基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法，该方法设及 图像处理和通信等领域。
【背景技术】
[0002] 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，多数为重特大瓦 斯事故，瓦斯事故所造成的伤亡人数也是所有煤矿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、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故。为避免或减 少煤与瓦斯突出事故发生，人们提出了多种煤或岩与瓦斯突出防治方法，在煤矿安全生产 工作中发挥着重要作用。但现有煤与瓦斯突出实时监测与预报方法（包括微震、声发射、电 磁福射、红外福射等）误报率和漏报率还较高，难W满足煤矿安全生产的需要。
[0004] 煤矿井下的掘进工作面易发生煤与瓦斯突出，如能在第一时间快速准确地判定该 区域的煤与瓦斯突出，可有效避免煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸等事故，避免或减少由于瓦 斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡。
【发明内容】
[0005] 当煤矿掘进工作面发生煤与瓦斯突出情况时，会有大量的煤岩高速向外涌出，并 大量堆积在工作面大部分区域内，并通过掘进巷道向外涌出，并可能对该区域内的各类电 子设备及通信线路造成损坏，同时甲烧浓度迅速增高；本发明根据该些特点提出了一种基 于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法，主要原理在于，通过对摄像机采集视频 图像的实时分析，发现监控区域内异常的大量煤岩的运动与堆积，结合甲烧传感器的数值 变化情况实现煤与瓦斯突出报警。具体方法包括：
[0006] 1.煤矿井下，在掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上、掘进巷道岔口一侧或两侧 放置摄像机；实时检测所采集的各路视频图像数据，检测摄像机及通信线路的工作情况，同 时监测附近区域的甲烧传感器数值的变化；当检测到摄像机视频图像中设定区域异常出现 物体堆积、或大量物体高速运动时，则判定为数据异常；当检测到数据异常同时监测到附 近区域的甲烧浓度迅速增高或达到报警值，或数据异常与相关设备故障在短时间内相继出 现，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电 源，通知撤出煤矿井下作业人员。
[0007] 2.摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米；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。
[000引 3.对掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上摄像机监控范围境内的未被掘进机遮 挡的部分区域进行设定，在摄像机工作正常及视频通信正常的条件下，当检测到设定区域 的视频图像数据发生剧烈变化，而且数据变化不可恢复，同时监测到附近区域的甲烧浓度 迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
[0009] 4.对掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上摄像机采集的视频图像与背景图像的 设定区域运用差分算法进行运算；再对差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割； 当统计发现发生了物体移动的区域的像素数超过阔值并持续一段时间，同时监测到附近区 域的甲烧浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
[0010] 5.当检测到掘进巷道岔口进风侧或回风侧放置的摄像机所采集的视频图像中有 大量物体向巷道远离工作面方向高速运动，同时监测到附近区域的甲烧浓度迅速增高或达 到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
[0011] 6.对掘进巷道岔口进风侧或回风侧摄像机采集的视频图像与保存的本路背景图 像运用差分算法进行运算；在对差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割；当统计 发现某路图像中物体移动的区域的像素数均超过相关阔值并持续增大，同时监测到附近区 域的甲烧浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
[0012] 7.当检测到画面中的多件原位置固定的物体都向巷道远离工作面方向高速运动， 同时监测到附近区域的甲烧浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电 闭锁信号。
[0013] 8.如权利要求7所述的报警方法，其特征在于：对监控区域进行设定和静态背景 图像中的固定物体轮廓形状预先进行设置；运用差分算法对视频图像与保存的背景图像进 行运算；对运算得到的差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割；统计各固定物体 轮廓形状区域与发生了物体移动的区域的交集像素数，当各交集像素数与各固定物体轮廓 形状区域像素数比值超过相关阔值，并持续增大，同时监测到附近区域的甲烧浓度迅速增 高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
[0014] 9.如权利要求1所述的报警方法，其特征在于巧利用摄像机内置或外置的数字 信号处理器在视频采集前端完成对视频图像的分析和报警，或直接使用具有移动侦测功能 的摄像机进行监控，当侦测到物体移动时发出移动报警信号，同时监测到附近区域的甲烧 浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。
【附图说明】
[0015] 图1煤矿掘进工作面摄像机与甲烧传感器安装位置示意图。
[0016] 图2实施方案1系统示意图。
[0017] 图3实施方案1视频管理与煤与瓦斯突出报警的工作流程示意图。
[001引图4实施方案2系统示意图。
[0019] 图5实施方案2视频管理与煤与瓦斯突出报警的工作流程示意图。
[0020] 图6掘进巷道摄像机视频图像分析检测流程示意图。
[0021] 图7掘进巷道岔口两侧摄像机视频图像的检测流程示意图。
[0022] 图8检测多件原位置固定的物体都向巷道远离工作面方向高速运动的检测流程 示意图。
【具体实施方式】
[0023] 摄像机放置位置如图1所示，具体包括：
[0024] 1.掘进巷道中（101)。
[0025] 2.掘进巷道岔口出风的一侧的巷道中（102)。
[0026] 3.掘进巷道岔口进风的一侧的巷道中（103)。
[0027] 4.掘进工作面甲烧传感器（104)。
[002引 5.掘进巷道回风流甲烧传感器（105)。
[0029] 实施方案1 ;
[0030] 如图2所示系统主要包括：
[0031] 1.视频识别服务器（201)，视频识别服务器负责对各路摄像机的视频图像进行处 理，通过分析数据变化和故障信息发出报警和断电闭锁信号。
[0032] 2.监控主机（202);具有声光报警功能，生产管理人员通过监控主机查看现场视 频图像、传感器的数据变化与设备故障，可手动发出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全 部非本质安全电气设备电源，下发调度指令通知撤出煤矿井下作业人员。并可从存储服务 器调取历史监控数据。
[0033] 3.存储服务器（203);负责对摄像机信号、各传感器信号与设备故障信号进行采 集、存储，并为用户提供查询调取服务。
[0034] 4.网络交换机（204);负责所有接入矿用W太网的设备的管理和数据交换。
[003引5.井下交换机（205);负责分站的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿井下 防爆要求。
[0036] 6.分站（206);负责摄像机和传感器的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿 井下防爆要求。
[0037] 7.摄像机（207);采用数字网络摄像机，配有符合煤矿防爆要求的防爆外壳。
[003引 8.甲烧传感器（208);甲烧传感器为全量程或高低浓甲烧传感器，并具有自动报 警功能。
[0039] 视频管理与煤与瓦斯突出报警的工作过程如图3所示：
[0040] 1. (301)摄像机采集视频图像，数字化视频并压缩，通过网线将压缩后的视频信号 传输给分站。
[0041] 2. (302)视频信号和传感器信号通过分站传输到井下交换机。
[0042] 3. (303)井下交换机将信号传输到井上的网络交换机，网络交换机将视频信号和 传感器信号分发给存储服务器，监控终端和视频识别服务器。
[0043] 4. (304)视频识别服务器实时分析检测视频图像和设备工作情况，当满足报警条 件时，则发出报警和断电闭锁信号。
[0044] 5. (305)监控主机实时显示现场视频、甲烧传感器数据和设备工作情况，并接收视 频识别服务器报警信号，当满足报警条件时，则自动声光报警；生产管理人员可查看现场实 时视频、甲烧传感器数据、报警情况和设备情况，当视频和数据采集的硬件被损时，则调取 历史现场视频和传感器数据。生产管理人员可手动发出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井 下全部非本质安全电气设备电源，下发调度指令通知撤出煤矿井下作业人员。
[0045] 实施方案2 ;