煤矿井下环境安全监测及人员定位系统的制作方法

本实用新型属于矿井安全技术领域，具体为煤矿井下环境安全监测及人员定位系统。

背景技术：

近年来煤炭行业的安全生产得到国家高度重视。煤矿井下环境安全监测及人员定位系统旨在预警事故发生、提高事故救援效率和成功率、事故原因分析。一旦发生煤矿事故，煤矿井下环境参数的监测及井下人员位置信息的获取显得十分重要，可以根据环境参数信息确定现场状况、分析事故原因；根据位置信息掌握井下人员的动态分布情况，为展开营救提供可靠的信息。近年来，煤矿井下环境安全监测技术和人员定位技术有较快的发展，出现了由低级向高级、由低效向高效和非智能化向智能化方向发展的趋势。但目前煤矿井下人员的跟踪定位的实时性技术较差，与煤矿井下环境安全监测技术结合不够紧密，数据传输消耗大量线材，且井下接线复杂。因此，煤矿井下环境安全监测技术和人员定位技术还有很大提升空间，两种技术的协同发展将有效推进煤矿井下安全生产技术的提升。

技术实现要素：

本实用新型为了解决煤矿井下人员实时定位及信息实时传输困难等问题，提供了煤矿井下环境安全监测及人员定位系统，旨在预警煤矿井下安全事故发生、提高安全事故的救援效率和成功率、快速确定安全事故起因。

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：煤矿井下环境安全监测及人员定位系统，包括监控主机、光纤、ZigBee无线网络、应急处置模块和环境监测模块；ZigBee无线网络包括ZigBee协调器、ZigBee参考节点、ZigBee定位节点、ZigBee中继；应急处置模块包括声、光报警装置；环境监测模块包括采集存储电路、电压转换电路和环境参数传感器；环境监测模块中的环境参数传感器和采集存储电路的输入端连接，采集存储电路输出端和ZigBee参考节点连接，采集存储电路控制端口和应急处置模块相连，采集存储电路集成有神经网络和内触发唤醒程序，电压转换电路用于将标准电压转换成采集存储电路所需电压；ZigBee参考节点和ZigBee协调器连接通过ZigBee中继实现数据传输，ZigBee协调器和监控主机通过光纤连接，ZigBee定位节点由井下人员携带且与至少三个ZigBee参考节点通过RSSI算法实现定位（ZigBee参考节点在井下的布置位置使得每个ZigBee定位节点与至少三个ZigBee参考节点有关联），最终将位置信息通过ZigBee中继传至ZigBee协调器。

本系统中，ZigBee参考节点、ZigBee定位节点和ZigBee协调器通过ZigBee中继进行无线通信，并构成基于ZigBee的无线网络。ZigBee协调器将接收到的环境参数信息与位置信息整合处理，再通过光纤将数据发送给监控主机，监控主机根据接收到的各环境参数数据、定位节点的位置信息显示对应参数曲线和位置分布。当所接受到的环境参数值产生异常，则采集存储电路通过神经网络技术判断是否有事故发生，通过控制应急处置模块进行相关预警处理；当煤矿井下事故发生时，环境监测模块通过内触发唤醒存储功能，记录事故发生过程中各环境参数的相关数据；根据监控主机上定位节点的位置信息迅速判断井下人员的位置分布，制定有效的救援方案。事故发生后，根据存储模块中的环境参数信息分析事故原因，为事故分析提供研究资料。

上述的煤矿井下环境安全监测及人员定位系统，环境监测模块还包括电池，用于外部电源断开情况下，给采集存储电路供电，实现在断电情况下依然能记录环境参数信息功能。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型结构简单，设计合理。

2. 本实用新型实现了煤矿井下人员位置信息的实时获取与显示，井下固定位置环境参数的监测与存储。

2. 本实用新型采用无线网络实时传输和监测节点存储互补的监控网络，正常情况和突发情况下实现互补工作，提高了整个系统对环境参数采集的完整性。并引入神经网络技术，提高事故的预判能力。

3. 本实用新型通过ZigBee无线网络传输数据，接线简单，节省人力物力，避免了线路老化。

4. 本实用新型实用性强，环境监测模块具有存储功能、微小体积、微小功耗、耐热等特点，在煤矿井下事故发生时，能及时唤醒存储功能，使用效果好，便于推广使用。

5. 本实用新型实时性强，做到了全天候监控。

附图说明

图 1 为本实用新型的结构框图。

图 2 为环境监测模块的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，一种煤矿井下环境安全监测及人员定位系统，包括监控主机、光纤、ZigBee无线网络、应急处置模块、环境监测模块。所述监控主机用于实时显示井下人员的位置和各环境参数信息，并记录。所述ZigBee无线网络实现井下人员的位置信息、各参考节点的环境参数信息实时无线传输。应急处置模块用于在井下产生报警信息。环境监测模块用于实时监测参考节点的各种环境参数，当环境参数发生异常时，开启存储功能记录节点环境参数信息。光纤用于将井下ZigBee协调器汇总的位置信息、环境参数信息传至井上的监控主机。

ZigBee无线网络包括ZigBee协调器、ZigBee参考节点、ZigBee定位节点、ZigBee中继，各部分共同组建成无线网络。其中，ZigBee参考节点将环境参数信息通过ZigBee中继传送至ZigBee协调器，ZigBee定位节点与至少三个ZigBee参考节点结合完成RSSI定位算法，同时将位置信息通过ZigBee中继传送ZigBee协调器，实现井下人员的位置信息、各参考节点的环境参数信息实时传输。

如图2所示，环境监测模块的结构框图。环境参数传感器：用于检测各参考点位置的环境参数；采集存储电路：用于采集环境参数传感器的输出信号，最多可同时采集8种不同的环境参数，并且将环境参数数据传输给ZigBee参考节点，当井下环境异常或发生事故时，开始存储环境参数数据并向应急处置模块发送报警命令；电压转换电路：用于将标准电压220V转换成环境参数传感器、采集存储电路所需电压，并具有稳压功能；电池：用于外部电源断开情况下，给采集存储电路、环境参数传感器供电，实现在断电情况下依然能记录环境参数信息功能。环境监测模块与ZigBee参考节点可集成到一个壳体内，并实现供电共享。

煤矿井下环境安全监测及人员定位系统的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在煤矿井下的固定位置安放ZigBee参考节点和环境监测模块，与固定位置距离适宜的位置安放ZigBee中继，每层矿井安放一个ZigBee协调器；

步骤2：ZigBee定位节点由井下人员携带，并与至少三个ZigBee参考节点完成人员定位；

步骤3：环境监测模块及定位节点得到的环境参数信息和位置信息通过ZigBee无线网络和光纤传递至井上监控主机，通过监控主机界面实时显示各参数对应变化曲线和人员的位置信息，并记录；

步骤4：当井下参数异常或发生事故时，应急处置模块产生声光报警，存储模块开始记录各参数信息为事后分析提供依据。