CN101101330A - 矿井作业人员定位与搜救*** - Google Patents
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Abstract
一种矿井作业人员定位与搜救***，包括有五部分：在地面建立的一个基于互联网技术而构建的计算机管理***，以及在主巷道建立的一个有线的计算机网络***，以及在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***，还包括整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器，以及井下工作人员随身携带的通信定位终端机，本发明具有在事故发生后为搜寻遇难者提供有效的信息，提高遇难者的生存机遇，和事后分析判断事故原因提供依据，该***采用成熟先进的科技手段构造，***安全可靠，实用性强，填补了煤矿事故发生后搜救的技术手段的空白，也可应用在军事、石油、消防等诸多领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井作业人员定位与搜救***，具体的说，本发明涉及一种特别适用于在特定条件下确定矿井井下作业人员的具***置，当事故发生后有利于缩短救援时间并为遇难人员提供更多的生存机遇的定位与搜救***。
背景技术
煤矿行业是我国国民经济体系中极为重要的支柱性能源产业，中国已探明煤矿储量为1万亿吨左右，居世界第三位，目前我国煤炭年产量已经达到26亿吨左右，其中大型煤矿产量14.5亿吨，中型煤矿产量4.5亿，但我国煤炭资源开采条件与一些拥有先进技术的采煤大国相比，却属中等偏下水平，而可供露天开采的矿资源极少，大部分煤田属于井下开采作业，其条件较为复杂，近年来煤矿生产的安全问题随着煤产量的增长而增加。
据统计，2005年，我国发生矿难3341起，死亡5986人，2006年，发生矿难2468起，死亡人数4794人。以2002年和2004年计算，平均每天有18-20名矿工死亡，如果加上金属和非金属矿死亡人数，则平均每天约30人因矿难死亡。
如何加强安全生产的防范措施，准确、及时、快速履行矿井安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。而现有技术还不能完全解决煤矿安全生产的问题，尤其是如何进行事故发生后的紧急救援，目前还没有一种有效的技术手段。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种矿井作业人员定位与搜救***，本发明可以准确、及时、快速履行矿井安全监测职能，有效进行矿工管理，当煤矿出现意外时能准确确定遇难人员的位置和事故发生初步原因，本发明能保证时间及时、效果可靠。
本发明的矿井作业人员定位与搜救***包括如下组成部分：
在地面建立的一个基于互联网技术而构建计算机管理***，以及，
在主巷道建立的一个有线的计算机网络***，以及，
在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***，另外还包括，
整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器，还有，
井下工作人员随身携带的通信定位终端机，
以上各个组成部分通过现有通讯射频技术、无线定位技术、计算机应用技术建立一种实时的连接。
在正常情况下该***为煤矿管理提供了高效的管理手段，事故发生后可自动组成一个有效的定位与搜救***，而且由于连接传感器的网络连接设备采用了一定的工艺设计，可把事故发生时一段时间内的现场情况记录在设备内，为事故后的原因分析和责任分析提供有力的依据。
具体的说，本发明包括，
1、在地面建立的一个基于互联网技术而构建的计算机管理***。
本***采用视窗技术和FLASH技术，其一端连接在井下的通讯定位管理***，另一端连接在互联网上，本***充分体现了人性化的设计，使管理者可以通过互联网在任何地方都能掌控井下的工作情况，井下的剖面图可呈现两维和三维的旋转，人员在井下的位置及相关数据用图形的方式描述，使管理者一目了然，该***采用大量的智能设计，***设计者可以根据煤矿提供的基础数据快速的生成一个适合该煤矿的应用***。
2、在主巷道建立的一个有线的计算机网络***。
主巷道的有线计算机网络***完成地面管理***和采掘工作面的ZIGBEE无线通讯***的连接和联系，在有线的计算机网络***中根据需要也建立有若干个定位参考点和数据采集点，为人员的井下定位提供服务。
3、在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***。
