基于5G的矿井人员跌倒预警方法与流程

基于5g的矿井人员跌倒预警方法
技术领域
1.本发明涉及5g通信技术领域，尤其涉及一种基于5g的矿井人员跌倒预警方法。


背景技术：

2.煤矿井下工作环境光线昏暗、巷道复杂，井下工人在作业时易出现意外跌倒的情况。一旦出现矿工跌倒无法自救的情况，如何及时将人员跌倒的时间、地点、人员信息传送出来，使其得到及时的救助对于减少人员伤亡具有重要作用。当前矿井使用的人员定位系统可实现对人员的定位，但对于人员跌倒状态的识别、信息的实时传输方面仍存在不足。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的人员定位系统无法识别出矿井人员是否跌倒的技术问题。本发明提供一种基于5g的矿井人员跌倒预警方法，能够及时判断出矿井人员的跌倒状态并进行救援，减少意外伤亡。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于5g的矿井人员跌倒预警方法，其特征在于，采用5g基站、监控设备及地面服务器，所述监控设备与所述5g基站连接，所述5g基站与所述地面服务器连接。所述方法包括以下步骤：步骤s1：所述监控设备监控矿井人员的实时姿态，并将监控结果通过所述5g基站传输给所述地面服务器；步骤s2：所述地面服务器通过分析所述监控结果判断所述矿井人员是否跌倒；若判断结果为是，则启动跌倒报警功能，通知工作人员进行救援；若判断结果为否，则继续监控。
5.进一步地，所述监控设备为多个5g高清摄像头。
6.进一步地，所述监控设备为智能矿灯或人员定位卡。
7.进一步地，所述多个5g高清摄像头安装于矿井内的多个目标位置，多个所述5g高清摄像头实时拍摄矿井人员的动态并将拍摄到的高清视频通过5g基站实时发送给所述地面服务器；所述地面服务器利用智能ai分析技术分析出所述高清视频中的矿井人员状态和运动形态，再通过所述矿井人员状态和运动形态判断该矿井人员是否跌倒。
8.进一步地，所述监控设备内设有5g通信模组、定位模组及三轴加速度计，所述5g通信模组与5g基站通信连接，所述定位模组与所述5g通信模组连接，所述三轴加速度计与所述5g通信模组连接。
9.进一步地，利用所述三轴加速度计监测所述矿井人员的姿态变化，所述三轴加速度计将监测到的加速度数据通过所述5g通信模组发送给5g基站，所述5g基站再将所述加速度数据发送给地面服务器；所述地面服务器根据所述加速度数据的变化判断矿井人员是否跌倒。
10.进一步地，根据所述加速度数据的变化判断矿井人员是否跌倒具体包括：
11.计算当前时刻的加速度数据与上一时刻的加速度的变化值δg，
12.若所述变化值δg小于第一阈值，则认为矿井人员为正常作业状态；
13.若所述变化值δg大于第一阈值，且在当前时刻之后加速度数据为零的时间大于
第二阈值，则认为矿井人员处于跌倒状态。
14.进一步地，所述第一阈值为0.7g，所述第二阈值为15s。
15.进一步地，当判断矿井人员为跌倒状态时，所述地面服务器获取拍摄该矿井人员的5g高清摄像头的安装位置及拍摄时间，并识别出该矿井人员的身份信息；所述地面服务器将安装位置、拍摄时间及身份信息发送给终端设备并触发声光报警，提示工作人员及时对跌倒的矿井人员进行救援。
16.进一步地，当判断矿井人员为跌倒状态时，所述地面服务器通过所述定位模组将位置信息、跌倒时间及身份信息发送给终端设备并触发声光报警，提示工作人员及时对跌倒的矿井人员进行救援。
17.本发明的有益效果如下：
18.本发明的基于5g的矿井人员跌倒预警方法，通过5g高清摄像头、智能矿灯或者人员定位卡可以对矿井人员进行跌倒状态监测，然后将监测信息通过5g通信网络快速地传达给地面服务器，为实施救援留出充足的时间。当判断矿井人员为跌倒状态时，地面服务器可以获取该跌倒人员所在的位置、跌倒时间及身份信息，并将这些信息发送给工作人员携带的终端设备并发出声光报警，工作人员可以及时接收到得到人员的相关信息，及时、准确地实时救援，尽可能减少伤亡。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
