本发明涉及一种基于红外图像的矿井水仓监控报警系统，该系统涉及红外成像技术、数字图像处理技术和自动控制技术等领域。
背景技术：
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、顶板等事故困扰着煤矿安全生产。矿井水灾是煤矿重特大事故之一。水仓水位监测系统是矿井监控系统的重要组成部分。目前水仓水位监测设备主要包括浮漂式水位传感器、压力感应式水位传感器、超声波式水位传感器等。浮漂式水位传感器由于采用机械原理监测水位，使用寿命短，故障率高，不便维护；压力感应式水位传感器基于水压应变原理，传感器探头置于水下，如敏感器件易受水侵蚀，故障率和误报率较高；超声波式水位传感器采用超声测距原理监测水位，受超声波发射半径限制，易受注水水流、水波等环境干扰，误报率较高。因此需要一种新的故障率低、精度高、便于维护的具有水灾报警功能的水仓监控报警系统，可及时发现矿井的异常涌水，为井下作业人员争取宝贵的逃生和救灾时间，有效减少水灾引起的人员伤亡和矿山财产损失。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种基于红外图像的矿井水仓监控报警系统，在矿井水仓安装至少1个红外图像采集设备，用于采集水仓的红外图像数据；红外图像采集设备指向水仓水面；系统通过监测识别红外图像数据获得水仓储水量；系统连接水仓排水控制系统设备，采集监测水仓排水量数据；当系统监测到水仓储水量和水仓排水量数据符合设定条件，则发出矿井异常涌水报警或水灾报警信号。
1.所述水仓监控报警系统进一步包括：在所述水仓安装补光设备。
2.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统对水仓储水量的识别方法包括，通过识别红外图像中水仓水面面积获得水仓储水量。
3.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统对水仓储水量的识别方法包括，通过识别红外图像中水仓水面形状获得水仓储水量。
4.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统对水仓储水量的识别方法包括，通过红外图像中固定标志与水仓水面位置的识别获得水仓储水量。
5.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统使用前，先进行系统初始化，初始化过程为遍历包括水仓排空和蓄满的所有水位过程，在此过程中系统记录水仓储水量，同时记录不同储水量所对应的红外图像不同水面特征数据，水面特征数据包括水面面积、水面形状、或水仓内固定标志与水仓水面位置关系；系统工作时，系统通过红外图像数据监测识别得到水面特征数据，将水面特征数据与初始化时所存储水面特征数据进行比对，获得水仓储水量。
6.所述水仓监控报警系统进一步包括：矿井异常涌水报警及水灾报警过程包括以下步骤，根据设定的间隔时间t采集水仓储水量和排水量数据，监测水仓的进水量l变化，进水量l＝(ci-ci-1)+p，式中ci为本次监测所采集的水仓储水量数据，ci-1为上一次监测所采集水仓储水量数据，p为本次监测与上一次监测的间隔时间t内的排水总量，如单位时间进水量
7.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统监测水仓储水量数据，根据水仓储水量数据控制排水设备工作。
8.所述水仓监控报警系统进一步包括：系统监测水仓储水量数据，当水仓储水量超过设定满仓报警阈值，则发出满仓报警信号。
9.所述水仓监控报警系统进一步包括：所述红外图像采集设备包括短波红外摄像机，系统通过监测红外图像数据中的低灰度像素判别水的位置。
附图说明
图1基于红外图像的矿井水仓监控报警系统实施方案1示意图。
图2基于红外图像的矿井水仓监控报警系统实施方案2示意图。
图3基于红外图像的矿井水仓监控报警系统初始化的流程示意图。
图4基于红外图像的矿井水仓监控报警系统水仓储水量监测流程示意图。
图5基于红外图像的矿井水仓监控报警系统异常涌水和水灾报警流程示意图。
具体实施方式
图1为基于红外图像的矿井水仓监控报警系统的实施示例1，主要组成包括：
1.水仓水位监测报警服务器(101)，负责监测由存储服务器(102)转发的一个或多个红外摄像机(106)采集的红外图像数据和水仓排水控制装置(108)采集的排水量数据，通过红外图像数据监测获得水仓储水量，结合排水量数据获得水仓进水量，当监测到水仓储水量和水仓排水量数据符合设定条件，则向监控终端(103)和存储服务器(102)发出矿井异常涌水报警或水灾报警信号。可对多个水仓进行监测。
