本发明专利技术公开了一种基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统。在煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点安装摄像机，并安装风速传感器，摄像机通过视频分路器连接温湿度和图像监测设备和视频服务器；温湿度和图像监测设备对采集的温湿度等数据和视频数据进行监测处理，根据监测结果向监控终端发送水灾报警数据，生产管理人员可通过监控终端查看现场实时和历史视频，并做出应急处理；本报警系统分考虑了煤矿采煤工作面水灾的特征特点，实施简单，自动及时采取相应措施，可第一时间准确地对矿井突水进行报警，为未在发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统，该系统涉及图像模式识别、传感器和通信等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，矿井水灾时对矿井危害性较大的自然灾害，以煤矿事故死亡的人数计算，水害事故占15.72％，仅次于瓦斯和顶板事故，位居第三，矿井发生水灾事故后，其危害包括：1、冲毁巷道，埋压、淹没和封堵人员。2、伴随突水，会有大量的煤泥和岩石淤积巷道，给人员逃生造成困难。3、损坏设备。井下电器，电缆被水浸泡后，其绝缘能力迅速下降，给井下的运输、通风、排水等造成困难，使未及时逃离人员的生还几率降低。4、涌出大量的有毒有害气体，使未及时逃离人员的生存条件环境更加恶化。综上所述，矿井水灾是煤矿严重的灾害，在煤矿生产中对矿井水灾的报警必须做到及时准确。目前水灾预警以水文探测预防、井下探水、先兆现象观测和为主，水文探测和井下探水可预防井下水灾事故，但由于还可能存在水文情况复杂、设计不当、措施不力、管理不善和人的思想麻痹等原因，水文探测和井下探水并不能完全防止突水的发生，更不能对突发的井下突水进行报警；先兆现象观测以人为经验判断为主，存在较大的主观因素。目前对于现场突水事故，主要依靠现场人员的人工报警，但当突水发生在无人值守的时间或区域，或者现场人员匆忙逃离而未能主动报警，调度室就无法及时的获得已发生突水的信息，无法及时地通知井下相关工作人员，以致不能对突水事故及时采取应急措施，易造成水害失控和人员伤亡。为有效减少水灾引起的矿山财产损失和人员伤亡，需要新的煤矿井下水灾报警系统，可第一时间准确地对煤矿井下突水进行报警，为未在发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统，系统主要包括摄像机、视频分路器、温湿度和图像监测设备、风速传感器、设备控制器、视频服务器、矿用以太网、存储服务器、监控终端、井上温湿度监测设备；摄像机安装于煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面；温湿度和图像监测设备组成包括：核心处理器、温度探头、湿度探头、检测模块、存储模块、视频采集模块、通信模块、电源与时钟模块和隔爆壳；温湿度和图像监测设备用于采集监测作业面温湿度数据，接收监测风速数据、大功率设备状态数据和井上温湿度数据，并监测作业面视频中的突发且持续水流，根据监测结果发出水灾报警信号，报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。所述系统还包括：1.摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米；在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致；手动设定摄像机焦距和曝光值，并关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。2.风速或风量传感器安装在作业面巷道的进风巷中，距离作业面不大于15米，通过RS-485接口与温湿度和图像监测设备连接通信。3.温湿度和图像监测设备通过网络接口连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端和井上温湿度监测设备通信。4.温湿度和图像监测设备计算并监测作业面温湿度数据变化，在风速fS或风量fL值与平均风速FS或风量FL值的差的绝对值未超过设定阈值rS、rL的条件下，即满足|fS-FS|＜rS或|fL-FL|＜rL的条件下，当监测发现满足当作业面平均温度变化及湿度增长超过设定阈值，即满足且则判定为温湿度数据异常，式中Li1、Li2分别为作业面温度和湿度数据；Lw1、Lw2分别为井上温度和湿度数据；LS1、LS2分别为作业面温度和湿度参考值；kd、ks为井上温湿度对井下温湿度影响的关系系数，与作业面到井上的巷道长度有关；kq为作业面的大型设备与现场温度的影响关系系数，与巷道截面积和深度有关；U为作业面大型设备的开停状态，设备开启时U＝1，设备关闭时U＝0；R1、R2分别为设定的温度和湿度变化率阈值；以上参数中FS、FL、LS1、LS2通过测量统计得到；R1、R1、kd、ks、kq通过测量设定或人为设定得到，存储在存储模块中。5.在温湿度和图像监测设备工作前，需对摄像机监控范围内的部分区域A进行设定，存储在存储模块中；运算K帧图像的区域A中各灰度值的像素数算术平均值；根据算术平均值求大于等于灰度值M1的像素总和DS，并将最后一帧图像作为背景图像b(x，y)存储，间隔时间TS对DS和b(x，y)进行更新；每间隔P帧求最新图像帧的区域A中大于等于灰度值M2的像素总和DH，当DH-DS≥M3，触发预警；K、P、TS、M1、M2、M3通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中。6.