20.图1是本发明的基于5g的矿井人员跌倒预警方法采用的设备的结构示意图。
21.图2是本发明的基于5g的矿井人员跌倒预警方法的流程图。
22.图3是本发明的一实施例的工作流程图。
23.图4是本发明的另一实施例的工作流程图。
具体实施方式
24.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.如图1所示，一种基于5g的矿井人员跌倒预警方法，采用5g基站1、监控设备2及地面服务器3，监控设备2与5g基站1连接，5g基站1与地面服务器3连接。在矿井下的不同位置均布置了5g基站1，从而构建矿井5g通信网络，提高信息传输的效率。
28.如图2所示，本方法包括以下步骤：
29.步骤s1：监控设备2监控矿井人员的实时姿态，并将监控结果通过5g基站1传输给地面服务器3；步骤s2：地面服务器3通过分析监控结果判断矿井人员是否跌倒；若判断结果为是，则启动跌倒报警功能，通知工作人员进行救援；若判断结果为否，则继续监控。
30.实施例一
31.如图3所示，在本实施例中，监控设备3为多个5g高清摄像头，分别安装在矿井下关键的位置，例如皮带机头、掘进面等，这些容易发生跌倒的位置。每个5g高清摄像头的安装位置均有其各自的位置信息，例如是在矿井的gis地图上有各自的坐标信息，方便查找。
32.在本实施例中，5g高清摄像头可以实时拍摄矿井内的画面，包括矿井人员的动态，5g高清摄像头可以将拍摄的高清视频通过5g基站1实时地传递给地面服务器3。地面服务器3可以通过智能ai分析技术分析出高清视频中的矿井人员的状态例如是站立或者匍匐等及运动形态例如是静止、走动或者向地面倾倒等，从而判断出该矿井人员是否为跌倒状态。若判断结果为是，则启动跌倒报警功能，地面服务器3获取拍摄该矿井人员的5g高清摄像头的安装位置及拍摄时间，并识别出该矿井人员的身份信息；并将这些信息发送给终端设备并触发声光报警，提示工作人员及时对跌倒的矿井人员进行救援；若判断结果为否，则继续监控。
33.实施例二
34.如图4所示，在本实施例中，监控设备2为智能矿灯或人员定位卡，智能矿灯或人员定位卡均为矿井人员随身携带。智能矿灯或者人员定位卡中设有5g通信模组11、定位模组12及三轴加速度计13，5g通信模组11与5g基站1通信连接，定位模组12与5g通信模组11连接，三轴加速度计13与5g通信模组11连接。5g通信模组11与5g基站1之间能够进行5g频段的通信，提高信息传输速率，为救援争取更多的时间。
35.在本实施例中，定位模组12为基于dw1000设计的kj69j-k型号，每个定位模组12具有唯一的人员编码，该人员编码在定位系统中与相关人员绑定，也就是说，一个人员编码就对应一个矿井人员。由于井下没有gps信号，在矿井下主要是通过在井下巷道中安装的定位基站接收定位模组12发送的定位信息，每个定位基站在安装时已经确定了其所在坐标位置，因此，只需要计算出定位模组12与定位基站之间的距离即可确定该定位模组12所在的位置。
36.在本实施例中，三轴加速度计13具有x轴、y轴和z轴，加速度是一个空间矢量，三轴加速度计13可以在三个轴上分别测量到加速度的分量。三轴加速度计13的优点在于在预先不知道物体运动方向的情况下，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，具有体积小和重量轻特点。
