23-B模塊，支持移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議，使用UART接口與MSP430F147連接通信。
[0039] 4.調(diào)試接口（205)，標準JTAG接口，用于單片機程序調(diào)試、燒寫、升級。
[0040] 5.電源(206)，負責為所有功能模塊供電。由于水文監(jiān)測設(shè)備置于野外，所W為保 障供電需要支持多種供電方式。電源組成包括蓄電池、太陽能板、AC/DC模塊、DC/DC模塊、DC 電源轉(zhuǎn)換忍片。
[0041 ]水災(zāi)報警的工作過程如圖3所示：
[0042] 1. (301)攝像機采集視頻圖像，將模擬視頻信號通過同軸電纜傳輸給視頻服務(wù)器。
[0043] 2. (302)視頻服務(wù)器數(shù)字化模擬視頻信號并進行壓縮編碼，通過網(wǎng)線將壓縮編碼 后的視頻數(shù)據(jù)W組播方式傳輸給存儲服務(wù)器，監(jiān)控主機和水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器。
[0044] 3. (303)水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器實時分析由視頻服務(wù)器發(fā)送的視頻圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)測視頻 中的異常水流。
[0045] 4. (304)水文監(jiān)測設(shè)備采集水文觀測孔內(nèi)的水位和水溫數(shù)據(jù)。
[0046] 5. (305)水文監(jiān)測設(shè)備將水位和水溫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的通信協(xié)議進行打包，將 數(shù)據(jù)包通過移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)WTCP客戶端方式傳送到存儲服務(wù)器。
[0047] 6. (306)存儲服務(wù)器WTCP服務(wù)器方式接收由水文監(jiān)測設(shè)備上傳的水文觀測孔內(nèi) 的水位和水溫數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫。
[0048] 7. (307)水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器通過訪問存儲服務(wù)器獲得水文觀測孔內(nèi)的水位和水溫數(shù) 據(jù)，對視頻圖像監(jiān)測（303)結(jié)果和與攝像機所在位置相關(guān)的水文觀測孔內(nèi)的水位和水溫數(shù) 據(jù)進行綜合監(jiān)測，當滿足報警條件時向監(jiān)控主機發(fā)出水災(zāi)報警信號，同時將所監(jiān)測攝像機 編號發(fā)送給監(jiān)控主機。
[0049] 8. (308)當現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)水災(zāi)，按下報警按鈕時，分站采集報警按鈕的報警信 號，將數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的通信協(xié)議進行打包，將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)接口 WTCP客戶端方式傳送到 存儲服務(wù)器。
[0050] 9. (309)存儲服務(wù)器存儲報警數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)報警信號給監(jiān)控主機。
[0051] 10. (310)當監(jiān)控主機接到水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器或存儲服務(wù)器的報警信號時，將攝像機 的或報警開關(guān)的編號發(fā)送給地理信息服務(wù)器。
[0052] 11. (311)地理信息服務(wù)器根據(jù)報警攝像機或報警開關(guān)的編號確定突水位置，根據(jù) 突水位置分析水災(zāi)發(fā)展情況，再根據(jù)分析結(jié)果為井下各工作區(qū)域提供逃生路線信息，并發(fā) 送給監(jiān)控主機。
