KR102246499B1 - System and method for mine safety integrated management - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 국내 광산의 생산성 향상을 위한 광산 안전 통합관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 지하광산 갱도 내에서 무선 네트워크 통신을 기반으로 웨어러블 디바이스와 스마트 센서로부터 수집된 실시간 환경정보 데이터를 통합 분석하여 광산 개발 안전성 증대 및 생산성 향상을 위한 스마트 마이닝(Smart Mining) 운영 시스템에 관한 것이다. The present disclosure relates to a mine safety integrated management system and method for improving the productivity of domestic mines. Specifically, by integrating and analyzing real-time environmental information data collected from wearable devices and smart sensors based on wireless network communication within an underground mine tunnel. It relates to a smart mining operation system for increasing the safety of mine development and improving productivity.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the content described in this section is not prior art to the claims of this application, and inclusion in this section is not admitted to be prior art.
국내 석회석 갱내광산은 개발한지 20년 이상, 심도 200m 정도의 심부화 광산이 대부분이기 때문에, 과채굴로 인한 채굴적 붕락과 지표함몰, 갱도 천반의 균열로 인한 낙반 사고, 또한 노천광산에서는 대규모 채광사면 붕괴사고 등 대규모 안전사고가 빈번하게 발생하고 있다. Since most domestic limestone mines have been developed for more than 20 years and have a depth of about 200m, mining collapse due to over-mining, surface depression, fallout accidents due to cracks in the top of the tunnel, and large-scale mining slopes in open-pit mines. Large-scale safety accidents such as collapse accidents occur frequently.
울진 석회석광산은 1차 1.2km 싱크홀('16.2월)에 이어 2차 싱크홀('17.5월), 삼척 백운석회석광산은 채굴적 붕락('17.3월)으로 20억원 이상 장비 매몰 및 상해사고, 정선 한덕철광은 운반갱도 균열사고('16.11월)로 생산중단, 강릉 라파즈한라 광산은 사면붕괴('12.8월)로 2명 매몰 사망사고 발생하여 2년 동안 300억 원 이상 사고 수습 및 구조 비용으로 소요 되었다. 한편, 칠레 산호세 광산의 경우 지하 600m 깊이에서 갱도가 붕락되었으나 33명 전원을 구조하였다. Uljin Limestone Mine was the first 1.2km sinkhole ('June'), followed by the 2nd sinkhole ('17.5), and the Samcheok Dolomite Limestone Mine was mining collapsed ('17.3), resulting in more than 2 billion won in equipment burial and injury. Jeongseon Handeok Iron Mine was discontinued due to a transport tunnel crack accident (November 2016), and the Gangneung La Paz Halla mine was buried due to a slope collapse (December 2017). It took. Meanwhile, in the case of the San Jose mine in Chile, the tunnel collapsed at a depth of 600m underground, but all 33 people were rescued.
2016년도 광업분야 재해율은 13.75%이며, 전 산업 평균(0.49%) 보다 28배, 건설업(0.84%) 보다 16배 이상 높은 것으로 조사되었다. 또한, 광종별 재해율을 보면 석탄 42.23%, 금속 및 비금속 15.04%, 채석업 19.29%, 석회석 2.36%로 이들 중 석회석이 가장 낮으나 산업 평균 보다 약 5배 정도 높은 것으로 조사되었다. In 2016, the accident rate in the mining industry was 13.75%, which was 28 times higher than the overall industry average (0.49%) and 16 times higher than the construction industry (0.84%). In addition, when looking at the accident rate by mineral type, coal 42.23%, metals and nonmetals 15.04%, quarry industry 19.29%, and limestone 2.36%, among them, limestone was the lowest, but it was found to be about 5 times higher than the industrial average.
하지만, 2000년대 초부터 해외 광업시장은 ICT 기술을 융합한 스마트 광업혁신으로 빠르게 재편되고 있다. 호주 Rio Tinto의 경우 2008년부터 광산운영 시스템(Mine of the Future TM)을 도입하여 운송비를 13% 절감하고, 장비 가동시간을 20% 이상 증가되었고, 또한 불가리아 첼로팩 광산의 경우 생산량 53% 증대, 생산원가를 톤당 30% 절감하였다.However, since the early 2000s, the overseas mining market has been rapidly reorganized with smart mining innovation that combines ICT technology. In the case of Rio Tinto, Australia, since 2008, the Mine of the Future TM has been introduced, reducing transportation costs by 13%, increasing equipment operating time by more than 20%, and increasing production by 53% at the Bulgarian cellopack mine. Reduced production cost by 30% per ton.
지하 광산 내 공기는 광산 심부화로 광산장비에서 배출되는 디젤가스, 채굴 시 발생하는 분진 및 발파 가스 등 오염물질 농도가 기준치 이상 측정되고 있고, 갱내 산소부족으로 광석운송 차량 엔진 출력감소 발생 등 갱내 통기 시스템 개선 기술 및 ICT를 이용한 통합적 광선 안전관리 기술개발이 필요하다.As for the air in the underground mine, the concentration of pollutants such as diesel gas emitted from mining equipment, dust and blasting gas generated during mining is measured above the standard value due to the deepening of the mine, and the power of the engine of the ore transport vehicle is reduced due to the lack of oxygen in the mine. It is necessary to develop integrated light safety management technology using improved technology and ICT.
실시예에 따른 광산 안전 통합관리 시스템 및 방법은 국내광산 갱내 채광과 운송 관련 장비와 작업자의 실시간 위치추적과 충돌방지, 과채굴로 인한 지반붕락 제어와 예측을 통한 위험요소 억제, 갱내 작업환경 개선을 위한 스마트 센서와 네트워크 통신 시스템을 제공한다. The integrated mine safety management system and method according to the embodiment includes real-time location tracking and collision prevention of equipment and workers related to mining and transportation in a domestic mine mine, control and prediction of ground collapse due to over-mining, suppression of risk factors, and improvement of the working environment in the mine. It provides a smart sensor and network communication system for
또한, 실시간 공기품질 모니터링 시스템을 구축함으로써 단시간 노출농도(STEL, 일반적으로 15분) 및 피크농도를 계측하여 갱내 디젤 장비에서 발생되는 디젤 매연(Diesel Particle Matter, DPM)에 의한 갱내 환경오염을 관리할 수 있도록 한다. In addition, by establishing a real-time air quality monitoring system, exposure concentration (STEL, generally 15 minutes) and peak concentration are measured for a short period of time to manage environmental pollution in the pit caused by diesel particulate matter (DPM) generated from the diesel equipment in the pit. To be able to.
또한, 광산은 채굴에 의한 새로운 작업공간이 발생되므로 지속적으로 센서 설치가 요구되나 채굴 현장 설치가 어렵고 센서의 측정 범위에서 벗어나는 사각지대가 발생할 경우에 대비하여 갱내 환경을 측정할 수 있는 센서를 차량 및 작업자 장비에 장착할 수 있는 휴대용 환경 센서(PMGD: Portable Mine Gas Detector) 를 제공한다. In addition, since a new work space is generated by mining, a sensor is required to be installed continuously, but it is difficult to install a mining site and a sensor that can measure the environment in the mine is used in case of a blind spot that is out of the sensor's measurement range. It provides a portable environmental sensor (PMGD: Portable Mine Gas Detector) that can be mounted on operator equipment.
