[0001] 本申请涉及矿山救援领域，尤其涉及矿山钻孔救援用的生命探测系统及方法。

[0002] 近年来，随着浅表矿产资源的被开采消耗，大批矿井进入深部开采阶段，一旦发生事故，救援难度极大。传统的救援办法需要救援人员下井，顺着巷道搜寻被困人员，但现实情况往往因顶板冒落堵塞巷道、透水及井筒破坏等情况，使得救援人员无法从矿井正常通道进入。这时，通过地面垂直钻孔进行救生的方式成为必然选择。即在井下被困人员所处位置附近先打小口径孔，在与被困人员取得联系后第一时间开钻大口径孔，救援人员沿着孔下去救人。根据世界各国对矿井事故的调查分析来看，在爆炸、塌陷等事故发生瞬间受到伤害和死亡的矿工只占伤亡总人数的一小部分，大多数被困矿工是因为无法及时逃离有毒有害气体现场，中毒窒息死亡或者长时间不进食进水导致死亡。因此必须在钻孔救援的黄金时间里快速、准确探测被困人员位置并获取井下的情况信息，为开展救援做好准备。

[0003] 当前的生命探测设备例如摄像设备,探测的范围非常有限并且只有在被困人员进入摄像机镜头或传感器的视野后才能报警，基于音频的探测设备大大受限于距离、障碍物以及被困人员是否还强壮和清醒到能够发出声音。利用矿山垂直钻孔进行生命探测时，可能出现井下巷道损毁或者由于钻孔点地质条件偏软造成钻头偏移引起局部塌方，导致基于视频、音频等常规的生命探测手段失效或出现测量误差，降低了生命信息探测的成功率和准确性，使得救援效率较低。

[0079] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

[0080] 本申请提出的一种矿山钻孔救援用的生命探测系统及方法，其中所述系统包括：地面终端和多功能生命探测装置，所述地面终端与所述多功能生命探测装置通过无线传输或网络传输的方式进行通讯连接；所述地面终端包括：中央处理器和交互模块；所述中央处理器，用于向所述多功能生命探测装置发送控制指令；所述多功能生命探测装置包括：控制器、视频/红外图像探测模块、音频探测模块和雷达探测模块；所述控制器，用于接收控制指令，并基于控制指令控制所述视频/红外图像探测模块、和/或音频探测模块、和/或雷达探测模块。本申请提出的技术方案，能够适用于钻孔救援的各种情况，提高生命信息探测的成功率和准确性，同时全自动的探测流程提高了救援效率。

[0081] 下面参考附图描述本申请实施例的矿山钻孔救援用的生命探测系统及方法。

[0082] 实施例一

[0083] 图1为根据本申请一个实施例提供的一种矿山钻孔救援用的生命探测系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：地面终端1和多功能生命探测装置2，所述地面终端1与所述多功能生命探测装置2通过无线传输或网络传输的方式进行通讯连接；

[0084] 需要说明的是，通讯距离在小于等于300m时，利用无线传输的方式进行通讯连接；通讯距离大于300m且小于等于6KM时，利用网络传输的方式进行通讯连接。

[0085] 所述地面终端1包括：中央处理器1‑1和交互模块1‑2；所述中央处理器1‑1，用于向所述多功能生命探测装置2发送控制指令；

[0086] 所述中央处理器1‑1，还用于接收所述多功能生命探测装置2发送的探测信息，并基于所述探测信息生成控制指令；

[0087] 在本公开实施例中，所述探测信息包括：环境参数、被困人员的状态信息、位置信息、探测区域的视频图像/红外图像、音频数据。

[0088] 所述交互模块1‑2，用于接收工作人员输入的控制指令、显示探测结果及探测信息；

[0089] 所述多功能生命探测装置2包括：控制器2‑1、视频/红外图像探测模块2‑2、音频探测模块2‑3和雷达探测模块2‑4；

[0090] 所述控制器2‑1，用于接收控制指令，并基于控制指令控制所述视频/红外图像探测模块2‑2、和/或音频探测模块2‑3、和/或雷达探测模块2‑4；

[0091] 所述视频/红外图像探测模块2‑2，用于采集探测区域的视频图像/红外图像；

[0092] 所述音频探测模块2‑3，用于采集探测区域的音频数据；

[0093] 所述雷达探测模块2‑4，用于采集探测区域的雷达回波数据，并基于所述雷达回波数据确定被困人员的位置信息及状态信息；

[0094] 其中，所述雷达探测模块2‑4包括：分布式雷达装置2‑4‑1，如图2所示；

[0095] 所述分布式雷达装置2‑4‑1包括：第一单发双收雷达2‑4‑1‑1，第二单发双收雷达2‑4‑1‑2和第三单发双收雷达2‑4‑1‑3，三个所述单发双收雷达以120°布设的形式进行设置。

