人数根据需要而定。

通常情况下，井下工作人员携带的单人装备1被设置成由无线接入设备3采用WIFI连接方式进行联网，而实现个人主机11-1通过无线接入设备3相互之间并且与地面监控中心主机2之间的相互无线通信和信息交换。当在没有无线接入设备3等固定基础设施（如出现矿难造成基础设施损坏）的非正常情况下，若干井下工作人员通过各自携带个人主机11-1的微型计算机构成一个无基础设施的Ad-hoc无线网络，也即移动自组织网络，井下工作人员携带的每台个人主机11-1成为具有路由功能的主机，携带单人装备1的井下工作人员在随机移动的情况下，相互之间仍能保持通信，当某两个携带单人装备1的井下工作人员之间不能直接通信时，可借助其他人员携带的个人主机11-1中转而实现通信。

单人装备1的个人主机11-1通过前述的WIFI无线通信网络或者Ad-hoc网络，可以即时将多参数采集变送器13采集到的有关的环境参数信息的数据信息传送给其他井下工作人员携带的单人装备1和地面监控中心主机2。井下工作人员利用个人主机11-1的耳麦和摄像头等装置，经个人主机11-1通过WIFI无线通信网络实现与井下其他的携带单人装备1的工作人员或地面监控中心主机2进行视频和语音通话，或者是井下工作人员利用个人主机11-1的耳麦和摄像头等装置，经个人主机11-1通过Ad-hoc网络实现与井下其他的携带单人装备1的工作人员进行视频和语音通话。

采用实施例1的矿工用便携式信息装备的矿区信息系统的作用主要有：地面监控中心主机2通过井下工作人员所携带的单人装备1，可以实时地了解和掌握各个工作点的环境情况，从而可以最大程度地减少井下矿难事故的发生；带班矿长通过其携带的单人装备1，能够及时了解井下作业的全局情况，随时随地作出正确的判断以及恰当的指挥，提高工作效率和安全保障系数；安全监察人员检查时，对现场环境、设备隐患进行排查记录并通过其携带的单人装备1实时上传到地面监控中心主机2，并且可以通过环境气体参数记录分析得出煤矿井下气体分布特点从而做出相应的安全判断，还可以通过访问地面监控中心主机2的相关数据库对煤矿井下设备的关联性进行查询，有效排查安全隐患；井下作业的矿工通过使用本系统可以全面了解自身所处的作业环境，矿工间可以实现相互通信，消除孤独感。当有矿难时，在无线接入设备3不起作用的情况下，矿工相互间还可选择通过单人装备1组成自组网络，相互通信，便于就地互相救援，争取宝贵时间；只要井下工作人员中有一个能利用无线接入设备3与地面指挥中心的地面监控中心主机2联系上，就可通过该井下工作人员的单人装备1将矿难现场的相关数据传递给地面监控中心主机2，以便了解清楚现场，作出相应的救援方案，引导携带单人装置1的救援人员及时到达需要救援的具体地点开展救援。

（实施例2）

见图2和图4，本实施例的矿工用便携式信息装备的其他部分与实施例1基本相同，不同之处在于：单人装备1的信息处理装置11的配备中减少了掌上电脑11-2的配置。本实施例的单人装备1为不需要掌上电脑11-2功能的井下工作人员如安全监察人员配置，以节约使用单位的成本。

