基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于穿戴式设备的技术，尤其涉及一种基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置。

背景技术：

事故大多是人为事故，事故的发生与人的不安全行为有很大关系，人为失误导致的伤亡事故占伤亡事故总数的70％～90％左右，在煤矿领域更是如此，人的因素成为导致煤矿事故最重要的因素，由于人的失误造成的煤矿事故起数达到总事故起数的96％。人的失误这一因素成为导致生产安全事故最重要的因素，而人的因素中又以人的不安全行为为主要因素。之所以出现不安全行为与个人当时的安全状态密不可分。因此，如果能及时掌握工作人员的安全状态，就可以在一定程度上避免不安全行为的出现。

目前，穿戴式设备的应用多数集中在电子产品、身份识别、计算机等高科技领域，在安全领域尚未大量引进和普及，而基于穿戴式设备实现智能识别和自动预警控制能达到较好的效果。故而结合穿戴式设备对人的安全状态进行智能识别和控制相对来说是一个新的思路和方向。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，包括数据采集模块、控制模块和自动响应预警模块，所述数据采集模块与控制模块之间和所述控制模块与自动响应预警模块之间分别通过数据传输模块连接；

所述数据采集模块包括生理信号传感器、眼动采集摄像头、语音采集麦克风；

所述控制模块包括数据存储单元、数据处理器、辅助管理单元，所述辅助管理单元包括电源。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，利用穿戴式设备实现煤矿员工安全状态的智能识别，提高对安全状态识别的科学性和智能化；引入生理信号这一客观指标，通过客观的人体数据反映煤矿员工真实的状态；利用穿戴式设备的控制模块，实现数据的实时存储、分析和响应，对煤矿员工及时地发出响应预警信息，确保其安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置的智能识别与控制流程图。

图2为本实用新型实施例中穿戴式设备(一体式服装)的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中穿戴式设备的模块示意图。

图中：

1、眼动采集摄像头，2、语音采集麦克风，301、皮电皮温传感器，302、心电信号传感器，303、呼吸信号传感器，4、控制模块

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本实用新型的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，其较佳的具体实施方式是：

包括数据采集模块、控制模块和自动响应预警模块，所述数据采集模块与控制模块之间和所述控制模块与自动响应预警模块之间分别通过数据传输模块连接；

所述数据采集模块包括生理信号传感器、眼动采集摄像头、语音采集麦克风；

所述控制模块包括数据存储单元、数据处理器、辅助管理单元，所述辅助管理单元包括电源。

所述生理信号传感器包括皮电皮温传感器、心电信号传感器、呼吸信号传感器。

所述眼动采集摄像头包括红外摄像头和普通摄像头，并设有根据环境自动转换亮度单元。

所述数据传输模块包括两方面的数据传输，一个是采集到的前端数据通过数据传输路径传至控制模块的数据存储系统，另一个是控制模块的处理器完成对数据的分析处理之后，将结果反馈给自动响应预警模块；

所述自动响应预警模块在控制装置作出判断之后，实现煤矿员工的预警与控制；

所述眼动采集摄像头主要采集眼动数据，所述语音采集麦克风采集语音数据，所述数据处理主要采用大数据处理分析技术。

所述数据处理器对数据的分析处理结果分为三级：一级是处于安全状态，二级是处于过渡状态，三级是处于危险状态；

三级结果根据实验或经验按以下原则划分：一级，员工继续工作；二级，员工需要马上休息再工作；三级，需要更换工作人员。

所述自动响应预警模块根据控制装置作出判断结果进行以下预警：如果是二级和三级，分别发出立即休息和更换工作人员的语音警报，并通过所述数据传输模块将微量电流传导至人体，使其感受到振动信号，同时把信息上报，实现煤矿员工的预警与控制。

所述穿戴式设备为一体式设备，所述皮电皮温传感器设于手套部位，所述心电信号传感器设于靠近心脏的部位，所述呼吸信号传感器设于腰部，所述语音采集麦克风靠近口部设置，所述眼动采集摄像头靠近眼部设置。

所述心电信号传感器与穿戴式设备上的渡银织物连接。

本实用新型的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，主要为解决目前煤矿井下作业人员安全状态的识别与控制问题，实现对作业人员安全状态的智能识别和自动预警控制。基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，主要利用穿戴式设备上布置的生理传感器采集作业人员生理数据，结合语音采集与识别装置采集作业人员语音信息、穿戴式设备的眼动采集摄像头采集眼动数据，数据于中央处理器并利用大数据处理分析技术进行分析处理，进而判断作业员工的安全状态，若采集的数据与设定原始数据之间的差异在阈值范围之外，则实现对作业人员安全状态的预警和控制。如此，可利用采集到的作业人员生理信号数据、语音数据、眼动数据进行集成处理，实现对作业人员安全状态的智能识别与预警控制，进而改善目前依靠安全管理人员及其经验实现对作业人员管控的方式，提高安全管理的科学性和智能化水平。

本实用新型的基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，可以完成对煤矿员工安全状态的智能识别、预警与控制。

本实用新型所述的数据采集模块包括但不仅限于以下数据信息的采集：生理信号传感器采集煤矿员工的生理指标数据(包括但不仅限于采集以下生理指标数据，心电信号、呼吸信号、皮肤导电性、皮肤温度等)，眼动采集摄像头采集到的眼动信息，语音采集麦克风采集煤矿员工的语音信息。

