一种矿井下气体测量预警装置、方法及可存储介质与流程

1.本发明涉及多功能矿用监测预警技术领域，更具体的说是涉及一种矿井下气体测量预警装置、方法及可存储介质。


背景技术：

2.矿井火灾、爆破作业以及粉尘爆炸时都将产生大量的一氧化碳毒性气体，吸入人体后，会使矿工身体健康收到威胁，现有技术中，检测一氧化碳大多数采用的是传感器装置，从分析方法上一氧化碳传感器主要分为电化学法、电气法(热导式和半导式)、色谱法(层析法)、光学吸收法(红外吸收法和紫外吸收法)等。根据检测原理的不同，目前主要有电化学传感器、催化可燃气体传感器、半导体传感器和红外传感器四种一氧化碳检测传感器。
3.但是，上述一氧化碳传感器对井下环境空气一氧化碳浓度检测主要依靠放置在固定位置的一氧化碳检测报警仪实现，需要有复杂的配套设施保证正常运行，不适合现场快速使用，同时在井下环境布置时容易出现盲区，对矿工安全生产造成潜在威胁。并且，目前市场出现的便携式一氧化碳报警器仍然存在体积较大，矿工携带不便、操作繁琐的问题。并且，利用一氧化碳传感器，仅能检测井下环境空气中是否存在一氧化碳，并不能给出具体逃生方案，当一氧化碳超标时，并不利于井下矿工人员安全撤离。
4.综上所述，如何提供一种矿井下气体测量预警装置、方法及可存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种矿井下气体测量预警装置、方法及可存储介质，在保障矿工井下作业人生安全以及满足安全生产需求的情况下，将传感器以及图像监测集成在矿工井下工作必须的矿灯中，随矿工在井下移动，实时检测矿工所在环境空气中的一氧化碳浓度，并进一步根据气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案，为矿工在井下的生产活动提供实时一氧化碳测量与预警，当一氧化碳超标时，还能够使矿工人员及时安全撤离。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一方面，本发明提供了一种矿井下气体测量预警装置，包括：
8.供电模块；
9.一级检测模块，与所述供电模块连接，接通电源后实时采集一氧化碳浓度信息并报警；
10.矿灯模块，与所述一级检测模块连接，所述一级检测模块接通电源后开启所述矿灯模块，提供光源；
11.二级检测模块，与所述一级检测模块连接，当一氧化碳浓度信息达到设定阈值时，所述二级检测模块被开启，检测一氧化碳气体扩散信息并输出结果。
12.优选的，所述一级检测模块，包括：气体浓度采集单元、控制单元以及报警单元；
13.其中，所述气体浓度采集单元与所述供电模块连接，用于采集一氧化碳浓度信息；
14.所述控制单元与所述气体浓度采集单元连接，用于接收并处理一氧化碳浓度信息，得到预警信息；
15.所述报警单元与所述控制单元连接，用于根据所述预警信息发出报警。
16.优选的，所述二级检测模块，包括：图像采集单元、图像处理单元、图像分析单元以及输出单元；
17.其中，所述图像采集单元与所述控制单元连接，用于根据所述预警信息进行图像采集，得到气体雾团图像；
18.所述图像处理单元与所述图像采集单元连接，用于根据气体雾团图像进行图像分析，得到雾团尺寸信息；
19.所述图像分析单元与所述图像处理单元连接，用于根据所述雾团尺寸信息确定气体扩散距离以及气体扩散速度；
20.所述输出单元与所述图像分析单元连接，用于判断所述气体扩散距离以及气体扩散速度是否大于预设阈值，若是，则进一步根据所述气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案并输出。
21.另一方面，本发明还提供了一种矿井下气体测量预警装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
22.s100：通过供电模块开启所述一级检测模块；
23.s200：通过检测模块实时采集一氧化碳浓度信息并报警；
24.s300：当一级检测模块接通电源后开启所述矿灯模块，提供光源；
25.s400：当一氧化碳浓度信息达到设定阈值时，二级检测模块被开启，检测一氧化碳气体扩散信息并输出结果。
26.优选的，s200包括：
27.s210：通过气体浓度采集单元采集一氧化碳浓度信息；
28.s220：通过控制单元接收并处理一氧化碳浓度信息，得到预警信息；
29.s230：报警单元根据所述预警信息发出报警。
30.优选的，s400包括：
31.s410：图像采集单元根据所述预警信息进行图像采集，得到气体雾团图像；
32.s420：图像处理单元根据气体雾团图像进行图像分析，得到雾团尺寸信息；
33.s430：图像分析单元根据所述雾团尺寸信息确定气体扩散距离以及气体扩散速度；
34.s440：输出单元用于判断所述气体扩散距离以及气体扩散速度是否大于预设阈值，若是，则进一步根据所述气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案并输出。
35.再一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4-6任一项所述矿井下气体测量预警装置的方法的步骤。