[0053] 12. (312)監(jiān)控主機實時顯示現(xiàn)場視頻并自動聲光報警，將突水位置和逃生路線的 文本信息合成語音并壓縮編碼，下發(fā)至各廣播設(shè)備進行廣播。生產(chǎn)管理人員可查看現(xiàn)場實 時視頻、報警情況和設(shè)備情況，當視頻和數(shù)據(jù)采集的硬件被損壞時，則調(diào)取歷史現(xiàn)場視頻數(shù) 據(jù)。
[0054] 13. (313)井下廣播設(shè)備接收包含突水位置和逃生路線信息的語音數(shù)據(jù)，解碼還原 為語音信號放大播報。
[0055] 水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器監(jiān)測流程如圖4所示：
[0056] 1.(401)每次水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器啟動時調(diào)取監(jiān)控區(qū)域A和所有監(jiān)測運算相關(guān)的參數(shù) 進行進行調(diào)取，如尚未設(shè)置則需手動進行設(shè)置。
[0057] 2. (402)統(tǒng)計每帖圖像區(qū)域A內(nèi)各灰度值的像素數(shù)，得到序列出;運算K帖圖像區(qū)域
A內(nèi)的各灰度值的像素數(shù)的算術(shù)平均值 得到序列Si。
[0化引 3. (403)統(tǒng)計設(shè)定灰度區(qū)間內(nèi)的像素數(shù)化，
[0059] 4. (404)將最后采集到一帖圖像作為背景圖像b(x，y)存儲。
[0060] 5. (405)間隔P帖求最新圖像帖中區(qū)域A內(nèi)大于等于設(shè)定灰度值M2的像素總和化，
[0061 ] 6. (406)如(Dh-Ds) >M3,則執(zhí)行(408)，否則執(zhí)行(407) ;M3為設(shè)定闊值。
[0062] 7. (407)判定是否到背景圖像更新時間Ts，如到了更新時間則返回（402)，否則返 回（405)。
[0063] 8. (408)觸發(fā)預(yù)警，置預(yù)警標志。
[0064] 9. (409)更新存儲背景圖像b (X，y)。
[0065] 10. (410)持續(xù)設(shè)定時間對實時視頻圖像與所存背景圖像進行累積差值圖像運算。
[0066] 11. (411)對處理得到的累積差值圖像進行灰度像素統(tǒng)計
[0067]
[0068] 式中f (X，y)為實時視頻圖像，Pn (X，y)為處理了 η帖的累積差值圖像初始值為0，A 為設(shè)定區(qū)域，Τι為設(shè)定灰度闊值;通過累積差值運算處理化帖后，求高于設(shè)定灰度值T2的像 素總和化。
[0069] 12. (412)如Dt>M4,則執(zhí)行(414)，否則執(zhí)行(413)后返回（402)，Μ4為設(shè)定的增長率 闊值。
[0070] 13. (414)訪問存儲服務(wù)器獲取與攝像機所在位置相關(guān)的水文觀測孔內(nèi)的水位、水 溫數(shù)據(jù)，計算并監(jiān)測水位數(shù)據(jù)變化，當在時間Ts內(nèi)，滿足
，則執(zhí)行(416)，否則 執(zhí)行(415);式中為實時采集的水位數(shù)據(jù)，Lsi為圖像數(shù)據(jù)異常前的水位數(shù)據(jù)，Ri為設(shè)定的 水位變化率闊值。
[0071] 14. (415)計算并監(jiān)測水溫數(shù)據(jù)變化，如在時間Ts內(nèi)，滿足
，則執(zhí)行 (416)，否則執(zhí)行(413)后返回（402);式中以2為實時采集的水位數(shù)據(jù)，Ls2為圖像數(shù)據(jù)異常前 的水位數(shù)據(jù)，R2為設(shè)定的水位變化率闊值。
[0072] 15. (416)發(fā)出水災(zāi)報警信號。
[0073] 16. (413)清除預(yù)警標志，取消預(yù)警狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于圖像和水文數(shù)據(jù)監(jiān)測的煤礦水災(zāi)報警方法，其特征在于：在煤礦井下掘進 工作面、采煤工作面或其它可能發(fā)生透水事故的作業(yè)面等地點放置攝像機，在井上鉆水文 觀測孔用于對礦井附近的相關(guān)地下水狀態(tài)進行監(jiān)測，監(jiān)測水文觀測孔內(nèi)水位和水溫數(shù)據(jù)； 對視頻圖像數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，當監(jiān)測到攝像機視頻圖像中設(shè)定區(qū)域出現(xiàn)異常水流，且水 流持續(xù)時間超過設(shè)定的時間闊值或水流增大速度超過設(shè)定闊值時，則判定為數(shù)據(jù)異常;且 當發(fā)現(xiàn)水文觀測孔水位或水溫變化超過設(shè)定的闊值則立刻發(fā)出水災(zāi)報警信號。