基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统的制作方法

本发明实施例涉及瓦斯监管技术，具体涉及一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统。

背景技术：

煤矿瓦斯检查与管理是一个很大的安全问题，现在的系统和体系存在如下缺陷：

1、瓦斯巡检是规程规定的一种检测方法，就是派出大量的检测人员定期对各个地点的瓦斯情况进行人工检测，瓦斯巡检占用大量的人力，造成成本高，而且存在弄虚作假，影响安全。

2、现场的显示，主要采用手写板，采用粉笔或什么笔书写，不清晰，超市地方容易模糊。

3、存在空班漏检现象，而且不容易发现。后来采用了瓦斯巡检系统，解决了空班漏检问题，但是显示问题没有解决。

4、瓦斯数据管理问题，不能进入数据库，不便于信息化管理，存在数据迟后等问题。

因此，煤矿要保证瓦斯检查员在井下能够及时到位检查，杜绝发生空班漏检现象和保证瓦检数据的准确性，并能够及时将瓦检数据上报，实现微机化、网络化、自动化地瓦斯巡检管理已经势在必行。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统，以解决现有技术中由于监管手段不智能而导致漏检、监管不严、事故多发的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统，适用于井下作业瓦斯监管，包括数据采集层、数据通讯层、数据监管层及综合报警层；其中，所述数据采集层设置在井下安全检测区域，用于采集井下检测人员的虹膜信息、井下安全隐患信息，还采集井下安全隐患信息的采集点定位信息，计算虹膜信息与井下安全隐患信息的采集间隔时间，将满足采集间隔时间的虹膜信息与井下安全隐患信息上传数据通讯层；所述数据通讯层用于数据采集层与数据监管层之间的数据通讯，所述数据通讯层为工业环网系统、井下3g/4g、井下wifi系统中的至少一种；所述数据监管层设置在井上，用于存储数据采集层上传的虹膜信息及安全隐患信息，对虹膜信息与安全隐患信息分别比对认证，认证失败发送报警信号给综合报警层；所述综合报警层用于接收报警信号，并进行显示屏提示、声光报警、电子地图显示中的至少一种。

在本发明的一个优选实施例中，所述数据采集层包括配置给安全检测人员的瓦斯检测终端及设置在瓦斯检测区域且与数据通讯层通讯连接的虹膜基站机器人；其中，所述瓦斯检测终端设有终端瓦斯传感器，所述瓦斯检测终端将终端瓦斯传感器采集的井下瓦斯浓度参数传输给虹膜基站机器人；所述虹膜基站机器人设有计时模块及用于采集虹膜信息的虹膜采集装置，所述计时模块用于对虹膜信息与井下瓦斯浓度参数之间的上传间隔时间进行计时。

在本发明的一个优选实施例中，所述瓦斯检测终端上设有定位信息卡，所述虹膜识别基站上设有与基站微控制器电连接的位置信息采集装置。

在本发明的一个优选实施例中，所述虹膜基站机器人设有基站检测传感器组，所述基站检测传感器组包括基站瓦斯传感器、基站二氧化碳传感器、基站一氧化碳传感器或基站温度传感器中的至少一种。

在本发明的一个优选实施例中，所述虹膜基站机器人设有语音识别模块。

在本发明的一个优选实施例中，所述数据监管层包括用于存储数据采集层上传的虹膜信息及安全隐患信息的存储数据库，及用于对上述信息进行比对认证的信息认证服务器，所述信息认证服务器会在认证失败下发送报警信号。

在本发明的一个优选实施例中，所述数据监管层包括领导查阅终端，所述领导查阅终端用于在web直接查看或下载比对认证结果。

在本发明的一个优选实施例中，所述综合报警层设有用于接收并处理报警信号的报警管理服务器、用于显示报警信息的报警显示屏、设置在井下巷道内且指向井下出口的导引灯组，所述报警显示屏与导引灯组均电连接数据采集层，所述报警管理服务器通讯连接数据监管层。

