基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统。在煤矿井下采煤工作面液压支架上安装红外摄像机，红外摄像机通过分路器连接红外图像跟踪监测设备和视频服务器，红外图像跟踪监测设备采集处理现场视频数据，根据监测结果向监控终端发送采煤机异常工作及灾害报警数据，生产管理人员可通过监控终端查看现场实时视频和历史视频，并做出相应处理；本报警系统充分考虑了煤矿采煤机工作特点，实施简单，通过对采煤机跟踪监测，可第一时间准确地对采煤机异常工作及灾害报警。

Coal mine abnormal working and disaster warning system based on infrared image

The invention discloses a coal mine abnormal working and disaster underground warning system based on infrared images. Installation of infrared camera in hydraulic coal working face bracket, infrared camera through a shunt connected with the infrared image tracking monitoring equipment and video server, infrared image tracking and monitoring equipment acquisition and processing of live video data, according to the monitoring results to the monitoring terminal sends the shearer abnormal work and disaster alarm data, production managers can view real-time video and through the history of video monitoring terminal, and make the appropriate treatment; the alarm system takes full account of the work characteristics of coal mining machine is simple, the miner tracking and monitoring, the first time can be accurately alarm for abnormal work of shearer and disaster.

【技术实现步骤摘要】
基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统
本专利技术涉及一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，该系统涉及图像跟踪和通信等领域。
技术介绍
煤炭是我国重要的基础能源和原料，以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，随着国民经济的发展，煤炭的需求量越来越大，伴随的煤矿安全事故也在不断增多。煤炭资源安全高效开发利用技术成为了国内外学者研究的热点领域。最有效的解决方案之一是实现煤矿生产装备机械化及自动化，从而实现井下无人或少人开采。随着煤矿安全重要性的提高和煤炭开采技术的发展，井下采煤工作面实现少人或者无人开采是必然趋势，实现井下少人或者无人开采的必要条件是井下采煤装备机械化、自动化和对其的实时监控。采煤机是综采工作面最重要的设备之一，其正常运行是整个综采工作面完成采掘作业的基础，故对采煤机工作状态的监测是煤矿井下综采工作面的一项重要任务。目前采煤机监控功能多由传感器实现完成。现有传感器模式绝大部分采用有线连接，在实际应用中由于空间有限、工况恶劣，在工程布置及维护中会投入较多精力，且往往会因为机械运动产生连接线路的损坏，影响传感器的精度。在机器开始工作中，会产生大量的电磁干扰，影响通信信号的传播。同时，在实际采煤情况下，伴随着大量的煤块坠落，安装在采煤机上的传感器不可避免的会受到碰撞，虽然有相应的防护措施，但长时间的碰撞仍然会影响传感器的精度。为避免碰撞、机械振动带来的影响，需要新的采煤工作面井下采煤机异常工作监测报警系统，可第一时间准确地对采煤机异常工作进行报警，为井下采煤机安全作业提供一份保障。因此本专利技术提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，根据采煤机的不同异常工作状态，该系统可发出不同报警信号，包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号。通过监测采煤机各部分的温度，判断采煤机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同报警信号，包括：左端滚筒过热报警信号；右端滚筒过热报警信号；主机架过热报警信号。根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果，该系统可发出不同报警信号，包括：突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，红外摄像机采集采煤工作面现场视频红外图像；红外图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源管理模块、隔爆壳；红外图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒位置IA，跟踪监测采煤机右端滚筒位置IB，跟踪监测采煤机主机架位置IO，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度αA、右摇杆抬起高度αB、左摇杆升降角速度ωA、右摇杆升降角速度ωB、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统检测IA处温度，监测IB处温度，监测IO处温度，并根据IA、IB、IO处温度监测结果进行采煤机故障判断，若判断采煤机故障，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；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，通过访问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。具体方法包括：1.在采煤工作面液压支架上水平方向均匀安装多部摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述采煤机工作的红外画面；在摄像机旁安装红外补光灯，光投射方向与摄像机视频采集方向一致。