[論文レビュー] IOT based Smart Helmet for Hazard Detection in mining industry

B Kartik, MANIMARAN P|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2023

Fire Detection and Safety Systems被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、地下石炭鉱でのリアルタイムの危険要因検出を目的としたIoTベースのスマートヘルメットを提案する。CO、CH4、LPG、温度、およびリミットスイッチを用いた転倒検出を統合したセンサーを搭載しており、データを無線でベースステーションに送信することで、ガス漏れ、環境的危険、作業者の転倒に対して即座のアラートを発出でき、高リスクな鉱山環境における安全対応時間を顕著に短縮する。

ABSTRACT

One of the most important parts of business, especially in the coal mining sector, is industrial safety. Suffocation, gas poisoning, object falls, roof collapses, and gas explosions are among the risks associated with underground mining. Therefore, air quality and the detection of hazardous events are crucial in the mining business. This technology offers a wireless sensor network so that base stations can keep an eye on the situation in underground mines in real time. It offers temperature and dangerous gases including CO, CH4, and LPG real-time monitoring. The main cause of mining deaths is that when they fall and lose consciousness for whatever reason, medical attention is not given to them in a timely manner. In order to solve this issue, the system sends an emergency notice to the supervisor in the event that a person falls down for any cause. Some employees are negligent when it comes to safety and don't wear helmets. Then, a miner's helmet removal status was successfully determined using a Limit switch.

研究の動機と目的

• ガス漏れ、換気不良、作業者転倒後の遅い医療対応による死亡事故の高リスクに対処すること。
• 有害ガス（CO、CH4、LPG）、温度、および転倒などの身体的乱れを検出できるウェアラブルでリアルタイムの監視システムを開発すること。
• リミットスイッチを用いたヘルメットの着用解除検出により、非遵守を防止することで安全基準の順守を向上させること。
• 危険状態や転倒が検出された際に、無線伝送により監視者に即座の緊急アラートを発信できること。
• 危険な鉱山環境における継続的監視に適したスケーラブルで低コストなソリューションを提供すること。

提案手法

• 本システムは、CO、CH4、LPG、温度センサーを統合した、ヘルメットに装着可能なIoTデバイスを用い、リアルタイムでの環境モニタリングを実現する。
• 転倒検出機構は、リミットスイッチを用いてヘルメットの着用解除や急激な姿勢変化を検出し、潜在的な転倒を示す。
• センサーのデータは現地で処理され、無線センサーネットワークを介して中央のベースステーションに無線で送信され、継続的な監視が可能になる。
• 有害ガス濃度がしきい値を超えた場合、または転倒が検出された場合、緊急アラートが監視者に発信される。
• 低消費電力とリアルタイムのデータ送信を重視した設計により、地下鉱山環境での信頼性の高い運用が可能になる。
• 機械的リミットスイッチによるヘルメット着用解除検出の統合は、遵守状況と安全性の監視を強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウェアラブルIoTデバイスを用いて、地下石炭鉱での有害ガスおよび環境状態のリアルタイム監視はどのように達成できるか？
• RQ2 リミットスイッチは、ヘルメットの着用解除および作業者の転倒を検出するのにどの程度有効であるか？
• RQ3 センサーのデータを無線で送信することで、鉱山作業における緊急対応の迅速化は可能か？
• RQ4 1つのヘルメットに複数のセンサーを統合することで、高リスクな鉱山環境における安全性の向上はどのように実現されるか？
• RQ5 本システムは、環境的危険と転倒などの身体的事象の両方を検出し、アラートを発信する能力を有しているか？

主な発見

• 本システムは、CO、CH4、LPGの有害ガス濃度と温度をリアルタイムで検出でき、爆発や中毒の早期警告を可能にする。
• リミットスイッチを用いた転倒検出は、ヘルメットの着用解除や急激な位置変化を特定し、緊急アラートを発動する。
• 危険状態のデータはベースステーションにリアルタイムで送信され、即座の監視者による対応が可能になる。
• 機械的リミットスイッチを用いたヘルメット着用解除検出は、高い信頼性で実現され、非遵守問題の是正に寄与する。
• 環境および転倒検出を1つのウェアラブルデバイスに統合することで、鉱山現場全体の安全性と対応効率が向上する。
• 低コスト、無線通信、リアルタイム監視の特性を備えるため、本システムは実際の地下鉱山環境への導入が実現可能であると示された。