在本发明的一个优选实施例中，所述导引灯组包括照明灯与报警导引灯，所述照明灯与报警导引灯分别电连接智能双控开关的两个控制端，所述智能双控开关的信号端电连接数据采集层。

在本发明的一个优选实施例中，所述综合报警层设有电子地图管理服务器，用于装载煤矿平面电子地图，并根据数据采集层的定位信息设置数据采集点，并使用不同颜色标记数据采集点的不同状态，并通过报警显示屏显示。

根据本发明的实施方式，具有如下优点：

本发明实施例所述的基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统包括数据采集层，用于虹膜采集，对安全检测人员的虹膜信息识别其身份，接受瓦斯检测终端上传的瓦斯浓度参数等安全隐患参数，并设置数据传输的时间间隔，以防止作假或拖沓的情况发生，将检测人员的身份信息与瓦斯浓度信息捆绑上传，实现责任到人，起到警醒作用，很好的避免了漏班的问题。

本发明实施例所述的基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统设有数据监管层，对每一个瓦斯检查员的工作情况不仅能够做到定性分析，更能进行定量分析，了解本月及下月需要检测的地点、检测周期等详细情况，井下瓦斯检查员的安排情况，还能了解井下各检测点实际运行情况，做好井下数据分析、查询历史数据，同时给领导准确决策提供依据。

本发明实施例所述的基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统设有综合报警层，对报警种类进行细分、化级，针对不同报警等级进行不同的报警提示，在保证工作效率的情况下，并通过多种报警提示，起到很好的疏散指引功能，提高井下作业的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统的系统整体图；

图2为图1中数据采集层的展开结构图；

图3为图1中数据监管层与综合报警层的展开结构图；

图4为本发明实施例提供的一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统的实施流程图。

图中：

1、数据采集层；2、瓦斯检测终端；3、终端微控制器；4、终端瓦斯传感器；5、终端通讯模块；6、定位信息卡；7、虹膜基站机器人；8、基站微控制器；9、上传通讯模块；10、采集通讯模块；11、计时模块；12、虹膜采集装置；13、电子时钟子模块；14、授时子模块；15、基站检测传感器组；

16、数据通讯层；

17、数据监管层；18、存储数据库；19、信息认证服务器；20、虹膜认证模块；21、安全隐患认证模块；22、领导查阅终端；

23、综合报警层；24、报警管理服务器；25、报警显示屏；26、导引灯组；27、信号识别模块；28、指令管理模块；29、报警管理数据库；30、照明灯；31、报警导引灯；32、电子地图管理服务器；33、智能双控开关。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-4所示，一种基于虹膜识别技术的人工智能瓦斯巡检系统，适用于井下作业瓦斯监管，包括数据采集层1、数据通讯层16、数据监管层17及综合报警层23；其中，所述数据采集层1设置在井下安全检测区域，用于采集井下检测人员的虹膜信息、井下安全隐患信息、井下安全隐患信息的采集点定位信息，井下安全隐患信息包括瓦斯浓度参数、二氧化碳浓度参数、一氧化碳浓度参数、温度参数，本实施例中以瓦斯浓度参数为主，计算虹膜信息与井下安全隐患信息的采集间隔时间，将满足采集间隔时间的虹膜信息与井下安全隐患信息上传数据通讯层16，优选的方案为间隔时间设置为60s-120s之间。

所述数据通讯层16用于数据采集层1与数据监管层17之间的数据通讯，所述数据通讯层16为工业环网系统、井下3g/4g、井下wifi系统中的至少一种，数据通讯层16为现有技术，本专利中不在赘述。

所述数据监管层17设置在井上，用于存储数据采集层1上传的虹膜信息、安全隐患信息及采集点定位信息，并对虹膜信息与安全隐患信息分别比对认证，认证失败后发送报警信号给综合报警层23。

