基于机器视觉的井下可视化监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型是关于基于机器视觉的井下可视化监测系统，包括：多个智能相机、n个数据收发控制器、服务器及至少一个客服终端设备；所有智能相机和数据收发控制器均设置于井下巷道中，且所有智能相机被划分为n个组，每组中的所有智能相机均与同一个数据收发控制器有线连接，不同组的智能相机连接不同的数据收发控制器；服务器和客服终端设备均设置于井上，且服务器与数据收发控制器和客服终端设备分别连接；各客服终端设备分别设置于井上，且各客服终端设备分别与服务器连接。本实用新型可以有效的提高井下作业生产的自动化和信息化水平，并减轻作业人员的劳动强度，从而可以使井下作业实现安全高效生产。
【专利说明】基于机器视觉的井下可视化监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及井下监测技术，特别是涉及一种基于机器视觉的井下可视化监测系统。
【背景技术】
[0002]安全高效的井下(如矿业)生产一直是井下行业(如采矿行业)追求的目标。然而，目前井下安全事故频发。这些安全事故不仅严重的威胁到井下工作人员的生命安全，还使国家和集体的财产蒙受了严重的损失。
[0003]为了尽可能的避免井下安全事故的发生，通常会设置专人对井下的现况进行定期安全监测，以期能够及时发现井下存在的安全隐患，从而及时排除该安全隐患。
[0004]发明人在实现本实用新型过程中发现，现有的井下安全监测方式自动化程度较低，且巡检人员的劳动强度较高，不能满足目前社会对井下安全生产日益提高的要求。
[0005]有鉴于现有的井下安全监测存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验以及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种基于机器视觉的井下可视化监测系统，以克服现有的井下安全监测存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究和设计，经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于，克服现有的井下安全监测存在的问题，而提供一种新型结构的基于机器视觉的井下可视化监测系统，所要解决的技术问题是，提高井下作业生产的自动化和信息化水平，并减轻作业人员的劳动强度。
[0007]本实用新型的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。
[0008]依据本实用新型提出的一种基于机器视觉的井下可视化监测系统，包括:多个智能相机、n个数据收发控制器、服务器以及至少一个客服终端设备，其中，所述n为大于等于I的整数；所有智能相机分别设置于井下巷道中，且所有智能相机被划分为n个组，每组中的所有智能相机均与同一个数据收发控制器有线连接，不同组的智能相机连接不同的数据收发控制器；各数据收发控制器分别设置于井下巷道中，且各数据收发控制器与服务器均有线连接；所述服务器设置于井上；各客服终端设备分别设置于井上，且各客服终端设备分别与服务器连接。
[0009]本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
[0010]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述智能相机等间距的设置于井下巷道中。
[0011]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中相邻的两个智能相机之间的间隔不超过智能相机撷取图像范围的宽度的一半。[0012]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述智能相机与数据收发控制器之间通过同轴电缆、双绞线或者光纤有线连接。
[0013]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述数据收发控制器与服务器之间通过光纤有线连接。
[0014]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述数据收发控制器包括单片机或者数字信号处理器。
[0015]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述客服终端设备与服务器之间通过局域网连接。
[0016]较佳的，前述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其中所述井为矿井。