[0096] 需要说明的是，本发明利用雷达探测模块的主动式探测和视频/红外图像探测模块及音频探测模块的被动式探测结合，成功率和精度都有所提高。

[0097] 在本公开实施例中，所述交互模块1‑2，还用于工作人员与被困人员进行视听联系。

[0098] 在本公开实施例中，所述系统还包括：可伸缩旋转装置2‑5，如图5所示；

[0099] 如图3及图4所示，所述可伸缩旋转装置2‑5包括：可伸缩旋转机构一2‑5‑1、可伸缩旋转机构二2‑5‑2、旋转机构三2‑5‑3和底座2‑5‑4；

[0100] 所述可伸缩旋转机构二2‑5‑2与所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1连接；

[0101] 所述第一单发双收雷达2‑4‑1‑1，第二单发双收雷达2‑4‑1‑2均与所述可伸缩旋转机构二2‑5‑2连接；

[0102] 所述第三单发双收雷达2‑4‑1‑3通过所述旋转机构三2‑5‑3与所述可伸缩旋转机构二2‑5‑2连接；

[0103] 所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1与所述底座2‑5‑4连接；

[0104] 所述第一单发双收雷达2‑4‑1‑1、第二单发双收雷达2‑4‑1‑2和第三单发双收雷达2‑4‑1‑3上均设置有握把2‑4‑1‑8，所述握把2‑4‑1‑8，用于挂牵引绳；

[0105] 所述控制器2‑1设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1的顶端。

[0106] 需要说明的，如图4所示，所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1、可伸缩旋转机构二2‑5‑2、旋转机构三2‑5‑3上均设置有长度止挡器2‑5‑5、长度传感器2‑5‑6、旋转止挡器2‑5‑7和角度传感器2‑5‑8；

[0107] 所述长度止挡器2‑5‑5，用于调节伸缩长度；

[0108] 所述长度传感器2‑5‑6，用于反馈伸缩长度；

[0109] 所述旋转止挡器2‑5‑7，用于固定旋转挡位；

[0110] 所述角度传感器2‑5‑8，用于反馈旋转角度；

[0111] 所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1为转盘结构形式的、或旋转套筒结构形式的、或齿轮结构形式的、或旋转关节结构形式的；

[0112] 所述可伸缩旋转机构二2‑5‑2为转盘结构形式的、或旋转套筒结构形式的、或齿轮结构形式的、或旋转关节结构形式的；

[0113] 所述旋转机构三2‑5‑3为转盘结构形式的、或旋转套筒结构形式的、或齿轮结构形式的、或旋转关节结构形式的。

[0114] 在本公开实施例中，如图5所示，所述地面终端1还包括：收放线装置1‑3、存储模块1‑4和第一电源模块1‑5；

[0115] 所述收放线装置1‑3，用于牵引绳的收放；

[0116] 所述存储模块1‑4，用于存储探测结果、探测信息及控制指令；

[0117] 所述第一电源模块1‑5，用于向地面终端中的各设备供电。

[0118] 需要说明的是，在探测开始前，将牵引绳拴在握把2‑4‑1‑8上，并通过所述收放线装置1‑3进行放线，在探测结束后利用所述收放线装置1‑3进行收线。

[0119] 在本公开实施例中，如图5所示，所述多功能生命探测装置2还包括：环境参数探测模块2‑6；

[0120] 所述环境参数探测模块2‑6，用于探测区域的环境参数，并将所述环境参数发送到所述控制器2‑1；

[0121] 其中，所述环境参数探测模块2‑6包括：环境多参数探测器2‑6‑1，如图3所示；

[0122] 所述环境参数包括：温度、压力、CO浓度和CH4浓度。

[0123] 在本公开实施例中，如图5所示，所述多功能生命探测装置2还包括：照明模块2‑7、第二电源模块2‑8；

[0124] 所述照明模块2‑7，用于探测区域的照明；

[0125] 所述第二电源模块2‑8，用于向多功能生命探测装置2中的各设备供电。

[0126] 进一步的，所述视频/红外图像探测模块2‑2包括：视频摄像机2‑2‑1和红外摄像机2‑2‑2，如图3所示；

[0127] 所述视频摄像机2‑2‑1及所述红外摄像机2‑2‑2均设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1上；