36.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种矿井下气体测量预警装置、方法及可存储介质，在保障矿工井下作业人生安全以及满足安全生产需求的情况下，将传感器以及图像监测集成在矿工井下工作必须的矿灯中，随矿工在井下移动，
实时检测矿工所在环境空气中的一氧化碳浓度，并进一步根据气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案，为矿工在井下的生产活动提供实时一氧化碳测量与预警，当一氧化碳超标时，还能够使矿工人员及时安全撤离。
37.(1)矿灯作为矿工在井下作业的必备装置，其在井下施工时必须佩戴，本发明将矿灯模块将一级检测模块集成在一体，单独使用矿灯模块无法实现供电照明功能，必须经过一级检测模块才能使矿灯供电照明，这也就保证了矿工在井下工作时佩戴矿灯的同时具备了一氧化碳测量预警功能；
38.(2)本发明随人员移动可实时测量井下工作人员所处环境中的气体一氧化碳浓度，根据一氧化碳浓度提醒人矿工人员做好通风工作，并在一氧化碳浓度超标时通过二级检测模块给出矿工人员撤离方案。可保障井下工作人员免于发生一氧化碳中毒并危机生命的情况。
附图说明
39.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
40.图1为本发明提供的矿井下气体测量预警装置结构示意图；
41.图2为本实施例提供的一级检测模块结构示意图；
42.图3为本实施例提供的矿灯模块结构示意图；
43.图4为本实施例提供的矿井下气体测量预警方法流程图。
44.在图1中：1-供电模块、2-一级检测模块、3-矿灯模块、4-二级检测模块；
45.在图2中：210-气体浓度采集单元、220-控制单元、230-报警单元；
46.211-进气口、212-气体滤膜、213-微型气体采样泵、214-第一电源接触片、215-一氧化碳传感器；
47.在图3中：301-矿灯光源、302-光反射罩、303-第二电源接触片、304-灯面玻璃、305-矿灯外壳。
具体实施方式
48.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，所描述的实施例仅仅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做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。
49.参见附图1所示，本发明实施例公开了一种矿井下气体测量预警装置，包括：
50.供电模块1；
51.一级检测模块2，与所述供电模块1连接，接通电源后实时采集一氧化碳浓度信息并报警；
52.矿灯模块3，与所述一级检测模块2连接，所述一级检测模块2接通电源后开启所述矿灯模块3，提供光源；
53.二级检测模块4，与所述一级检测模块2连接，当一氧化碳浓度信息达到设定阈值时，所述二级检测模块4被开启，检测一氧化碳气体扩散信息并输出结果。
54.具体的，所述矿井下气体测量预警装置为可佩戴移动装置。
55.参见附图2所示，在一个具体实施例中，所述一级检测模块2，包括：气体浓度采集单元210、控制单元220以及报警单元230；
56.其中，所述气体浓度采集单元210与所述供电模块1连接，用于采集一氧化碳浓度信息；
57.所述控制单元220与所述气体浓度采集单元210连接，用于接收并处理一氧化碳浓度信息，得到预警信息；
58.所述报警单元230与所述控制单元220连接，用于根据所述预警信息发出报警。
59.具体的，气体浓度采集单元210具体包括：进气口211、气体滤膜212、微型气体采样泵213、第一电源接触片214、一氧化碳传感器215；
60.更具体的，一级检测模块2的外壳圆柱断面一侧中央留第一电源接触片214，为矿灯模块3供电；一级检测模块2的外壳圆柱体侧面开一进气口211，气体通过微型气体采样泵213采集由进气口211进入；气体进入时经过滤膜过滤气体中粉尘与颗粒物；过滤后的气体由微型气体采样泵213送入一氧化碳传感器215将一氧化碳浓度信号转化为电流信号；
61.更具体的，控制单元220为单片机构成的控制电路，电流信号通过单片机构成的控制电路采集并转换计算出实时一氧化碳浓度；
62.更具体的，单片机型号可以为avr单片机、51结构单片机、nec单片机等。
63.更具体的，报警单元230为蜂鸣器，当浓度超过预设的浓度阈值时，控制单元220给蜂鸣器施加工作电压，蜂鸣器发出报警提示音，提示井下工作人员采取加强通风。
64.参见附图3所示，在一个具体实施例中，矿灯模块3的结构具体包括：矿灯外壳305、矿灯光源301、光反射罩302、第二电源接触片303、灯面玻璃304。
65.更具体的，矿灯模块3通过螺纹与一级检测模块2连接，在矿灯模块3一侧断面留有第二电源接触片303，第二电源接触片303与第一电源接触片214接触实现矿灯模块3供电；矿灯光源301可由led光源或普通光源构成；以光源为中心外侧加一半球形光反射罩302；半球形光反射罩302圆面加灯面玻璃304起保护与透射光源作用。