2.红外图像跟踪监测设备的视频采集模块连接红外摄像机模拟视频输出口，负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器，处理器将采集的图像拼接为一幅红外图像；红外图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；红外图像跟踪监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。3.分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为IA；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为IB；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为IO；k帧时，分别在IA、IB、IO周围采集两个样本集Dα＝{z|||IN-Iz||<α}和Dδ,β＝{z|δ<||IN-Iz||<β}，其中，α<δ<β，Iz表示样本位置，IN表示在IA、IB、IO周围采集的样本位置；令Dα为正样本(滚筒图像)，Dδ，β为负样本(背景图像)，根据下列公式计算随机测量矩阵：rij表示随机测量矩阵的元素、s取2或者3，均表示概率；然后对样本图像进行多尺度变换，计算类Harr特征，通过上述测量矩阵对多尺度图像特征进行降维，计算降维后的正负样本特征的期望和标准差，并用其来训练朴素贝叶斯分类器；k+1帧的时候，分别对图像设定区域A、B、O内上一帧跟踪到的目标位置的周围采样n个扫描窗口，通过同样的稀疏测量矩阵对采样的窗口降维，提取特征，然后用k帧训练好的朴素贝叶斯分类器进行分类，令分类分数最大的窗口记作目标窗口，并分别更新IA、IB、IO。4.设置拼接得到的长图的中心为原点，建立数学模型，将图像位置转换到坐标系中，IA转换为(xA,yA)，IB转换为(xB,yB)，IO转换为(xO,yO)，设左摇杆瞬时抬起高度为αa、右摇杆瞬时抬起高度为αb、左摇杆瞬时升降角速度为ωa、右摇杆瞬时升降角速度为ωb、采煤机主机架瞬时移动速度为υ，记k帧时，IA、IB、IO坐标(xAk,yAk)、(xBk,yBk)、(xOk,yOk)，k+T帧时，IA、IB、IO坐标(xAk+1,yAk+1)、(xBk+1,yBk+1)、(xOk+1,yOk+1)，T帧间隔时间为t；计算l为采煤机主机架中心到左摇杆与主机架连接处距离；每间隔时间T0，计算该时间内αa的均值，得出αA，计算该时间内αb的均值，得出αB，计算该时间内ωa的均值，得出ωA，计算该时间内ωb的均值，得出ωB，计算该时间内υ的均值，得出V的数值；T0、T通过测量设定或人为设定。5.设置次数n＝m＝0，采煤机开始工作时，每间隔时间T3，检测V、n与m的值，通过判断V、n、m、αA、αB、ωA、ωB的值，判断采煤机的工作状态，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号；通过监测IA、IB、IO处温度，判断采煤机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。6.采煤机跟踪丢失后，对随后的图像进行灰度值提取与计算，根据计算结果，判断是否发生水灾、瓦斯泄露，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。7.该系统可发出的报警信号包括：摇臂自动升降报警信号；摇本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，红外摄像机采集采煤工作面现场视频红外图像；红外图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源管理模块、隔爆壳；红外图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒位置I

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，红外摄像机采集采煤工作面现场视频红外图像；红外图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源管理模块、隔爆壳；红外图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒位置IA，跟踪监测采煤机右端滚筒位置IB，跟踪监测采煤机主机架位置IO，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度αA、右摇杆抬起高度αB、左摇杆升降角速度ωA、右摇杆升降角速度ωB、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统检测IA处温度，监测IB处温度，监测IO处温度，并根据IA、IB、IO处温度监测结果进行采煤机故障判断，若判断采煤机故障，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；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，通过访问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：在采煤工作面液压支架上水平方向均匀安装多部摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述采煤机工作的红外画面；在摄像机旁安装红外补光灯，光投射方向与摄像机视频采集方向一致。3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：红外图像跟踪监测设备的视频采集模块连接红外摄像机模拟视频输出口，负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器，处理器将采集的图像拼接为一幅红外图像；红外图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；红外图像跟踪监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为IA；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为IB；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为IO；k帧时，分别在IA、IB、IO周围采集两个样本集Dα＝{z|||IN-Iz||<α}和Dδ,β＝{z|δ<||IN-Iz||<β}，其中，α<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，邵子佩，
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