本发明涉及机械波通讯领域， 具体涉及一种用于侦测地下人员信息的机械波 通讯 系统和方法。 背景技术

目前， 地下工作环境中设置的通讯系统主要使用基于 电磁波的有线和无线传输， 在例如井下矿难发生时电磁波被屏蔽， 基于电磁波的通讯完全中断， 地面救搓.人员无 法确切知道地下受困人员的确切位置以及地下 受困人员的生存状况， 严重阻碍地面救 孩,.行动。

需要一种能够克服现有通讯系统的不足， 基本不会受到地下灾难影响的地下通讯 方式， 其能够向地面提供地下人员的例如位置和生存 状况等信息。 发明内容

本发明实施例提供了一种机械波通讯系统和方 法， 其能够侦测和获得地下人员信 息， 该系统和方法采用基于机械波的通讯方式。 由于机械波不同于电磁波， 在地下发 生灾难时不会被中断， 因此该系统和方法能够在地下发生灾难时通过 机械波通讯将受 困人员的位置以及生存状况等信息可靠、 准确地传送至地面， 协助了地面救 ^t.行动。

根据本发明实施例， 提供一种机械波通讯系统， 能够侦测和获得地下人员信息， 所述机械波通讯系统包括：

机械波.发射器， 由地下人员携带或放置在地下人员附近， 并在地下人员的操作下 发射机械波信号；

机械波侦测发射基站， 设置在地下， 用于侦测机械波信号， 并在侦测到机械波信 号时产生和发射相应机械波信号； 以及

地面中心站，设置在地面上，用于侦测从机械 波,.侦测发射基站发射的机械波信号， 并在侦测到机械波信号时对机械波信号进行处 理， 以获得地下人员信息。

优选地， 机械波通讯系统具有多个机械波侦测发射基站 ， 彼此以预定间距设置在 地下。 优选地， 预定间距在 5到 10朱的范围内。

优选地， 当与地下人员最邻近的机械波侦测发射基站侦 测到机械波发射器发射的 机械波信号时， 该机械波侦测发射基站产生相应的机械波信号 并将其发射到由与之邻 近的下一机械波侦测发射基站， 由此将机械波信号依次传递通过多个机械波侦 测发射 基站中的全部或一些基站， 直至达到地面中心站。

优选地， 每一个机械波侦测发射基站根据侦测到的机械 波信号来确定该机械波信 号的来源， 如果该机械波信号来自于机械波发射器， 或者如果该机械波信号来自距离 地面更远的机械波侦测发射基站， 则进一步产生相应的机械波信号并将其发射到 由与 之邻近的下一机械波侦测发射基站， 如果该机械波来自于距离地面更近的机械波侦 测 发射基站， 则停止机械波信号的传递。

优选地， 由机械波侦测发射基站发射的机械波信号的强 度大于由机械波发射器发 _ 射的机械波.信号的强度。

优选地， 地下人员在受困时操作机械波发射器发射机械 波信号； 地下人员信息包 括地下受困人员的位置信息， 或者包括地下受困人员的位置信息和生存状况 信息。

优选地， 每个机械波侦测发射基站包括： 机械波侦测头， 用于侦测机械波信号； 解码器， 用于对侦测到的机械波信号进行解析， 并根据解析的信号来确定该机械波信 号的来源， 如果该机械波信号来自于机械波.发射器， 或者如果该机械波信号来自距离 地面更远的机械波侦测发射基站， 则将解析的信号传送给编码器， 如果该机械波来自 于距离地面更近的机械波侦测发射基站， 则不将解析的信号传送给编码器， 从而停止 机械波信号的传递； 编码器， 用于在解析的信号中加入当前机械波侦测发射 基站的编 号， 并对其进行编码， 以产生编码的信号； 机械波发射器， 用于将编码的信号作为机 械波发射出。

优选地， 每个机械波侦测发射基站还包括： 信号放大器， 对要发射的编码的信号 进行放大。

优选地， 每个机械波侦测发射基站还包括： 基站应急电源， 当在正常情况下为机 械波侦测发射基站供电的外部电源切断时， 为机械波侦测发射基站供电。

优选地， 地面中心站包括： 地面机械波侦测器， 用于侦测机械波信号； 解码器， 用于对侦测到的机械波信号进行解码， 得到解码数.据； 以及数.据处理器， 用于对解码 数据进行处理， 以获得地下人员信息。