进入预警模式后，每间隔Q1帧对摄像机采集的实时视频图像f(x，y)与所存背景图像b(x，y)进行累积差值处理，累积差值运算公式为：式中Pn(x，y)为处理了n帧的累积差值图像初始值为0，A为设定区域，T1为设定灰度阈值；通过累积差值运算处理Q2帧后，求大于等于灰度值T2的像素总和DT，如满足DT≥R，则设定为图像数据异常；式中R为设定的增长阈值；Q1、Q2、T1、T2、R通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中。7.当温湿度数据异常后TJ秒内发生图像数据异常，则发出水灾报警信号；否则清除温湿度数据异常标志，并更新作业面温度和湿度参考值LS1、LS2；TJ通过测量设定或人为设定得到，存储在存储模块中。附图说明图1基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统示意图。图2温湿度和图像监测设备结构示意图。图3报警系统的工作流程示意图。图4温湿度和图像监测设备温湿度数据监测流程示意图。图5温湿度和图像监测设备视频数据监测流程示意图。具体实施方式如图1所示所述系统组成主要包括：1.摄像机(101)，采用煤矿隔爆要求的隔爆模拟摄像机，带有辅助光源，安装在煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点，通过同轴电缆与视频分路器(102)连接。2.视频分路器(102)，负责将摄像机的一路模拟信号输出分成两路输出，其中一路接温湿度和图像监测设备(103)，另一路接视频服务器(105)。3.温湿度和图像监测设备(103)，接收由视频分路器(102)输出的一路模拟视频信号，采集作业面温湿度数据，同时采集巷道风速或风量数据、井下大型设备状态数据和井上温湿度数据，对视频数据和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统，其特征在于：系统主要包括摄像机、视频分路器、温湿度和图像监测设备、风速传感器、设备控制器、视频服务器、矿用以太网、存储服务器、监控终端、井上温湿度监测设备；摄像机安装于煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面；温湿度和图像监测设备组成包括：核心处理器、温度探头、湿度探头、检测模块、存储模块、视频采集模块、通信模块、电源与时钟模块和隔爆壳；温湿度和图像监测设备用于采集监测作业面温湿度数据，接收监测风速数据、大功率设备状态数据和井上温湿度数据，并监测作业面视频中的突发且持续水流，根据监测结果发出水灾报警信号，报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。
【技术特征摘要】
1.一种基于温湿度和图像监测设备的井下水灾报警系统，其特征在于：系统主要包括摄像
机、视频分路器、温湿度和图像监测设备、风速传感器、设备控制器、视频服务器、矿
用以太网、存储服务器、监控终端、井上温湿度监测设备；摄像机安装于煤矿井下掘进
工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面；温湿度和图像监测设备组成包
括：核心处理器、温度探头、湿度探头、检测模块、存储模块、视频采集模块、通信模
块、电源与时钟模块和隔爆壳；温湿度和图像监测设备用于采集监测作业面温湿度数据，
接收监测风速数据、大功率设备状态数据和井上温湿度数据，并监测作业面视频中的突
发且持续水流，根据监测结果发出水灾报警信号，报警信号通过矿用以太网传输至井上
监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过视频服务器获得现场视频，通过访问存储
服务器获得历史现场视频。
2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于
2米；在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致；手动设定摄
像机焦距和曝光值，并关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。
3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：风速或风量传感器安装在作业面巷道的进
风巷中，距离作业面不大于15米，通过RS-485接口与温湿度和图像监测设备连接通信。
4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：温湿度和图像监测设备通过网络接口连接
矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端和井上温湿度监测设备通信。
5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：温湿度和图像监测设备计算并监测作业面
温湿度数据变化，在风速fS或风量fL值与平均风速FS或风量FL值的差的绝对值未超
过设定阈值rS、rL的条件下，即满足|fS-Fs|＜rS或|fL-FL|＜rL的条件下，当监测发现满
足当作业面平均温度变化及湿度增长超过设定阈值，即满足
|Li1-[LS1+kd(Lw1-LS1)+kqU]|LS1+kd(Lw1-LS1)+kqU>R1%]]>且Li2-[LS2+ks(Lw2-LS2)]LS2+kd(Lw2-LS2)&...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11
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