[0001] 本发明属于矿下安全技术领域，涉及一种基于大数据的矿下安全报警系统装置及其报警方法。

[0002] 伴随着采矿工业的持续发展，受生产环境、技术装备、管理水平等诸多因素的限制，各种安全问题及事故不断涌现出来。严重威胁矿工的生命财产安全，煤矿事故发生的主要是由于矿井内粉尘浓度和空气温湿度的记录实时性差，在其临界点时没有及时的进行警报，如果能够及时的将矿井内的各类环境信息进行采集处理，以便于及时的进行警报，采用必要的处理措施，从而能够避免不必要的事故发用。

[0003] 传统的矿下安全监测系统只是采煤工作面以及通风巷道放置若干个氧气浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、甲烷浓度传感器等监测点，无法针对工作人员的运动路径和当前安全状态进行监测，仍存在较大的安全隐患，对煤矿生产这种高危作业，人们正在寻求一种提高采煤工作效率又能避免灾害事故。对此人们提出对煤矿进行严格管理，必要对煤矿作业进行实时监测。虽然井下也分布诸多的各式各样的传感器，但是对井下的生产活动还存在着大量的盲区。例如瓦斯突出，以及采煤工作人员工作环境情况监管不到。例如在发生重大灾害时，如何有效指导人员进行逃生自救问题等。以及在第一时间内进行有效的救援等。

[0004] 另外，传统传感器主要布设在重要采煤工作面、通风巷道、主要交通要道等。这往往不能反映当前作业人员的活动情况和安全状态。还有部分传统方式布设传感器主要分布煤壁上不能迅速监测突发状况。在发生突发灾害时，在没人员定位的情况下。这本身就会给搜救带来巨大的困难。在发生火灾、水灾，因为缺少正确有效的指导逃生方式，会造成二次伤害。传统的布设传感器已经安装，如果进行维修存在着不少的困难，一般很难进行二次利用。一般的还必须进行相应供电以保证其正常运行、其数据的输送与地面控制端的连接还必须布设相应的线路，增加其生产成本。

[0005] CN209640156U公开了一种矿用气体安全监测装置，包含安装角、减震支承座、弹性支臂、电池箱、蓄电池、声光报警器、防尘膜、监控盒、箱盖、状态指示灯、显示屏、粉尘传感器、易燃易爆气体浓度传感器、锁舌、磁力扣、氧气浓度传感器、无线信号发射器、内安装柱、单片机、漏电保护开关、定位器、温湿度传感器，减震支承座两端上下方均设置有弹性支臂。可以对矿内的粉尘、易燃易爆炸气体、氧气、温湿度信息进行实时的监测并可以将数据实时传递到地面上，方便进行不间断的远程监控，提高矿下生产的安全性，采用可快速更换的蓄电池供电，减少电火花的产生，拥有漏电保护装置，在发生漏电时及时断电，安全性高。

[0006] CN108005726A公开了一种矿山安全生产管理系统，包括电网和控制器，所述电网的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器分别双相连接有信号收发基站和远程终端，所述信号收发基站的输入端分别连接有A/D转换器和数据传输模块，所述A/D转换器的输入端分别连接有烟雾传感器和影像采集装置，所述数据传输模块的输入端连接有震动检测系统，所述控制器的输出端连接有报警提示装置。

[0007] 传统的矿下安全报警系统装置不能够及时有效的进行信息的传输，且信息经过多重中折点的处理，影响处理效率，并且不能够对人像进行采集处理，不利于及时监控反应外界人员进入矿井内，而且不便于进行明显有效的报警工作，同时不能够进行广播，实用性低。

[0064] 需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0065] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