실시예에 따른 광산 안전 통합관리 시스템은 광산 갱 내부에 설치되어 대기농도, 온도, 습도 및 환경오염물질 농도를 포함하는 환경정보를 감지하는 환경감지센서; 광산 갱 내부로 진입하는 작업자 및 채굴차량에 부착되어 작업자 및 채굴차량의 실시간 위치에 따른 환경정보를 센싱하는 휴대용 환경 센서; 환경감지센서 및 휴대용 환경센서의 위치에 따라 와이파이, 지그비, 로라, 블루투스 및 WSN(Wireless Sensor Network)을 포함하는 무선통신방식 중 최적 통신방식을 선택하는 게이트웨이; 환경감지센서, 휴대용 감지센서로부터 환경정보와 작업자 및 채굴차량 위치정보를 실시간으로 수집하여 모니터링하고, 데이터 마이닝(data mining)을 통해 위험상황을 인식하는 통합관리서버; 및 작업자의 실시간 위치에 따른 인접 환경감지 센서와 통신하고, 휴대용 환경 센서 및 분석서버와 통신하여 작업자 위치 별 환경정보와 위험정보를 전송하고, 다른 작업자 단말과 통신하는 작업자 단말;을 포함한다. An integrated mine safety management system according to an embodiment includes an environment detection sensor installed inside a mine pit to detect environmental information including atmospheric concentration, temperature, humidity, and environmental pollutant concentration; A portable environmental sensor attached to a worker entering the mine shaft and a mining vehicle to sense environmental information according to real-time positions of the worker and the mining vehicle; A gateway for selecting an optimal communication method among wireless communication methods including Wi-Fi, ZigBee, LoRa, Bluetooth and WSN (Wireless Sensor Network) according to the location of the environmental sensor and the portable environmental sensor; An integrated management server that collects and monitors environmental information and location information of workers and mining vehicles in real time from an environment detection sensor and a portable detection sensor, and recognizes a dangerous situation through data mining; And an operator terminal that communicates with an adjacent environment detection sensor according to a real-time location of the worker, transmits environmental information and risk information for each worker location by communicating with a portable environment sensor and an analysis server, and communicates with other worker terminals.
바람직하게, 통합관리서버;는 휴대용 환경센서, 게이트웨이의 기기정보, 갱내 위치 및 통신 객체간 거리 별 최적 통신 방식을 포함하는 통신정보, 환경오염물질 기준수치, 지반변위, 진동, 단위 구역별 기준 지진파를 포함하는 기준환경정보를 저장하는 데이터베이스; 광산 갱 내 단위구역 별로 공급되는 전력량을 산출하고 단위 구역 별 작업자 및 채굴차량을 포함하는 이동객체를 파악하고, 휴대용 환경 센서, 게이트웨이 및 환경감지센서로부터 수집된 환경정보 및 위치 정보를 분석하여 위험감지 신호를 파악하는 분석모듈; 위험감지 신호 및 실시간 모니터링 데이터를 작업자와 관리자가 직관적으로 인식할 수 있도록 하는 시공간(Spatio-temporal)3차원 시각화 객체를 생성하고, 광산 갱내 지형정보와 위치정보를 GIS(Geographic Information System) 변환하여 광산 갱내 3차원맵을 생성하여 관리자와 작업자에게 광산 지형정보와 함께 시설물 정보를 제공하는 시각화 모듈; 을 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 분석모듈은 광산 갱내 설치된 시설물로 공급되는 전력량 모니터링 정보를 빅데이터화 하여 광산 갱내 시설 별 최적 전력제어 방식을 채택하고, 광산 안전 통합관리 시스템에 등록된 채굴차량과 작업자의 운송량, 작업량을 모니터링 하여 작업자 별 생산성을 평가하고, 광산 갱내 단위구역에 설치된 환경센서로부터 수집한 환경정보를 통해 광산의 채굴주기와 매립 자원량을 예측하도록 구성된다.
하나의 실시예에서, 상기 휴대용 감지센서는 작업자와 채굴차량의 충돌방지를 위해, 단위구역별 인구밀집도 및 작업자와 채굴차량 근방의 이동객체를 파악하여 상기 이동객체의 경로정보를 작업자의 모바일 단말 및 채굴차량으로 전송하도록 구성된다.Preferably, the integrated management server; is a portable environmental sensor, device information of the gateway, communication information including the optimal communication method for each location in the pit and the distance between communication objects, the environmental pollutant reference value, ground displacement, vibration, and the reference seismic wave for each unit area. A database for storing reference environment information including; Calculate the amount of power supplied for each unit area in the mine, identify moving objects including workers and mining vehicles for each unit area, and analyze environmental information and location information collected from portable environmental sensors, gateways, and environmental sensors to detect risk. An analysis module for identifying a signal; Creates a spatio-temporal 3D visualization object that allows workers and managers to intuitively recognize danger detection signals and real-time monitoring data, and converts topographic information and location information in mines to GIS (Geographic Information System) to mine. A visualization module that generates a three-dimensional map in a pit and provides information on facilities along with topographic information of mines to managers and workers; Includes.
In one embodiment, the analysis module adopts the optimal power control method for each facility in the mine by converting power amount monitoring information supplied to the facilities installed in the mine mine into big data, and the amount of transportation of the mining vehicle and the worker registered in the mine safety integrated management system. It is configured to evaluate the productivity of each worker by monitoring the amount of work, and to predict the mining cycle and the amount of landfill resources of the mine through environmental information collected from environmental sensors installed in the unit area of the mine mine.
In one embodiment, in order to prevent collision between the worker and the mining vehicle, the portable sensor detects the population density by unit area and the moving object in the vicinity of the worker and the mining vehicle, and determines the path information of the moving object to the worker's mobile terminal and It is configured to be transferred to a mining vehicle.
이상에서와 같은 광산 안전 통합관리 시스템 및 방법은 갱내 무선 네트워크 통신, 스마트 센서, 모듈 별 미들웨어, 데이터 통합 및 분석 등 IoT 기반 스마트 마이닝 구축 기술 자립화 및 갱내 장비 무인 시스템과 자동화 시스템 도입을 위한 기반을 구축 한다. The integrated mine safety management system and method as described above establishes the foundation for IoT-based smart mining establishment technology independence such as wireless network communication in the pit, smart sensor, middleware for each module, data integration and analysis, and the introduction of an unmanned system for pit equipment and an automation system. do.
또한, RF 전파 기술을 통한 산업 안전관리로 u-IT산업 안전 관리 기술을 확대하고, RF 전파의 특성을 이용한 인식 대상체의 거리 및 위치 산출 알고리즘 구현으로 작업자와 장비 간 위험 상황 발생을 효과적으로 예방한다. In addition, u-IT industrial safety management technology is expanded to industrial safety management through RF propagation technology, and the occurrence of dangerous situations between workers and equipment is effectively prevented by implementing an algorithm to calculate the distance and location of the recognized object using the characteristics of RF propagation.
