基于圖像的采煤工作面煤與瓦斯突出報警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于圖像的采煤工作面煤與瓦斯突出報警方法，該方法設(shè)及圖像 處理和通信等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭是我國主要能源，約占一次能源70%。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、水災、火 災、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。我國煤礦發(fā)生重特大事故中，多數(shù)為重特大瓦 斯事故，瓦斯事故所造成的傷亡人數(shù)也是所有煤礦事故中所占比例最大的。因此，瓦斯事故 防治十分重要。
[0003] 瓦斯事故包括瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯窒息、瓦斯燃燒等事故。為避免或減 少煤與瓦斯突出事故發(fā)生，人們提出了多種煤或巖與瓦斯突出防治方法，在煤礦安全生產(chǎn) 工作中發(fā)揮著重要作用。但現(xiàn)有煤與瓦斯突出實時監(jiān)測與預報方法（包括微震、聲發(fā)射、電 磁福射、紅外福射等）誤報率和漏報率還較高，難W滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。
[0004] 煤礦井下的采煤工作面易發(fā)生煤與瓦斯突出，如能在第一時間快速準確地判定該 區(qū)域的煤與瓦斯突出，可有效避免煤與瓦斯突出引發(fā)瓦斯爆炸等事故，避免或減少由于瓦 斯窒息和瓦斯爆炸造成人員傷亡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 當采煤工作面發(fā)生煤與瓦斯突出情況時，會有大量的煤巖高速向外涌出，并大量 堆積在工作面大部分區(qū)域內(nèi)，甚至通過進風巷和回風巷向外涌出，并可能對該區(qū)域內(nèi)的各 類電子設(shè)備及通信線路造成損壞，同時甲燒濃度迅速增高；本發(fā)明根據(jù)該些特點提出了一 種基于圖像的采煤工作面煤與瓦斯突出報警方法，主要原理在于，通過對攝像機采集視頻 圖像的實時分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)異常的大量煤巖的運動與堆積，結(jié)合甲燒傳感器的數(shù)值 變化情況實現(xiàn)準確地煤與瓦斯突出報警。具體方法包括：
[0006] 1.煤礦井下，在采煤工作面液壓支架或采煤機上、采煤工作面進風巷中、采煤工作 面回風巷中放置攝像機；實時檢測所采集的各路視頻圖像數(shù)據(jù)，檢測攝像機及通信線路的 工作情況，同時監(jiān)測附近區(qū)域的甲燒傳感器數(shù)值的變化；當檢測到攝像機視頻圖像中設(shè)定 區(qū)域異常出現(xiàn)物體堆積、或大量物體高速運動時，則判定為數(shù)據(jù)異常；當檢測到數(shù)據(jù)異常同 時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃度迅速增高或達到報警值，或數(shù)據(jù)異常與相關(guān)設(shè)備故障在短時 間內(nèi)相繼出現(xiàn)，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電閉鎖信號，切斷煤礦井下全部非本質(zhì)安全 電氣設(shè)備電源，通知撤出煤礦井下作業(yè)人員。
[0007] 2.安裝位置靠近巷道頂部或高度大于2米；手動設(shè)定攝像機焦距和曝光值，并關(guān) 閉攝像機的自動對焦和自動白平衡功能。
[000引 3.對采煤工作面液壓支架或采煤機上攝像機監(jiān)控范圍境內(nèi)的未被采煤機和刮板 遮擋的部分區(qū)域進行設(shè)定，在攝像機工作正常及視頻通信正常的條件下，當檢測到設(shè)定區(qū) 域的視頻圖像數(shù)據(jù)發(fā)生劇烈變化，而且數(shù)據(jù)變化不可恢復，同時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃 度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電閉鎖信號。
[0009] 4.對采煤工作面液壓支架或采煤機上攝像機采集的視頻圖像與背景圖像的設(shè)定 區(qū)域運用差分算法進行運算；再對差值圖像進行二值化處理實現(xiàn)對運動物體的分割；當統(tǒng) 計發(fā)現(xiàn)發(fā)生了物體移動的區(qū)域的像素數(shù)超過闊值并持續(xù)一段時間，同時監(jiān)測到附近區(qū)域的 甲燒濃度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電閉鎖信號。
[0010] 5.當檢測到采煤工作面進風巷和回風巷的攝像機采集的視頻圖像中有大量物體 向巷道遠離工作面方向高速運動時，同時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃度迅速增高或達到報警 值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電閉鎖信號。
[0011] 6.對采煤工作面進風巷和回風巷的攝像機采集的視頻圖像與保存的本路背景圖 像運用差分算法進行運算；在對差值圖像進行二值化處理實現(xiàn)對運動物體的分割；當統(tǒng)計 發(fā)現(xiàn)某路圖像中物體移動的區(qū)域的像素數(shù)均超過相關(guān)闊值并持續(xù)增大，同時監(jiān)測到附近區(qū) 域的甲燒濃度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電閉鎖信號。
[0012] 7.當檢測到畫面中的多件原位置固定的物體都向巷道遠離工作面方向高速運動， 同時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警和斷電 閉鎖信號。
