[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种基于物联网的智能头盔，用于在地下煤矿中实现实时危险检测，集成了一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、液化石油气（LPG）、温度传感器以及通过限位开关实现的跌倒检测功能。该系统通过无线方式将数据传输至基站，能够在检测到气体泄漏、环境危害或工人跌倒时立即发出警报，显著提升了高风险采矿环境下的安全响应速度。

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.

研究动机与目标

• 为解决地下煤矿因气体泄漏、空气质量差以及工人跌倒后医疗响应延迟而导致的高死亡率问题。
• 开发一种可穿戴的实时监测系统，用于检测有害气体（CO、CH4、LPG）、温度以及跌倒等物理扰动。
• 通过限位开关检测头盔是否被取下，以减少不合规行为，提升安全合规性。
• 在检测到危险或跌倒时，通过无线传输立即向主管发送紧急警报。
• 提供一种可扩展、低成本的解决方案，实现对高危采矿环境的持续监测。

提出的方法

• 该系统将一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、液化石油气（LPG）和温度传感器集成到安装在头盔上的物联网设备中，实现实时环境监测。
• 跌倒检测机制通过限位开关检测头盔是否被取下或姿态发生突然变化，以判断是否存在跌倒风险。
• 传感器数据在本地进行处理，并通过无线传感器网络无线传输至中央基站，实现持续监控。
• 当有害气体浓度超过阈值或检测到跌倒时，系统会向主管触发紧急警报。
• 设计强调低功耗和实时数据传输，以确保在地下采矿环境中可靠运行。
• 通过机械限位开关实现头盔取下检测，进一步提升了合规性和安全监控能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用可穿戴物联网设备在地下煤矿中实现对有害气体和环境状况的实时监测？
• RQ2 限位开关在检测头盔取下和潜在工人跌倒方面是否有效？
• RQ3 传感器数据的无线传输是否能够实现在采矿作业中的及时应急响应？
• RQ4 将多种传感器集成到单一头盔中，如何提升高危采矿环境下的安全成效？
• RQ5 该系统在检测并预警环境危害及跌倒等物理事件方面具备何种能力？

主要发现

• 系统能够实时检测有害气体浓度（CO、CH4、LPG）和温度，实现对潜在爆炸或中毒事件的早期预警。
• 通过限位开关检测头盔取下或突然位移，实现跌倒检测，并触发紧急警报。
• 系统可将危险数据实时传输至基站，实现主管的即时干预。
• 利用机械限位开关检测头盔取下，可靠性高，有效解决了不合规问题。
• 将环境监测与跌倒检测功能集成于单一可穿戴设备中，显著提升了整体矿场安全性和响应效率。
• 由于具备低成本、无线传输和实时监测能力，该系统在真实地下采矿环境中具备实际部署的可行性。