또한, 채광 중장비에 장착할 수 있는 RFID 리더를 통해 작업차량의 위치 인식이 가능한 실시간 위치추적 RTLS(Real Time Location System) 기술 및 중장비 제어 프로세스를 확립하고, 유해가스 및 지반변위 등 광산 갱내 위험요소에 대한 실시간 계측 기술 및 IoT기반의 무선통신 시스템의 개발에 따른 실시간 광산안전관리 모니터링 체계를 수립한다. 아울러, 갱도 및 노천, 지하 채굴적에 대한 점군자료에 기반한 3D 모델링 기술개발을 통한 채굴적 붕락 제어 및 안전성 개선으로 채광 효율성을 향상시키고, 실시간 시뮬레이션 및 갱내 통기 설비 자동 제어 기술로 통기 갱 위치 설계, 송배풍기 활용설계, 자연 통기력 산정 등 상황에 맞는 최적의 통기 설계기법 개발로 인하여 기존의 통기 설비 운용에 비교하여 광산에 공급되는 전력에너지를 절감시킨다. In addition, real-time location tracking RTLS (Real Time Location System) technology and heavy equipment control process that can recognize the location of working vehicles through an RFID reader that can be installed in heavy mining equipment, are established, and the risk factors in mine mines such as harmful gases and ground displacement are established. Establish a real-time mine safety management monitoring system according to the development of real-time measurement technology and IoT-based wireless communication system for Korea. In addition, the mining efficiency is improved through the development of 3D modeling technology based on point cloud data on the tunnel, open pit, and underground mining area, and through real-time simulation and automatic control technology for ventilation facilities in the pit, ventilation pit location design and transmission. The power energy supplied to the mine is reduced compared to the operation of existing ventilation facilities through the development of an optimal ventilation design technique suitable for the situation such as exhaust fan utilization design and calculation of natural ventilation power.
또한, 효율적인 통기설비의 운용으로 갱내 유해가스 농도를 “광산안전기술기준”에서 제시하는 허용 기준치 이하로 낮춤으로서 갱내 환경 개선 효과를 창출하고, 광산과 같은 공간적으로 폐쇄된 특수한 산업 현장에 대해서 통신 네트워크 구성을 통한 무선통신 기술의 효율성 확대시킨다. In addition, by effectively operating ventilation facilities, the concentration of harmful gases in the pit is lowered below the allowable standard value suggested in the “Mining Safety Technical Standards”, thereby creating an effect of improving the environment in the pit, and a communication network for special industrial sites that are spatially closed such as mines. Increase the efficiency of wireless communication technology through configuration.
아울러, IoT 기반의 효율적 안전관리 모니터링 시스템을 통한 원가 절감 및 공기 단축국내 광물자원 개발로 인한 광산재해 저감 및 산업 위생 수준 향상과 대규모 싱크홀 등 지반붕락 사고 방지하여 주민불안 해소 및 지역갈등을 완화시킨다.In addition, cost reduction and time reduction through an IoT-based efficient safety management monitoring system reduces mine disasters due to the development of mineral resources in Korea, improves industrial hygiene levels, and prevents ground collapse accidents such as large-scale sinkholes to alleviate residents' anxiety and alleviate regional conflicts. .
또한, 신개념 고부가가치 위치추적/근접탐지 시스템의 개발로 국내 방재산업의 방재기술 선진화 유발 및 선진방재 기술력을 확보할 수 있도록 한다. In addition, the development of a new concept high value-added location tracking/proximity detection system will induce the advancement of disaster prevention technology in the domestic disaster prevention industry and secure advanced disaster prevention technology.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1a는 실시예에 따른 광산안전 통합관리 플랫폼을 나타낸 도면
도 1b는 실시예에 따른 ICT(Information and Communications Technologies) 기반 광산안전 통합관리 플랫폼의 기능을 설명하기 위한 도면
도 2는 실시예에 따른 광산 안전관리 통합시스템 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 광산 안전관리 통합 시스템에서 제공하는 작업자와 장비 간 충돌방지 알림 기능을 설명하기 위한 도면
도 4는 실시예에 따른 광산 안전관리 서버의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 광산안전 통합관리 시스템의 최적 통신방식 결정과정을 설명하기 위한 도면
도 6은 실시예에 따른 휴대용 환경 센서의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면1A is a view showing an integrated mine safety management platform according to an embodiment
Figure 1b is a diagram for explaining the function of the integrated mine safety management platform based on ICT (Information and Communications Technologies) according to the embodiment
2 is a view showing the configuration of the integrated mine safety management system according to the embodiment
3 is a view for explaining a collision prevention notification function between workers and equipment provided by the mine safety management integrated system according to the embodiment
4 is a view showing a data processing block of the mine safety management server according to an embodiment
5 is a view for explaining a process of determining the optimal communication method of the integrated mine safety management system according to the embodiment
6 is a diagram showing a data processing block of a portable environmental sensor according to an embodiment
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the present specification.
도 1a는 실시예에 따른 광산안전 통합관리 플랫폼을 나타낸 도면이다.1A is a view showing an integrated mine safety management platform according to an embodiment.
도 1a를 참조하면, 실시예에 따른 광산안전 통합관리 플랫폼은 광산안전 통합관리 시스템(1000). 현장 시설물 시스템(2000) 및 외부 연계 시스템(3000)을 포함하여 구성될 수 있다. 광산안전 통합관리 시스템(1000)은 갱내 광산 안전 상황을 제어하고, 동적 상황을 관리하는 내부 연계 시스템과, 데이터를 수집하여 통계 데이터를 생성하는 데이터 분석 시스템을 포함하여 구성될 수 있다. Referring to Figure 1a, the mine safety integrated management platform according to the embodiment is a mine safety integrated
현장시설물 시스템(2000)은 광산 갱 내부에 설치된 시설물로서, 환경센서, 안전센서, 통신 게이트웨이, 보안 네트워크, CCTV시스템 등을 포함하여 구성될 수 있다. 외부연계 시스템(3000)은 광산의 안전상태 정보와 채굴 정보를 관련기관에 전달하여 관리하는 시스템으로, 외부 유관기관인 광물자원공사, 산업통상 자원부 등의 서버와 안전사고 발생시 현장을 지원하는 경찰, 소방서 등의 관공서 서버도 포함할 수 있다.The
실시예에 따른 광산안전 통합관리 시스템은 광산 구역별 환경정보와 현장 시설물 정보를 수집(Gathering)하여, 통합기관서버에서 수집된 정보를 분석(Analysis)하여 분석 결과를 외부 연계 기관과 작업자, 관리자에게 전달한다. 실시예에 다른 광산 안전 통합관리 시스템은 수집된 데이터에 대한 광산 통계 데이터 생성하고 광산의 각 구역에서 모니터링 된 데이터를 빅데이터화 하여 광산 구역별 자원공급 및 통신 방법 선택 시 통신 객체의 거리와 위치에 따라 최적화된 전력 및 통신 방법을 제공할 수 있도록 한다.The integrated mine safety management system according to the embodiment collects environmental information and on-site facility information for each mine area, analyzes the information collected from the integrated institution server, and sends the analysis results to external linked organizations, workers, and managers. Deliver. The integrated mine safety management system according to the embodiment generates mine statistical data for the collected data and converts the data monitored in each region of the mine into big data, according to the distance and location of the communication object when selecting the resource supply and communication method for each mine region. It makes it possible to provide an optimized power and communication method.