2. 如權(quán)利要求1所述的報警方法，其特征在于:攝像機安裝位置靠近巷道頂部或高度大 于2米，在攝像機旁安裝輔助光源，光投射方向與攝像機視頻采集方向一致;關(guān)閉攝像機的 自動對焦和自動白平衡功能。3. 如權(quán)利要求1所述的報警方法，其特征在于:對攝像機監(jiān)控范圍內(nèi)的部分區(qū)域A進行 設(shè)定，對每帖視頻圖像區(qū)域A內(nèi)各灰度值i的像素數(shù)進行統(tǒng)計，得到序列出;運算K帖圖像的 各灰度值的像素數(shù)的算術(shù)平均值：得到序列Si;求大于等于設(shè)定灰度值Ml的像 素總和化：，并將最后一帖圖像作為背景圖像b(x，y)存儲，間隔時間Tm對化和b(x， y)進行更新；每間隔P帖求最新圖像帖中區(qū)域A內(nèi)大于等于設(shè)定灰度值M2的像素總和Dh，，當Dh大于等于Ds設(shè)定闊值M3時，即（Dh-Ds) >M3時，觸發(fā)預(yù)警，并存儲b(x，y);如 (化-〇5)<13，則更新化和6山7)，則更新化和6山7);1(、？、11、12、13、了|?通過測量設(shè)定或人為 設(shè)定得到。4. 如權(quán)利要求3所述的報警方法，其特征在于:進入預(yù)警模式后，每間隔化帖對攝像機采 集的實時視頻圖像f(x，y)與所存背景圖像b(x，y)進行累積差值處理，累積差值運算公式 為：式中Pn(x，y)為處理了 η帖的累積差值圖像初始值為0，A為設(shè)定區(qū)域，Τι為設(shè)定灰度闊 值;通過累積差值運算處理化帖后，求大于等于設(shè)定灰度值Τ2的像素總和化，如滿足化>Μ4， 則判定為圖像數(shù)據(jù)異常；式中Μ4為設(shè)定的闊值;Ql、化、Τι、Τ2、Μ4通過測量設(shè)定或人為設(shè)定得 到。5. 如權(quán)利要求4所述的報警方法，其特征在于：當監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常后，計算并監(jiān)測 地面水文觀測孔的水位數(shù)據(jù)變化，當在時間Ts內(nèi)，滿巧則發(fā)出水災(zāi)報警信 號，式中為實時采集的水位數(shù)據(jù)，Lsi為圖像數(shù)據(jù)異常前的水位數(shù)據(jù)，Ri為設(shè)定的水位變化 率闊值;Ts、化通過測量設(shè)定或人為設(shè)定得到。6. 如權(quán)利要求4所述的報警方法，其特征在于：監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常后，計算并監(jiān)測地 面水文觀測孔的水溫數(shù)據(jù)變化，當在時間Ts內(nèi)，滿足，則發(fā)出水災(zāi)報警信 號，式中以2為實時采集的水溫數(shù)據(jù)，Ls2為圖像數(shù)據(jù)異常前的水溫數(shù)據(jù)，化為設(shè)定的水溫變化 率闊值;R2通過測量設(shè)定或人為設(shè)定得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像和水文數(shù)據(jù)監(jiān)測的井下水災(zāi)報警方法，本報警方法通過煤礦井下掘進工作面、采煤工作面或其它可能發(fā)生透水事故的作業(yè)面等地點放置攝像機，同時監(jiān)測地面水文觀測孔水位和水溫數(shù)據(jù)；當監(jiān)測到攝像機視頻圖像中設(shè)定區(qū)域出現(xiàn)異常水流，且水流持續(xù)時間超過設(shè)定的時間閾值或水流增大速度超過設(shè)定閾值，同時地面水文觀測孔水位或水溫數(shù)據(jù)異常，則發(fā)出水災(zāi)報警信號。本報警方法充分考慮了煤礦井下水災(zāi)的特征特點，實施簡單，自動及時采取相應(yīng)措施，可第一時間準確地對礦井突水進行報警，為未在突水發(fā)生現(xiàn)場的其它區(qū)域井下人員爭取寶貴的救災(zāi)和逃生時間。
【IPC分類】G01D21/02, E21F17/18
【公開號】CN105569732
【申請?zhí)枴緾N201610001289
【發(fā)明人】孫繼平, 劉毅
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月4日