[논문 리뷰] IOT based Smart Helmet for Hazard Detection in mining industry

B Kartik, MANIMARAN P|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 20.

Fire Detection and Safety Systems인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 지하褐炭광산에서 실시간으로 위험을 감지하기 위한 IoT 기반 스마트 헬멧을 제시한다. 이 시스템은 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 액화석유가스(LPG), 온도 및 리미트 스위치를 통한 추락 감지 기능을 갖춘 센서를 통합한다. 시스템은 데이터를 무선으로 기지국에 전송하여 가스 누출, 환경적 위험 또는 작업자 추락 시 즉각적인 경고를 제공함으로써 고위험 광산 환경에서의 안전 대응 시간을 크게 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 가스 누출, 낮은 공기 질 및 작업자 추락 후 지연된 의료 대응으로 인한 사망 위험이 높은 지하褐炭광산의 문제를 해결하기 위해.
• 유해 가스(CO, CH4, LPG), 온도 및 추락과 같은 신체적 불안정 상태를 감지할 수 있는 웨어러블 실시간 모니터링 시스템을 개발하기 위해.
• 기계적 리미트 스위치를 통한 헬멧 탈착 감지를 통해 비준수를 방지함으로써 안전 규정 준수를 향상시키기 위해.
• 위험 상황이나 추락이 감지될 경우 무선 전송을 통해 감독자에게 즉각적인 비상 경고를 제공하기 위해.
• 위험한 광산 환경에서 지속적인 모니터링을 위한 확장 가능하고 저비용의 솔루션을 제공하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 지하 광산 환경 모니터링을 위한 CO, CH4, LPG 및 온도 센서를 헬멧에 장착한 IoT 장치에 통합한다.
• 추락 감지 기능은 리미트 스위치를 사용하여 헬멧 탈착 또는 갑작스러운 자세 변화를 감지하여 추락 가능성을 신호한다.
• 센서 데이터는 현지에서 처리되어 무선 센서 네트워크를 통해 중앙 기지국으로 무선 전송되어 지속적인 모니터링이 가능하다.
• 유해 가스 농도가 임계치를 초과하거나 추락이 감지될 경우 시스템은 비상 경고를 발령한다.
• 저전력 소비와 실시간 데이터 전송을 강조하여 지하 광산 조건에서 신뢰성 있는 운영을 가능하게 한다.
• 기계적 리미트 스위치를 통한 헬멧 탈착 감지는 준수성과 안전 모니터링을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 웨어러블 IoT 장치를 사용하여 지하褐炭광산에서 유해 가스 및 환경 조건을 실시간으로 어떻게 모니터링할 수 있는가?
• RQ2 리미트 스위치가 헬멧 탈착 및 잠재적 작업자 추락 감지에 얼마나 효과적인가?
• RQ3 센서 데이터의 무선 전송이 광산 운영에서 적시 비상 대응을 가능하게 하는가?
• RQ4 단일 헬멧에 다수의 센서를 통합함으로써 고위험 광산 환경에서 안전 결과가 어떻게 향상되는가?
• RQ5 시스템이 환경적 위험과 추락과 같은 신체적 사고를 감지하고 경고할 수 있는 능력은 무엇인가?

주요 결과

• 시스템은 유해 가스 농도(CO, CH4, LPG)와 온도를 실시간으로 감지하여 폭발이나 중독의 조기 경고를 가능하게 한다.
• 리미트 스위치를 통해 헬멧 탈착 또는 급격한 이동을 감지함으로써 추락 감지 기능을 달성한다.
• 위험 데이터가 기지국으로 실시간으로 전송되어 즉각적인 감독자 개입이 가능하다.
• 기계적 리미트 스위치를 사용하여 헬멧 탈착을 높은 신뢰도로 감지함으로써 비준수 문제를 해결한다.
• 환경 감지와 추락 감지 기능을 하나의 웨어러블 장치에 통합함으로써 전체 광산 현장의 안전성과 대응 효율성이 향상된다.
• 저비용, 무선, 실시간 모니터링 기능 덕분에 실제 지하 광산 환경에의 구현 가능성을 입증하였다.