[0066] 在一个具体实施方式中，本发明提供了一种基于大数据的矿下安全报警系统装置，所述的矿下安全报警系统装置如图1所示，包括布置于矿井内的人像采集模块、环境监测模块和报警模块，所述的人像采集模块和环境监测模块分别独立地无线连接控制中心，并与控制中心进行数据传输；所述的人像采集模块用于采集矿井内作业人员的图像信息并将图像信息传输至控制中心，所述的环境监测模块用于采集环境中的粉尘浓度、气体浓度、温度数据、压力数据和湿度数据，并将采集到的环境数据传输至控制中心；所述的控制中心反馈控制所述的报警模块，所述的控制中心接收到环境数据后进行超限判断，根据判断结果控制报警模块；所述的矿下安全报警系统装置还包括手持式移动终端，作业人员随身配备所述的手持式移动终端，通过所述的手持式移动终端与控制中心进行数据交互。

[0067] 所述的人像采集模块包括摄像头和图像控制器，所述的摄像头内置人体追踪系统和人像识别系统，所述的摄像头与图像控制器电性连接。所述的人体追踪系统包括雷达传感器，所述的雷达传感器用于对矿井环境进行扫描并检测，当检测到移动物体经过时，向图像控制器发送控制信号，图像控制器根据雷达传感器发送的控制信号控制摄像头的移动路径。所述的人体追踪系统还包括照明设备，所述的照明设备与图像控制器电性连接，所述的图像控制器接收到雷达传感器发送的控制信号后控制照明设备开启；

[0068] 所述的人像识别系统包括人像采集模块、人像建模模块、数据分析模块、身份查找模块和人像数据库，所述的人像采集模块用于对摄像头传输的视频图像进行拍照并扫描人像；所述的人像建模模块根据人像建模，所述的数据分析模块用于对人像模型进行数据测量并采集人像数据，所述的身份查找模块根据人像数据在人像数据库中进行查找，确定图像人员的身份信息。所述的人像采集模块还包括图像信号发射器，所述的图像信号发射器通过局域网与控制中心进行图像数据传输。

[0069] 环境监测模块包括分布于矿井内的至少一个环境监测点，每一个环境监测点均包括粉尘浓度传感器、气体浓度传感模组、温度传感器、压力传感器和温度传感器。所述的气体浓度传感模组包括甲烷浓度传感器、CO浓度传感器、CO2浓度传感器和氧气浓度传感器。环境监测模块还包括环境信号发射器，所述的环境信号发射器通过局域网与控制中心进行环境数据传输。

[0070] 所述的报警模块包括声音报警器、灯光报警器和播音设备；报警模块还包括报警控制器，所述的报警控制器通过局域网与控制中心反馈连接，所述的控制中心根据环境监测模块发送的环境数据进行超限判断，根据判断结果控制报警模块开启。灯光报警器分为红色LED报警灯、黄色LED报警灯和蓝色LED 报警灯，控制中心根据环境数据中各气体浓度的大小控制不同颜色的报警灯闪烁。声音报警器为电压式蜂鸣器。

[0071] 手持式移动终端包括壳体，壳体内设置有电路板，所述的电路板上集成设置有ARM处理器、多参数采集模块、超限报警模块、人员定位模块和视频通信模块，所述的ARM处理器用于信息采集、逻辑控制和数据上传，所述的多参数采集模块用于采集作业人员当前位置处的环境数据，所述的超限报警模块与多参数采集模块联动，所述的超限报警模块根据多参数采集模块采集到的环境数据进行超限报警指示，所述的人员定位模块用于定位作业人员在矿井内的位置，所述的视频通信模块与控制中心实现视频数据交互；

[0072] 壳体上嵌入显示屏和操作面板，所述的显示屏和操作面板分别电性连接所述的ARM处理器，所述的ARM处理器将多参数采集模块和人员定位模块传输的环境数据和定位数据发送至显示屏上，供作业人员查看；

[0073] 多参数采集模块包括集成布置的甲烷浓度检测件、CO浓度检测件、CO2浓度检测件和氧气浓度检测件，所述的多参数采集模块用于采集作业人员当前位置的甲烷浓度、CO浓度、CO2浓度和氧气浓度，并将环境数据发送至ARM处理器。多参数采集模块通过CAN总线与ARM处理器连接，所述的多参数采集模块将采集到的当前位置处的环境数据传输至ARM处理器。