특히, 실시예에 따른 광산 안전 통합관리 시스템은 국내광산 스마트 마이닝(Smart Mining)을 구축하여, 전파경로, 전파방향, 사물 움직임 등의 WSN(Wireless Sensor Network) 신호전파 특성 및 갱도크기, 갱도 내 지형, 갱내 설비 등에 따른 운용주파수 선택한다. 또한, 안테나 위치와 방사패턴 등을 고려하여 직선, 곡선, 크로스 등 갱도의 갱도 내 채광방식에 따라 최적화된 무선통신을 모델화한다.In particular, the mine safety integrated management system according to the embodiment establishes smart mining for domestic mines, and the characteristics of WSN (Wireless Sensor Network) signal propagation such as propagation path, direction of propagation, and movement of objects, and the size of the tunnel, and the terrain within the tunnel. , Select the operating frequency according to the facilities in the pit. In addition, in consideration of the antenna location and radiation pattern, optimized wireless communication is modeled according to the mining method in the tunnel, such as straight lines, curves, and crosses.
또한, 갱내 채굴 시 안전, 환경관리 기준치에 따라 안전, 주의, 위험 등 3단계의 환경정보 기준수치를 미리 설정하여 광산장비와 작업자의 위치추적, 근접탐지, 환경 모니터링 시스템을 통해 실시간으로 데이터 분석과 정보를 추출하여 작업자와 감독자에게 알린다.In addition, according to the safety and environmental management standard values when mining in the mine, the standard values of environmental information in three stages, such as safety, caution, and danger, are set in advance, and data analysis and data analysis in real time through the location tracking, proximity detection, and environmental monitoring system of mining equipment and workers. Extract the information and inform the operator and supervisor.
도 1b는 실시예에 따른 ICT(Information and Communications Technologies) 기반 광산안전 통합관리 플랫폼의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 1B is a view for explaining the function of the integrated mine safety management platform based on Information and Communications Technologies (ICT) according to an embodiment.
실시예에 따른 데이터베이스에는 갱 내부에 설치된 센서와 휴대용 환경정보 감지 센서에서 수집한 데이터 분석 및 예측, 이상징후 탐지 및 작업자 알림, 분석결과 시각화 등 일련의 데이터 수집, 가공, 변환에 필요한 정보가 저장된다. 또한, 실시예에 따른 광산 안전 통합관리 시스템에서 수행하는 원격 모니터링 및 제어, 데이터 접속과 데이터 추출에 필요한 일련의 데이터를 저장하고, 클라우드와 네트워크 에지 연결, 상황인식 센서수집 정보 추출, 모바일 서비스 지원에 필요한 일련의 데이터가 저장된다. 또한, 데이터 마이닝, 채광효율, 운송효율, 가동율을 산출하고 생산성, 성과, 안전성을 분석에 필요한 일련의 데이터가 저장된다. The database according to the embodiment stores information necessary for a series of data collection, processing, and transformation, such as data analysis and prediction, abnormal symptoms detection and worker notification, and analysis result visualization, collected from sensors installed inside the gang and portable environmental information detection sensors. . In addition, it stores a series of data necessary for remote monitoring and control, data access and data extraction performed by the mine safety integrated management system according to the embodiment, and connects the cloud to the network edge, extracts context-aware sensor collection information, and supports mobile services. The required set of data is stored. In addition, data mining, mining efficiency, transportation efficiency, and operation rate are calculated, and a series of data necessary for analyzing productivity, performance, and safety are stored.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 데이터베이스의 제1메모리에서는 3차원 GIS 데이터베이스 모델 및 광석 평가, 데이터 분석 및 스케줄링에 필요한 데이터가 저장된다.Specifically, referring to FIG. 5, data necessary for a 3D GIS database model and ore evaluation, data analysis and scheduling are stored in the first memory of the database.
또한, 제2메모리에는 채굴차량의 연료, 이상상황 등을 감지하여 차량 관리를 수행하기 위한 데이터, 객체 추적 및 음성 패킷망(Voice over Internet Protocol), 프록시미티(proximity), 태그, 센서 데이터 등이 저장된다. 제 3메모리에는 환기와 팬 시스템 정보 및 대기 환경 모니터링 정보와 단계별 기준 수치 정보가 저장될 수 있다. 실시예에 따른 광산 안전관리 플랫폼은 자원 관리 시스템, 작업자 건강 및 안전관리 시스템, 생산관리 시스템을 포함하여 구성될 수 있다. 자원관리 시스템은 채굴된 자원의 품질 관리 및 광산 주기를 파악한다. 작업자 건강 및 안전관리 시스템은 작업자들의 작업 수행 능력 및 작업효율, 리스크 및 작업 증감량을 파악하고 작업 결과를 예측한다. 생산성관리 시스템은 광산 시설에 공급되는 전력과 분야별 비용을 분석하여 광산 관리 경비를 절감 시키고 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다. In addition, the second memory stores data for vehicle management by detecting fuel and abnormal conditions of the mining vehicle, object tracking and voice over Internet Protocol, proximity, tags, and sensor data. do. Ventilation and fan system information, atmospheric environment monitoring information, and step-by-step reference numerical information may be stored in the third memory. The mine safety management platform according to the embodiment may include a resource management system, a worker health and safety management system, and a production management system. The resource management system understands the quality control and mining cycle of the mined resources. The worker health and safety management system identifies workers' work performance ability, work efficiency, risk and work increase and decreases, and predicts work results. The productivity management system analyzes the power supplied to the mine facility and the cost of each field to reduce mine management expenses and improve productivity.
도 2는 실시예에 따른 광산 안전관리 통합시스템 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the configuration of the integrated mine safety management system according to the embodiment.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 광산 안전관리 통합 시스템은 환경감지센서(100), 휴대용 환경센서(200), 게이트웨이(300), 통합관리서버(400) 및 작업자 단말(500)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the integrated mine safety management system according to the embodiment includes an
환경감지센서(100)는 광산 갱 내부에 설치되어 대기농도, 온도, 습도 및 환경오염물질 농도를 포함하는 환경정보를 감지한다.The
휴대용 환경센서(200)는 광산 갱 내부로 진입하는 작업자 및 채굴차량에 부착되어 작업자 및 채굴차량의 실시간 위치에 따른 환경정보를 센싱한다. 실시예에 따른 휴대용 감지 센서(200)는 새롭게 생성된 갱도 내부로 채굴차량 및 작업자가 진입하는 경우, 진입하는 채굴차량 및 작업자에게 장착되어 새롭게 생성된 갱도의 위치 정보와 지형정보를 감지하여 통합관리 서버로 전송한다. The portable
게이트 웨이(300)는 환경감지센서 및 휴대용 환경센서의 위치에 따라 와이파이, 지그비, 로라, 블루투스 및 WSN(Wireless Sensor Network)을 포함하는 무선통신방식 중 각 통신방식의 커버리지 범위와 전달 가능한 메시지 용량 크기에 따라 최적 통신방식을 선택한다. 또한, 게이트 웨이(300)는 단위구역 별 통신객체 수와 통신 음영지역을 파악하고, 단위 구역의 환경정보, 통신 객체간 거리 및 송수신 메시지의 용량과 종류에 따른 최적 통신 방식을 선택한다. 예컨대, 게이트 웨이(300)는 특정 단위 구역과 통합관리 서버간 거리가 일정 수치 미만이지만, 특정 단위구역의 통신 효율에 영향을 줄 수 있는 환경 요소인 습도가 임계치를 초과하는 경우, 특정 단위구역의 습도를 고려하여 일정 수준 이상의 통신 효율을 제공하는 통신방식을 선택하여 센서와 서버간 통신을 가능하게 한다.The
통합관리서버(400)는 환경감지센서, 휴대용 감지센서로부터 환경정보와 작업자 및 채굴차량 위치정보를 실시간으로 수집하여 모니터링하고, 데이터 마이닝(data mining)을 통해 위험상황을 인식한다.The
작업자 단말(500)은 작업자의 실시간 위치에 따른 인접 환경감지 센서와 통신하고, 휴대용 환경 센서 및 분석서버와 통신하여 작업자 위치 별 환경정보와 위험정보를 전송하고, 다른 작업자 단말과 통신한다.The
도 3은 실시예에 따른 광산 안전관리 통합 시스템에서 제공하는 작업자와 장비 간 충돌방지 알림 기능을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a collision prevention notification function between a worker and equipment provided by the mine safety management integrated system according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 광산 안전관리 통합 시스템은 머신 투 맨 커뮤니케이션 (Machine2man communication) 근접탐지 방식을 통해 갱내부에서 작업자 및 차량이 일정 거리 이내로 근접하면, 충돌 위험이 있는 작업자와 차량에게 충돌 방지 알람을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 채굴차량은 차량 내 설치된 태블릿(T)을 통해 충돌 알림을 전달 받을 수 있다. 3, the mine safety management integrated system according to the embodiment collides with a worker and a vehicle at risk of collision when a worker and a vehicle are close within a certain distance within a pit through a machine-to-man communication proximity detection method. Provides anti-alarm. As shown in FIG. 3, the mining vehicle may receive a collision notification through the tablet T installed in the vehicle.