37.在本实施例中，利用三轴加速度计13可以监测矿井人员的姿态变化，三轴加速度计13将监测到的加速度数据通过5g通信模组11发送给5g基站1，5g基站1再将加速度数据发送给地面服务器3，地面服务器3根据加速度数据的变化判断矿井人员是否跌倒。
38.本实施例中，判断矿井人员是否跌倒的过程为：计算当前时刻的加速度数据与上
一时刻的加速度的变化值δg。若所述变化值δg小于第一阈值，则认为矿井人员为正常作业状态。例如，第一阈值可以是0.7g。若所述变化值δg大于第一阈值，且在当前时刻之后加速度数据为零的时间大于第二阈值，则认为矿井人员处于跌倒状态。例如，第二阈值可以是15s。矿井人员在走动或者跌倒时，其空间加速度的大小会发生变化，当前时刻测量到的加速度值与上一时刻测量到的值会存在差异，首先需要计算出当前时刻与上一时刻之间加速度的变化值δg。也就是说，在一段时间内，如果矿井人员处于正常的作业状态，那么加速度的变化值δg应该是在小幅度范围内变化的，例如变化值δg中的最大值应该是小于第一阈值的。当矿井人员跌倒时，三轴加速度计13测量到的空间加速度是突然增大的，其变化幅度是超过正常变化范围的，例如是变化值δg大于第一阈值，但是仅通过加速度的变化值δg大于第一阈值还不能完全确定矿井人员是否跌倒，因为如果是矿井人员不小心踉跄，那么变化值δg也可能是大于第一阈值的。因此，本实施例中还需要进行第二阈值的判断，第二阈值例如是时间阈值。当矿井人员跌倒后，那么矿井人员可能是躺在地面上的，并且因为疼痛并不能马上站起来或者因为受伤而无法站起来，此时，三轴加速度计测量到的加速度数据例如是为零(可以认为是静止状态)。因此，如果所述变化值δg大于第一阈值且在当前时刻(变化值δg大于第一阈值的时刻)之后加速度数据为零的时间大于第二阈值，则认为矿井人员处于跌倒状态。
39.进一步地，在判断加速度变化值δg是否大于第一阈值时，可以是只判断三个轴中的其中一个轴的加速度分量的变化值或者是三个轴的加速度分量合计的变化值。因为三轴加速度计与矿井人员之间的相对位置是随机的(三轴加速度计例如是位于矿井人员的头部或者腰部等等)，人员跌倒的形态也不一样，可能是向后扑倒、向前扑倒等等。
40.当判断矿井人员为跌倒状态时，地面服务器3通过定位模组12获取跌倒的矿井人员的位置信息、跌倒时间及身份信息。地面服务器3将位置信息、跌倒时间及身份信息发送给终端设备并触发声光报警，提示工作人员及时对跌倒的矿井人员进行救援。终端设备例如可以是工作人员携带的手机，通过位置信息及身份信息可以确定跌倒人员的地点及身份，可以通过人员定位系统查找到其附近的工作人员，尽快对其实施救援。
41.实施例三
42.在本实施例中，可以将实施例一的方案和实施例二的方案进行结合，由于人员跌倒的瞬间加速度变化较快，测量加速度时可能会存在误差导致判断结果出错，此时结合5g高清摄像头的判断结果，综合来判断人员是否跌倒，可以进一步提高判断结果的准确性，防止误判的情况出现。
43.综上所述，本发明的基于5g的矿井人员跌倒预警方法，通过5g高清摄像头、智能矿灯或者人员定位卡可以对矿井人员进行跌倒状态监测，当然也可以将5g高清摄像头、智能矿灯和人员定位卡三者结合起来使用，那么如果其中一种方式不起作用时，还可以通过另外一种方式继续监测，提高监测的准确性。然后将监测信息通过5g通信网络快速地传达给地面服务器，为实施救援留出充足的时间，如果信息传递速度较慢，那么地面服务器收到消息的时间就会滞后，地面服务器再指挥工作人员进行救援，这个过程中就会耽误救援时间，严重时可能会导致跌倒人员死亡。当判断矿井人员为跌倒状态时，地面服务器可以获取该跌倒人员所在的位置、跌倒时间及身份信息，并将这些信息发送给工作人员携带的终端设备并发出声光报警，工作人员可以及时接收到得到人员的相关信息，及时、准确地实时救
援，尽可能减少伤亡。
44.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。