一种矿用多参数移动巡检装置及检测方法与流程

本发明涉及矿井安全领域，具体涉及一种矿用多参数移动巡检装置及检测方法。

背景技术：

煤炭行业是一个特殊的行业，瓦斯、矿尘、火灾、水灾、顶压等各种安全隐患严重威胁着矿井作业工人的人身安全。建立煤矿安全管理系统是提高煤矿安全水平的一个重要方法。目前，我国虽然部分大中型煤矿装备了安全监测系统，但在实际使用过程中，由于技术、管理、操作等多种因素的限制，使得安全监测系统出现了各种各样的问题。煤矿事故的发生，绝大多数是由于人为因素所致，如管理措施不力，人员监督检查不到位等。

目前，安全监测系统在实际操作中容易受到人为因素的影响，对监控设备的调校、检查工作中不可避免出现的监管漏洞，存在巡检人员空班、漏检现象，甚至巡检人员有时不去巡检现场而自行编造记录等，这无疑会给矿井安全带来极为重大的安全隐患。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种矿用多参数移动巡检装置及检测方法，能够有效克服现有技术所存在的人为巡检容易出现监管安全漏洞的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种矿用多参数移动巡检装置，包括矿井内铺设的闭合轨道，在闭合轨道上行驶的巡检车体，矿井墙壁上等间隔固定设置的无线通信模块、打卡装置、手动报警模块，以及设于控制中心的服务器，所述巡检车体上固定安装有控制器、环境检测装置；

所述控制器与用于采集所述环境检测装置检测数据的数据采集模块相连，所述数据采集模块与用于检测所述巡检车体位置的gps定位模块相连，所述控制器与用于根据所述数据采集模块的采集数据进行报警的第一报警模块相连，所述控制器与用于驱动所述巡检车体的驱动电机相连，所述控制器与用于对所述巡检车体沿闭合轨道行驶一周的时间进行计时的计时模块相连；

所述打卡装置包括用于人脸识别的人脸识别模块，以及用于存储工作人员个人信息的打卡记录模块，所述人脸识别模块、打卡记录模块通过所述无线通信模块将打卡人员的面部图像以及个人信息发送给所述服务器，所述手动报警模块通过所述无线通信模块将手动报警信号发送给所述服务器；

还包括佩戴在工作人员身上的用于检测呼吸频率的呼吸传感器，以及用于检测心跳频率的心率传感器，所述呼吸传感器、心率传感器通过所述无线通信模块将检测数据发送给所述服务器；

所述服务器还与用于根据所述甲烷传感器的检测数据对矿井内瓦斯危险性进行预测的危险预测模块相连。

优选地，所述环境检测装置包括温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器。

优选地，所述数据采集模块每隔10秒向所述控制器发送一次采集到的检测数据，当所述数据采集模块采集的检测数据存在异常时，所述控制器通过所述无线通信模块将所述数据采集模块采集的检测数据及所述gps定位模块检测到的采集位置一同发送给所述服务器。

优选地，所述控制器接收到所述计时模块计时到达的信号时，所述控制器控制所述驱动电机停止运行。

优选地，所述服务器每隔10分钟通过所述无线通信模块向所述控制器发送一次巡检指令。

优选地，所述服务器与第二报警模块相连，当所述服务器接收到所述数据采集模块采集的检测数据、所述手动报警模块的手动报警信号、所述呼吸传感器的检测数据、所述心率传感器的检测数据中的任意一项为异常数据时，所述服务器控制所述第二报警模块进行报警。

