一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，所述系统包括无线传感定位网络、外部报警器、服务器端；所述无线传感定位网络，包括：用户端、协调器以及多个信标节点，用户端是可穿戴式设备，信标节点为规则布置于矿井下的不同位置但位置已知的传感器节点；所述协调器将接收到的用户端各节点反馈的有效数据传输给服务器端进行处理；所述外部报警器，用于接收由所述处理器模块发出的报警信息；所述服务器端用于接收协调器传输过来的数据信息，对数据信息进行处理储存，并在需要时以图文形式展示；本发明专利技术可实现对矿井下人的生命体征实时监测，并对发生突发状况的矿工进行及时的定位搜救。

A Surveillance and Location Search and Rescue System for Mine Underground Human Life Signs

The invention discloses a mine underground human vital signs monitoring and positioning search and rescue system, which comprises a wireless sensor positioning network, an external alarm and a server side; the wireless sensor positioning network includes a user end, a coordinator and a plurality of beacon nodes, the user end is wearable equipment, and the beacon node is a wireless sensor positioning network. Sensor nodes with known locations are arranged in different locations of underground mines according to rules; the coordinator transmits effective data transmission of feedback from each node of the received user end to the server side for processing; the external alarm is used to receive alarm information sent by the processor module; and the server side is used to receive co-operation. The data information transmitted by the regulator is processed and stored, and displayed in the form of pictures and texts when needed; the invention can realize real-time monitoring of the vital signs of the underground miners, and timely positioning and rescue of the miners in unexpected situations.

【技术实现步骤摘要】
一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统
本专利技术涉及定位监测领域，特别涉及一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统。
技术介绍
为了提高矿井环境生产安全性，我国的矿井安全监控系统经历了从国外引进到自主研发的过程。目前较具有代表性的有KJ90、KJ95、KJF2000和KJ4/KJ2000等系统。这些安全监控系统多数以有线的方式实现信息传输，随着矿井安全形势的需要和科学技术的发展，将先进的无线通讯技术引进矿井安全监控系统，实现移动目标的定位、跟踪和通讯，以及井下环境参数的移动检测已经成为发展趋势。尽管国内外研究工作者探索了多种矿井下无线通讯应用的可能性，但由于无线电信号在井下巷道内传播时，受到巷道弯曲、倾斜和地质条件等因素影响，难以实现远距离传输；尽管现有技术中已经为无线通讯技术在矿井环境中的应用进行了有益的尝试，在一定程度上满足了矿井安全监控与语音通讯的需求，但是在实际应用中仍存在定位精确度不够，且大多数的矿井环境运行监控系统功能较单一，仅布置有限数量的瓦斯气体传感器，而未能对矿井下的人进行直接监测。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的主要目的是提供一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，以便实现对矿井下人的生命体征监测以及矿井下人的位置的确定。