도 4는 실시예에 따른 광산 안전관리 서버의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a data processing block of a mine safety management server according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 광산 안전관리 서버는 데이터베이스(410), 분석모듈(420), 시각화 모듈(430) 및 통신모듈(440)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.Referring to FIG. 4, the mine safety management server according to the embodiment may include a database 410, an
데이터베이스(410)는 광산 안전 통합관리 플랫폼 및 시스템 운용에 필요한 일련의 데이터를 저장한다. 예컨대, 데이터베이스(410)에는 휴대용 환경센서, 게이트웨이의 기기정보, 갱내 위치 및 통신 객체간 거리 별 최적 통신 방식을 포함하는 통신정보, 환경오염물질 기준수치, 지반변위, 진동, 단위 구역별 기준 지진파를 포함하는 기준환경정보 등을 저장한다. The database 410 stores a series of data necessary for the operation of the integrated mine safety management platform and system. For example, the database 410 contains portable environmental sensors, device information of a gateway, communication information including an optimal communication method for each location in a pit and distance between communication objects, a reference value for environmental pollutants, ground displacement, vibration, and a reference seismic wave for each unit area. It stores the included reference environment information, etc.
분석모듈(420)은 광산 갱 내 단위구역 별로 공급되는 전력량을 산출하고 단위 구역 별 작업자 및 채굴차량을 포함하는 이동객체를 파악하고, 휴대용 환경 센서, 게이트웨이 및 환경감지센서로부터 수집된 환경정보 및 위치 정보를 분석하여 위험감지 신호를 파악한다. 실시예에서 분석모듈(420)은 최적 값을 찾아가는 대표적인 탐색기법인 RPSO(Repulsive Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 적용한 학습기반의 통기 제어 시스템을 통해, 최적 통신 방식 및 최적 전력 제어 방식을 채택할 수 있다. 또한, 분석모듈(420)은 장비와 작업자 효율 및 운송실적과 채광 정도를 파악하여 갱 내부 설비와 광산 인력을 효율적으로 관리 할 수 있도록 한다.The
시각화 모듈(430)은 위험감지 신호 및 실시간 모니터링 데이터를 작업자와 관리자가 직관적으로 인식할 수 있도록 하는 시공간(Spatio-temporal)3차원 시각화 객체를 생성하고, 광산 갱내 지형정보와 위치정보를 GIS(Geographic Information System) 변환하여 광산 갱내 3차원 맵을 생성하여 관리자와 작업자에게 광산 지형정보와 함께 시설물 정보를 제공한다. 또한, 시각화 모듈(430)은 수집된 채굴차량, 작업자, 환경감지 센서 및 휴대용 환경감지 센서의 위치정보 극 좌표 또는 3차원 평면좌표로 변환하고, 변환된 좌표를 기하변환 하여 광산 안전 통합관리 시스템에 포함된 통신 객체들의 위치와 위험요소 발생 위치에 대한 3차원 그래픽을 생성한다. 실시예에서는 환경감지 센서를 통해 수집한 환경정보와 단위구역별 지반 높낮이, 균열, 암석의 형태 및 종류를 포함하는 3차원 지형정보를 파악하여 이를 작업자와 관리자에게 제공되는 시각적 객체인 그래픽으로 변환한다. 실시예에서 광산 지형정보와 위치 정보를 제공하는 시각적 객체인 그래픽은 광산의 깊이, 채굴량, 암석의 형태와 종류, 안전도, 대기상태, 위험상황 등을 직관적으로 알 수 있게 하는 색, 객체, 형태 등의 그래픽으로 변환하여 작업자에게 전달함으로써, 갱 내부에 있는 작업자는 자신이 위치하는 갱내의 위치 정보와 지형정보를 빠르고 직관적으로 인식할 수 있다. The
통신모듈(440)은 환경감지센서, 휴대용 환경센서 및 게이트웨이와 실시간 통신한다. 통신모듈(440)은 지상과 갱내 네트워크 통신 시간동기화(Clock synchronization)를 수행하여 환경센서에서 전송된 모니터링 데이터를 3차원 GIS 정보로 변환가능 하도록 한다. The
도 5는 실시예에 따른 광산안전 통합관리 시스템의 최적 통신방식 결정과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a process of determining an optimal communication method of the integrated mine safety management system according to an embodiment.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 분석모듈은 환경정보 감지 센서가 위치하는 광산의 단위 구간에 따라 통신 방식 별 커버리지를 파악하고, 환경센서에서 전송될 데이터의 종류와 용량에 따라 통신방식을 결정한다. 예컨대, 분석서버와 환경감지센서의 거리가 제1값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 관리서버로 전송하려는 데이터가 태그인식 정보인 경우, 지그비 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 한다. 실시예에서는 지그비 통신방식 커버리지가 환경센서가 설치된 구역을 포함하고, 태그 데이터는 그 용량이 지그비 통신방식을 이용해 충분히 전달 가능하기 때문에, 분석모듈은 통신방식 별 커버리지와 통신 데이터 용량을 고려하여 최적 무선 통신방식을 선택할 수 있다. 또 다른 예로, 분석서버와 환경감지센서의 거리가 제2값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 관리서버로 전송하려는 데이터가 유해가스 감지 정보인 경우, 분석모듈은 로라(LoRa) 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 한다. 로라 통신방식을 커버리지가 지그비 방식 보다 확장되기 때문에, 환경센서가 A구간 보다 먼 B 구간에 설치되고, 태그인식 정보보다 메시지 용량이 큰 유해가스 감지 정보를 서버로 전송하는 경우, 로라 통신방식을 선택할 수 있다. 또한, 분석서버와 환경감지센서의 거리가 제3값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 관리서버로 전송하려는 데이터가 지반변위와 미소 전동을 포함하는 지진관측 정보인 경우, 분석모듈은 와이파이 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 한다. 와이파이 통신방식은 커버리지가 로라 방식 보다 확장되기 때문에, 환경센서가 B구간 보다 먼 C 구간에 설치되고, 전송정보가 유해가스 감지 정보보다 메시지 용량이 큰 지진관측 정보를 서버로 전송하는 경우, 와이파이 통신방식을 선택할 수 있다.Referring to FIG. 5, the analysis module according to the embodiment identifies the coverage for each communication method according to the unit section of the mine in which the environmental information detection sensor is located, and determines the communication method according to the type and capacity of data to be transmitted from the environmental sensor. do. For example, if the distance between the analysis server and the environment sensor is less than the first value, and the data to be transmitted from the environment sensor to the management server is tag recognition information, the ZigBee communication method is extracted so that wireless communication between the server and the sensor is performed. do. In the embodiment, since the ZigBee communication method coverage includes an area where the environmental sensor is installed, and the tag data can be sufficiently transmitted using the ZigBee communication method, the analysis module is optimized for wireless coverage in consideration of the coverage and communication data capacity for each communication method. Communication method can be selected. As another example, if the distance between the analysis server and the environment detection sensor is less than the second value, and the data to be transmitted from the environment sensor to the management server is harmful gas detection information, the analysis module extracts the LoRa communication method. Allows wireless communication between the server and the sensor. Since the coverage of the LoRa communication method is extended to that of the ZigBee method, if the environmental sensor is installed in the section B farther than the A section and transmits harmful gas detection information with a larger message capacity than the tag recognition information to the server, select the LoRa communication method. I can. In addition, if the data to be transmitted from the environment sensor to the management server is located in a section where the distance between the analysis server and the environment detection sensor is less than the third value, the analysis module uses the Wi-Fi communication method. It is extracted so that wireless communication between the server and the sensor is performed. Since the Wi-Fi communication method has a larger coverage than the LoRa method, when the environmental sensor is installed in the C section, which is farther than the B section, and the transmission information transmits earthquake observation information with a larger message capacity than the harmful gas detection information to the server, Wi-Fi communication You can choose the method.
