一种煤矿井下防冲限员预警系统及方法与流程

1.本发明涉及采矿技术领域，特别是涉及一种煤矿井下防冲限员预警系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一，灾害是以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩体变形能，煤岩体被抛出，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员对矿井造成巨大损失。随着矿井开采深度的不断增加，矿山压力显现频繁，防冲工作已变得日益重要。特别是千米深井防冲的预防与治理。未来防冲治理的好坏将决定矿井的生存。根据数据统计煤矿冲击地压发生时间35％为工作面生产时，采动影响引起压力瞬间剧烈释放，发生地点在两巷内。且冲击地压具有未知性。目前采掘工作面生产为平行作业，多个工种相互交叉，同时通防、运输等零星岗点不清楚工作面开采情况，没有合理的限员措施，都会造成矿井损失。此外，冲击地压已引起了越来越多煤矿及工程专业人员的重视，但是目前的煤矿井下防冲限员预警系统却不完善，不能及时有效地对防冲区域进行人员限制，从而不能有效地减少发生冲击地压后的人员伤亡。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出了一种煤矿井下防冲限员预警系统及方法，其能够及时有效地对防冲区域进行人员限制，有效地减少发生冲击地压后的人员伤亡。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种煤矿井下防冲限员预警系统，包括：
7.图像获取模块，用于监控防冲区域内人员出入；
8.数据处理终端，连接图像获取模块，用于对防冲区域的监控画面进行人流量统计；
9.交换机，用于数据交换；
10.控制器，用于控制防冲区域的风门开关；
11.报警器，用于当防冲区域内人员数目超过设定阈值时进行报警。
12.进一步地，所述图像获取模块安装于在工作面的巷道防冲区域的出入口。
13.进一步地，所述数据处理终端采用矿用隔爆兼本安型计算机。
14.进一步地，还包括矿用本安型显示器，用于矿用隔爆兼本安型计算机发布信息并进行显示。
15.进一步地，所述矿用本安型显示器，还用于显示防冲区域内的实时人数。
16.进一步地，所述控制器连接矿用隔爆兼本安型计算机，接收矿用隔爆兼本安型计算机的信号指令。
17.进一步地，所述矿用隔爆兼本安型计算机连接至智能分析管理平台。
18.进一步地，所述智能分析管理平台基于人体特征识别算法和模式识别机器识别算
法，对防冲区域监控画面进行人流量统计。
19.进一步地，所述人体特征识别算法包括通过混合高斯模型确定前景和背景，然后采用canny边缘检测算法对图像进行处理，通过双阈值散发检测和连接边缘确定人体轮廓。
20.第二方面，本发明提供一种煤矿井下防冲限员预警方法，包括：
21.矿用隔爆型摄像机在当人员进入防冲区域时，将监控数据传送至矿用隔爆兼本安型计算机进行统计进入、出来和区域内人员数目，并进行显示；
22.当进入防冲区域人员数目达到设定人员数目后时，系统发出报警，要求人员撤离；
23.当防冲区域内部人员出来时，系统感知到人员出来，防冲区域内人员数量依次递减，按一进一出的原则，达到限员的要求。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明的矿用隔爆型摄像机安装在工作面的巷道防冲区域，精准的统计人员进出和防冲区域内人数，通过网络上传到矿用隔爆兼本安型计算机中的管理软件预警系统，利用矿用隔爆兼本安型计算机管理软件预警系统绘制防冲区域及设定区域人员数目,依赖人体特征识别算法、模式识别机器识别算法，通过对防冲区域监控画面进行人流量统计，采用人头肩部特征来区分人体，并通过运动轨迹来判断其进出方向，能够实现精确的统计。
26.附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1为本实施例提供的框架图。
