23-B模块，支持移动GPRS网络，内置TCP/IP 协议，使用UART接口与MSP430F147连接通信。
[0039] 4.调试接口（205)，标准JTAG接口，用于单片机程序调试、烧写、升级。
[0040] 5.电源(206)，负责为所有功能模块供电。由于水文监测设备置于野外，所W为保 障供电需要支持多种供电方式。电源组成包括蓄电池、太阳能板、AC/DC模块、DC/DC模块、DC 电源转换忍片。
[0041 ]水灾报警的工作过程如图3所示：
[0042] 1. (301)摄像机采集视频图像，将模拟视频信号通过同轴电缆传输给视频服务器。
[0043] 2. (302)视频服务器数字化模拟视频信号并进行压缩编码，通过网线将压缩编码 后的视频数据W组播方式传输给存储服务器，监控主机和水灾监测服务器。
[0044] 3. (303)水灾监测服务器实时分析由视频服务器发送的视频图像数据，监测视频 中的异常水流。
[0045] 4. (304)水文监测设备采集水文观测孔内的水位和水溫数据。
[0046] 5. (305)水文监测设备将水位和水溫数据数据根据设定的通信协议进行打包，将 数据包通过移动网络和互联网WTCP客户端方式传送到存储服务器。
[0047] 6. (306)存储服务器WTCP服务器方式接收由水文监测设备上传的水文观测孔内 的水位和水溫数据，并存入数据库。
[0048] 7. (307)水灾监测服务器通过访问存储服务器获得水文观测孔内的水位和水溫数 据，对视频图像监测（303)结果和与摄像机所在位置相关的水文观测孔内的水位和水溫数 据进行综合监测，当满足报警条件时向监控主机发出水灾报警信号，同时将所监测摄像机 编号发送给监控主机。
[0049] 8. (308)当现场工作人员发现水灾，按下报警按钮时，分站采集报警按钮的报警信 号，将数据根据设定的通信协议进行打包，将数据包通过网络接口 WTCP客户端方式传送到 存储服务器。
[0050] 9. (309)存储服务器存储报警数据，并转发报警信号给监控主机。
[0051] 10. (310)当监控主机接到水灾监测服务器或存储服务器的报警信号时，将摄像机 的或报警开关的编号发送给地理信息服务器。
[0052] 11. (311)地理信息服务器根据报警摄像机或报警开关的编号确定突水位置，根据 突水位置分析水灾发展情况，再根据分析结果为井下各工作区域提供逃生路线信息，并发 送给监控主机。
[0053] 12. (312)监控主机实时显示现场视频并自动声光报警，将突水位置和逃生路线的 文本信息合成语音并压缩编码，下发至各广播设备进行广播。生产管理人员可查看现场实 时视频、报警情况和设备情况，当视频和数据采集的硬件被损坏时，则调取历史现场视频数 据。
[0054] 13. (313)井下广播设备接收包含突水位置和逃生路线信息的语音数据，解码还原 为语音信号放大播报。
[0055] 水灾监测服务器监测流程如图4所示：
[0056] 1.(401)每次水灾监测服务器启动时调取监控区域A和所有监测运算相关的参数 进行进行调取，如尚未设置则需手动进行设置。
[0057] 2. (402)统计每帖图像区域A内各灰度值的像素数，得到序列出;运算K帖图像区域
A内的各灰度值的像素数的算术平均值 得到序列Si。
[0化引 3. (403)统计设定灰度区间内的像素数化，
[0059] 4. (404)将最后采集到一帖图像作为背景图像b(x，y)存储。
[0060] 5. (405)间隔P帖求最新图像帖中区域A内大于等于设定灰度值M2的像素总和化，
[0061 ] 6. (406)如(Dh-Ds) >M3,则执行(408)，否则执行(407) ;M3为设定阔值。
[0062] 7. (407)判定是否到背景图像更新时间Ts，如到了更新时间则返回（402)，否则返 回（405)。
[0063] 8. (408)触发预警，置预警标志。
[0064] 9. (409)更新存储背景图像b (X，y)。
[0065] 10. (410)持续设定时间对实时视频图像与所存背景图像进行累积差值图像运算。
[0066] 11. (411)对处理得到的累积差值图像进行灰度像素统计
[0067]
[0068] 式中f (X，y)为实时视频图像，Pn (X，y)为处理了 η帖的累积差值图像初始值为0，A 为设定区域，Τι为设定灰度阔值;通过累积差值运算处理化帖后，求高于设定灰度值T2的像 素总和化。
[0069] 12. (412)如Dt>M4,则执行(414)，否则执行(413)后返回（402)，Μ4为设定的增长率 阔值。
[0070] 13. (414)访问存储服务器获取与摄像机所在位置相关的水文观测孔内的水位、水 溫数据，计算并监测水位数据变化，当在时间Ts内，满足