优选地， 地面中心站还包括： 通知装置， 用于通知地下人员信息。 通知装置可以 是显示器和 /或杨声器。

优选地， 每个机械波侦测发射基站封装于壁厚 2毫米以上的矩型或球型金属外壳 内。

优选地， 地面中心站封装于手持机盒内， 以在地面上进行手持移动侦测。 根据本发明实施例，还提供一种机械波通讯方 法，用于侦测和获得地下人员信息， 所述机械波通讯方法包括：

由地下人员的操作机械波发射器来发射机械波 信号， 其中机械波发射器由地下人 员携带或放置在地下人员附近；

通过设置在地下的机械波侦测发射基站， 侦测机械波信号， 并在侦测到机械波信 号时产生和发射相应机械波信号； 以及

通过设置在地面上的地面中心站， 侦测从机械波侦测发射基站发射的机械波信 号， 并在侦测到机械波信号时对机械波信号进行处 理， 以获得地下人员信息。

根.据本发.明实施例的机械波通讯系统和方法� ��过采用基于机械波的通讯方式， 克 服了现有技术中基于电磁波通讯的不足之处。 此外， 在地下设置了多个机械波侦测发 射基站。 当发生地下灾难时或者在需要向地面告知地下 状况的情况下， 地下人员可以 操作随身携带或其附近的机械波发.射器发射� �械波.。 该发射的机械波由最邻近的机械 波侦测发射基站侦测， 该机械波侦测发射基站产生相应的机械波信号 并将其发射到由 与之邻近的下一机械波侦测发.射基站， 由此将机械波信号依次传递通过多个机械波侦 测发射基站中的全部或一些基站， 直至达到地面中心站。 地面中心站通过对机械波信 号进行处理来获得地下人员信息。 这样， 根据本发明实施例的机械波通讯系统和方法 能够快速、 准确、 可靠地将地下人员信息传送至地面， 协助了例如地面救.援行动。 附图说明

通过下面结合附图说明本^ 明的优选实施例， 将使本发明的上述及其它目的、 特 征和优点更加清楚， 其中：

图 1是根据本发明实施例的机械波通讯系统的示� �框图。

图 2 ( a ) -2 ( c ) 分别是根据本发明实施例的机械波侦测发射基 站的示意框图。 图 3是根据本发明实施例的地面中心站的示意框� �。

图 4 #居本发明实施例的机械波通讯方法的示意流� �图。 具体实施方式

以下参照附图， 对本发明的示例实施例进行详细描述， 本.发.明不限于下述示例实 施例。 为了清楚描述本 明的基本思想， 附图中仅示出了与本发明的技术方案密切相 关的部件、 功能或步骤， 并且以下描述中省略了对已知技术、 功能、 部件或步驟的具 体描述。 图 1是根据本发明实施例的机械波通讯系统的示� �框图。 图 1所示机械波通讯系 统能够通过机械波通讯来侦测和获得地下人员 信息， 该系统包括机械波发射器 1、 机 械波侦测发射基站 2、 3和 4、 以及地面中心站 5。 在图 1中， 作为示例， 按照从机械 波侦测发射基站 2、 3、 4的顺序， 机械波侦测发射基站 2、 3、 4依次距离机械波发射 器 1越远， 而依次距离地面 （或地面中心站 5 )越近。

机械波发射器 1可以由地下人员随身携带的手持式设备， 或者可以放置在地下人 员附近， 以便地下人员随时可以使用。 在地下人员的操作下， 机械波发射器 1发射机 械波信号。 优选地， 机械波发射器 1具有便于携带的简单结构和小型体积。 例如， 机 械波发射器 1可以只包括操作按钮、 信号发生器和信号发射器。 例如当发生井下矿难 时， 地下受困的人员可以操作该操作按钮， 触发机械波发射器 1中的信号发生器生成 应急信号并通过信号发射器作为机械波.发射� �。 例如， 信号发射器可以采用压电陶瓷 片。 机械波.发射器 1还可以包括例如其他操作按鈕， 地下人员可以操作这些其他操作 按钮来指示所在位置和 /或生存状况。机械波发射器 1还可以包括例如编码器， 对信号 发生器生成的信号进行编码， 例如， 可以在信号生成器生成的信号中加入机械波发 射 器 1的编号（例如，预先分配的标识 ID )并对信号进行编码来指示例如该信号的来源� � 机械波发射器 1还可以包括例如信号放大器， 对生成的信号进行放大。

机械波可以是超声波或次声波， 优选地为次声波， 因为其传播距离较大。 机械波 不同于电磁波，在地下发生灾难时不会被中断 ， 能够快速、可靠地传递地下人员信息。

机械波侦测发射基站 2、 3和 4设置在地下， 用于侦测机械波信号， 并在侦测到 机械波信号时产生和发射相应机械波信号。 稍后将参照图 2进一步描述机械波侦测发 射基站。