도 6은 실시예에 따른 휴대용 환경 센서의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a data processing block of a portable environmental sensor according to an embodiment.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 휴대용 환경 센서는 위치인식부(210), 환경정보 감지부(220) 및 출력부(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 위치 인식부(210)는 작업자가 소지하거나 채굴차량에 장착되어 새롭게 생성된 갱도 및 기존 갱도의 단위 구역과 위치를 인식한다. 환경정보 감지부(220)는 작업자 또는 채굴차량의 위치 별 대기상태, 온도, 습도, 진동을 포함하는 환경정보를 센싱한다.Referring to FIG. 6, the portable environment sensor according to the embodiment may include a location recognition unit 210, an environment information detection unit 220, and an output unit 230. The location recognition unit 210 recognizes a unit area and location of a newly created tunnel and an existing tunnel that are possessed by an operator or mounted on a mining vehicle. The environmental information sensing unit 220 senses environmental information including atmospheric conditions, temperature, humidity, and vibration for each location of a worker or a mining vehicle.
출력부(230)는 통합관리 서버와 통신하며 작업자 또는 채굴차량의 이동경로에 따른 위험정보와 환경정보를 디스플레이 한다.The output unit 230 communicates with the integrated management server and displays risk information and environmental information according to the movement path of a worker or a mining vehicle.
이상에서와 같은 광산 안전 통합관리 시스템 및 방법은 갱내 무선 네트워크 통신, 스마트 센서, 모듈 별 미들웨어, 데이터 통합 및 분석 등 IoT 기반 스마트 마이닝 구축 기술 자립화 및 갱내 장비 무인 시스템과 자동화 시스템 도입을 위한 기반을 구축 한다. 또한, RF 전파 기술을 통한 산업 안전관리로 u-IT산업 안전 관리 기술을 확대하고, RF 전파의 특성을 이용한 인식 대상체의 거리 및 위치 산출 알고리즘 구현으로 작업자와 장비 간 위험 상황 발생을 효과적으로 예방한다. The integrated mine safety management system and method as described above establishes the foundation for IoT-based smart mining establishment technology independence such as wireless network communication in the pit, smart sensor, middleware for each module, data integration and analysis, and the introduction of an unmanned system for pit equipment and an automation system. do. In addition, u-IT industrial safety management technology is expanded to industrial safety management through RF propagation technology, and the occurrence of dangerous situations between workers and equipment is effectively prevented by implementing an algorithm to calculate the distance and location of the recognized object using the characteristics of RF propagation.
또한, 채광 중장비에 장착할 수 있는 RFID 리더를 통해 작업차량의 위치 인식이 가능한 실시간 위치추적 RTLS(Real Time Location System) 기술 및 중장비 제어 프로세스를 확립하고, 유해가스 및 지반변위 등 광산 갱내 위험요소에 대한 실시간 계측 기술 및 IoT기반의 무선통신 시스템의 개발에 따른 실시간 광산안전관리 모니터링 체계를 수립한다. 아울러, 갱도 및 노천, 지하 채굴적에 대한 점군자료에 기반한 3D 모델링 기술개발을 통한 채굴적 붕락 제어 및 안전성 개선으로 채광 효율성을 향상시키고, 실시간 시뮬레이션 및 갱내 통기 설비 자동 제어 기술로 통기 갱 위치 설계, 송배풍기 활용설계, 자연 통기력 산정 등 상황에 맞는 최적의 통기 설계기법 개발로 인하여 기존의 통기 설비 운용에 비교하여 광산에 공급되는 전력에너지를 절감시킨다. In addition, real-time location tracking RTLS (Real Time Location System) technology and heavy equipment control process that can recognize the location of working vehicles through an RFID reader that can be installed in heavy mining equipment, are established, and the risk factors in mine mines such as harmful gases and ground displacement are established. Establish a real-time mine safety management monitoring system according to the development of real-time measurement technology and IoT-based wireless communication system for Korea. In addition, the mining efficiency is improved through the development of 3D modeling technology based on point cloud data on the tunnel, open pit, and underground mining area, and through real-time simulation and automatic control technology for ventilation facilities in the pit, ventilation pit location design and transmission. The power energy supplied to the mine is reduced compared to the operation of existing ventilation facilities through the development of an optimal ventilation design technique suitable for the situation such as exhaust fan utilization design and calculation of natural ventilation power.
또한, 효율적인 통기설비의 운용으로 갱내 유해가스 농도를 “광산안전기술기준”에서 제시하는 허용 기준치 이하로 낮춤으로서 갱내 환경 개선 효과를 창출하고, 광산과 같은 공간적으로 폐쇄된 특수한 산업 현장에 대해서 통신 네트워크 구성을 통한 무선통신 기술의 효율성 확대시킨다. In addition, by effectively operating ventilation facilities, the concentration of harmful gases in the pit is lowered below the allowable standard value suggested in the “Mining Safety Technical Standards”, thereby creating an effect of improving the environment in the pit, and a communication network for special industrial sites that are spatially closed such as mines. Increase the efficiency of wireless communication technology through configuration.
아울러, IoT 기반의 효율적 안전관리 모니터링 시스템을 통한 원가 절감 및 공기 단축국내 광물자원 개발로 인한 광산재해 저감 및 산업 위생 수준 향상과 대규모 싱크홀 등 지반붕락 사고 방지하여 주민불안 해소 및 지역갈등을 완화시킨다.In addition, cost reduction and time reduction through an IoT-based efficient safety management monitoring system reduces mine disasters due to the development of mineral resources in Korea, improves industrial hygiene levels, and prevents ground collapse accidents such as large-scale sinkholes to alleviate residents' anxiety and alleviate regional conflicts. .