[0017]借由上述技术方案，本实用新型的基于机器视觉的井下可视化监测系统至少具有下列优点以及有益效果:本实用新型通过在井下巷道中设置多个智能相机，并通过各数据收发控制器将其对应组内的各智能相机撷取并处理的视频图像传输给设置于井上的服务器，这样，服务器可以获得其所需的井下巷道监控图像，甚至是井下巷道的完整且连续的监控图像，并据此对井下进行相应的安全监测；从而本实用新型可有效提高井下作业生产的自动化和信息化水平，并减轻作业人员的劳动强度，最终可以使井下作业实现安全高效生产。
[0018]综上所述， 本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
[0019]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的基于机器视觉的井下可视化监测系统的示意图。
【具体实施方式】
[0021]据统计，人类从外部世界获得的信息约有70%以上是由视觉获取的；这既可以说明视觉信息量的巨大，也表明人类对视觉信息有较高的利用率，同时，也体现出了人类视觉功能的重要性。
[0022]机器视觉技术作为一种基于图象信息的传感方式，正在被应用于越来越多的行业和场合，尤其是恶劣或者危险的场合。利用机器视觉技术可以代替人完成检测、识别、测量以及引导等传统上需要经验和智能判断完成的工作，并且可以表现出优越的性能。
[0023]本实用新型通过将机器视觉技术应用于矿业各生产环节，尤其是井下矿各生产环节，对于提高矿业生产的自动化和信息化水平、减轻工人劳动强度以及实现矿业的安全高效生产具有重要意义。
[0024]本实用新型提供的基于机器视觉的井下可视化监测系统如图1所示。
[0025]图1中的基于机器视觉的井下可视化监测系统主要包括:多个智能相机(图1中示意性的示出了 X与n乘积数量的智能相机，具体为，智能相机1.1、智能相机1.2、……、智能相机1.x、……、智能相机n.1、智能相机n.2、智能相机n.3、……、智能相机n.x)、至少一个数据收发控制器(图1中示意性的示出了 n个数据收发控制器)、服务器以及至少一个客服终端设备(图1中示意性的示出了三个客服终端设备)；其中，所有智能相机和数据收发控制器均设置于井下巷道(如矿井巷道)中，而服务器以及所有的客服终端设备均设置于井上。
[0026]设定数据收发控制器的数量为n个(n为大于等于I的整数)，则本实用新型的系统中的所有的智能相机应被划分为n个组，且每组均包括多个智能相机(如图1中，每组均包括X个智能相机)。智能相机组与数据收发控制器之间的连接关系为一对一的连接关系，也就是说，每组中的所有智能相机均与同一个数据收发控制器有线连接，且不同组的智能相机连接不同的数据收发控制器。需要说明的是，本系统中的所有的智能相机可以被等分为n组，也可以被不等分为n组。
[0027]智能相机(也可以称为机器智能相机)可以作为井下巷道的图像采集节点，每个节点均是独立的。智能相机主要用于撷取图像，并按照预先设定的处理方式对该图像进行处理，然后，智能相机将处理后的图像信息传输给与其连接的数据收发控制器。
[0028]通常情况下，智能相机主要包括图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件以及网络通信装置等元部件。本实用新型可以采用现有的多种型号的智能相机。
[0029]智能相机可以通过普通网线或者光纤等网络连接设备与其对应的数据收发控制器有线连接，这里的普通网线可以是指同轴电缆或者双绞线等。
[0030]另外，智能相机可以等间距的设置于井下巷道中，针对一条井下巷道而言，为了使井上获得该井下巷道的完整的连续的图像画面，智能相机的摄像范围应该完整的覆盖该井下巷道，这样，相邻的两个智能相机之间的间隔应不超过智能相机撷取图像范围的宽度的一半。
[0031]数据收发控制器(也可以称为分站或者数据汇集转发站等)除了与其对应的多个智能相机有线连接之外，还与井上的服务器有线连接，且数据收发控制器是通过光纤与服务器有线连接的。
[0032]数据收发控制器主要用于汇聚其对应的智能相机组中的各智能相机传输来的视频图像，并将其中转至对应的服务器。数据收发控制器可以以千兆以太网方式将视频图像中转传输至井上服务器。该数据收发控制器可以具体为单片机或者数字信号处理器(如基于嵌入式的数字信号处理器)等。
[0033]本实用新型的系统可以包括一台服务器(如图1所示)，也可以包括多台服务器。系统中的服务器除了与数据收发控制器有线连接之外，还与客服终端设备连接，如服务器通过局域网与各客服终端设备连接。需要说明的是，一台服务器可以连接多个数据收发控制器，且通常情况下，一个矿井可以只设置一台服务器即可。在服务器为多台时，服务器之间可以是相互连通的，也可以是相互不连通的。