采掘工作面的ZIGBEE通讯***是正常情况下数据通讯和定位服务的主***。它能够自动组网把连接在这个无线网络上传感器数据实时收集并传送到地面的管理***。同时也可把***中的人员位置信息及时传送到地面的管理***，也可为井下人员和地面提供简单的通讯手段，传达地面的指示和井下的请求，必要时也可以提供话音通讯功能。
由于ZIGBEE使用的通讯频率为2.4G，在井下发生事故时受影响较大，为了保证通讯不被间断，这个无线通讯***会自动转为采用低速率的超生波继续通讯，由于超生波工作在较低频率，适合在水下和煤层下通讯。所以为事故发生后提供与井下通讯的可能。通过这个低速的通信***，地面人员可以了解到遇难人员的位置信息和生命特征，读取地下数据采集保护设备内的事发现场的信息。
4、连接在网络上的各类安全指数传感器。
在井下的采掘工作面内，ZIGBEE网络上根据用户需求要连接多台接续路由器，它除了通讯功能外也起到定位参考点的作用。有特殊功能的定位参考点都可以连接多台数据传感器，为井下安全防护提供帮助。这些参考点使用了特殊工艺设计，有防爆和抗破坏能力，在外界没有供电的情况下可以保存一个月以上的数据，而且利用专用设备可以读取保留在内部数据。
5、井下工作人员随身携带的通信定位终端机。
在井下工作人员每个人身上都佩带有这种特殊定制的终端，该终端采用低功耗设计，可以使用一节普通干电池工作1-2年。除本身的定位功能外，该终端还具有主动向地面中心发出请求的功能，同时也可接收由地面中心发出的各类信息，以文字的方式显示在终端上，特定的终端可提供语音通话功能，该终端使用了两种通讯手段，一种是基于ZIGBEE技术的主通讯***。一种是基于超声波技术的备用通信***，两个***可根据情况自动转换。
根据上述的技术方案，本发明的有益效果在于：
1、本发明所利用的有线网络、ZIGBEE无线网络和超声波备用通信***，多手段通讯保障体系传输、管理信息和位置信息的可靠性，整个***稳定性和安全性高。
2、本发明中使用的多功能参考及数据采集设备，具有数据保护功能，结构合理，抗损坏能力强，工作寿命长，符合煤矿安全生产需求。
3、本发明中使用的终端机，体积小，重量轻，造价低，适合井下人员使用。
综上所述，本发明在现有通讯射频技术、无线定位技术、计算机应用技术的基础上，结合煤矿安全生产的使用需求而开发，它可以解决该***产品应用于矿井下的设备安全运行、井下数据的远距离传输和信息处理等方面的技术问题，在平时为煤矿井下人员监测、控制和跟踪管理，以及生产统计管理等方面提供有效的科技手段，在事故发生后可以转换成一个人员搜救***，在非正常情况下也能提供必要的通讯、定位手段，为搜救工作提高效率，为遇险人员提供更多的生存机遇，本发明实现方法合理，具有较好的市场发展前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为***中所用的用户终端机的结构示意图。
图3为***中地面管理***的结构示意图。
图4为***中定位参考点和数据采集点的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明的技术方案详细加以说明。
如图1所示，本发明定位***主要包含五部分：
在地面建立的一个基于互联网技术而构建的计算机管理***1，以及，
在主巷道建立的一个有线的计算机网络***2，以及，
在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***3，还包括，
整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器4，还包括，
井下工作人员随身携带的通信定位终端机5。
所述的在地面建立的基于互联网技术构建计算机管理***1是通过通讯***：在主巷道建立的一个有线的计算机网络***2、在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***3以及整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器4与用户终端机5相对应的建立在计算机内的微软视窗(Windows)操作***的平台上，计算机管理***1采用FLASH图象管理界面，包括通信处理机201、与通信处理机201输出端相联的带防火墙203的主服务器202，和分别与主服务器202相联的位置管理数据库205和客户管理服务器204。
