一種基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)
1.本發(fā)明涉及煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
2.當(dāng)前，煤礦井下施工過程環(huán)境復(fù)雜，容易發(fā)生各種意外事件或事故，當(dāng)作業(yè)人員發(fā)生緊急情況時(shí)，傳統(tǒng)安全帽僅具備保護(hù)作業(yè)人員頭部的功能，不能實(shí)時(shí)確定作業(yè)人員情況、作業(yè)環(huán)境及位置，不具備實(shí)時(shí)的智能化監(jiān)護(hù)功能。此外，在井下危險(xiǎn)作業(yè)過程中，管理人員無(wú)法做到在出現(xiàn)危險(xiǎn)的第一時(shí)間進(jìn)行搶救，作業(yè)人員也無(wú)法主動(dòng)聯(lián)系管理人員，經(jīng)常會(huì)無(wú)法掌握作業(yè)人員的安全需求，甚至延誤最佳援助時(shí)間，難以保障和滿足作業(yè)人員的施工安全以及煤礦安全生產(chǎn)的智能化管理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
3.因此，本發(fā)明提供了一種基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)，可以有效提高煤礦井下作業(yè)人員的安全系數(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化安全生產(chǎn)管理，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
4.為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
5.本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)，包括“云”、“邊”和“端”；
6.所述“端”為部署在作業(yè)環(huán)境中的無(wú)線組網(wǎng)模塊，用于接收在作業(yè)環(huán)境中傳感器采集的信息發(fā)送給所述“邊”，以及協(xié)助所述“邊”進(jìn)行作業(yè)人員定位；
7.所述“邊”為智能安全帽，用于采集井下作業(yè)人員及其所處環(huán)境的相關(guān)信息，以及匯集所述“端”發(fā)送的信息，并進(jìn)行初步處理后，上傳至“云”端；
8.所述“云”是服務(wù)器端，用于通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收智能安全帽發(fā)送的信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)及可視化分析，根據(jù)分析結(jié)果生成煤礦井下預(yù)警信息。
9.可選地，所述部署在作業(yè)環(huán)境中的無(wú)線組網(wǎng)模塊包括：zigbee采集模塊和zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器，所述zigbee采集模塊采集井下環(huán)境氣體信息，并通過zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器，發(fā)送到所述智能安全帽。
10.可選地，所述zigbee采集模塊包括：可充電電池、降壓穩(wěn)壓電路、氣體傳感器插槽及可插氣體傳感器。
11.可選地，所述智能安全帽包括：安全帽本體以及嵌入到安全帽的模塊，所述嵌入到安全帽的模塊包括：zigbee接收節(jié)點(diǎn)、樹莓派模塊、微處理器 amp;傳感器、攝像頭、gps定位模塊以及話筒音響；
12.所述zigbee接收節(jié)點(diǎn)包括接口轉(zhuǎn)換電路，用于接收所述井下環(huán)境氣體信息，并通過串口方式將環(huán)境氣體信息傳給所述樹莓派模塊，還用于結(jié)合所述zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器組播數(shù)據(jù)，通過測(cè)距方法定位作業(yè)人員室內(nèi)位置；
13.所述微處理器 amp;傳感器，包括微處理器及多種傳感器，所述多種傳感器用于采集煤礦井下作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，所述微處理器接收并處理所述多種傳感器采集的作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，然后通過串口方式將其傳給所述樹莓派模塊；
14.所述gps定位模塊用于定位作業(yè)人員室外位置；
15.所述樹莓派模塊收集來(lái)自“端”的環(huán)境信息以及所述微處理器處理后的作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，并定時(shí)上傳到服務(wù)器端，還通過其內(nèi)置的圖像識(shí)別模塊和智能語(yǔ)音識(shí)別模塊，分別對(duì)所述攝像頭采集的作業(yè)環(huán)境圖片及視頻和所述話筒音響采集的音頻信息進(jìn)行初次處理后上傳至服務(wù)器端。
16.可選地，所述多種傳感器包括：紅外測(cè)溫模塊、跌倒檢測(cè)模塊、心率檢測(cè)模塊、光照傳感器和環(huán)境溫濕度檢測(cè)模塊；
17.其中，所述紅外測(cè)溫模塊，用于采集煤礦井下作業(yè)人員的體溫信息；
18.所述跌倒檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)作業(yè)人員是否發(fā)生跌倒事件；
19.所述心率檢測(cè)模塊，用于采集煤礦井下作業(yè)人員的心率信息；
20.所述光照傳感器，用于采集煤礦井下的光照信息；
21.所述環(huán)境溫濕度檢測(cè)模塊，用于采集煤礦井下的溫濕度信息。
22.可選地，所述服務(wù)器端包括：視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和pc終端；
23.所述視頻服務(wù)器收集所述樹莓派模塊傳來(lái)的作業(yè)人員圖像信息，通過圖形識(shí)別模塊識(shí)別人員穿著和安全帽佩戴情況，將結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器并作出語(yǔ)音文字提示；
24.所述數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的存儲(chǔ)方式，所述時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，所述傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用mysql數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)員工和警情信息；