优选地，所述危险预测模块的预测方法如下：

s1、通过分析煤层具有突出危险的隐患区域以及发生瓦斯泄漏突出位置的相关资料，得到煤层地质结构特征、煤层赋存特征和瓦斯赋存特征；

s2、通过对上述特征进行分析，总结出工作面瓦斯涌出浓度异常规律，并根据瓦斯涌出浓度异常规律选出敏感指标；

s3、以敏感指标为基础，结合甲烷传感器的检测数据预测瓦斯突出危险性程度的安全等级划分，并以此对瓦斯突出危险性进行连续实时预测。

一种矿用多参数移动检测方法，包括以下步骤：

s1、在矿井墙壁上等间隔固定设置无线通信模块、手动报警模块，并在工作人员身上佩戴呼吸传感器、心率传感器；

s2、控制器通过无线通信模块接收到来自服务器的巡检指令，控制器开启驱动电机、计时模块，使得巡检车体沿闭合轨道行驶；

s3、巡检车体上的温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器对矿井内的环境参数进行检测，同时巡检车体上的gps定位模块检测采集环境参数的位置，数据采集模块采集各传感器、gps定位模块的检测数据；

s4、控制器判断数据采集模块采集各传感器的检测数据是否存在异常，当任一传感器的检测数据存在异常时，控制器控制第一报警模块进行报警，并且控制器通过无线通信模块将各传感器的检测数据及采集环境参数的位置一同发送给服务器；

s5、当工作人员发现矿井内出现任何危险情况时，通过手动报警模块进行报警，呼吸传感器、心率传感器通过无线通信模块将检测数据发送给服务器；

s6、当服务器接收到数据采集模块采集各传感器的检测数据、手动报警模块的手动报警信号、呼吸传感器的检测数据、心率传感器的检测数据中的任意一项为异常数据时，服务器控制第二报警模块进行报警。

优选地，所述计时模块中存储有所述巡检车体沿闭合轨道行驶一周所需的时间，当所述控制器接收到所述计时模块计时到达的信号时，所述控制器控制所述驱动电机停止运行。

优选地，所述服务器每隔10分钟通过所述无线通信模块向所述控制器发送一次巡检指令，所述控制器接收到巡检指令时，所述控制器开启所述驱动电机、计时模块。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种矿用多参数移动巡检装置及检测方法具有以下有益效果：

1、控制器通过无线通信模块接收到来自服务器的巡检指令，控制器开启驱动电机、计时模块，使得巡检车体沿闭合轨道行驶，巡检车体上的温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器对矿井内的环境参数进行检测，同时巡检车体上的gps定位模块检测采集环境参数的位置，控制器判断数据采集模块采集各传感器的检测数据是否存在异常，当任一传感器的检测数据存在异常时，控制器控制第一报警模块进行报警，并且控制器通过无线通信模块将各传感器的检测数据及采集环境参数的位置一同发送给服务器，服务器控制第二报警模块进行报警，此外工作人员还能通过手动报警模块进行报警，从而能够及时发现矿井内的突发安全事件，并且控制中心能够及时知晓发生地点，为后续可能需要的救援活动提供重要的数据参考；

2、佩戴在工作人员身上的用于检测呼吸频率的呼吸传感器，以及用于检测心跳频率的心率传感器，通过无线通信模块将检测数据发送给服务器，使得控制中心能够及时掌握井下工作人员的生理数据；

3、人脸识别模块用于人脸识别，打卡记录模块存储工作人员个人信息，人脸识别模块、打卡记录模块通过无线通信模块将打卡人员的面部图像以及个人信息发送给服务器，能够防止外部人员进入矿区，并且能够使得控制中心及时了解井下工作人员的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种矿用多参数移动巡检装置，如图1所示，包括矿井内铺设的闭合轨道，在闭合轨道上行驶的巡检车体，矿井墙壁上等间隔固定设置的无线通信模块、打卡装置、手动报警模块，以及设于控制中心的服务器，巡检车体上固定安装有控制器、环境检测装置；

控制器与用于采集环境检测装置检测数据的数据采集模块相连，数据采集模块与用于检测巡检车体位置的gps定位模块相连，控制器与用于根据数据采集模块的采集数据进行报警的第一报警模块相连，控制器与用于驱动巡检车体的驱动电机相连，控制器与用于对巡检车体沿闭合轨道行驶一周的时间进行计时的计时模块相连；