[0034]服务器主要用于对接收到的图像进行处理(如图像拼接处理等)，并将处理结果提供给客服终端设备。服务器还支持历史数据查询，用户可以通过客服终端设备从服务器处获取相应的历史数据。
[0035]各客服终端设备分别与服务器连接，且客服终端设备主要用于接收服务器传输来的图像处理结果，并为用户显示相应的画面，如为用户显示井下巷道的拼接全景视频图像。客服终端设备还可以根据用户的需求向服务器传输历史数据查询请求，并根据服务器传输来的响应向用户显示查询结果画面。该客服终端设备可以为计算机等。
[0036]本实用新型的系统的一个具体的技术方案可以描述为如下:智能相机在服务器的驱动下，采集井下巷道的图像信号，该采集的图像信号可以通过普通网线或者光纤传给数据收发控制器；然后，数据收发控制器再通过光纤将图像信号传输到井上的服务器；经过服务器的处理，客服终端设备可以将完整的井下巷道画面呈现给用户。另外，本实用新型的系统还可以实现井下人员的定位和管理、井下巷道监测、设备运行状态监测以及井下巷道变形监测等应用。具体的:
[0037]井下人员的定位和管理，是以人员为对象的视觉识别技术，系统能从采集到的人员图像中自动提取人员面部特征以及安全帽上的数字和字符等，进而再对人员的面部特征及数字和字符等进行识别，以实现井下人员的定位和管理。
[0038]井下巷道监测包括巷道内水、火以及冒顶的监测，系统通过将巷道内的正常图片和异常图片进行比较分析，即可对井下巷道内的任何部位的透水状态、火灾状态、冒顶状态等进行判断和报警，从而可以实现对水火灾害以及冒顶进行有效的及时的监测。
[0039]设备运行状态监测是指通过对井下巷道内的设备图像分析来判断设备运转是否正常。
[0040]巷道变形监测包括顶板位移监测，系统通过利用智能相机的测量技术对井下巷道图像中展示出的各参数与原图像(即正常图像)中展示出的各参数进行比较，从而可以得出顶板位移的尺寸以及巷道的变形情况。通过对巷道变形的监测可以为巷道支护、矿岩动力灾害防治以及矿山压力等提供必要的依据。
[0041]由上述描述可知，本实用新型的系统通过在井下巷道中等间距的连续设置智能相机来采集图像并通过数据收发控制器传输到服务器(及上位机)，因此，上位机可以对其接收到的各图像进行拼接处理达到全景图像效果，同时，上位机通过对图像进行智能分析，以对井下人员进行识别；可以对透水、火灾、冒顶、顶板位移、巷道变形、设备异常运行等安全故障进行有效的判断、预测和报警；从而达到了智能监督监控的效果，也就是说，工作人员视觉能判断的事项，通过机器视觉也可以解决。另外，本系统还支持历史数据的查询功能。
[0042]以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，包括:多个智能相机、n个数据收发控制器、服务器以及至少一个客服终端设备，其中，所述n为大于等于I的整数； 所有智能相机分别设置于井下巷道中，且所有智能相机被划分为n个组，每组中的所有智能相机均与同一个数据收发控制器有线连接，不同组的智能相机连接不同的数据收发控制器； 各数据收发控制器分别设置于井下巷道中，且各数据收发控制器与服务器均有线连接； 所述服务器设置于井上； 各客服终端设备分别设置于井上，且各客服终端设备分别与服务器连接。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述智能相机等间距的设置于井下巷道中。
3.如权利要求2所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，相邻的两个智能相机之间的间隔不超过智能相机撷取图像范围的宽度的一半。
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述智能相机与数据收发控制器之间通过同轴电缆、双绞线或者光纤有线连接。
5.如权利要求1所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述数据收发控制器与服务器之间通过光纤有线连接。
6.如权利要求1所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述数据收发控制器包括单片机或者数字信号处理器。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述客服终端设备与服务器之间通过局域网连接。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于机器视觉的井下可视化监测系统，其特征在于，所述井为矿井。
【文档编号】H04L29/08GK203457246SQ201320517560
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】黄国坤, 黄国君, 黄国鹏 申请人:北京中矿华沃科技股份有限公司