如图1示，本发明所述的定位***中的用户终端机5携带在井下工作人员身上，当***管理人员要知道井下人员的位置和相关资料时，管理人员可以通过客户管理终端，向相应的用户发出请求读取。后台处理***2内的通信处理机201接到信息后，即通过通讯网络，即主巷道内的计算机网络***2、采掘工作面建立的通讯***3和连接在参考点上的各类安全指数传感器4向相应的用户终端机5发出指令，用户终端机5接收到指令后，即可将终端内的资料，通过所述通讯网络发给地面管理***1，地面管理***1的通信处理机201将接收到的位置信息送入到主服务器202，主服务器202将其转化成位置信息，再以图形的方式显示在管理终端上。同时通过互联网6可以传送给远端的用户管理终端的电脑7上，用户可以通过电脑7屏幕上的图形显示方式，更具体形象地了解到携带在井下工作人员身上的用户终端机5的地理位置和相关信息。户终端机5也可以采用定时的方式将其不断变化的数据发给相连的路由器，通过***的设定定时的发送给地面管理***的主机。
图2是用户终端机5的结构示意图。本发明的用户终端机5主要包括带内置天线101的天线合路器102，带供电单元106的控制单元105，以及分别连接在天线合路器102与控制单元105之间的ZIGBEE模块103、含有超声波功能模块的通讯模块104。当用户终端机5携带在井下工作人员身上时，它是处于正常工作状态中。平时只有ZIGBEE模块103有节奏地断续工作，以及控制单元105在低耗状态下工作，其它模块未加电，无功率损耗。当地面管理***1通过所述井下通讯网络***向其发出指令，ZIGBEE模块103将指令信息传递到控制单元105内，控制单元105将存在终端内的相关数据通过ZIGBEE模块103，发出给地面管理***。如需确定终端的位置，地面***可以通过终端所在的路由器获取，并通过安装在地面管理服务器上的定位算法软件转化为经纬度数据，供位置管理数据库转换成图形标注使用。当井下发生事故时，正常的通讯出现问题后，ZIGBEE模块103与上位路由器失去联系，控制单元105将自动断掉模块103的供电，同时为模块104加电加点，试图利用超声波与上位路由器建立联系。一旦联系成功后，控制模块105将根据***的时间设定，不断的将其终端内的数据通过上位路由器，等待管理***的读取。如果一段时间建立不了连接，控制模块105将在103与104之间重复使用试图建立连接。
图3所示的是本发明在地面建立的一个基于互联网技术而构建的计算机管理***1的主服务器202的结构示意图，本发明的主服务器202与上述通信处理机201同是建立在计算机内微软视窗(Windows)的操作***平台上。主服务器202内含有与通信处理机201相联的数据预处理模块2022，与数据预处理模块2022相联的位置运算模块2021，与位置运算模块2021和数据预处理模块2022相联的处理统计模块2024，以及与处理统计模块2024和客户管理服务器204以及位置信息数据库205相联的主数据库2023。
主服务器202通过通信处理机201获得的路径信息、位置信息、事件信息、索引信息、统计信息以及用户的特定信息，首先经过数据预处理模块2022初步审核处理后，再进入处理统计模块2024进一步分类、统计后，送出并存入主数据库2023内。同时由数据预处理模块2022初步处理后的数据，经过位置运算模块2021采用LBS信号时延的基本算法进行计算，确定其地理位置，再经过处理统计模块2024的进一步处理和统计后，送出并存储于主数据库2023内。
所述位置信息数据库205包含位置***建立时的煤矿位置数据。
所述客户管理服务器204主要包含客户管理和其煤矿的其它管理。
图4所示的是本发明定位参考点和数据采集点的结构示意图。
本发明的定位参考点由定位延伸固定支架401、防损外壳402、ZIGBEE通讯模块403、超声波模块404、控制模块405、数据保存模块406、语音存储模块407、数据采集接口408、供电单元409组成，首先将具有防损外客402的定位参考点和数据采集点的路由器通过延伸固定支架401安装在井下的墙壁上。当正常通讯状态下，控制模块405通过ZIGBEE通信模块为用户终端和数据采集器，与地面管理***建立通讯联系，传输管理者所需要的数据，同时语音存储模块将实时的采集记录安装点最后10分钟的环境声音信息；当事故发生后，控制模块405将自动启动超声波模块404，利用超声波与终端和地面建立联系。
上述的防损外壳402实质上是一种数据记录仪的外壳，这种数据记录仪本质上是一中收发信机，结构原理和飞机的“黑匣子”非常相似，为了承受矿井事故中的猛烈撞击、挤压和高温烈焰，其外壳坚实，具有很厚的钢板和许多层绝热防冲击保护材料，内部为电气器件，能将传感器所收集到的各种信息及时接收下来，并自动转换成相应的数字信号连续进行记录，当矿井内发生事故时，依靠内部的紧急定位发射机自动向四面八方发射出特定频率(例如37.5千赫)，类似心跳般有规律的无线电信号，“宣告”自己所处的方位，以便救援者溯波寻找。
在矿井内事故时，所述防损外壳在1100摄氏度的火焰中能经受30分钟的烧烤，能承受2吨重的物体挤压5分钟，能够在汽油、机油、油精、电池、酸液、海水中浸泡几个月，总之，它能在许多恶劣的条件安然无恙。