[0128] 所述照明模块2‑7包括：照明灯2‑7‑1；

[0129] 所述照明灯2‑7‑1设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1上；

[0130] 示例的，所述照明灯2‑7‑1可以设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1上且位于所述视频摄像机2‑2‑1及所述红外摄像机2‑2‑2的上侧；

[0131] 所述音频探测模块2‑3包括：扬声器2‑3‑1和拾音器2‑3‑2；

[0132] 所述扬声器2‑3‑1和所述拾音器2‑3‑2均设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1上；

[0133] 示例的，所述扬声器2‑3‑1和所述拾音器2‑3‑2均设置在所述可伸缩旋转机构一2‑5‑1的下侧；

[0134] 所述音频探测模块2‑3，还用于播放音频，例如在检测到有被困人员时播放：“等待救援”等。

[0135] 在本公开实施例中，如图6所示，所述地面终端1还包括：接口模块2‑9，所述接口模块2‑9与所述控制器2‑1连接。

[0136] 需要说明的是，所述接口模块2‑9可以与在探测过程中需要增加的其他探测模块连接，也可以与煤矿应急救援平台兼容；例如增加湿度探测模块、有毒有害气体探测模块等利于救援的各种探测模块。示例的，当需要进行矿山井下钻孔救援时：

[0137] 1).工作人员在地面终端1的交互模块1‑2基输入控制指令,通过中央处理器1‑1将所述控制指令发送到所述控制器2‑1，控制器2‑1根据所述控制指令启动照明模块2‑7、视频/红外图像探测模块2‑2，驱动可伸缩旋转机构一2‑5‑1匀速旋转，获取探测区域四周的高清视频图像/红外图像，然后将所述视频图像/红外图像通过控制器2‑1上传至所述中央处理器1‑2；

[0138] 2).中央处理器1‑2基于所述视频图像/红外图像，并基于深度学习的图像识别技术，判断探测区域中是否有被困人员；

[0139] 若所述探测区域中有被困人员，则中央处理器1‑2基于所述视频图像/红外图像确定被困人员的状态信息，并结合可伸缩旋转机构一的旋转角度确定被困人员的位置信息，然后将所述状态信息和位置信息发送到交互模块进行显示，同时执行第一预设方案；

[0140] 其中，所述第一预设方案包括：启动音频探测模块2‑3与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块2‑6，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器1‑1，并在交互模块1‑2上显示。若所述探测区域中无被困人员，进入步骤3)；

[0141] 3).中央处理器1‑2基于所述视频图像/红外图像分别确定第一单发双收雷达2‑4‑1‑1，第二单发双收雷达2‑4‑1‑2和第三单发双收雷达2‑4‑1‑3距煤岩壁的距离信息，将所述距离信息发送到控制器2‑1，中央处理器1‑2并发送关闭视频/红外图像探测模块2‑2的控制指令，启动音频探测模块2‑3并驱动可伸缩旋转机构一2‑5‑1匀速旋转的控制指令，执行控制指令，利用所述音频探测模块2‑3获取探测区域周围的音频数据通过控制器2‑1上传至中央处理器1‑1；

[0142] 4).中央处理器1‑1基于所述音频数据，并利用音频信号处理技术判别探测区域中是否有被困人员；

[0143] 5).若所述探测区域中有被困人员，则中央处理器1‑1基于所述音频数据确定被困人员的状态信息，并结合可伸缩旋转机构一2‑5‑1的旋转角度确定被困人员的位置信息，然后将所述状态信息和位置信息发送到所述交互模块1‑2进行显示，同时执行第二预设方案；

[0144] 其中，所述第二预设方案包括：启动视频/红外图像探测模块2‑2与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块2‑6，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器1‑1，并在交互模块1‑2上显示。