，则执行(416)，否则 执行(415);式中为实时采集的水位数据，Lsi为图像数据异常前的水位数据，Ri为设定的 水位变化率阔值。
[0071] 14. (415)计算并监测水溫数据变化，如在时间Ts内，满足
，则执行 (416)，否则执行(413)后返回（402);式中以2为实时采集的水位数据，Ls2为图像数据异常前 的水位数据，R2为设定的水位变化率阔值。
[0072] 15. (416)发出水灾报警信号。
[0073] 16. (413)清除预警标志，取消预警状态。
【主权项】
1. 一种基于图像和水文数据监测的煤矿水灾报警方法，其特征在于：在煤矿井下掘进 工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，在井上钻水文 观测孔用于对矿井附近的相关地下水状态进行监测，监测水文观测孔内水位和水溫数据； 对视频图像数据进行实时监测，当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水 流持续时间超过设定的时间阔值或水流增大速度超过设定阔值时，则判定为数据异常;且 当发现水文观测孔水位或水溫变化超过设定的阔值则立刻发出水灾报警信号。2. 如权利要求1所述的报警方法，其特征在于:摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大 于2米，在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致;关闭摄像机的 自动对焦和自动白平衡功能。3. 如权利要求1所述的报警方法，其特征在于:对摄像机监控范围内的部分区域A进行 设定，对每帖视频图像区域A内各灰度值i的像素数进行统计，得到序列出;运算K帖图像的 各灰度值的像素数的算术平均值：得到序列Si;求大于等于设定灰度值Ml的像 素总和化：，并将最后一帖图像作为背景图像b(x，y)存储，间隔时间Tm对化和b(x， y)进行更新；每间隔P帖求最新图像帖中区域A内大于等于设定灰度值M2的像素总和Dh，，当Dh大于等于Ds设定阔值M3时，即（Dh-Ds) >M3时，触发预警，并存储b(x，y);如 (化-〇5)<13，则更新化和6山7)，则更新化和6山7);1(、？、11、12、13、了|?通过测量设定或人为 设定得到。4. 如权利要求3所述的报警方法，其特征在于:进入预警模式后，每间隔化帖对摄像机采 集的实时视频图像f(x，y)与所存背景图像b(x，y)进行累积差值处理，累积差值运算公式 为：式中Pn(x，y)为处理了 η帖的累积差值图像初始值为0，A为设定区域，Τι为设定灰度阔 值;通过累积差值运算处理化帖后，求大于等于设定灰度值Τ2的像素总和化，如满足化>Μ4， 则判定为图像数据异常；式中Μ4为设定的阔值;Ql、化、Τι、Τ2、Μ4通过测量设定或人为设定得 到。5. 如权利要求4所述的报警方法，其特征在于：当监测到图像数据异常后，计算并监测 地面水文观测孔的水位数据变化，当在时间Ts内，满巧则发出水灾报警信 号，式中为实时采集的水位数据，Lsi为图像数据异常前的水位数据，Ri为设定的水位变化 率阔值;Ts、化通过测量设定或人为设定得到。6. 如权利要求4所述的报警方法，其特征在于：监测到图像数据异常后，计算并监测地 面水文观测孔的水溫数据变化，当在时间Ts内，满足，则发出水灾报警信 号，式中以2为实时采集的水溫数据，Ls2为图像数据异常前的水溫数据，化为设定的水溫变化 率阔值;R2通过测量设定或人为设定得到。
【专利摘要】本发明公开了一种基于图像和水文数据监测的井下水灾报警方法，本报警方法通过煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，同时监测地面水文观测孔水位和水温数据；当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水流持续时间超过设定的时间阈值或水流增大速度超过设定阈值，同时地面水文观测孔水位或水温数据异常，则发出水灾报警信号。本报警方法充分考虑了煤矿井下水灾的特征特点，实施简单，自动及时采取相应措施，可第一时间准确地对矿井突水进行报警，为未在突水发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。
【IPC分类】G01D21/02, E21F17/18
【公开号】CN105569732
【申请号】CN201610001289
【发明人】孙继平, 刘毅
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月4日