또한, 신개념 고부가가치 위치추적/근접탐지 시스템의 개발로 국내 방재산업의 방재기술 선진화 유발 및 선진방재 기술력을 확보할 수 있도록 한다. In addition, the development of a new concept high value-added location tracking/proximity detection system will induce the advancement of disaster prevention technology in the domestic disaster prevention industry and secure advanced disaster prevention technology.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed contents are only examples, and various changes may be made by those of ordinary skill in the art without departing from the gist of the claims claimed in the claims, so the scope of protection of the disclosed contents is limited to the above-described specific It is not limited to the examples.
Claims (8)
광산 갱 내부에 설치되어 대기농도, 온도, 습도 및 환경오염물질 농도를 포함하는 환경정보를 감지하는 환경감지센서;
광산 갱 내부로 진입하는 작업자 및 채굴차량에 부착되어 작업자 및 채굴차량의 실시간 위치에 따른 환경정보를 센싱하는 휴대용 환경 센서;
환경감지센서 및 휴대용 환경센서의 위치에 따라 와이파이, 지그비, 로라, 블루투스 및 WSN(Wireless Sensor Network)을 포함하는 무선통신방식 중 최적 통신방식을 선택하는 게이트웨이;
상기 환경감지센서, 휴대용 감지센서로부터 환경정보와 작업자 및 채굴차량 위치정보를 실시간으로 수집하여 모니터링하고, 데이터 마이닝(data mining)을 통해 위험상황을 인식하는 통합관리 서버; 및
작업자의 실시간 위치에 따른 인접 환경감지 센서와 통신하고, 휴대용 환경 센서 및 서버와 통신하여 작업자 위치 별 환경정보와 위험정보를 전송하고, 다른 작업자 단말과 통신하고, 머신 투 맨 커뮤니케이션 (Machine2man communication) 근접탐지 방식을 통해 갱내부에서 작업자 및 차량이 일정 거리 이내로 근접하면, 충돌 위험이 있는 작업자와 차량에게 충돌 방지 알람을 제공하는 작업자 단말;을 포함하고
상기 통합관리 서버;는
휴대용 환경센서, 게이트웨이의 기기정보, 갱내 위치 및 통신 객체간 거리 별 최적 통신 방식을 포함하는 통신정보, 환경오염물질 기준수치, 지반변위, 진동, 단위 구역별 기준 지진파를 포함하는 기준환경정보를 저장하는 데이터베이스;
광산 갱 내 단위구역 별로 공급되는 전력량을 산출하고 단위 구역 별 작업자 및 채굴차량을 포함하는 이동객체를 파악하고, 휴대용 환경 센서, 게이트웨이 및 환경감지센서로부터 수집된 환경정보 및 위치 정보를 분석하여 위험감지 신호를 파악하고, 수집된 정보에 대한 광산 통계 데이터를 생성하고 광산의 각 구역에서 모니터링 된 데이터를 빅데이터화 하여 광산 구역별 자원공급 및 통신 방법 선택 시 통신 객체의 거리와 위치에 따라 최적화된 전력 및 통신 방법을 제공하는 분석모듈;
위험감지 신호 및 실시간 모니터링 데이터를 작업자와 관리자가 직관적으로 인식할 수 있도록 하는 시공간(Spatio-temporal)3차원 시각화 객체를 생성하고, 광산 갱내 지형정보와 위치정보를 GIS(Geographic Information System) 변환하여 광산 갱내 3차원맵을 생성하여 관리자와 작업자에게 광산 지형정보와 함께 시설물 정보를 제공하는 시각화 모듈; 및
지상과 갱내 네트워크 통신 시간동기화(Clock synchronization)를 수행하여 환경센서에서 전송된 모니터링 데이터를 3차원 GIS 정보로 변환가능 하도록 하는 통신모듈; 을 포함하고
상기 휴대용 환경 센서;는
작업자가 소지하거나 채굴차량에 장착되어 새롭게 생성된 갱도 및 기존 갱도의 단위 구역과 위치를 인식하는 위치인식부;
작업자 또는 채굴차량의 위치 별 대기상태, 온도, 습도, 진동을 포함하는 환경정보를 센싱하는 환경정보감지부; 및
상기 통합관리 서버와 통신하며 작업자 또는 채굴차량의 이동경로에 따른 위험정보와 환경정보를 디스플레이 하는 출력부;를 포함하고
상기 게이트웨이;는
단위구역 별 통신객체 수와 통신 음영지역을 파악하고, 단위 구역의 환경정보, 통신 객체간 거리 및 송수신 메시지의 용량과 종류에 따른 최적 통신 방식을 선택하고
환경감지센서 및 휴대용 환경센서의 위치에 따라 와이파이, 지그비, 로라, 블루투스 및 WSN(Wireless Sensor Network)을 포함하는 무선통신방식 중 각 통신방식의 커버리지 범위와 전달 가능한 메시지 용량 크기에 따라 최적 통신방식을 선택하고,
단위구역 별 통신객체 수와 통신 음영지역을 파악하고, 단위 구역의 환경정보, 통신 객체간 거리 및 송수신 메시지의 용량과 종류에 따른 최적 통신 방식을 선택하기 위해, 특정 단위 구역과 통합관리 서버간 거리가 일정 수치 미만이지만, 특정 단위구역의 통신 효율에 영향을 주는 환경 요소인 습도가 임계치를 초과하는 경우, 특정 단위구역의 습도를 고려하여 일정 수준 이상의 통신 효율을 제공하는 통신방식을 선택하여 센서와 서버간 통신을 가능하게 하고
상기 시각화 모듈;은
수집된 채굴차량, 작업자, 환경감지 센서 및 휴대용 환경감지 센서의 위치정보를 극 좌표 또는 3차원 평면좌표로 변환하고,
변환된 좌표를 기하변환 하여 광산 안전 통합관리 시스템에 포함된 통신 객체들의 위치와 위험요소 발생 위치에 대한 3차원 그래픽을 생성하고
상기 분석모듈;은
광산 갱내 설치된 시설물로 공급되는 전력량 모니터링 정보를 빅데이터화 하여 광산 갱내 시설 별 최적 전력제어 방식을 채택하고, 광산 안전 통합관리 시스템에 등록된 채굴차량과 작업자의 운송량, 작업량을 모니터링 하여 작업자 별 생산성을 평가하고, 광산 갱내 단위구역에 설치된 환경센서로부터 수집한 환경정보를 통해 광산의 채굴주기와 매립 자원량을 예측하고,
전파경로, 전파방향, 사물 움직임을 포함하는 WSN(Wireless Sensor Network) 신호전파 특성 및 갱도크기, 갱도 내 지형, 갱내 설비에 따른 운용주파수를 선택하고, 안테나 위치와 방사패턴을 고려하여 직선, 곡선, 크로스를 포함하는 갱도의 갱도 내 채광방식에 따라 최적화된 무선통신을 모델화하고,
무선통신 최적 값을 찾아가는 탐색기법인 RPSO(Repulsive Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 적용한 학습기반의 통기 제어 시스템을 통해, 최적 통신 방식 및 최적 전력 제어 방식을 채택하고,
상기 서버와 환경감지센서의 거리가 제1값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 서버로 전송하려는 데이터가 태그인식 정보인 경우, 지그비 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 하고, 서버와 환경감지센서의 거리가 제2값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 서버로 전송하려는 데이터가 유해가스 감지 정보인 경우, 분석모듈은 로라(LoRa) 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 하고, 서버와 환경감지센서의 거리가 제3값 미만인 구간에 위치하고, 환경센서에서 서버로 전송하려는 데이터가 지반변위와 미소 전동을 포함하는 지진관측 정보인 경우, 분석모듈은 와이파이 통신 방식을 추출하여 서버와 센서간 무선 통신이 수행되도록 하고,
작업자들의 작업 수행 능력 및 작업효율, 리스크 및 작업 증감량을 파악하고 작업 결과를 예측하고 광산 시설에 공급되는 전력과 분야별 비용을 분석하고
상기 휴대용 감지 센서; 는
작업자와 채굴차량의 충돌방지를 위해, 단위구역별 인구밀집도 및 작업자와 채굴차량 근방의 이동객체를 파악하여 상기 이동객체의 경로정보를 작업자의 모바일 단말 및 채굴차량으로 전송하는 것을 특징으로 하는 광산 안전 통합관리 시스템.