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，所述系统包括无线传感定位网络、外部报警器、服务器端；所述无线传感定位网络，包括：用户端、协调器以及多个信标节点，用户端是可穿戴式设备，主要包括：定位模块，用于对矿井下的人进行定位获得定位信息，同时将定位信息传给处理器模块；生命体征检测模块，用于人的体温检测、血压检测、心率检测、运动状态监测，对不正常信号产生报警信号，同时将这些生理参数、报警信息传给处理器模块，并根据运动状态进行摔倒检测；处理器模块，用于接收和处理定位信息、生理参数信息、语音信息、报警信息，并将处理后的人体各项信息通过无线网络发送给协调器；语音通讯模块，用于紧急情况时矿井下的人与地面工作人员语音通话，同时将语音信息传给处理器模块；所述信标节点为规则布置于矿井下不同位置但位置已知的传感器节点，用于与用户端的定位模块通信，辅助实现对矿井下人的定位；所述协调器通过串行接口与服务器端相连，将接收到的用户端各节点反馈的有效数据传输给服务器端进行处理；所述外部报警器，用于接收由所述处理器模块发出的报警信息，进而激发报警音；所述服务器端用于接收协调器传输过来的数据信息，对数据信息进行处理储存，并在需要时以图文形式展示；所述服务器端包括数据库模块以及前端数据展示模块；所述数据库模块主要用于存储矿井下人员位置信息、生理参数信息，以便后续数据处理以及分析；所述前端数据展示模块主要用计算机语言编写数据展示界面。优选地，所述语音通讯模块包括：GPRS模块，用于语音通话；麦克风，用于采集语音信息；扬声器，用于发出声音信号。优选地，所述生命体征检测模块包括：体温检测模块，用于检测人体体温；血压检测模块，用于检测人体血压；心率检测模块，用于检测人体心率；三轴加速度传感器，用于检测人体运动状态以及摔倒检测。优选地，所述信标节点在矿井下采用下述的布局模型进行部署：基于矿井下监测区域确定待测网络区域，在部署信标节点之前，将该矿井下监测区域划分为多个自适应选取半径的圆形区域，圆形区域的半径根据现实环境中矿井地下情形来自适应确定，在每个圆形区域内随机布置3-4个位置固定的信标节点。优选地，所述定位模块包括最邻近信标节点选取单元、精确定位单元；在进行定位时，用户端可作为位置未知的目标节点；所述最邻近信标节点选取单元通过无需测距的初始定位确定与目标节点相邻近的P个信标节点；所述精确定位模块用于依据邻近的P个信标节点采用基于测距的定位算法对目标节点进行精确定位。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，可实现对矿井下人的生命体征实时监测，并对发送突发状况的人进行及时的定位搜救，且定位精度高、监测信息可靠，客观上降低了矿场的管理成本，提高了服务质量和效率。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1为本专利技术一个示例性实施例中无线传感器网络的框架结构图；图2为本专利技术一个示例性实施例中服务器端的框架结构图；图3为本专利技术一个示例性实施例中定位单元的框架结构图；附图标记：无线传感器定位网络1、服务器端2、用户端3、协调器4、信标节点5、定位模块6、生命体征检测模块7、处理器模块8、语音通讯模块9、数据库模块201、前端数据展示模块202、最邻近信标节点选取单元601和精确定位单元602。具体实施方式结合以下应用场景，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。参见图1、图2，本实施例提供了一种矿井下人的人生命体征监测及定位搜救系统，所述系统包括无线传感定位网络1、外部报警器、服务器端2；所述无线传感定位网络，包括：用户端3、协调器4以及多个信标节点5，用户端是可穿戴式设备，主要包括：定位模块6，用于对矿井下的人进行定位获得定位信息，同时将定位信息传给处理器模块；生命体征检测模块7，用于人的体温检测、血压检测、心率检测、运动状态监测，对不正常信号产生报警信号，同时将这些生理参数、报警信息传给处理器模块，并根据运动状态进行摔倒检测；处理器模块8，用于接收和处理定位信息、生理参数信息、语音信息、报警信息，并将处理后的人体各项信息通过无线网络发送给协调器；语音通讯模块9，用于紧急情况时矿井下的人与地面工作人员语音通话，同时将语音信息传给处理器模块；所述信标节点5为规则布置于矿井下不同位置但位置已知的传感器节点，用于与用户端的定位模块6通信，辅助实现对矿井下人的定位；所述协调器4通过串行接口与服务器端相连，将接收到的用户端各节点反馈的有效数据传输给服务器端进行处理；所述外部报警器，用于接收由所述处理器模块发出的报警信息，进而激发报警音；所述服务器端用于接收协调器传输过来的数据信息，对数据信息进行处理储存，并在需要时以图文形式展示；所述服务器端2包括数据库模块201以及前端数据展示模块202；所述数据库模块201主要用于存储矿井下人员位置信息、生理参数信息，以便后续数据处理以及分析；所述前端数据展示模块主要用计算机语言编写数据展示界面。本实施例中，所述语音通讯模块9包括：GPRS模块，用于语音通话；麦克风，用于采集语音信息；扬声器，用于发出声音信号。本实施例中，所述生命体征检测模块7包括：体温检测模块，用于检测人体体温；血压检测模块，用于检测人体血压；心率检测模块，用于检测人体心率；三轴加速度传感器，用于检测人体运动状态以及摔倒检测。本实施例中，所述信标节点5在矿井下采用下述的布局模型进行部署：基于矿井下监测区域确定待测网络区域，在部署信标节点之前，将该矿井下监测区域划分为多个自适应选取半径的圆形区域，圆形区域的半径根据现实环境中矿井地下情形来自适应确定，在每个圆形区域内随机布置3-4个位置固定的信标节点。