2.存储服务器(102)，负责采集接收并存储红外摄像机(106)采集的红外图像数据和由水仓排水控制装置(108)采集的排水量数据，并向水仓水位监测报警服务器(101)转发数据；接收并存储水仓水位监测报警服务器(101)发送的水仓储水量数据、矿井异常涌水报警或水灾报警信号；向监控终端(102)提供的实时和历史数据查询服务。
3.监控终端(103)，负责提供井下水仓水位储水量等监控数据显示服务，由存储服务器(102)提供实时和历史红外图像数据、水仓储水量数据；接收由水灾监测报警服务器(102)发出的矿井异常涌水报警或水灾报警信号；具有水仓排水控制装置(108)的控制功能；具有水仓水位监测报警服务器(101)初始化工作控制功能；具有声光报警功能；生产管理人员可通过监控终端对存储服务器(101)存储的历史数据调取查询，可控制水仓排水，可对水仓水位监测报警服务器(101)进行初始化管理控制。
4.核心交换机(104)，数据网络的核心管理和交换设备，负责所有接入数据网络的设备的管理和数据交换。
5.远程监控终端(105)，通过互联网远程连接数据网络，具备与监控终端(103)相同的功能与权限。
6.井下交换机(106)，数据网络的井下交换设备，环网方式连接。
7.红外摄像机(107)，安装在水仓上方，采集包括水仓壁的水仓水面红外图像，通过网络接口连接井下交换机(105)，通过数据网络向存储服务器(102)发送红外图像数据视频流，采用具有网络接口的红外摄像机。
8.水仓排水控制装置(108)，属水仓排水控制系统设备，用于水仓水位排水控制和排水量数据采集，采用可编程控制器，直接通过控制接口连接排水泵控制排水，通过485接口连接安装于水泵出口的总管路上的流量计，本示例中采用电磁感应式流量计；水仓排水控制装置通过连接通过网络接口连接井下交换机(105)，通过数据网络向存储服务器(102)发送排水量数据，接收由水仓水位监测报警服务器(101)发送的控制信号，由水仓水位监测报警服务器(101)控制排水。
图2为基于红外图像的矿井水仓监控报警系统的实施示例2，与实施示例1的区别在于水仓水位监测报警服务器(101)安装在井下，直接接收红外摄像机(106)发送的红外图像数据，存储服务器(102)不负责红外图像数据的存储、转发和调取服务，监控终端(103)也不具有红外图像数据显示调取功能。
所述水仓监控报警系统的初始化过程为遍历包括水仓排空和蓄满的所有水位过程，在本实施示例中，采用如图3所示的初始化流程：
1.(301)控制水仓排水控制装置(108)控制排水泵停止排水，水仓蓄水至蓄满。
2.(302)停止水仓蓄水，控制水仓排水控制装置(108)控制排水泵进行排水。
3.(303)开始排水的同时，水仓水位监测报警服务器(101)采集排水量数据，计算获得水仓当前水仓储水量数据并存储。
4.(304)存储储水量数据的同时，水仓水位监测报警服务器(101)采集并存储储水量数据所对应的水仓红外图像数据。
5.(305)当水仓排空，则结束系统初始化过程，如未排空则继续执行(303)。
图4为所述水仓监控报警系统的水仓储水量监测流程示意图，主要包括：
1.(401)调取初始化过程中所存储的水仓红外图像数据和储水量数据。
2.(402)采集水仓红外图像数据。
3.(403)将实时采集的水仓红外图像数据与(402)初始化过程中所存储的各水仓红外图像数据进行比对。
4.(404)如比对成功则执行(405)，否则返回(402)。
5.(405)查找比对成功的水仓红外图像数据所对应的储水量数据，经过数据处理获得水仓当前的储水量数据并输出。
图5为所述水仓监控报警系统的异常涌水和水灾报警流程示意图，主要包括：
1.(501)通过计时器判定是否到达监测间隔时间t，如已到达间隔时间则执行(502)，否则继续等待。
2.(502)采集实时水仓红外图像数据。
3.(503)通过水仓排水控制装置(108)提供的流量数据获得本次监测与上一次监测的间隔时间t内的排水总量p。
4.(504)计算本次监测与上一次监测的间隔时间t内的进水量，进水量l＝(ci-ci-1)+p，式中ci为本次监测所采集的水仓储水量数据，ci-1为上一次监测所采集水仓储水量数据。
5.(505)通过公式
6.(506)判定进水速度是否超过设定阈值n2，如超过则执行(507)，否则执行(508)。
7.(507)水仓水位监测报警服务器(101)向监控终端(103)和存储服务器(102)发出矿井水灾报警信号。
8.(508)判定进水速度是否超过设定阈值n1，如超过则执行(509)，否则返回(501)。
9.(509)水仓水位监测报警服务器(101)向监控终端(103)和存储服务器(102)发出矿井异常涌水报警信号。