一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统，该系统基于无线通信的方式，在矿难发生时，将矿山事故现场图像以无线方式上传到地上监控中心，弥补现有技术中基于无线应急救援系统语音通话的缺陷以及矿难时可能导致信号中断的问题，提高了救援系统的可靠性及救援效率，减少矿难发生后的损失。
【专利说明】一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山安全救灾领域，尤其涉及一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统。
【背景技术】
[0002]近年来，各类矿山自然灾害及安全事故频发，严重影响了矿山经济效益及相关人员的生命安全。作为矿山事故的有效救援手段，如何将现场图像上传到监控指挥中心以便及时了解现场情况是至关重要的。
[0003]现有救援应急系统多以有线通信方式为主，一般由井上系统和井下系统组成，支持音视频等多媒体，该系统必须提供灵活、可快速组建应急系统网络，以视频图像、语音、环境信息采集为基础，为监控中心提供实时准确的事故现场情况，实现地上对井下的监控和远程指挥。井下系统采用有线的方式采集和上传井下现场图像，并且井下语音通信方式采用有线的方式。但是，该救援系统采用有线方式，设备功能单一、布线费时费力等，一旦矿山意外事故中通信电缆发生断裂或外部供电被切断，整个系统将陷入瘫痪，严重影响救援工作的顺利开展。
[0004]另外，部分大型矿山建立基于透地通信、对讲机等的应急救援系统，其中透地通信以大地为电磁波传播媒介，利用电磁波穿透大地的无线通信原理，采用甚低频或者超低频电磁波进行透地通信，对讲机采用半双工通信。但是，该救援系统只是单一的语音通信系统，并没有将现场情况图像上传到监控中心，不能及时了解矿山井下现场情况，不能针对具体情况开展有力救援。
[0005]另一方面，矿山井下环境复杂，对抗干扰性、功耗等方面有较严格的要求。因此，如何确保救援系统的可靠性显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统，提高了救援系统的可靠性及救援效率，减少矿难发生后的损失。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统，该系统包括:监控中心、终端节点与图像采集终端；
[0009]所述监控中心，用于通过空口发送图像采集指令至指定的终端节点，并根据接收到的图像数据进行监控；
[0010]所述终端节点与所述采集终端连接，当所述终端节点接收到所述图像采集指令后控制所述采集终端进行图像的采集，并上传采集到的图像数据。
[0011]进一步的，所述监控中心包括:图像请求指令下发模块，用于向网络中的各个终端节点下发图像请求指令；图像数据包接收模块，用于接收所述终端节点发送图像数据包，其中，该图像数据包包括该终端节点网络地址与物理地址，以及与该终端节点相连的采集终端采集图像的大小及图像包数；
[0012]所述终端节点包括:图像数据包发送模块，用于接收到与其连接的采集终端发送的包含图像大小及图像包数的图像数据包后，在该图像数据包中添加其自身的网络地址与物理地址的后N位并向外发送。
[0013]进一步的，该系统还包括:串口服务器、协调器与路由器；
[0014]所述串口服务器，用于将所述监控中心下发的图像采集指令转发至所述协调器，并将协调器发送的图像数据转发至所述监控中心；或者，将所述监控中心下发的图像请求指令转发至所述协调器，并将协调器发送的图像数据包转发至所述监控中心；
[0015]所述协调器，用于将所述串口服务器转发的图像采集指令发送至与所述指定的终端节点相对应的路由器，并将路由器发送的图像数据转发至所述串口服务器；或者，将所述串口服务器转发的图像请求指令以广播的形式发送至各个路由器，并将路由器发送的图像数据包转发至所述串口服务器；
[0016]所述路由器，用于将所述协调器转发的图像采集指令发送至对应的终端节点，并将所述终端节点发送的图像数据发送至所述协调器；或者，将所述协调器转发的图像请求指令发送至终端节点，并将所述终端节点发送的图像数据包发送至所述协调器。
[0017]进一步的，所述监控中心还包括:
[0018]组合映射模块，用于将终端节点物理地址的后N位作为该终端节点的身份标识ID,并与该终端节点的网络地址进行组合映射。
[0019]进一步的，所述监控中心根据接收到的图像数据进行监控包括:
[0020]所述终端节点接收到所述监控中心发送的图像采集指令后，控制与其连接的采集终端进行图像采集，并将采集到的图像分包后发送至所述监控中心；
[0021]所述监控中心接收到分包图像后，按照分包图像的接收顺序存储在数组SortedList中；当存储完毕后，根据数组中的分包图像生成图像数据，并根据所述图像数据进行监控。
[0022]进一步的，所述采集终端为低功耗终端，当完成图像采集任务后，则处于低功耗状态；且该采集终端的供电方式为采用矿用电池供电。
[0023]进一步的，该系统基于ZigBee协议进行数据的传输。
[0024]由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于无线通信的方式，在矿难发生时，将矿山事故现场图像以无线方式上传到地上监控中心，弥补现有技术中基于无线应急救援系统语音通话的缺陷以及矿难时可能导致信号中断的问题，提高了救援系统的可靠性及救援效率，减少矿难发生后的损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0026]图1为本发明实施例提供的一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统的示意图；[0027]图2为本发明实施例提供的又一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统的示意图；
[0028]图3为本发明实施例提供的一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统的工作流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面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，都属于本发明的保护范围。
[0030]实施例
[0031]图1为本发明实施例提供的一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统的示意图。如图1所示，该系统主要包括:
[0032]监控中心11、终端节点12与图像采集终端13 ；
[0033]所述监控中心11，用于通过空口发送图像采集指令至指定的终端节点12，并根据接收到的图像数据进行监控；
[0034]所述终端节点12与所述采集终端13连接，当所述终端节点12接收到所述图像采集指令后控制所述采集终端13进行图像的采集，并上传采集到的图像数据。
[0035]进一步的，如图2所示，所述监控中心11包括:图像请求指令下发模块111，用于向网络中的各个终端节点下发图像请求指令；图像数据包接收112模块，用于接收所述终端节点发送图像数据包，其中，该图像数据包包括该终端节点网络地址与物理地址的后N位，以及与该终端节点相连的采集终端采集图像的大小及图像包数；
[0036]所述终端节点12包括:图像数据包发送121模块，用于接收到与其连接的采集终端发送的包含图像大小及图像包数的图像数据包后，在该图像数据包中添加其自身的网络地址与物理地址并向外发送。
[0037]进一步的，该系统还包括:串口服务器14、协调器15与路由器16 ；
[0038]所述串口服务器14，用于将所述监控中心11下发的图像采集指令转发至所述协调器15，并将协调器15发送的图像数据转发至所述监控中心11 ;或者，将所述监控中心11下发的图像请求指令转发至所述协调器15，并将协调器15发送的图像数据包转发至所述监控中心11 ；
[0039]所述协调器15，用于将所述串口服务器14转发的图像采集指令发送至与所述指定的终端节点12相对应的路由器16，并将路由器16发送的图像数据转发至所述串口服务器14 ;或者，将所述串口服务器14转发的图像请求指令以广播的形式发送至各个路由器16，并将路由器16发送的图像数据包转发至所述串口服务器14 ；
[0040]所述路由器16，用于将所述协调器15转发的图像采集指令发送至对应的终端节点12，并将所述终端节点12发送的图像数据发送至所述协调器15 ;或者，将所述协调器15转发的图像请求指令发送至终端节点12，并将所述终端节点12发送的图像数据包发送至所述协调器15。
[0041]进一步的，所述监控中心11还包括:[0042]组合映射模块113，用于将终端节点12物理地址的后N位作为该终端节点的身份标识ID，并与该终端节点12的网络地址进行组合映射。
[0043]进一步的，所述监控中心11根据接收到的图像数据进行监控包括:
[0044]所述终端节点12接收到所述监控中心11发送的图像采集指令后，控制与其连接的采集终端13进行图像采集，并将采集到的图像分包后发送至所述监控中心11 ；
[0045]所述监控中心11接收到分包图像后，按照分包图像的接收顺序存储在数组中；当存储完毕后，根据数组中的分包图像生成图像数据，并根据所述图像数据进行监控。
[0046]进一步的，所述采集终端13为低功耗终端，当完成图像采集任务后，则处于低功耗状态；且该采集终端13的供电方式为采用矿用电池供电。
[0047]进一步的，该系统基于ZigBee协议进行数据的传输。
[0048]以上为本发明提供的高可靠性的矿用应急救援系统的主要组成及其主要功能。为了便于理解，下面结合附图3对其工作过程做进一步介绍。
[0049]本发明实施例中井下与井上通过无线的方式进行通信，在选择无线通信协议时，可以优先选择低功耗的无线通信协议，例如，紫蜂(ZigBee)协议。
[0050]在进行通信之前，系统内的各个部件进行自组网，组网形式可以采用Mesh网络拓扑结构，该网络拓扑结构具有多条路径可选，并且具有自动路由的功能，相比传统的网络拓扑结构，该网络具有更好的故障恢复性、更高的网络吞吐量以及更大的网络覆盖率。
[0051]当组网完成后，监控 中心11的图像请求指令下发模块111发送图像请求指令，串口服务器14接收到该图像请求指令后发送给协调器15，协调器15将图像请求指令以广播的形式发送给各个路由器16，所述路由器16再将该图像请求指令下发至终端节点12，由所述终端节点12控制与其连接的采集终端13进行图像的采集。通常情况下，采集终端13将采集到的图像存储并进行分包处理后，将包含图像大小及图像包数的图像数据包发送至对应的终端节点12，该图像数据包的格式如表1所示。
[0052]
网络地址物理地址图像大小图像包数
[0053]表1图像数据包格式
[0054]本实施例中的网络存在两种地址类型，一种是全球唯一的64位的物理地址，另一种是由协调器或路由器分配的16位的短地址。其中，16位网络地址用于在本地网络中标识设备以及在网络中发送数据，当一个路由或终端节点加入网络的时候将由它的父节点给它分配16位网络地址。
[0055]示例性的，所述终端节点12中的图像数据包发送模块121接收到该图像数据包后，可以在该图像数据包中添加其自身的16位网络地址与64位物理地址的后8位，再发送至对应的路由器16。然后，依次经过协调器15及串口服务器14的转发后，被监控中心11中的图像数据包接收模块112接收。
[0056]监控中心11收到该图像数据包后，可以根据该数据包的格式，向指定的终端节点发出图像采集指令。该图像采集指令可采用下表所示的格式。
[0057]
图像采集命令网络地址物理地址[0058]表2图像采集指令格式
[0059]示例性的，所述监控中心可以采用发送函数SendData(uint8*buf, uintl6addr, uintSLeng)发送图像采集指令，该函数须指定16位网络地址并将图像采集指令发送到相应的终端节点。然而，16位网络地址是在组网时进行分配，不能保证组网之后，每次终端节点能够保持原先的16位网络地址。因此，在下发图像采集指令之前，所述监控中心11中的组合映射模块将终端节点物理地址的后N位作为该终端节点的身份标识ID，并与该终端节点的网络地址进行组合映射
[0060]基于上述方案，监控中心11可以定向向某一终端节点发送图像采集指令，即当监控中心11中的组合映射模块对终端节点的地址进行组合映射后，监控中心11则可通过对终端节点ID及16位网络地址进行分析，确定所指定的终端节点，进而下发图像采集指令。
[0061]所述图像采集指令经过串口服务器14与协调器15的转发后达到与所述终端节点相对应的路由器16中，由该路由器16将图像采集指令发送至所指定的终端节点12中，由所述终端节点12控制与其连接的采集终端13将每包图像进行采集，并将采集到的图像分包后以此经过路由器16、协调器15与串口服务器14后到达所述监控中心11。
[0062]所述监控中心11接收到分包图像后，按照分包图像的接收顺序存储在数组中；当存储完毕后，根据数组中的分包图像生成图像数据，并根据所述图像数据进行监控。示例性的，存储方法可采用SortedList类方法,其中，SortedList类在内部维护两个数组并以数组形式存储到列表中，这两个数组一个数组用于键，另一个数组用于相关联的值。SortedList的初始容量为O, SortedList的容量是SortedList列表可以保存的项目元素的数量。向SortedList中添加元素时,容量通过重新分配按需自动增加,SortedList中的数组能够按照接收的图像数据顺序存储，以保证图像数据包存储的准确性。