所述综合报警层23用于接收报警信号，并识别报警等级、上传设备信息、采集点定位信息，根据报警信号的种类制定对应的报警指令，根据上传设备信息及采集点定位信息向对应位置的数据采集层1发送报警指令。

下面结合具体说明数据采集层1、数据通讯层16、数据监管层17及综合报警层23的功能及实现原理：

1、数据采集层1

如图2所示，所述数据采集层1包括配置给安全检测人员的瓦斯检测终端2及设置在瓦斯检测区域的虹膜基站机器人7。其中，所述瓦斯检测终端2设有终端微控制器3及分别与终端微控制器3电连接的终端瓦斯传感器4、终端通讯模块5，所述终端瓦斯传感器4采集井下瓦斯浓度参数，终端微控制器3通过终端通讯模块5传输给虹膜基站机器人7，终端微控制器3的型号为atmegal128l单片机，所述终端瓦斯传感器4采用气体浓度传感器型号为mq135，所述终端通讯模块5可为有线接口或无线通讯模块的连接方式，为了降低能耗，可通过蓝牙、nfc等射频传输设备。瓦斯检测终端2内还可设有二氧化碳传感器、一氧化碳传感器及温度传感器，以提高瓦斯检测终端2采集安全隐患数据的全面性，从而提高系统监测井下安全隐患的精准性。所述终端微控制器3电连接语音识别模块，语音识别模块内设有麦克，可录入语音，语音识别模块用于识别井下操作人员录入的语音信息，并形成文本，并检索对应文本中关键词的控制指令，并反馈与控制指令相对应的操作，实现语音指令操作虹膜基站机器人，降低操作难度。

所述瓦斯检测终端上设有定位信息卡6，所述虹膜识别基站7上设有与基站微控制器8电连接的位置信息采集装置。本实施例中定位信息卡6为rfid射频卡，其内嵌瓦斯检测终端编号或人员编号等识别信息，位置信息采集装置为rfid射频识别无线接收器。当瓦斯检测终端上传瓦斯浓度数值时位置信息采集装置采集定位信息卡6上的识别信息，若上传的数据有超标的情况，则该虹膜识别基站进行报警提示，以提示周围的施工人员紧急撤离现场，虹膜识别基站将识别信息、基站位置信息与超标报警记录打包上传上位机储存。或者，虹膜识别基站将识别信息、基站位置信息与瓦斯浓度信息等安全信息打包上传上位机，上位机有瓦斯浓度、二氧化碳浓度、温度超标的情况，则发送报警信号给对应位置的虹膜识别基站，上位机的数据库中储存了每个虹膜识别基站的定位信息。

所述虹膜基站机器人7设有基站微控制器8及分别与基站微控制器8电连接的上传通讯模块9、采集通讯模块10、计时模块11及用于采集虹膜信息的虹膜采集装置12，本实施例中基站微控制器8的型号为tms320c6000，其采用新的超长指令字结构设计芯片，其中2000年以后推出的c64x，在时钟频率为1.1ghz时，可达到8800mips以上，即每秒执行90亿条指令，其主要应用领域包括①数字通信完成fft、信道和噪声估计、信道纠错、干扰估计和检测等；②图像处理完成图像压缩、图像传输、模式及光学特性识别、加密/解密、图像增强等。

所述虹膜采集装置12为虹膜摄像头，用于采集安全检测人员的虹膜识别信息。所述采集通讯模块10与终端通讯模块5相互通讯连接，基站微控制器8通过采集通讯模块10接收瓦斯检测终端2上传的井下瓦斯浓度参数及其他安全隐患参数、采集点定位信息，再通过上传通讯模块9将虹膜识别信息、井下瓦斯浓度参数及其他安全隐患参数、采集点定位信息打包上传给数据通讯层16。