In the mine safety integrated management system,
An environment detection sensor installed inside the mine shaft to detect environmental information including atmospheric concentration, temperature, humidity, and concentration of environmental pollutants;
A portable environmental sensor attached to a worker entering the mine shaft and a mining vehicle to sense environmental information according to real-time positions of the worker and the mining vehicle;
A gateway for selecting an optimal communication method among wireless communication methods including Wi-Fi, ZigBee, LoRa, Bluetooth and WSN (Wireless Sensor Network) according to the location of the environmental sensor and the portable environmental sensor;
An integrated management server for collecting and monitoring environmental information and location information of workers and mining vehicles in real time from the environment detection sensor and the portable detection sensor, and recognizing a dangerous situation through data mining; And
It communicates with an adjacent environment detection sensor according to the real-time location of the worker, communicates with a portable environment sensor and server to transmit environmental information and risk information for each worker location, communicates with other worker terminals, and closes machine-to-man communication. Including; a worker terminal that provides a collision avoidance alarm to the worker and the vehicle at risk of collision when the worker and the vehicle are close within a certain distance in the pit through the detection method; and
The integrated management server;
Stores reference environmental information including portable environmental sensors, device information of gateways, communication information including optimal communication methods for each location in the pit and distance between communication objects, environmental pollutant reference values, ground displacement, vibration, and reference seismic waves for each unit area. Database;
Calculate the amount of power supplied for each unit area in the mine pit, identify moving objects including workers and mining vehicles for each unit area, and analyze environmental information and location information collected from portable environmental sensors, gateways, and environmental sensors to detect risk. By identifying signals, generating mine statistical data for the collected information, and converting the monitored data into big data in each area of the mine, when selecting the resource supply and communication method for each mine area, optimized power and power according to the distance and location of the communication object An analysis module that provides a communication method;
Creates a spatio-temporal 3D visualization object that allows workers and managers to intuitively recognize danger detection signals and real-time monitoring data, and converts topographic information and location information in mines to GIS (Geographic Information System) to mine. A visualization module that generates a three-dimensional map in a pit and provides information on facilities along with topographic information of mines to managers and workers; And
A communication module capable of converting the monitoring data transmitted from the environmental sensor into 3D GIS information by performing clock synchronization of the network communication between the ground and the mine shaft; Including
The portable environment sensor; The
A location recognition unit that recognizes a unit area and location of a newly created tunnel and an existing tunnel that are possessed by a worker or mounted on a mining vehicle;
An environmental information sensing unit sensing environmental information including atmospheric conditions, temperature, humidity, and vibration for each location of a worker or a mining vehicle; And
Includes; an output unit that communicates with the integrated management server and displays risk information and environmental information according to a movement path of a worker or a mining vehicle.
The gateway; is
Identify the number of communication objects and shaded areas for communication by unit area, select the optimal communication method according to the environmental information of the unit area, the distance between communication objects, and the capacity and type of sending/receiving messages.
Depending on the location of the environmental sensor and the portable environmental sensor, the optimal communication method is selected according to the coverage range of each communication method and the size of the message capacity that can be delivered among wireless communication methods including Wi-Fi, ZigBee, LoRa, Bluetooth and WSN (Wireless Sensor Network). Choose,
The distance between a specific unit area and the integrated management server in order to identify the number of communication objects per unit area and the communication shaded area, and to select the optimal communication method according to the environmental information of the unit area, the distance between communication objects, and the capacity and type of transmission/reception messages. Is less than a certain value, but when the humidity, which is an environmental factor that affects the communication efficiency of a specific unit area, exceeds the threshold value, consider the humidity of the specific unit area and select a communication method that provides communication efficiency above a certain level, Enable server-to-server communication
The visualization module;
Converts the collected location information of mining vehicles, workers, environmental sensors, and portable environmental sensors into polar coordinates or three-dimensional plane coordinates,
By geometric transformation of the converted coordinates, a 3D graphic of the location of communication objects included in the integrated mine safety management system and the location of hazards is generated.
The analysis module;
The power amount monitoring information supplied to the facilities installed in the mine is converted into big data, and the optimal power control method is adopted for each facility in the mine, and the productivity of each worker is evaluated by monitoring the mining vehicle, the transport volume, and the amount of work registered in the mine safety integrated management system. And, through the environmental information collected from the environmental sensor installed in the unit area of the mine mine, the mining cycle and the amount of landfill resources are predicted,
Select the operating frequency according to the WSN (Wireless Sensor Network) signal propagation characteristics including the propagation path, the direction of the propagation, and the movement of the object and the size of the tunnel, the terrain in the tunnel, and the facilities in the tunnel, and consider the antenna location and radiation pattern. Model optimized wireless communication according to the mining method in the tunnel of the tunnel including the cross,
Through the learning-based ventilation control system applying the RPSO (Repulsive Particle Swarm Optimization) algorithm, which is a searcher to find the optimal wireless communication value, the optimal communication method and the optimal power control method are adopted.
If the distance between the server and the environment sensor is less than the first value, and the data to be transmitted from the environment sensor to the server is tag recognition information, the ZigBee communication method is extracted so that wireless communication between the server and the sensor is performed, and the server If the distance between the sensor and the environment detection sensor is less than the second value, and the data to be transmitted from the environment sensor to the server is harmful gas detection information, the analysis module extracts the LoRa communication method to enable wireless communication between the server and the sensor. If the data to be transmitted from the environment sensor to the server is seismic observation information including ground displacement and microelectricity, and the data to be transmitted from the environment sensor to the server is located in a section where the distance between the server and the environment detection sensor is less than the third value, the analysis module uses a Wi-Fi communication method. Extract and allow wireless communication between the server and the sensor,
Identify workers' ability to perform work, work efficiency, risk and increase or decrease of work, predict work results, analyze power supplied to mining facilities and cost by sector,
The portable detection sensor; Is
In order to prevent collision between workers and mining vehicles, mine safety, characterized in that the population density of each unit area and moving objects in the vicinity of the workers and the mining vehicles are identified, and the path information of the moving objects is transmitted to the mobile terminal of the worker and the mining vehicle. Integrated management system.
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