25.所述pc終端，用于將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的信息進(jìn)行解析后，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，用于數(shù)據(jù)分析、預(yù)警，通過數(shù)據(jù)可視化來(lái)實(shí)時(shí)查看作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并根據(jù)所述煤礦井下預(yù)警信息及時(shí)與井下作業(yè)人員進(jìn)行語(yǔ)音通信，所述作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)包括佩戴安全帽的作業(yè)人員體溫、心率、當(dāng)前作業(yè)環(huán)境的光照、溫濕度、環(huán)境氣體信息、作業(yè)人員的室內(nèi)室外位置以及安全帽佩戴和工作服穿著情況。
26.可選地，所述樹莓派模塊的圖像識(shí)別模塊采用rfbnet高精度目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所述樹莓派模塊的智能語(yǔ)音識(shí)別模塊采用transformer模型。
27.可選地，所述視頻服務(wù)器的圖形識(shí)別模塊使用yolov5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
28.可選地，所述的zigbee采集模塊和zigbee接收節(jié)點(diǎn)采用cc2530芯片。
29.可選地，所述樹莓派模塊通過wifi將信息發(fā)送給服務(wù)器端。
30.本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
31.本發(fā)明提供的基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)，包括“云”、“邊”和“端”；所述“端”為部署在作業(yè)環(huán)境中的無(wú)線組網(wǎng)模塊，用于接收在作業(yè)環(huán)境中傳感器采集的信息發(fā)送給所述“邊”，以及協(xié)助所述“邊”進(jìn)行作業(yè)人員定位；所述“邊”為智能安全帽，用于采集井下作業(yè)人員及其所處環(huán)境的相關(guān)信息，以及匯集所述“端”發(fā)送的信息，并進(jìn)行初步處理后，上傳至“云”端；所述“云”是服務(wù)器端，用于通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收智能安全帽發(fā)送的信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)及分析，根據(jù)分析結(jié)果生成煤礦井下預(yù)警信息并進(jìn)行可視化分析，用于實(shí)時(shí)查看作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并根據(jù)所述煤礦井下預(yù)警信息及時(shí)與井下作業(yè)人員進(jìn)行語(yǔ)音通信。通過本發(fā)明提供的基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)，不僅解決了安全帽端傳感器組成過
于龐大及笨重的問題，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理，大大提升整體工作效率；還提高了煤礦井下作業(yè)人員的安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化安全生產(chǎn)管理新模式，有效降低因安全事故的傷亡人數(shù)，保障作業(yè)人員身體健康。
附圖說(shuō)明
32.為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
33.圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提供的基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)組成圖；
34.圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提供的基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)的另一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)組成圖。
具體實(shí)施方式
35.為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，不是全部的實(shí)施例，而并非要限制本發(fā)明公開的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要的混淆本發(fā)明公開的概念。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
36.此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
37.本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于“云-邊-端”協(xié)同的煤礦井下預(yù)警系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括“云”、“邊”和“端”；
38.所述“端”為部署在作業(yè)環(huán)境中的無(wú)線組網(wǎng)模塊，用于接收在作業(yè)環(huán)境中傳感器采集的信息發(fā)送給所述“邊”，以及協(xié)助所述“邊”進(jìn)行作業(yè)人員定位；
39.所述“邊”為智能安全帽，用于采集井下作業(yè)人員及其所處環(huán)境的相關(guān)信息，以及匯集所述“端”發(fā)送的信息，并進(jìn)行初步處理后，上傳至“云”端；
40.所述“云”是服務(wù)器端，用于通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收智能安全帽發(fā)送的信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)及可視化分析，根據(jù)分析結(jié)果生成煤礦井下預(yù)警信息。
41.本發(fā)明實(shí)施例中，如圖2所示，部署在作業(yè)環(huán)境中的無(wú)線組網(wǎng)模塊包括：zigbee采集模塊和zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器，所述zigbee采集模塊采集井下環(huán)境氣體信息，并通過zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器，發(fā)送到所述智能安全帽。其中，zigbee采集模塊包括：可充電電池、降壓穩(wěn)壓電路、氣體傳感器插槽及可插氣體傳感器。