所述计时模块11用于对虹膜信息与井下瓦斯浓度参数之间的上传间隔时间进行计时，使安全检测人员进行身份识别后在短时间内需要上传安全检测数据，用于避免安全检测人员进行身份识别后由别人检测安全隐患参数的作假情况，若超过设定的间隔时间，则自动取消本次数据采集工作，需要重新进行身份识别，才能上传数据。计时模块11还包括电子时钟子模块13与授时子模块14，所述电子时钟子模块13用于记录虹膜信息与瓦斯浓度参数的上传时间，授时子模块14用于定时校准电子时钟子模块13的时间，使电子时钟子模块13的时间与数据监管层17的时间一致，并且还可在与瓦斯检测终端2通讯时自动校准瓦斯检测中的时间。

所述虹膜基站机器人7设有基站检测传感器组15，所述基站检测传感器组15包括基站瓦斯传感器、基站二氧化碳传感器、基站一氧化碳传感器或基站温度传感器中的至少一种，用于虹膜基站机器人7自动连续的采集其周边环境的瓦斯浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度及温度的情况，可弥补人检测的不连续的问题，但是其检测位置不变，若要覆盖全部井下检测区域则成本过高，因此结合游走检测的瓦斯检测终端2，可实现低成本下全面覆盖整个井下巷道空间的安全隐患检测区域。

2、数据监管层17

如图3所示，所述数据监管层17包括用于存储数据采集层1上传的虹膜识别信息、井下瓦斯浓度参数及其他安全隐患参数、采集点定位信息的存储数据库18，所述存储数据库18根据时间排序储存接收到的上述信息，存储数据库18中还储存以提前备案好的标准虹膜信息及标准安全隐患信息。

所述数据监管层17包括信息认证服务器19，所述信息认证服务器19设有虹膜认证模块20及安全隐患认证模块21，虹膜认证模块20用于对数据采集层1上传的虹膜信息进行比对认证，调取存储数据库18中的标准虹膜信息，若存储数据库18中没有与虹膜信息相匹配的标准虹膜信息，则虹膜认证模块20反馈报警信号给虹膜基站机器人7，该报警信号的报警等级为低级，虹膜基站机器人7进行虹膜认证失败提示，虹膜基站机器人7可通过显示屏显示，以提示工作人员需要重新采集虹膜信息。

安全隐患认证模块21用于对数据采集层1上传的安全隐患信息参数进行比对认证，如井下瓦斯浓度参数，调取存储数据库18中的标准瓦斯浓度参数，将井下瓦斯浓度参数与标准瓦斯浓度参数井下比对认证，若井下瓦斯浓度参数大于标准瓦斯浓度参数，则安全隐患认证模块21反馈报警信号，该报警信号的等级为高级，对应位置的虹膜基站机器人7进行声光报警提示，以提示当前井下工作人员尽快疏散，并启动对应的通风设备，进行通风换气。二氧化碳浓度参数、一氧化碳浓度参数及温度参数的比对认证原理与瓦斯浓度参数的比对认证的方法相同，只是标准数据有所偏差，这里不再赘述。

所述数据监管层17包括领导查阅终端22，所述领导查阅终端22用于在web直接查看或下载比对认证结果。矿井负责人可通过领导查阅终端22登录系统界面，查阅当前数据或历史数据，便于领导快速了解井下安全隐患参数，可及时作出决策。

3、综合报警层23

如图3所示，所述综合报警层23设有用于接收并处理报警信号的报警管理服务器24、用于显示报警信息的报警显示屏25、设置在井下巷道内且指向井下出口的导引灯组26，所述报警显示屏25与导引灯组26均电连接数据采集层1，所述报警管理服务器24通讯连接数据监管层17。

报警管理服务器24设有信号识别模块27、指令管理模块28及报警管理数据库29，所述信号识别模块27用于接收接收数据监管层17发送的报警信号，并对报警信号的信号代码进行拆分识别，从报警信号中识别报警信号的报警等级、识别上传超标信息的虹膜基站机器人7的设备编号及设备定位信息。报警信号的代码由种类代码、设备编号及定位信息代码组合而成，报警管理服务器24拆分报警信号中对应位置的代码，即可识别上述信息。报警管理数据库29用于储存报警信号等级代码、虹膜基站机器人7的设备编号、设备定位信息及报警指令。