本实施例中，参见图3，所述定位模块6包括最邻近信标节点选取单元601、精确定位单元602；在进行定位时，用户端可作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井下人的人生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述系统包括无线传感定位网络、外部报警器、服务器端；所述无线传感定位网络，包括：用户端、协调器以及多个信标节点，用户端是可穿戴式设备，主要包括：定位模块，用于对矿井下的人进行定位获得定位信息，同时将定位信息传给处理器模块；生命体征检测模块，用于人的体温检测、血压检测、心率检测、运动状态监测，对不正常信号产生报警信号，同时将这些生理参数、报警信息传给处理器模块，并根据运动状态进行摔倒检测；处理器模块，用于接收和处理定位信息、生理参数信息、语音信息、报警信息，并将处理后的人体各项信息通过无线网络发送给协调器；语音通讯模块，用于紧急情况时矿井下的人与地面工作人员语音通话，同时将语音信息传给处理器模块；所述信标节点为规则布置于矿井下不同位置但位置已知的传感器节点，用于与用户端的定位模块通信，辅助实现对矿井下人的定位；所述协调器通过串行接口与服务器端相连，将接收到的用户端各节点反馈的有效数据传输给服务器端进行处理；所述外部报警器，用于接收由所述处理器模块发出的报警信息，进而激发报警音；所述服务器端用于接收协调器传输过来的数据信息，对数据信息进行处理储存，并在需要时以图文形式展示；所述服务器端包括数据库模块以及前端数据展示模块；所述数据库模块主要用于存储矿井下人员位置信息、生理参数信息，以便后续数据处理以及分析；所述前端数据展示模块主要用计算机语言编写数据展示界面。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井下人的人生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述系统包括无线传感定位网络、外部报警器、服务器端；所述无线传感定位网络，包括：用户端、协调器以及多个信标节点，用户端是可穿戴式设备，主要包括：定位模块，用于对矿井下的人进行定位获得定位信息，同时将定位信息传给处理器模块；生命体征检测模块，用于人的体温检测、血压检测、心率检测、运动状态监测，对不正常信号产生报警信号，同时将这些生理参数、报警信息传给处理器模块，并根据运动状态进行摔倒检测；处理器模块，用于接收和处理定位信息、生理参数信息、语音信息、报警信息，并将处理后的人体各项信息通过无线网络发送给协调器；语音通讯模块，用于紧急情况时矿井下的人与地面工作人员语音通话，同时将语音信息传给处理器模块；所述信标节点为规则布置于矿井下不同位置但位置已知的传感器节点，用于与用户端的定位模块通信，辅助实现对矿井下人的定位；所述协调器通过串行接口与服务器端相连，将接收到的用户端各节点反馈的有效数据传输给服务器端进行处理；所述外部报警器，用于接收由所述处理器模块发出的报警信息，进而激发报警音；所述服务器端用于接收协调器传输过来的数据信息，对数据信息进行处理储存，并在需要时以图文形式展示；所述服务器端包括数据库模块以及前端数据展示模块；所述数据库模块主要用于存储矿井下人员位置信息、生理参数信息，以便后续数据处理以及分析；所述前端数据展示模块主要用计算机语言编写数据展示界面。2.根据权利要求1所述的一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述语音通讯模块包括：GPRS模块，用于语音通话；麦克风，用于采集语音信息；扬声器，用于发出声音信号。3.根据权利要求1所述的一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述生命体征检测模块包括：体温检测模块，用于检测人体体温；血压检测模块，用于检测人体血压；心率检测模块，用于检测人体心率；三轴加速度传感器，用于检测人体运动状态以及摔倒检测。4.根据权利要求1所述的一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述信标节点在矿井下采用下述的布局模型进行部署：基于矿井下监测区域确定待测网络区域，在部署信标节点之前，将该矿井下监测区域划分为多个自适应选取半径的圆形区域，圆形区域的半径根据现实环境中矿井地下情形来自适应确定，在每个圆形区域内随机布置3-4个位置固定的信标节点。5.根据权利要求1所述的一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述定位模块包括最邻近信标节点选取单元、精确定位单元；在进行定位时，用户端可作为位置未知的目标节点；所述最邻近信标节点选取单元通过无需测距的初始定位确定与目标节点相邻近的P个信标节点；所述精确定位模块用于依据邻近的P个信标节点采用基于测距的定位算法对目标节点进行精确定位。6.根据权利要求5所述的一种矿井下人的生命体征监测及定位搜救系统，其特征在于，所述最邻近信标节点选取单元的具体设置为：(1)矿井下各信标节点向周围邻居信标节点广播自身坐标信息的数据分组，分组中包括跳数字段，其初始值为1；网络中每个节点计算接收到的数据分组来自不同信标节点，当接收到的数据分组来自不同信标节点的个数超过限定值Q时，则不再记录来自新的信标节点的数据分组；其中，限定值Q的计算公式为：式中，S为无线传感器网络监控区域的面积(m2)，R为节点通信半径(m)，B为信标节点的比例；θ为目标节点与信标节点之间的平均连通度；为调整因子；各个信标节点根据接收到的分组数据计算到Q个信标节点的最小跳数，并忽略来自同一个信标节点较大跳数的分组，然后把跳数值加1转发给邻居信标节点，如此不断的传播，传感网络中的信标节点都能记录下到各个信标节点的最小跳数；(2)传感器网络中的信标节点i根据在上一阶段中接收到的Q个信标节点的坐标信息和最小相距跳数信息，来估计其平均每跳距离Jpavei，具体计算公式为：式中，(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟建明，
申请(专利权)人：深圳万发创新进出口贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44