具体实施方式
29.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
30.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
33.实施例1
34.第一方面，本发明提供一种煤矿井下防冲限员预警系统，包括：
35.矿用隔爆型摄像机，用于监控防冲区域内人员出入；
36.矿用隔爆兼本安型计算机，连接矿用隔爆型摄像机，用于对防冲区域的监控画面进行人流量统计；
37.矿用隔爆型交换机，用于进行数据交换；
38.矿用隔爆兼本安型控制箱，用于控制防冲区域的风门开关。
39.所述矿用隔爆型摄像机安装于在工作面的巷道防冲区域的出入口。
40.还包括矿用本安型显示器，用于矿用隔爆兼本安型计算机发布信息并进行显示。
41.所述矿用本安型显示器，还用于显示防冲区域内的实时人数。
42.所述矿用隔爆兼本安型控制箱连接矿用隔爆兼本安型计算机，接收矿用隔爆兼本安型计算机的信号指令。
43.还包括报警器，当防冲区域内人员数目超过设定阈值时进行报警。
44.所述矿用隔爆兼本安型计算机连接至智能分析管理平台。
45.所述智能分析管理平台基于人体特征识别算法和模式识别机器识别算法，对防冲区域监控画面进行人流量统计。
46.所述人体特征识别算法包括通过混合高斯模型确定前景和背景，然后采用canny边缘检测算法对图像进行处理，通过双阈值散发检测和连接边缘确定人体轮廓。
47.具体的，
48.防冲区域限员预警闭锁系统主要设备有ai智能矿用隔爆型摄像机、矿用隔爆兼本安型计算机、矿用隔爆型交换机、矿用隔爆兼本安型控制箱、在线式ups、矿用本安型显示器、风门。
49.防冲限员预警闭锁分别安装在工作面的巷道防冲区域，能够实现精确的定位，利用矿用隔爆兼本安型控制箱，控制风门开关，进入防冲区域所有出入口均安装一个ai智能矿用隔爆型摄像机，利用矿用隔爆兼本安型计算机管理软件设定人员数目，摄像机检测到人员进入防冲区域，风门自动打开，一旦超出设定人员数目时，限员区域实现报警。在该地点合适位置安装矿用本安型显示器根据计算机发布信息动态显示文字信息，定时显示特定信息、安全信息，在显示文字的同时，发出同文字一样的语音)，防冲限员预警闭锁能够对出入防冲限员区域人员进行自动统计，将统计人数显示在矿用本安型显示器，一旦防冲区域人员超限，系统会发出报警，要求人员撤离。同时能实现风门闭锁功能，该区域人员能出不能进，并自动闭锁风门，按“出一进一”的原则，达到限员的要求。防冲限员预警闭锁能有效的统计并显示进入和出来的人员数量；当防冲区域进入人员时ai摄像机感知到人员进入并依次递加，在矿用本安型显示器上显示当前人数、限员人数，当进入人员达到规定人数后时，能迅速语音报警提示“采煤工作面防冲区域限员x人，不准进入”；当防冲区域内部人员出来时，能感知到人员出来，防冲区域内人员数量依次递减。
50.实施例2.
51.一种煤矿井下防冲限员预警方法，包括：
52.矿用隔爆型摄像机在当人员进入防冲区域时，将监控数据传送至矿用隔爆兼本安型计算机进行统计进入、出来和区域内人员数目，并进行显示；
53.当进入防冲区域人员数目达到设定人员数目后时，系统发出报警，要求人员撤离；
54.当防冲区域内部人员出来时，系统感知到人员出来，防冲区域内人员数量依次递减，按“出一进一”的原则，达到限员的要求。
55.具体的，
56.防冲区域限员预警系统主要有硬件和软件两部分组成
57.硬件：矿用隔爆型摄像机、矿用隔爆兼本安型计算机、矿用隔爆型交换机。
58.软件：管理软件预警系统、ai人体识别模块
59.a:管理软件预警系统
60.矿用隔爆型计算机的管理软件预警系统采用ai人体识别算法，通过大量真实的场景样本训练后，能够在各种应用场景下及时准确的对场景中发生的人员行为发出告警信息，通过对实时视频图像进行智能分析识别，可实现图像全屏周界防护、划定区域。
61.b:ai人体识别算法