根.据本发明实施例， 机械波侦测发射基站 2、 3和 4彼此以预定间距设置在地下， 优选地， 预定间距在 5到 10米的范围内， 以满足机械波传输的需要。

虽然图 1仅示出了 3个机械波侦测发射基站，但是可以理解，根� �实际应用需求， 可以设置任意数目的机械波侦测发.射基站。

根据本发明实施例， 地下人员操作机械波发射器发射机械波信号。 该机械波信号 由与地下人员最邻近的机械波侦测发射基站侦 测到。 响应于此， 该机械波侦测发射基 站产生相应的机械波信号并将其发射到由与之 邻近的下一机械波侦测发射基站。 按照 这种方式， 将机械波信号依次传递通过多个机械波侦测发 射基站中的全部或一些基 站， 直至达到地面中心站。

例如， 参照图 1示例， 机械波侦测发射基站 2距离地下人员最近， 其侦测到机械 波发射器 1发射的机械波信号， 并响应于此产生相应的机械波信号并将其发射 到由与 之邻近的下一机械波侦测发射基站 3。 机械波侦测发射基站 3继而产生相应的机械波 信号并将其发射到由与之邻近的下一机械波侦 测发射基站 4。 机械波侦测发射基站 4 继而产生相应的机械波信号并将其发射到地面 。 可以理解， 例如也可以是机械波侦测 发射基站 3邻近的地下人员操作其携带的机械波发射器� �射机械波信号。 在这种情况 下， 经由机械波侦测发射基站 3和 4将相应的机械波信号发射到地面。

根.据本发明实施例， 由机械波侦测发射基站发射的机械波.信号的� �度大于由机械 波发射器发射的机械波.信号的强度。 这样， 能够可靠地传递地下人员信息至地面。

地面中心站 5设置在地面上，用于侦测从机械波侦测发射� �站发射的机械波信号， 并在侦测到机械波信号时对机械波信号进行处 理， 以获得地下人员信息。 尽管示出了 了一个地面中心站 5 , 但是根据实际应用需求， 可以设置任意数目的地面中心站。 地 面中心站 5可以包括地面机械波侦测器， 用于侦测机械波信号； 解码器， 用于对侦测 到的机械波信号进行解码， 得到解码数据； 以及数据处理器， 用于对解码数据进行处 理， 以获得地下人员信息。 稍后将参照图 3进一步描述地面中心站 5。

图 2 ( a ) -2 ( c )分别是根^本发明实施例的机械波侦测发射基� ��的示意框图。 以图 1所示机械波侦测发射基站 2为例进行描述。 可以理解， 其他机械波侦测发射基 站也可以采用下述相同的结构。

如图 2 ( a )所示， 机械波侦测发射基站 2可以包括机械波侦测头 20、 解码器 22、 编码器 24和机械波发射器 26。机械波侦测头 20侦测从机械波发射器 1或其他机械波 侦测发射基站发射的机械波信号。 解码器 22解析侦测到的机械波信号， 以从中获得 机械波信号的来源。例如，可以根据信号中包 括的标识 ID,来确定机械波信号的来源。 如果机械波信号来自于机械波发射器 1 , 或者如果该机械波信号来自距离地面更远 (即， 距离该机械波信号的发射源更近）的机械波侦 测发射基站， 则将解析的机械波 信号传输到编码器 24。 如果机械波来自于距离地面更近（即， 距离该机械波信号的发 射源更远）的机械波侦测发射基站， 则不将侦测到的机械波信号传输到编码器 24, 从 而停止机械波信号接力。 这样， 可以避免机械波信号在各个机械波侦测发射基 站之间 无限循环。， 编码器 24在解码器 22解析的机械波信号中加入本站编号 （例如， 预先 分配的标识 ID ), 并对得到的信号进行编码， 以产生编码的信号。 此外， 根据本发明 实施例， 从机械波发射器 1第一个接收到机械波信号的机械波侦测发射� �站（即， 距 离地下人员最近的机械波侦测发射基站）还可 以在信号中加入有关自身位置的信息， 从而可以根.据该信息来确定地下人员的位置� � 机械波发射器 26将编码的信号作为机 械波发射出。 优选地， 所产生的相应机械波信号的强度可以比侦测到 机械波信号的强 度大。