打卡装置包括用于人脸识别的人脸识别模块，以及用于存储工作人员个人信息的打卡记录模块，人脸识别模块、打卡记录模块通过无线通信模块将打卡人员的面部图像以及个人信息发送给服务器，手动报警模块通过无线通信模块将手动报警信号发送给服务器；

还包括佩戴在工作人员身上的用于检测呼吸频率的呼吸传感器，以及用于检测心跳频率的心率传感器，呼吸传感器、心率传感器通过无线通信模块将检测数据发送给服务器；

服务器还与用于根据甲烷传感器的检测数据对矿井内瓦斯危险性进行预测的危险预测模块相连。

环境检测装置包括温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器。

数据采集模块每隔10秒向控制器发送一次采集到的检测数据，当数据采集模块采集的检测数据存在异常时，控制器通过无线通信模块将数据采集模块采集的检测数据及gps定位模块检测到的采集位置一同发送给服务器。

控制器接收到计时模块计时到达的信号时，控制器控制驱动电机停止运行。

服务器每隔10分钟通过无线通信模块向控制器发送一次巡检指令。

服务器与第二报警模块相连，当服务器接收到数据采集模块采集的检测数据、手动报警模块的手动报警信号、呼吸传感器的检测数据、心率传感器的检测数据中的任意一项为异常数据时，服务器控制第二报警模块进行报警。

危险预测模块的预测方法如下：

s1、通过分析煤层具有突出危险的隐患区域以及发生瓦斯泄漏突出位置的相关资料，得到煤层地质结构特征、煤层赋存特征和瓦斯赋存特征；

s2、通过对上述特征进行分析，总结出工作面瓦斯涌出浓度异常规律，并根据瓦斯涌出浓度异常规律选出敏感指标；

s3、以敏感指标为基础，结合甲烷传感器的检测数据预测瓦斯突出危险性程度的安全等级划分，并以此对瓦斯突出危险性进行连续实时预测。

一种矿用多参数移动检测方法，包括以下步骤：

s1、在矿井墙壁上等间隔固定设置无线通信模块、手动报警模块，并在工作人员身上佩戴呼吸传感器、心率传感器；

s2、控制器通过无线通信模块接收到来自服务器的巡检指令，控制器开启驱动电机、计时模块，使得巡检车体沿闭合轨道行驶；

s3、巡检车体上的温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器对矿井内的环境参数进行检测，同时巡检车体上的gps定位模块检测采集环境参数的位置，数据采集模块采集各传感器、gps定位模块的检测数据；

s4、控制器判断数据采集模块采集各传感器的检测数据是否存在异常，当任一传感器的检测数据存在异常时，控制器控制第一报警模块进行报警，并且控制器通过无线通信模块将各传感器的检测数据及采集环境参数的位置一同发送给服务器；

s5、当工作人员发现矿井内出现任何危险情况时，通过手动报警模块进行报警，呼吸传感器、心率传感器通过无线通信模块将检测数据发送给服务器；

s6、当服务器接收到数据采集模块采集各传感器的检测数据、手动报警模块的手动报警信号、呼吸传感器的检测数据、心率传感器的检测数据中的任意一项为异常数据时，服务器控制第二报警模块进行报警。

计时模块中存储有巡检车体沿闭合轨道行驶一周所需的时间，当控制器接收到计时模块计时到达的信号时，控制器控制驱动电机停止运行。

服务器每隔10分钟通过无线通信模块向控制器发送一次巡检指令，控制器接收到巡检指令时，控制器开启驱动电机、计时模块。

控制器通过无线通信模块接收到来自服务器的巡检指令，控制器开启驱动电机、计时模块，使得巡检车体沿闭合轨道行驶，巡检车体上的温湿度传感器、风压传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、粉尘传感器对矿井内的环境参数进行检测，同时巡检车体上的gps定位模块检测采集环境参数的位置，控制器判断数据采集模块采集各传感器的检测数据是否存在异常，当任一传感器的检测数据存在异常时，控制器控制第一报警模块进行报警，并且控制器通过无线通信模块将各传感器的检测数据及采集环境参数的位置一同发送给服务器，服务器控制第二报警模块进行报警，此外工作人员还能通过手动报警模块进行报警，从而能够及时发现矿井内的突发安全事件，并且控制中心能够及时知晓发生地点，为后续可能需要的救援活动提供重要的数据参考。