（实施例3）

见图2和图5，本实施例的矿工用便携式信息装备的其他方面与实施例1基本相同，不同之处在于：单人装备1中的信息处理装置11的配备中减少了个人主机11-1和头盔显示目镜11-3，同时相应减少了用于个人主机11-1的一组便携式电池组12。多参数采集变送器13与掌上电脑11-2通过其各自内置的2.4G无线射频通信接口直接进行RF无线通信，多参数采集变送器13将采集到的环境参数信息传送给掌上电脑11-2，掌上电脑11-2通过彩色液晶触摸屏显示各种环境参数信息。掌上电脑11-2利用WIFI网络和AD-HOC无线网络通信网卡通过WIFI无线通信网络实现与其他矿井下工作人员或地面监控中心主机2的通信；当没有无线接入设备3等固定基础设施（如出现矿难造成基础设施损坏）的非正常情况下，掌上电脑11-2利用其内置的控制程序控制其WIFI网络和AD-HOC无线网络通信网卡利用AD-HOC无线自组网络通信实现相互间的通信。本实施例的单人装备1为不需要个人主机11-1相应功能和头盔目镜显示装置11-3功能的矿井下工作人员如机电设备点检人员配置，以节约使用单位的成本。

以上实施例是对本实用新型的具体实施方式的说明，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利保护范围。

Claims (6)

1. 一种矿工用便携式信息装备，其特征在于：由按需要配带的每一名下矿井的工作人员各自携带一套，包括信息处理装置（11）、两组便携式电池组（12）、多参数采集变送器（13）和支撑背负配件（14）；

所述的多参数采集变送器（13）具有无线射频通信接口、甲烷采集模块（13-1）、一氧化碳采集模块（13-2）、二氧化碳采集模块（13-3）、硫化氢采集模块（13-4）、氧气采集模块（13-5）和温度采集模块（13-6）；所述的两组便携式电池组（12）中的一组与多参数采集变送器（13）电连接；需要时，另一组便携式电池组（12）与信息处理装置（11）电连接；所述的支撑背负配件（14）是一种置放单人装备（1）的相关组件的用阻燃抗静电材料制成的背心或马甲。

2.根据权利要求1所述的矿工用便携式信息装备，其特征在于：所述的的信息处理装置（11）包括掌上电脑（11-2），所述的掌上电脑（11-2）是一种具有彩色液晶触摸显示屏、按键、无线射频通信接口以及具有WIFI无线通信和AD-HOC无线通信网卡的手持信息处理装置。

3.根据权利要求1所述的矿工用便携式信息装备，其特征在于：所述的的信息处理装置（11）包括个人主机（11-1）和头盔目镜显示装置（11-3）；所述的个人主机（11-1）具有无线射频通信接口、WIFI无线通信和AD-HOC无线通信网卡以及用于视频和语音通信的摄像头和耳麦；所述的头盔目镜显示装置（11-3）是一种设置于矿用头盔上的具有信息显示功能的电子装置；头盔目镜显示装置（11-3）通过个人主机（11-1）的头盔目镜显示接口与个人主机（11-1）电连接；个人主机（11-1）与所述的便携式电池组（12）电连接。

4.根据权利要求3所述的矿工用便携式信息装备，其特征在于：所述的信息处理装置（11）还包括掌上电脑（11-2）；所述的掌上电脑（11-2）与个人主机（11-1）通信连接。

5.根据权利要求1到4任一所述的矿工用便携式信息装备，其特征在于：所述的便携式电池组（12）为可充电式锂电池组。

6.根据权利要求1到4任一所述的矿工用便携式信息装备，其特征在于：所述的支撑背负配件（14）上设有与其他组件数量和大小相适应的口袋；其中，放置掌上电脑（11-2）的口袋设置于支撑背负配件（14）的前面右上方；放置多参数采集变送器（13）的口袋设置于支撑背负配件（14）的前面左上方；放置给个人主机（11-1）供电的便携式电池组（12）的口袋设置于支撑背负配件（14）的前面右下方；放置给多参数采集变送器（13）供电的便携式电池组（12）的口袋设置于支撑背负配件（14）的前面左下方；放置个人主机（11-1）的口袋设置于支撑背负配件（14）的后背偏上方中间处；所述的便携式电池组（12）与个人主机（11-1）和多参数采集变送器（13）间的连接电线设置于背心或马甲的面料和衬里之间，电线的两端设有插头，插头不用时置于相应的口袋内，使用时与个人主机（11-1）和多参数采集变送器（13）的电源插孔插接。

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