[0145] 6).若所述探测区域中无被困人员，则进入步骤7)；

[0146] 7).中央处理器1‑1向控制器2‑1发送关闭音频探测模块2‑3的控制指令，然后根据第一单发双收雷达2‑4‑1‑1、第二单发双收雷达2‑4‑1‑2、第三单发双收雷达2‑4‑1‑3距煤岩壁的距离信息，调节可伸缩旋转机构二2‑5‑2，使得第一单发双收雷达2‑4‑1‑1、第二单发双收雷达2‑4‑1‑2、第三单发双收雷达2‑4‑1‑3均贴紧煤岩壁，向控制器2‑1发送启动雷达探测模块2‑4的控制指令，执行控制指令，利用雷达探测模块2‑4进行探测得到第一雷达回波数据，在第一单发双收雷达2‑4‑1‑1、第二单发双收雷达2‑4‑1‑2、第三单发双收雷达2‑4‑1‑3的主机中分别处理对应的第一雷达回波数据，并利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，判断探测区域中是否有被困人员；

[0147] 8).若所述探测区域中有被困人员，则中央处理器1‑1向所述控制器2‑1发送可伸缩旋转机构二2‑5‑2发出绕轴旋转90°、关闭未探测到人体目标的单发双收雷达的控制令，执行控制指令，进行探测，得到第二雷达回波数据；基于所述第一雷达回波数据和第二雷达回波数据，利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，确定被困人员目标的精确位置，将所述被困人员的精确位置传输至所述中央处理器1‑1,并在交互模块1‑2上显示，同时执行第三预设方案；

[0148] 其中，所述第三预设方案包括：关闭雷达探测模块2‑3，启动视频/红外图像探测模块2‑2、音频探测模块2‑3与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块2‑6，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器1‑1，并在交互模块1‑2上显示。

[0149] 9).若未识别到被困人员，进入步骤10)；

[0150] 10).中央处理器1‑1通过控制器2‑1向旋转机构三2‑5‑3发出返回初始状态后在竖直方向上旋转90°的控制指令，及调整可伸缩旋转机构一2‑5‑1的长度使得第三单发双收雷达2‑4‑1‑3的探测面贴住钻孔底部的控制指令，执行控制指令，开启第三单发双收雷达2‑4‑1‑3，开始探测，得到第三雷达回波数据，在第三单发双收雷达2‑4‑1‑3的主机中处理雷达回波数据，利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，判断是否有被困人员目标；

[0151] 11).若有被困人员，则中央处理器1‑1通过控制器2‑1向可旋转机构三2‑5‑3发出绕轴旋转90°的指令，执行控制指令，开始探测得到第四雷达回波数据，在第三单发双收雷达2‑4‑1‑3的主机中基于第三雷达回波数据及第四雷达回波数据，并利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，确定被困人员目标的精确位置，将所述被困人员的位置传输至所述中央处理器1‑1，并在交互模,1‑2上显示，同时执行第三预设方案；

[0152] 12).若未识别到被困人员，进入步骤13)；

[0153] 13).中央处理器1‑1向控制器2‑1发送关闭雷达探测模块2‑4及照明模块2‑7的控制指令，执行所述控制指令，结束探测流程，并将探测失败的结果上传至中央处理器1‑1，并在交互模,1‑2显示。

[0154] 需要说明的是，探测过程中的探测结果、探测信息及控制指令均存储在所述存储模块1‑4中。

[0155] 需要说明的是，所述生命探测系统中，可以单独控制视频/红外图像探测模块2‑2、音频探测模块2‑3、雷达探测模块2‑4中的一种探测模块或多种探测模块，来进行生命探测。

[0156] 综上所述，本实施例提出的一种矿山钻孔救援用的生命探测系统，能够适用于钻孔救援的各种情况，提高生命信息探测的成功率和准确性，同时全自动的探测流程提高了救援效率。

[0157] 基于上述提供的一种矿山钻孔救援用的生命探测系统，本发明还提了一种矿山钻孔救援用的生命探测方法，所述方法包括：

[0158] 步骤1：基于工作人员输入的控制指令启动照明模块、视频/红外图像探测模块，驱动可伸缩旋转机构一匀速旋转，获取探测区域四周的高清视频图像/红外图像，然后将所述视频图像/红外图像通过控制器上传至所述中央处理器；

[0159] 中央处理器基于所述视频图像/红外图像，并基于深度学习的图像识别技术，判断探测区域中是否有被困人员；

[0160] 若所述探测区域中有被困人员，则基于所述视频图像/红外图像确定被困人员的状态信息，并结合可伸缩旋转机构一的旋转角度确定被困人员的位置信息，然后将所述状态信息和位置信息发送到交互模块进行显示，同时执行第一预设方案；