[0063]同时，当该采集终端13完成图像采集后，则进入低功耗状态，以提高采集图像效率以及延长矿用电池使用时间，为救援争取时间。
[0064]另外，本系统的采集终端13可采用低功耗摄像头，当监控中心11没有图像采集时便处于低功耗状态，该摄像头还可以配置能够满足5天左右供电时间的矿用电池供电，以便为救援争取时间。
[0065]本发明实施例通过基于无线通信的方式，在矿难发生时，将矿山事故现场图像以无线方式上传到地上监控中心，弥补现有技术中基于无线应急救援系统语音通话的缺陷以及矿难时可能导致信号中断的问题，提高了救援系统的可靠性及救援效率，减少矿难发生后的损失。
[0066]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功倉泛。
[0067]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高可靠性的矿用图像传输应急救援系统，其特征在于，该系统包括:监控中心、终端节点与图像采集终端； 所述监控中心，用于通过空口发送图像采集指令至指定的终端节点，并根据接收到的图像数据进行监控； 所述终端节点与所述采集终端连接，当所述终端节点接收到所述图像采集指令后控制所述采集终端进行图像的采集，并上传采集到的图像数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述监控中心包括:图像请求指令下发模块，用于向网络中的各个终端节点下发图像请求指令；图像数据包接收模块，用于接收所述终端节点发送图像数据包，其中，该图像数据包包括该终端节点网络地址与物理地址，以及与该终端节点相连的采集终端采集图像的大小及图像包数； 所述终端节点包括:图像数据包发送模块，用于接收到与其连接的采集终端发送的包含图像大小及图像包数的图像数据包后，在该图像数据包中添加其自身的网络地址与物理地址的后N位并向外发送。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该系统还包括:串口服务器、协调器与路由器； 所述串口服务器，用于将所述监控中心下发的图像采集指令转发至所述协调器，并将协调器发送的图像数据转发至所述监控中心；或者，将所述监控中心下发的图像请求指令转发至所述协调器，并将协调器发送的图像数据包转发至所述监控中心； 所述协调器，用于将所述串口服务器转发的图像采集指令发送至与所述指定的终端节点相对应的路由器，并将路由器发送的图像数据转发至所述串口服务器；或者，将所述串口服务器转发的图像请求指令以广播的形式发送至各个路由器，并将路由器发送的图像数据包转发至所述串口服务器； 所述路由器，用于将所述协调器转发的图像采集指令发送至对应的终端节点，并将所述终端节点发送的图像数据发送至所述协调器；或者，将所述协调器转发的图像请求指令发送至终端节点，并将所述终端节点发送的图像数据包发送至所述协调器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控中心还包括: 组合映射模块，用于将终端节点物理地址的后N位作为该终端节点的身份标识ID，并与该终端节点的网络地址进行组合映射。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控中心根据接收到的图像数据进行监控包括: 所述终端节点接收到所述监控中心发送的图像采集指令后，控制与其连接的采集终端进行图像采集，并将采集到的图像分包后发送至所述监控中心； 所述监控中心接收到分包图像后，按照分包图像的接收顺序存储在数组SortedList中；当存储完毕后，根据数组中的分包图像生成图像数据，并根据所述图像数据进行监控。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的系统，其特征在于，所述采集终端为低功耗终端，当完成图像采集任务后，则处于低功耗状态；且该采集终端的供电方式为采用矿用电池供电。
7.根据权利要求1、2、4或5所述的系统，其特征在于，该系统基于ZigBee协议进行数据的传输。
【文档编号】H04N7/18GK103533299SQ201310435438
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】刘旭, 张达, 吕潇, 金枫, 杨小聪, 余斌, 陆得盛, 张元生, 马玉涛 申请人:北京矿冶研究总院