本实用新型所述的控制模块为该实用新型的核心部分，具体包括但不局限于三个系统：数据存储系统，用于存储采集到的原始数据；数据处理器，用于处理分析数据信息，并完成与预先设定的阈值数据之间的比较，判断煤矿员工是否发生不安全行为；电源等辅助管理系统，用于辅助完成控制模块的核心功能，确保穿戴式服装能正常运行工作，辅助管理系统包括但不仅限于电源控制、错误信息预判、预警信息输出等功能。

本实用新型所述的数据传输模块包括两方面的数据传输，一个是采集到的前端数据通过数据传输路径传至控制模块的数据存储系统，完成数据的存储和保存；另一个是控制模块的处理器完成对数据的分析处理之后，如果采集的数据与预设原始数据之间的差异在阈值范围之外，则通过数据传输模块实现对煤矿员工的预警。

本实用新型所述的自动响应预警模块，是在控制装置作出判断之后，如果确定煤矿员工安全状态不佳，则通过自动响应预警模块实现预警与控制。

本实用新型的优点：

(1)利用穿戴式设备实现煤矿员工安全状态的智能识别，提高对安全状态识别的科学性和智能化；

(2)最新引入生理信号这一客观指标，通过客观的人体数据反映煤矿员工真实的状态；

(3)利用穿戴式设备的控制模块，实现数据的实时存储、分析和响应，对煤矿员工及时地发出响应预警信息，确保其安全性。

具体实施例：

请参考图1至图3，本实用新型实施方式提供的是一种基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，参考图2，本实用新型提供了穿戴式设备的结构示意图，包括步骤：

根据上述的一种基于穿戴式设备对煤矿员工安全状态的智能识别与控制装置，包括数据采集模块、数据传输模块、控制模块、自动响应预警模块四部分。由数据采集模块通过布设的生理信号传感器、眼动采集摄像头、语音采集麦克风实现数据的采集，然后将生理信号数据通过内置导电纱线传至控制模块的数据存储系统，通过无线网络将语音信息、眼动数据同时传至控制模块的数据存储系统，从而实现数据的传输，在控制模块的数据处理器中，预设有数据阈值，用于与实时数据的对比，经数据处理器处理的数据，完成对比分析之后，判断煤矿员工是否处于安全状态，一旦其超过预设阈值范围，则发出警报信息，通过声音提示煤矿员工，同时通过数据传输模块将微量电流传导至人体，使其感受到振动信号，肢体感觉与听力警报刺激同时触发，防止煤矿员工发生不安全行为。

数据采集模块包括但不仅限于以下数据信息的采集。

1、眼动采集摄像头采集煤矿员工的眼动信息，当人体处于疲劳或心理活动加剧时，其眼动频率都会发生变化，根据其变化可在一定程度上分析工作时人的状态。

2、语音采集麦克风采集煤矿员工的语音信息，语言信息在一定程度上代表了人的内心想法，与人体生理信号能较好的对应，通过现有的对语音识别的技术实现，对煤矿员工语音信息进行识别，辅助分析其生理指标的变化，使得所得结果更为准确。

3、生理信号传感器(包括但不仅限于采集以下生理指标数据)：301，穿戴式设备一体式服装之手套，同时实现皮电、皮温数据的采集；302，利用心电信号传感器采集煤矿员工的心电指标，心电信号传感器采用穿戴式设备上的渡银织物实现数据的采集；303，在煤矿员工腹部位置，通过在穿戴式设备腰带部分布设呼吸信号传感器，实现对呼吸信号的数据采集。需要说明的是，以上生理信号传感器的布设位置是依据人体生理指标的最佳位置采集效果而分布，仅因为如此分布传感器位置能够采集到人体较为灵敏、完整的数据。另外，传感器采用渡银织物仅仅是基于目前技术的要求，渡银织物对人体生理信号的采集更佳，随着技术的进步，可对其进行更改，采用其他方式的传感器用于采集到生理信号数据。

4、控制模块具体包括但不局限于三个系统：数据存储系统，用于存储采集到的原始数据，包括生理信号数据、语音数据、图片数据，要求数据存储系统具有较大的内容存且能够对其进行更换和维护。数据处理器，主要用于处理分析数据信息，并完成与预先设定阈值数据之间的比较，判断煤矿员工是否发生不安全行为，因此数据处理器中存放有预先设定的正常的生理信号阈值以及正常状态下周围的环境情况。电源等辅助管理系统，用于辅助完成控制模块的核心功能，确保穿戴式服装能正常运行工作，辅助管理系统包括但不仅限于电源控制、错误信息预判、预警信息输出等功能。

数据传输模块包括两方面的数据传输，一个是采集到的前端数据通过数据传输路径传至控制模块的数据存储系统，完成数据的存储和保存；另一个是控制模块的处理器完成对数据的分析处理之后，如果采集的数据与预设原始数据之间的差异在阈值范围之外，则通过数据传输模块实现对煤矿员工的预警。需要说明的是，数据传输均通过内置导电纱线完成，其非不可替代，随着技术的成熟和发展，可用其他方式代替信号的传输，只要能实现相同功能即可。

自动响应预警模块，是在控制装置作出判断之后，如果确定煤矿员工有发生不安全行为的趋势，则通过自动响应预警模块实现预警与控制。自动响应预警包括两部分内容，一方面是发出报警声音，提示煤矿员工；另一方面是通过电流传导，是人体感受到振动警告。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。