信号识别模块27识别对报警信号拆分后访问报警管理数据库29，依次分别对比拆分的各个部分信号代码，其中先识别报警信号的报警等级，指令管理模块28根据报警等级反馈报警指令，信号识别模块27根据识别的上传超标信息的虹膜基站机器人7的设备编号与设备定位信息，并反馈报警指令发送给相应的虹膜基站机器人7。

具体操作中，信号识别模块27对报警信号拆分后访问报警管理数据库29，依次分别对比拆分的各个部分信号代码，其中先识别报警信号的报警等级，若报警等级为低级，则信号识别模块27识别设备编号，报警指令管理模块28发送低级反馈指令，本实施例中低级反馈指令为显示虹膜认证失败提示信息，信号识别模块27再识别上传超标信息的虹膜基站机器人7的设备编号，数据监管层17将低级报警指令发送给对应设备编号的虹膜基站机器人7。

若报警信号识别模块27识别的报警等级为高级，本实施例中为至少一种安全隐患参数超标，则报警指令管理模块28发送高级反馈指令，高级反馈指令为发出声光报警及切换导引灯组26的工作状态，信号识别模块27再识别上传超标参数的虹膜基站机器人的设备信息与设备定位信息，信号识别模块27向排列在该虹膜基站机器人7与井口之间巷道内的全部虹膜机器人均发送声光报警信号。虹膜基站机器人7的设备编号按照设置顺序从井口到最深处依次增加，若遇到岔路情况则通过增加设备编号的数字位数表示，并将根据岔路对设备编号进行分组，将相同岔路巷道内的设备编号为一组进行储存，这样可降低不同岔路中设备的干扰，同时降低信号识别模块27的数据计算压力，提高工作效率。超标采集点到井口之间的全部虹膜基站机器人7发出声光报警信号，形成声光报警指引路线，可指引井下工作人员沿着虹膜基站机器人7进行疏散，可提高人员疏散的效率，防止误跑、瞎跑的情况。

所述导引灯组26设置在虹膜基站机器人7上，并与虹膜基站机器人7电性连接，虹膜基站机器人7为导引灯组26供电及控制导引灯组26的工作状态。导引灯组26包括照明灯30与报警导引灯31，所述照明灯30与报警导引灯31分别电连接智能双控开关33的两个控制端，所述智能双控开关33的信号端电连接基站微控制器8，其中智能双控开关33为现有技术，不是本专利中的重点，因此本实施例中不在赘述。照明灯30为常开状态，报警导引灯31为常闭状态，当虹膜基站机器人7接收到报警管理服务器24发送的声光报警指令后，控制智能双控开关33切换，照明灯30常闭，报警导引灯31常亮，报警导引灯31为由若干led灯珠组成的箭头图案，箭头指向井口方向，由于井下环境恶劣，长时间后容易使人失去方向感，报警导引灯31能够使井下工作人员直观的了解当前应该往那个方向走才正确，可统一人流的方向，从而提高疏散的效率。

所述综合报警层23设有电子地图管理服务器32，用于绘制煤矿平面电子地图，并使用不同颜色标记数据采集点的不同状态，通过报警显示屏25显示。由于报警显示屏25设置在虹膜基站机器人7上，因此报警显示屏25的位置就是虹膜基站机器人7的位置，根据虹膜基站机器人7的设备定位信息在电子地图上添加数据采集点的标记，本实施例中使用绿色标记正常工作状态，黄色标记为低级报警状态，红色标记为高级报警状态，该电子地图通过报警显示屏25在数据采集点处显示，供井下工作人员直观的了解到自己所处在的位置，便于出现事故后做出更好的决策。解决了井下人员无法实时获取自己所处空间坐标，分析避险或救援最优路径，无法实现按需求的定位导航的问题。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。