42.本發(fā)明實(shí)施例中，智能安全帽包括：安全帽本體以及嵌入到安全帽的模塊，所述嵌入到安全帽的模塊包括：zigbee接收節(jié)點(diǎn)、樹莓派模塊、微處理器 amp;傳感器、攝像頭、gps定位模塊以及話筒音響；
43.其中，zigbee接收節(jié)點(diǎn)包括接口轉(zhuǎn)換電路，用于接收所述井下環(huán)境氣體信息，并通
過串口方式將環(huán)境氣體信息傳給所述樹莓派模塊，還用于結(jié)合所述zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器組播數(shù)據(jù)，通過測(cè)距方法定位作業(yè)人員室內(nèi)位置；
44.在本實(shí)施例中，zigbee接收節(jié)點(diǎn)的接口轉(zhuǎn)換電路為ttl轉(zhuǎn)usb電路，通過串口ttl轉(zhuǎn)usb的方式將環(huán)境環(huán)境氣體信息傳給所述樹莓派模塊。
45.在一實(shí)施例中，zigbee采集模塊和zigbee接收節(jié)點(diǎn)采用cc2530芯片。
46.在本實(shí)施例中，采用測(cè)距方法rssi定位，通過部署在環(huán)境中的zigbee路由 amp;協(xié)調(diào)器和裝在安全帽上的zigbee接收節(jié)點(diǎn)組播數(shù)據(jù)，根據(jù)rssi計(jì)算出佩戴安全帽的作業(yè)人員的位置信息，進(jìn)行室內(nèi)定位。另外本發(fā)明實(shí)施例通過gps定位模塊定位作業(yè)人員室外位置，通過室內(nèi)室外同時(shí)定位的方式，可以精準(zhǔn)的獲取作業(yè)人員位置。
47.在本實(shí)施例中，微處理器 amp;傳感器，包括微處理器及多種傳感器，所述多種傳感器用于采集煤礦井下作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，所述微處理器接收并處理所述多種傳感器采集的作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，然后通過串口方式將其傳給所述樹莓派模塊。在本實(shí)施例中，所述微處理器采用stm32芯片，通過收集并計(jì)算所述多種傳感器的采集的信息，得到相應(yīng)的作業(yè)人員信息和環(huán)境信息。所述多種傳感器包括：紅外測(cè)溫模塊、跌倒檢測(cè)模塊、心率檢測(cè)模塊、光照傳感器和環(huán)境溫濕度檢測(cè)模塊；其中，紅外測(cè)溫模塊，用于采集煤礦井下作業(yè)人員的體溫信息；跌倒檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)作業(yè)人員是否發(fā)生跌倒事件；心率檢測(cè)模塊，用于采集煤礦井下作業(yè)人員的心率信息；光照傳感器，用于采集煤礦井下的光照信息；環(huán)境溫濕度檢測(cè)模塊，用于采集煤礦井下的溫濕度信息。在本實(shí)施例中所述跌倒檢測(cè)模塊，采用mpu6050芯片，用于讀取人體加速度和角度的變化，并且分析人體中心點(diǎn)的加速度和角度特征，從而檢測(cè)作業(yè)人員是否發(fā)生跌倒事件。
48.在本實(shí)施例中，樹莓派模塊收集來(lái)自“端”的環(huán)境信息以及所述微處理器處理后的作業(yè)人員信息和環(huán)境信息，并定時(shí)上傳到服務(wù)器端，還通過其內(nèi)置的圖像識(shí)別模塊和智能語(yǔ)音識(shí)別模塊，分別對(duì)所述攝像頭采集的作業(yè)環(huán)境圖片及視頻和所述話筒音響采集的音頻信息進(jìn)行初次處理后上傳至服務(wù)器端。在一具體實(shí)施例中，樹莓派模塊的圖像識(shí)別模塊采用rfbnet高精度目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，智能語(yǔ)音識(shí)別模塊采用transformer模型，僅作為舉例，不以此為限。
49.在本實(shí)施例中，樹莓派模塊通過wifi將信息發(fā)送給服務(wù)器端。
50.在本實(shí)施例中，如圖2所示，服務(wù)器端包括：視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和pc終端；其中，視頻服務(wù)器收集所述樹莓派模塊傳來(lái)的作業(yè)人員圖像信息，通過圖形識(shí)別模塊識(shí)別人員穿著和安全帽佩戴情況，將結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器并作出語(yǔ)音文字提示。在一實(shí)施例中，視頻服務(wù)器的圖形識(shí)別模塊使用yolov5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，僅作為舉例，不以此為限。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的存儲(chǔ)方式，所述時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，所述傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用mysql數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)員工和警情信息；所述pc終端，用于將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的信息進(jìn)行解析后，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，用于數(shù)據(jù)分析、預(yù)警，通過數(shù)據(jù)可視化來(lái)實(shí)時(shí)查看佩戴安全帽的作業(yè)人員體溫、心率、當(dāng)前作業(yè)環(huán)境的光照、溫濕度、環(huán)境氣體信息、作業(yè)人員的室內(nèi)室外位置以及安全帽佩戴和工作服穿著情況，并根據(jù)煤礦井下預(yù)警信息及時(shí)與井下作業(yè)人員進(jìn)行語(yǔ)音通信，指揮作業(yè)人員作出處置，有效提高作業(yè)人員安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化安全生產(chǎn)管理。同時(shí)本發(fā)明實(shí)施例將云端服務(wù)器、中間部件樹莓派和末端部件微處理器的資源重新整合，充分調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)資源，大大提升整體工作效率。
51.顯然，上述實(shí)施例僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