由于gps定位模块的定位存有延时，因此检测到异常数据的位置与实际出现异常数据的位置之间存有一定误差，该误差取决于gps定位模块的定位速度及响应时间。

此外，工作人员还能通过手动报警模块进行报警，手动报警模块通过无线通信模块将手动报警信号发送给服务器。

佩戴在工作人员身上的用于检测呼吸频率的呼吸传感器，以及用于检测心跳频率的心率传感器，通过无线通信模块将检测数据发送给服务器，使得控制中心能够及时掌握井下工作人员的生理数据。

当服务器接收到数据采集模块采集各传感器的检测数据、手动报警模块的手动报警信号、呼吸传感器的检测数据、心率传感器的检测数据中的任意一项为异常数据时，服务器控制第二报警模块进行报警。

计时模块中存储有巡检车体沿闭合轨道行驶一周所需的时间，当控制器接收到计时模块计时到达的信号时，控制器控制驱动电机停止运行。

服务器每隔10分钟通过无线通信模块向控制器发送一次巡检指令，控制器接收到巡检指令时，控制器开启驱动电机、计时模块。

人脸识别模块用于人脸识别，打卡记录模块存储工作人员个人信息，人脸识别模块、打卡记录模块通过无线通信模块将打卡人员的面部图像以及个人信息发送给服务器，能够防止外部人员进入矿区，并且能够使得控制中心及时了解井下工作人员的信息。

危险预测模块的预测方法如下：

s1、通过分析煤层具有突出危险的隐患区域以及发生瓦斯泄漏突出位置的相关资料，得到煤层地质结构特征、煤层赋存特征和瓦斯赋存特征；

s2、通过对上述特征进行分析，总结出工作面瓦斯涌出浓度异常规律，并根据瓦斯涌出浓度异常规律选出敏感指标；

s3、以敏感指标为基础，结合甲烷传感器的检测数据预测瓦斯突出危险性程度的安全等级划分，并以此对瓦斯突出危险性进行连续实时预测。

本申请技术方案中，控制器采用hc32f146，数据采集模块采用em-9636b，温湿度传感器采用cws16工业型温湿度变送器，风压传感器采用ccy11风压微差压变送器，甲烷传感器采用jxbs-7001-ch4，一氧化碳传感器采用qb2000n，氧气传感器采用s+4ox，粉尘传感器采用pm1003红外粉尘传感器，第一报警模块、第二报警模块均采用声光报警器，计时模块采用555定时器，人脸识别模块采用fam520，打卡记录模块采用本领域常用的ram存储器，手动报警模块采用ss-gfc压电薄膜传感器，呼吸传感器采用申请公布号为cn109394217a的发明专利中公开的一种光纤呼吸频率传感器，心率传感器采用电子手环上常采用的光学心率传感器，无线通信模块采用gsm模块，服务器采用r930机架式服务器。本申请技术方案中所涉及电器元件的内部结构及引脚功能均可在出厂说明书中查看，本申请技术方案中所涉及电器元件的电路连接关系可根据出厂说明书得到，为本领域技术人员的公知常识。

值得注意的是，本发明的目的仅是为了提供一种不同于现有技术的硬件配置，使技术人员能够在这样的硬件配置下实现进一步的开发，至于软件程序可在后期由本领域的编程人员根据实际效果需要进行编程。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。