Claims (10)
1、一种矿井作业人员定位与搜救***，其特征在于，它包括以下组成部分：
在地面建立的一个基于互联网技术而构建计算机管理***，以及，
在主巷道建立的一个有线的计算机网络***，以及，
在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***，另外还包括，
整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器，还有，
井下工作人员随身携带的通信定位终端机，
以上各个组成部分通过现有通讯射频技术、无线定位技术、计算机应用技术建立一种实时的连接。
2、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，在地面建立的计算机管理***采用视窗技术和FLASH技术，其一端连接在井下的通讯定位管理***，另一端连接在互联网上，井下的剖面图呈现两维和三维的旋转，人员在井下的位置及相关数据用图形的方式描述。
3、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，在主巷道建立的计算机网络***连接和联系地面管理***和采掘工作面的ZIGBEE无线通讯***，在有线的计算机网络***中根据需要建立有若干个定位参考点和数据采集点，为人员的井下定位提供服务。
4、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，采掘工作面的ZIGBEE通讯***是正常情况下数据通讯和定位服务的主***，它自动组网把连接在这个无线网络上传感器数据实时收集并传送到地面的管理***，同时把***中的人员位置信息及时传送到地面的管理***，并为井下人员和地面提供简单的通讯手段，传达地面的指示和井下的请求，必要时可以提供话音通讯功能。
5、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，在井下的采掘工作面内，ZIGBEE网络上根据用户需求要连接多台接续路由器，它除了通讯功能外也起到定位参考点的作用，有特殊功能的定位参考点连接多台数据传感器。
6、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，井下工作人员随身携带的通信定位终端机除本身的定位功能外，该终端还具有主动向地面中心发出请求的功能，同时也可接收由地面中心发出的各类信息，以文字的方式显示在终端上。
7、根据权利要求1或者2任何一项所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，所述的在地面建立的基于互联网技术构建计算机管理***是通过通讯***：在主巷道建立的一个有线的计算机网络***、在采掘工作面建立的一个基于ZIGBEE无线通信技术和超生波通信技术的通讯***以及整个***与连接在网络上的定位参考点及连接在参考点上的各类安全指数传感器与用户终端机相对应的建立在计算机内的微软视窗(Windows)操作***的平台上，计算机管理***采用FLASH图象管理界面，包括通信处理机、与通信处理机输出端相联的带防火墙的主服务器，和分别与主服务器相联的位置管理数据库和客户管理服务器。
8、根据权利要求1或者6任何一项所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，本发明的用户终端机主要包括带内置天线的天线合路器，带供电单元的控制单元，以及分别连接在天线合路器与控制单元之间的ZIGBEE模块、含有超声波功能模块的通讯模块。
9、根据权利要求1或者2任何一项所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，本发明的主服务器与通信处理机同是建立在计算机内微软视窗(Windows)的操作***平台上，主服务器内含有与通信处理机相联的数据预处理模块，与数据预处理模块相联的位置运算模块，与位置运算模块和数据预处理模块相联的处理统计模块，以及与处理统计模块和客户管理服务器以及位置信息数据库相联的主数据库；
所述位置信息数据库包含位置***建立时的煤矿位置数据；
所述客户管理服务器主要包含客户管理和其煤矿的其它管理。
10、根据权利要求1所述的矿井作业人员定位与搜救***，其特征还在于，本发明的定位参考点由定位延伸固定支架、防损外壳、ZIGBEE通讯模块、超声波模块、控制模块、数据保存模块、语音存储模块、数据采集接口、供电单元组成，具有防损外客的定位参考点和数据采集点的路由器通过延伸固定支架安装在井下的墙壁上。
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