论文中文题名: | 基于生理参数的矿工不安全状态 检测与识别研究 |
姓名: | |
学号: | 19220214103 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085224 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 安全工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2022 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 安全与应急管理 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-06-19 |
论文答辩日期: | 2022-06-06 |
论文外文题名: | Research on detection and recognition of miners' unsafe condition based on physiological parameters |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Miner insecure state ; Physiological parameters detection ; Embedded System ; BP neural network ; PSO optimization algorithm |
论文中文摘要: |
煤矿安全生产取决于“人、机、环、管”四大要素之间互相联合与紧密配合,在 煤矿行业高新技术及智能化发展的今天,“人”这一要素在整个行业生产过程中扮演着 越来越重要的角色。作为高风险职业群体,矿工上岗时身心是否处于安全状态对煤矿 安全生产工作尤为重要,因此研究煤矿从业人员不安全状态检测方法对预防事故、提 升煤矿安全管理水平具有重要意义。本文提出一种基于生理参数的煤矿从业人员不安 全状态检测方法,在探究不安全状态与生理信号之间关系的基础上,构想设计出一种 检测装置,该装置可完成生理信息数据的采集、处理、计算、显示、传输等功能,并 通过 BP 神经网络分类算法实现不安全状态的有效识别。 首先,从不安全状态的概念发展、产生因素和表现形式三个方面阐述了不安全状 态的研究基础;通过详细分析对比适用于不安全状态检测的方法,确定选用生理检测 法。通过探究生理信息与人的状态之间的关联性,建立了不安全状态与生理参数之间 的关系,根据不同生理信号的特点,确定本课题采用心率、血压、血氧饱和度、体温 作为生理检测指标。对生理信号测量原理和方法进行详细阐述,选择光电容积描记 (PPG)法检测心率血压,光学法测量血压,采用接触式体温测量。 然后,依据模块化思想将整体设计分为主控模块、生理参数采集模块、显示模块、 通信模块、警报模块以及电源电路,对硬件部分进行设计。硬件部分包括元器件选型 和连接电路设计,以 STM32C8T6 为微控中心,选用 MKB0803、MAX30102、 DS18B20 传感器组成生理参数采集模块,实现生理参数测量;使用 LCD、有源蜂鸣器 以及 USB 线路完成参数显示、预警和传输功能。该一体化式检测装置满足低功耗、小 型化、便携化的设计需求。 其次,基于 Keil μVision5 IDE 对检测装置软件部分进行设计,包括系统主程序与 其他各个模块相对应的驱动程序设计和代码编写,完成生理参数的采集与传输。将生 理信号特征转换成具体的生理数值在液晶屏上实时显示,通过有线传输发送至电脑端 动态显示并实现数据保存。 最后,将设计的装置进行功能测试和对比实验,结果表明该装置能够较为准确测 量生理数据并与电脑端进行实时传输。通过不安全状态诱发实验,采集实验对象不同 状态下的生理参数,使用 BP 神经网络分类算法对数据进行训练分类,分类准确率为 92%,最小误差为 0.0003,分类效果较为理想,证明利用生理参数能够实现不安全状 态有效分类识别。 本文研究设计的生理检测装置可以实现矿工生理信息参数的检测,并通过 BP 神经 网络实现不安全状态的分类识别。实验表明,生理参数可用于矿工不安全状态的检测 与识别。 |
论文外文摘要: |
Coal mine safety depends on the interaction and close cooperation between the four aspects of "man, machine, environment and management". In today's high-tech and intelligent development of the coal mining industry, the "human" factor plays a pivotal role in the overall development of industry. As a high-risk occupational group, whether miners are in a safe state physically and mentally when they are on duty is particularly important for coal mine safety work. Therefore, the study of miners' unsafe condition detection methods is of great significance to prevent accidents and improve coal mine safety management. This paper proposes a physiological signal-based miner unsafe condition detection method. On the basis of exploring the relationship between unsafe condition and physiological signals, a detection device is conceived and designed, which can complete the collection and processing of physiological information data, calculation, display, transmission and other functions, through the BP neural network classification algorithm to achieve effective identification of unsafe conditions. Firstly, the research basis of unsafe condition is expounded from three aspects: the conceptual development, generating factors and the manifestation of the unsafe condition; through detailed comparison and analysis of methods suitable for unsafe condition detection, the physiological detection method is determined to be selected. By exploring the correlation between physiological information and human state, the relationship between unsafe condition and physiological parameters was established. Heart rate, blood pressure, oxygen saturation, and body temperature were determined as the physiological detection indexes used in this project according to the f different eatures of physiological parameters. Detailed explanation of physiological signal measurement principles and methods, and the photoelectric volumetric tracing (PPG) method is selected to detect heart rate and blood pressure, and the optical method is used to measure blood pressure, and contact temperature is used to measure body temperature. Secondly, the overall design was divided into main control module, physiological parameter acquisition module, display module, communication module, alarm module and power supply circuit based on the modular idea for the hardware part. STM32C8T6 was used as the micro-control center. MKB0803, MAX30102 and DS18B20 sensors were used to complete the combination of physiological parameter acquisition modules to achieve physiological parameter measurement. LCD, active buzzer and USB line were used to complete data display, warning and transmission functions. The integrated detection device meets the design requirements of low power consumption, miniaturization and portability. Then, the software part of the detection device was designed based on Keil μVision5 IDE, including the design and code writing of the driver corresponding to the functions of the main system program and other parts. The physiological signal characteristics are converted into specific physiological values displayed in real time on the LCD screen, sent to the computer via wired transmission for dynamic display and data storage. Finally, the designed device is tested and compared. Results showed that the device can accurately measure physiological data and transmit it to the computer in real time. Through the unsafe condition induced experiment, the physiological parameters of the experimental subjects in different states were collected. Using BP neural network classification algorithm to train the data for classification, the accuracy was obtained as 92%, and the minimum error was 0.0003. The weights and thresholds were obtained by PSO optimization algorithm, and then input random data for verification, which proved that the use of physiological parameters can achieve effective classification and identification of unsafe conditions. The physiological detection device designed in this paper can enable the detection of miners' physiological information parameters, and achieve the classification and identification of unsafe conditions through BP neural network. Experiments show that physiological parameters can be used to detect and identify miners' unsafe conditions. |
参考文献: |
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中图分类号: | X924.2 |
开放日期: | 2023-06-20 |