66.更具体的，单独使用矿灯模块3无法实现供电照明功能，必须经过一级检测模块2才能使矿灯供电照明，这也就保证了矿工在井下工作时佩戴矿灯的同时实现一氧化碳浓度测量与报警。
67.在一个具体实施例中，所述二级检测模块4，包括：图像采集单元、图像处理单元、图像分析单元以及输出单元；
68.其中，所述图像采集单元与所述控制单元220连接，用于根据所述预警信息进行图像采集，得到气体雾团图像；
69.所述图像处理单元与所述图像采集单元连接，用于根据气体雾团图像进行图像分析，得到雾团尺寸信息；
70.所述图像分析单元与所述图像处理单元连接，用于根据所述雾团尺寸信息确定气体扩散距离以及气体扩散速度；
71.所述输出单元与所述图像分析单元连接，用于判断所述气体扩散距离以及气体扩
散速度是否大于预设阈值，若是，则进一步根据所述气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案并输出。
72.具体的，当浓度超过预设的浓度阈值时，开启图像采集单元，获得多张不同位置气体雾团图像，图像处理单元对所述雾团图像进行二值化处理处理，多张雾团图像中雾团覆盖面积最多的一张图像中确定图像原点和雾团边界点，确定所述图像原点与雾团边界点之间的距离，得到所述雾团最大尺寸信息。
73.更具体的，图像分析单元综合多张雾团图像以及雾团最大尺寸信息确定气体扩散距离以及气体扩散速度；
74.更具体的，输出单元还与用户终端设备连接，当判断气体扩散距离以及气体扩散速度是否大于阈值时，则根据所述气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案并输出至终端设备，能够使井下工作人员及时将井下设备断电闭锁以及快速撤离现场。
75.参见附图4所示，本实施例还公开了一种矿井下气体测量预警方法，具体步骤如下：
76.s100：通过供电模块1开启所述一级检测模块2；
77.s200：通过检测模块实时采集一氧化碳浓度信息并报警；
78.s300：当一级检测模块2接通电源后开启所述矿灯模块3，提供光源；
79.s400：当一氧化碳浓度信息达到设定阈值时，二级检测模块4被开启，检测一氧化碳气体扩散信息并输出结果。
80.在一个具体实施例中，s200包括：
81.s210：通过气体浓度采集单元210采集一氧化碳浓度信息；
82.s220：通过控制单元220接收并处理一氧化碳浓度信息，得到预警信息；
83.s230：报警单元230根据所述预警信息发出报警。
84.在一个具体实施例中，s400包括：
85.s410：图像采集单元根据所述预警信息进行图像采集，得到气体雾团图像；
86.s420：图像处理单元根据气体雾团图像进行图像分析，得到雾团尺寸信息；
87.s430：图像分析单元根据所述雾团尺寸信息确定气体扩散距离以及气体扩散速度；
88.s440：输出单元用于判断所述气体扩散距离以及气体扩散速度是否大于预设阈值，若是，则进一步根据所述气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案并输出。
89.另一方面，本实施例还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(rom，read-only memory)、机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
90.或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
91.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种矿井下气体
测量预警装置、方法及可存储介质，在保障矿工井下作业人生安全以及满足安全生产需求的情况下，将传感器以及图像监测集成在矿工井下工作必须的矿灯中，随矿工在井下移动，实时检测矿工所在环境空气中的一氧化碳浓度，并进一步根据气体扩散距离以及气体扩散速度得到撤离方案，为矿工在井下的生产活动提供实时一氧化碳测量与预警，当一氧化碳超标时，还能够使矿工人员及时安全撤离。
92.(1)矿灯作为矿工在井下作业的必备装置，其在井下施工时必须佩戴，本发明将矿灯模块将一级检测模块集成在一体，单独使用矿灯模块无法实现供电照明功能，必须经过一级检测模块才能使矿灯供电照明，这也就保证了矿工在井下工作时佩戴矿灯的同时具备了一氧化碳测量预警功能；
93.(2)本发明随人员移动可实时测量井下工作人员所处环境中的气体一氧化碳浓度，根据一氧化碳浓度提醒人矿工人员做好通风工作，并在一氧化碳浓度超标时通过二级检测模块给出矿工人员撤离方案。可保障井下工作人员免于发生一氧化碳中毒并危机生命的情况。
94.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
95.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。