[0161] 若所述探测区域中无被困人员，进入步骤2；

[0162] 步骤2：基于所述视频图像/红外图像分别确定第一单发双收雷达，第二单发双收雷达和第三单发双收雷达距煤岩壁的距离信息，将所述距离信息发送到控制器，关闭视频/红外图像探测模块，启动音频探测模块并驱动可伸缩旋转机构一匀速旋转，获取探测区域周围的音频数据通过控制器上传至中央处理器；

[0163] 中央处理器基于所述音频数据，并利用音频信号处理技术判别探测区域中是否有被困人员；

[0164] 若所述探测区域中有被困人员，则基于所述音频数据确定被困人员的状态信息，并结合可伸缩旋转机构一的旋转角度确定被困人员的位置信息，然后将所述状态信息和位置信息发送到所述交互模块进行显示，同时执行第二预设方案；

[0165] 若所述探测区域中无被困人员，则进入步骤3；

[0166] 步骤3：中央处理器通过无线通信模块/网络传输模块向控制器发送关闭音频探测模块的控制指令，然后根据第一单发双收雷达，第二单发双收雷达和第三单发双收雷达距煤岩壁的距离信息，调节可伸缩旋转机构二，使得第一单发双收雷达，第二单发双收雷达和第三单发双收雷达均贴紧煤岩壁，启动雷达探测模块进行探测得到第一雷达回波数据，在第一单发双收雷达，第二单发双收雷达和第三单发双收雷达的主机中分别处理对应的第一雷达回波数据，并利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，判断探测区域中是否有被困人员；

[0167] 若所述探测区域中有被困人员，则通过所述控制器向可伸缩旋转机构二发出绕轴旋转90°的指令，并关闭未探测到人体目标的单发双收雷达，然后进行探测，得到第二雷达回波数据，基于所述第一雷达回波数据和第二雷达回波数据，利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，确定被困人员目标的精确位置，将所述被困人员的精确位置传输至所述中央处理器并在交互模块上显示，同时执行第三预设方案；

[0168] 若未识别到被困人员，进入步骤4；

[0169] 步骤4：通过控制器向旋转机构三发出返回初始状态的指令，然后在竖直方向上旋转90°，并调整可伸缩旋转机构一的长度使得第三单发双收雷达的探测面贴住钻孔底部，开启第三单发双收雷达，开始探测，得到第三雷达回波数据，在第三单发双收雷达的主机中处理雷达回波数据，利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，判断是否有被困人员目标；

[0170] 若有被困人员，则通过控制器向可旋转机构三发出绕轴旋转90°的指令，开始探测，得到第四雷达回波数据，在第三单发双收雷达的主机中基于第三雷达回波数据及第四雷达回波数据，并利用基于超宽带雷达的生命信息识别与定位技术，确定被困人员目标的精确位置，将所述被困人员的位置传输至所述中央处理器并在交互模块上显示，同时执行第三预设方案；

[0171] 若未识别到被困人员，进入步骤5；

[0172] 步骤5：由控制器关闭照明模块、雷达探测模块，结束探测流程，并将探测失败的结果上传至地面终端的中央处理器并在交互模块显示。

[0173] 在本公开实施例中，所述第一预设方案包括：启动音频探测模块与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器，并在交互模块上显示；

[0174] 所述第二预设方案包括：启动视频/红外图像探测模块与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器，并在交互模块上显示；

[0175] 所述第三预设方案包括：启动视频/红外图像探测模块、音频探测模块与所述被困人员建立视听联系，并启动环境参数探测模块，采集探测区域中的温度、压力、CO浓度、CH4浓度信息上传至所述中央处理器，并在交互模块上显示。

[0176] 需要说明的是，探测过程中的探测结果、探测信息及控制指令均存储在所述存储模块中。

[0177] 在本公开实施例中，所述方法还包括：

[0178] 基于工作人员输入的控制指令启动照明模块、和/或视频/红外图像探测模块、和/或音频探测模块、和/或雷达探测模块；

[0179] 所述照明模块、和/或视频/红外图像探测模块、和/或音频探测模块、和/或雷达探测模块执行所述控制指令进行生命探测。

[0180] 需要说明的是，所述生命探测系统中，可以单独控制视频/红外图像探测模块、音频探测模块、雷达探测模块中的一种探测模块或多种探测模块，来进行生命探测。

[0181] 综上所述，本实施例提出的一种矿山钻孔救援用的生命探测方法，能够适用于钻孔救援的各种情况，提高生命信息探测的成功率和准确性，同时全自动的探测流程提高了救援效率。

[0182] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0183] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

[0184] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。