[0013] 8.對監(jiān)控區(qū)域進行設(shè)定和靜態(tài)背景圖像中的固定物體輪廓形狀預先進行設(shè)置； 運用差分算法對視頻圖像與保存的背景圖像進行運算；對運算得到的差值圖像進行二值化 處理實現(xiàn)對運動物體的分割；統(tǒng)計各固定物體輪廓形狀區(qū)域與發(fā)生了物體移動的區(qū)域的交 集像素數(shù)，當各交集像素數(shù)與各固定物體輪廓形狀區(qū)域像素數(shù)比值超過相關(guān)闊值，并持續(xù) 增大，同時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦斯突出報警 和斷電閉鎖信號。
[0014] 9.可利用攝像機內(nèi)置或外置的數(shù)字信號處理器在視頻采集前端完成對視頻圖像 的分析和報警，或直接使用具有移動偵測功能的攝像機進行監(jiān)控，當偵測到物體移動時發(fā) 出移動報警信號，同時監(jiān)測到附近區(qū)域的甲燒濃度迅速增高或達到報警值，則發(fā)出煤與瓦 斯突出報警和斷電閉鎖信號。
【附圖說明】
[0015] 圖1采煤工作面攝像機與甲燒傳感器安裝位置示意圖。
[0016] 圖2實施方案1系統(tǒng)示意圖。
[0017] 圖3實施方案1視頻管理與煤與瓦斯突出報警的工作流程示意圖。
[001引圖4實施方案2系統(tǒng)示意圖。
[0019] 圖5實施方案2視頻管理與煤與瓦斯突出報警的工作流程示意圖。
[0020] 圖6采煤工作面攝像機視頻圖像分析檢測流程示意圖。
[0021] 圖7進風巷與回風巷內(nèi)攝像機視頻圖像的檢測流程示意圖。
[0022] 圖8檢測多件原位置固定的物體都向巷道遠離工作面方向高速運動的檢測流程 示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 攝像機放置位置如圖1所示，具體包括：
[0024] 1.采煤工作面液壓支架或采煤機上攝像機（101)。
[0025] 2.采煤工作面回風巷中攝像機（102)。
[0026] 3.采煤工作面進風巷中攝像機（103)。
[0027] 4.采煤工作面上隅角甲燒傳感器（104)
[002引 5.采煤工作面甲燒傳感器（105)
[0029] 6.采煤工作面進風巷甲燒傳感器（106)
[0030] 7.采煤工作面回風巷甲燒傳感器（107)
[0031] 8.串聯(lián)通風的被串工作面的進風巷靠近分風口處甲燒傳感器（108)
[0032] 實施方案1 ;
[0033] 如圖2所示系統(tǒng)主要包括；
[0034] 1.視頻識別服務(wù)器（201)，視頻識別服務(wù)器負責對各路攝像機的視頻圖像進行處 理，通過分析數(shù)據(jù)變化和故障信息發(fā)出報警和斷電閉鎖信號。
[0035] 2.監(jiān)控主機（202);具有聲光報警功能，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控主機查看現(xiàn)場視 頻圖像、傳感器的數(shù)據(jù)變化與設(shè)備故障，可手動發(fā)出報警和斷電閉鎖信號，切斷煤礦井下全 部非本質(zhì)安全電氣設(shè)備電源，下發(fā)調(diào)度指令通知撤出煤礦井下作業(yè)人員。并可從存儲服務(wù) 器調(diào)取歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0036] 3.存儲服務(wù)器（203);負責對攝像機信號、各傳感器信號與設(shè)備故障信號進行采 集、存儲，并為用戶提供查詢調(diào)取服務(wù)。
[0037] 4.網(wǎng)絡(luò)交換機（204);負責所有接入礦用W太網(wǎng)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換。
[003引5.井下交換機（205);負責分站的接入和數(shù)據(jù)交換，具有隔爆外殼，符合煤礦井下 防爆要求。
[0039] 6.分站（206);負責攝像機和傳感器的接入和數(shù)據(jù)交換，具有隔爆外殼，符合煤礦 井下防爆要求。
[0040] 7.攝像機（207);采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機，配有符合煤礦防爆要求的防爆外殼。
[0041] 8.甲燒傳感器（208);甲燒傳感器為全量程或高低濃甲燒傳感器，并具有自動報 警功能。
[0042] 視頻管理與煤與瓦斯突出報警的工作過程如圖3所示：
[0043] 1. (301)攝像機采集視頻圖像，數(shù)字化視頻并壓縮，通過網(wǎng)線將壓縮后的視頻信號 傳輸給分站。
[0044] 2. (302)視頻信號和甲燒傳感器信號通過分站傳輸?shù)骄陆粨Q機。
[0045] 3. (303)井下交換機將信號傳輸?shù)骄系木W(wǎng)絡(luò)交換機，網(wǎng)絡(luò)交換機將視頻信號和 甲燒傳感器信號分發(fā)給存儲服務(wù)器，監(jiān)控終端和視頻識別服務(wù)器。
[0046] 4. (304)視頻識別服務(wù)器實時分析檢測視頻圖像和設(shè)備工作情況，當滿足報警條 件時，則發(fā)出報警和斷電閉鎖信號。
[0047] 5. (305)監(jiān)控主機實時顯示現(xiàn)場視頻、甲燒傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備工作情況，并接收視 頻識別服務(wù)器報警信號，當滿足報警條件時，則自動聲光報警；生產(chǎn)管理人員可查看現(xiàn)場實 時視頻、甲燒傳感器數(shù)據(jù)、報警情況和設(shè)備情況，當視頻和數(shù)據(jù)采集的硬件被損時，則調(diào)取 歷史現(xiàn)場視頻和傳感器數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理人員可手動發(fā)出報警和斷電閉鎖信號，切斷煤礦井 下全部非本質(zhì)安全電氣設(shè)備電源，下發(fā)調(diào)度指