本发明属于煤矿监测领域，涉及煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置及方法。
背景技术：
1、佩戴防护口罩是抵御尘肺病的最后一道防线，但在实际的作业中，尤其是在强负荷的劳动状态下长期佩戴口罩可能引起作业者的不适，因此经常出现无口罩防护状态劳动或者不规范佩戴的违章作业情况。为了加强口罩佩戴的规范性，对使用者的口罩佩戴规范性进行监测显得尤为重要。目前，通过视频拍照分析是最常见的监测方式。比如俞依杰提出了“口罩佩戴规范性检测方法、装置、计算机设备和存储介质”，通过获取人脸图像的多个关键点像素特征值判断与所述人脸图像对应的行人的口罩佩戴状态是否规范；赵文帆等公开了包括art-pi开发板、多媒体拓展板、摄像头模块、测温模块、蜂鸣器报警模块以及指示灯报警模块的口罩规范佩戴及体温监测系统；李来、张贵强、冉鹏、张新曼等通过多任务协同网络、卷积神经网络、yolov3、ycrcb椭圆肤色模型等人工智能算法提高口罩佩戴规范检测的准确性。以上方法均是基于图像识别方法判断口罩佩戴是否规范，需要依附于图像拍摄设备，成本较高，同时井下环境粉尘及水雾浓度大、光线昏暗、视频覆盖范围小，存在误报现象和检测盲区。尤其是当使用者背对摄像头时，通过视频拍照方法监测口罩佩戴规范性显得无能为力。
2、现有防尘口罩佩戴规范性检测需要依靠图像检测分析方法，虽然可以判断使用者是否佩戴防护口罩，但不能对佩戴的规范性作出精准判断，可能存在检测盲区导致检测数据缺失、或者出现误判情况，尤其是在井下高粉尘高湿度作业环境下。本技术方案，就是为了解决以上问题，提出一种煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置及方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置及方法。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置，该检测装置包括防尘口罩、数据传输链路和监控中心；
4、所述防尘口罩包括面罩和监控单元；监控单元由壳体、主控板、供电模块、控制与通讯模块、co2浓度检测主模块、报警模块及开关按钮组成；主控板位于壳体内，设置有供电模块、控制与通讯模块、co2浓度检测主模块、报警模块及开关按钮；co2浓度检测主模块由co2浓度检测探头和co2浓度检测主模块主体构成，分别位于面罩的内外两侧，co2浓度检测探头穿过面罩设置的小孔与co2浓度检测主模块主体相连接，以便拆卸；co2浓度检测探头设置于面罩内侧呼吸阀旁，当使用者佩戴后，co2浓度检测探头处于由使用者面部与口罩合围而成的气体交换区域；co2浓度检测主模块主体、供电模块、控制与通讯模块、报警模块设置于面罩外侧，封装于监控单元的壳体之内，开关按钮设置于壳体表面；
5、所述数据传输链路包括井下电源、无线基站、井下环网和交换机；无线基站接收防护口罩发送的co2监测数据并通过井下环网、交换机传输至监控中心，同时向防护口罩发送监控中心传输来的口罩佩戴规范性评价结果；井下电源为无线基站供电；
6、所述监控中心包括服务器及口罩佩戴规范性评价软件；监控中心接收上传的co2浓度测量数据，根据口罩佩戴规范性评价规则输出口罩佩戴规范性评价结果并传输给口罩。
7、进一步，面罩内侧小孔周围还设置有连接螺母，与防尘口罩的本体匹配连接，其间还设有垫片，用于增加密封性和稳定性。
8、进一步，所述数据传输链路中的无线通信形式包括5g和wifi。
9、进一步，当所述口罩佩戴规范性评价结果为“不规范”时，所述报警模块发出声光提醒。
10、基于所述检测装置的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测方法，包括以下步骤：
11、使用者佩戴防尘口罩，在作业状态下采集呼出的co2浓度时间序列a，采样频率为每秒钟10个数据，将co2浓度时间序列a作为比对数据，存入数据库；针对不同使用者，建立具有身份标识的呼吸数据库，保存在监控中心；
12、使用者下井后开启口罩监测按钮，co2浓度检测主模块获取实时测量数据序列b并传输至监控中心；
13、对序列a和序列b进行运算处理，计算整合相似度指标q值；q表示为：
14、q＝αp+βt
15、式中：p为时间t内的序列a与序列b的峰值相似度，为数据序列b的峰值均值，为数据序列a的峰值均值，m为数据数据序列b的峰值个数；n为数据数据序列a的峰值个数；t为时间t内的数据序列a与数据序列b的周期性相似度，tb为数据序列b的周期；ta为数据序列a的周期；α为峰值相似度的权重系数；β为周期性相似度权重系数；
16、根据q计算值，结合使用者所处环境的粉尘浓度值，判断防尘口罩佩戴的规范性；
17、若使用者所处环境粉尘浓度值≥2mg/m3，为带尘作业，则需要佩戴防护口罩；此时q值越接近于1，口罩佩戴越规范；反之，佩戴越不规范；当q值≤阈值a时，发出声光报警信息，提醒使用者规范佩戴。
18、进一步，所述α＝0.6，β＝0.4。
19、进一步，所述a＝0.8。
20、本发明的有益效果在于：
21、(1)可以准确判断使用者是否按照要求规范佩戴口罩，与图像判断方法相比，显著提高识别的准确性。
22、(2)在佩戴前学习了不同使用者的呼吸中的co2和频率特征，数据具有明显的个体特征，与实际佩戴者的监测数据对比可判断是否被其他人冒用，具有一定的私密性。
23、(3)该方法同时可以记录使用者的呼吸特征信息，为其健康作业监护提供科学数据。
24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置，其特征在于：该检测装置包括防尘口罩、数据传输链路和监控中心；
2.根据权利要求1所述的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置，其特征在于：面罩内侧小孔周围还设置有连接螺母，与防尘口罩的本体匹配连接，其间还设有垫片，用于增加密封性和稳定性。
3.根据权利要求1所述的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置，其特征在于：所述数据传输链路中的无线通信形式包括5g和wifi。
4.根据权利要求1所述的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测装置，其特征在于：当所述口罩佩戴规范性评价结果为“不规范”时，所述报警模块发出声光提醒。
5.基于权利要求1～4中任一项所述检测装置的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测方法，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测方法，其特征在于：所述α＝0.6，β＝0.4。
7.根据权利要求5所述的煤矿用防尘口罩佩戴规范性检测方法，其特征在于：所述a＝0.8。