[0074] 人员定位模块包括GPS、信号转换器和GPS无线传输器，所述的GPS用于接收卫星定位信号，所述的信号转换器将卫星定位信号转换为电信号后通过GPS无线传输器发送至控制中心；ARM处理器与信号转换器电性连接，所述的信号转换器将接收到的卫星定位信号转换为电信号后发送至ARM处理器；

[0075] 超限报警模块与ARM处理器反馈连接，所述的ARM处理器接收到多参数采集模块发送的环境数据后，与ARM处理器内预设的环境数据上限进行逻辑判断，根据判断结果向超限报警模块发出控制指令；

[0076] 电路板上还集成有移动端信号发射器，所述的移动端信号发射器与ARM处理器电性连接，所述的移动端信号发射器与控制中心通过局域网进行数据交互。

[0077] 控制中心包括双向互联的信号收发基站和远程终端，所述的信号收发基站与远程终端实现数据交互和人机操控。信号收发基站分别与图像信号发射器、环境信号发射器、报警控制器和移动端信号发射器通过局域网实现无线连接。远程终端包括显示器、操作面板和CPU，所述的信号收发基站将接收到的图像数据、环境数据和作业人员移动端数据显示在显示器上。控制中心还包括云端服务器，所述的环境监测模块通过信号收发基站与云端服务器进行数据传输，所述的云端服务器用于存储并统计矿下各个环境监测点采集到的环境数据。

[0078] 在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种采用第一方面所述的矿下安全报警系统装置的报警方法，所述的报警方法包括：

[0079] 作业人员随身携带手持式移动终端进入矿下作业，作业人员通过手持式移动终端与控制中心进行数据交互，人像采集模块和环境监测模块启动，人像采集模块采集矿井内作业人员的图像信息并将图像信息传输至控制中心，控制中心接收到环境数据后进行超限判断，根据判断结果控制报警模块，环境监测模块用于采集环境中的粉尘浓度、气体浓度、温度数据、压力数据和湿度数据，并将采集到的环境数据传输至控制中心。

[0080] 其中，所述的人像采集模块的工作过程包括：

[0081] (Ⅰ)雷达传感器扫描矿井环境，当检测到移动物体经过时，向图像控制器发送控制信号，图像控制器接收到控制信号后，同时向摄像头和照明设备发出控制指令，控制摄像头的移动路径对移动物体进行追踪并开启照明设备；

[0082] (Ⅱ)当人像采集模块检测到摄像头内出现人像时，对摄像头传输的视频图像进行拍照并扫描人像，人像建模模块根据人像进行建模并将人像模型传数据传送至数据分析模块，数据分析模块对人像模型进行数据测量并采集人像数据，身份查找模块根据人像数据在人像数据库中进行查找，确定图像人员的身份信息。

[0083] 所述的环境监测模块通过控制中心与报警模块之间形成控制反馈，所述的控制反馈过程包括：

[0084] 每一个环境监测点的气体浓度传感模组对当前点位的甲烷浓度、CO浓度、 CO2浓度和氧气浓度进行实时监测，当检测到甲烷、CO或CO2中的至少一种气体浓度超过警报上限，或检测到氧气浓度低于警报下限，向控制中心发出控制信号，控制中心控制声音报警器、灯光报警器和播音设备同时开启，声音报警器发出警报蜂鸣，控制中心根据环境数据中各气体浓度的大小控制不同颜色的报警灯闪烁，通过播音设备播放撤离指令并指引安全撤离路线。

[0085] 手持式移动终端的使用方法包括：

[0086] (1)多参数采集模块对作业人员当前位置处的甲烷浓度、CO浓度、CO2浓度和氧气浓度进行实时检测，当检测到甲烷、CO或CO2中的至少一种气体浓度超过警报上限，或检测到氧气浓度低于警报下限，触发超限报警模块，发出警报信号，提示作业人员及时撤离；

[0087] (2)作业人员在矿下作业过程中，通过人员定位模块对作业人员进行定位，并将定位信息同时发送至控制中心和手持式移动终端的显示屏上；

[0088] (3)作业人员根据自身需求通过视频通信模块与控制中心进行视频通话，汇报工作进度和安全状况。

[0089] 申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。