62.矿用隔爆型摄像机，嵌入ai人体识别算法，对人员的精确检测，实现对人体检测分析识别，实时统计防冲区域内人员事件，当有人员进入监测范围内可对其自动识别，即对其抓拍并将当时图像传输到管理中心，在管理中心输出报警信号或者现场联动语音告警。
63.作为一种实施方式，
64.本实施例提供的人体识别算法，首先通过混合高斯模型确定前景和背景，混合高斯模型为图像的每一个像素点定义k个高斯分布模型，以描述像素点的状态。k的取值由像素点的峰值分布决定，一般取3～5之间。
65.在前景检测过程中，如果图像像素点与k个高斯模型中的一个相匹配，则像素点归类为背景点，相反地，则被认为是前景点。假设视频帧图像中某个像素点的像素值为{x1，x2，x3，
···
，xi}，那么像素值xi的概率可以用k的高斯方程表示：
[0066][0067][0068][0069]
其中k为分布模式总数，η(x
t
,μ
i,t
,σ
i,t
)为t时刻第i个高斯分布，μ
i,t
为其均值，τ
i,t
为其协方差矩阵，δ
i,t
为方差，i为三维单位矩阵，ω
i,t
为t时刻第i个高斯分布权重。
[0070]
每个新像素值x
t
同当前k个模型按下式进行比较，直接找到匹配新像素值得分布模型，即同该模型的均值偏差在2.5内：
[0071]
|x
t-μ
i,t-1
|≤2.5σ
i,t-1
[0072]
如果所匹配的模式符合背景要求，则该像素属于背景，否则属于前景。
[0073]
取到前景图片之后，采用canny边缘检测算法对图像进行处理，处理过程如下：
[0074]
(1).高斯平滑滤波
[0075]
[0076]
(2).计算梯度强度和方向
[0077]
采用sobel算子来计算二位图像在x轴与y轴的差分值，进一步处理图像边缘。
[0078][0079][0080]
(3).抑制梯度不够大的像素点，只保留最大的梯度，经过非极大值抑制可以使图片边缘明显变细。
[0081]
(4).用双阈值散发检测和连接边缘。
[0082]
使用hu不变矩得到f1、f3特征，用于判断是否为人体。
[0083]
f1＝η
20
+η
02
[0084][0085][0086]
人体轮廓f1、f3特征值集中于某个区间，与非人体轮廓特征值有明显差异，取平均值判断。
[0087]
2、防冲区域内人数统计功能
[0088]
人数统计依赖人体特征识别算法、模式识别机器识别算法，通过对监控画面中防冲区域进行人流量统计，采用人头肩部特征来区分人体，并通过运动轨迹来判断其进出方向，最后生成域内滞留人数、进入检测区域内人数和离开监测区域人数，当人数达到设定值时，触发报警。
[0089]
防冲区域内人数统计的具体内容如表1所示。
[0090]
表1防冲区域内人数统计
[0091][0092]
3、系统工作方式
[0093]
矿用隔爆型摄像机安装在工作面的巷道防冲区域，精准的统计人员进出和防冲区域内人数，通过网络上传到矿用隔爆兼本安型计算机中的管理软件预警系统，利用矿用隔爆兼本安型计算机管理软件预警系统绘制防冲区域及设定区域人员数目,依赖人体特征识别算法、模式识别机器识别算法，通过对防冲区域监控画面进行人流量统计，采用人头肩部特征来区分人体，并通过运动轨迹来判断其进出方向，能够实现精确的统计。
[0094]
防冲限员预警系统能够对出入防冲限员区域人员和防冲区域内人员进行自动统计数目，当人员进入防冲区域时，ai摄像机感知到人员进或出入防冲区域时，自动统计进入、出来、区域内人员数目，并在矿用隔爆兼本安型计算机管理软件中显示进入人数、出入人数、防冲区域内人数，当进入防冲区域人员数目达到设定人员数目后时，系统会发出报警，要求人员撤离，能迅速语音报警提示“采煤工作面防冲区域限员x人，不准进入”，当防冲区域内部人员出来时，能感知到人员出来，防冲区域内人员数量依次递减，按“出一进一”的原则，达到限员的要求。
[0095]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。