机械波侦测头 20和机械波发射器 26的材料可以采用压电陶瓷片。。 解码器 22和 编码器 24均可以采用单片机芯片来实现， 例如 ATxmegal6A4。

作为示例， 机械波侦测发射基站 2接收到机械波信号， 解码器 22从接收到的机 械波信号中解析出机械波信号是来自机械波发 射器 1的， 因此将解析的信号发送给编 码器 24。 编码器 24可以在解析的信号中加入机械波侦测发射基� �� 2的 ID , 并对信号 进行编码。 作为另一示例， 机械波侦测发射基站 2接收到机械波信号， 解码器 22从 接收到的机械波信号中解析出机械波信号是来 自机械波发射器 3的。 由于机械波.发射 器 3是更靠近地面， 因此不将解析的信号发送给编码器 24, 停止信号接力。

如图 2 ( b )所示， 根据本发.明实施例， 机械波侦测发射基站 2还可以包括： 信号 放大器 28 , 对要发射的编码的信号进行放大。 这样， 可以提高信号的强度， 有助于可 靠、准确的信号传输。例如，信号放.大器 28可以采用运算放大器件来实现，例如 AD621 运算放大器。

如图 2 ( c )所示， 根据本发明实施例， 机械波侦测发.射基站 2还可以包括基站应 急电源 29。 在正常情况下， 可以由外部电源为机械波侦测发射基站供电。 当例如发生 井下矿难等灾难， 导致外部电源被切断时， 基站应急电源 29可以为机械波侦测发射 基站 2的各个元件供电。 这样， 确保了灾难发生时机械波侦测发射基站 2仍然能够正 常操作， 从而确保了快速、 可靠和准确的信号传输和信息传递。 基站应急电源 29可 以采用适合形式的电源， 例如电池。

根 4§本发明实施例， 机械波侦测发射基站 2的全部元件封装于壁厚 2毫米以上的 矩型或球型金属外壳内， 并具有防水和抗压性能。 这种封装后的机械波侦测发射基站 2可以安装在例如矿井的地下通道侧壁上。 这种封装结构确保了灾难发生时机械波侦 测发.射基站 2免受损坏， 从而确保了其正常操作以及快速、 可靠和准确的信号传输和 信息传递。

下面稍后将参照图 3进一步描述地面中心站 5。 如图 3所示， 地面中心站 5包括： 地面机械波侦测器 30， 用于侦测机械波信号； 解码器 32, 用于对侦测到的机械波信 号进行解码， 得到解码数据； 以及数据处理器 34, 用于对解码数,据进行处理， 以获得 地下人员信息。 数.据处理器 34可以采用任何适合的处理算法来对解码数据� ��行分析， 以从中提取地下人员信息。

地面中心站 5还可以包括通知装置 36, 用于通知获得的地下人员信息， 例如地下 人员位置或生存状况。 可以理解， 通知装置 36也可以不包括在地面中心站 5 中， 而 是独立地设置在外部。 地面中心站 5将获得的信息传送给通知装置 36以进行通知。 例如， 通知装置 36可以是适合类型的显示器， 例如液晶显示器， 用于显示地下人员 的位置或生存状况信息。 通知装置 36也可以是扬声器， 以声音方式通知信息。

例如， 地面机械波侦测器 30的材料可以选用压电陶瓷片。 解码器 32和数.据处理 器 34均可以采用单片机芯片形式实现， 例如 ATxmegal 6A4。

根据本发明实施例， 地面中心站可以封装于手持机盒内， 以在地面上进行手持移 动侦测。 这样， 能够以更加灵活、 有效地方式进行侦测。

以上参照图 1-3对根据本发明实施例的机械波通讯系统进行 了描述， 下面参照图 1和 4描述根据本发明实施例的机械波通讯方法。

如图 4所示， 该机械波通讯方法 40包括： 在步骤 , 402, 由地下人员的操作机械波 发射器 1来发射机械波信号， 其中机械波,发射器 1由地下人员携带或放置在地下人员 附近； 在步驟 404, 通过设置在地下的机械波侦测发射基站 2, 侦测从机械波发射器 1 发,射的机械波， 并在侦测到机械波信号时产生和发射相应机械 波.信号； 在步驟 406, 进一步经由机械波侦测发.射基站 3和 4来产生和发射相应的机械波信号； 最后， 在步 骤 408 , 通过设置在地面上的地面中心站 5 , 侦测从机械波侦测发射基站 4发射的机 械波.信号， 并在侦测到机械波信号时对机械波,,信号进行� ��理， 以获得地下人员信息。

以上所述是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明所述原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和 润饰也应视为本发明的保护范围。