基于图像分析的井下人员越界识别报警系统的制作方法

本发明涉及井下人员越界识别报警，具体为基于图像分析的井下人员越界识别报警系统。

背景技术：

1、井下环境复杂，人员在井下进行作业时常常会出现许多违规行为，而且不确定的因素过多，危险性极高，每年全国都会发生多起井下事故，这直接威胁到井下人员的生命安全。

2、一方面目前对于井下人员出现越界行为的管理方式较为单一，一般通过井下安全管理员进行人员违规行为监督管理和定期开展违规行为会带来哪些安全隐患的讲座等方式，这些方式不仅需要花费大量的人力和时间而且对于井下人员出现越界违规行为也不能做到精确而全面的监管；

3、另一方面，通过视频图像对井下人员进行监控，长时间下来不仅使监控人眼睛过于疲劳而且在光线较为昏暗的视频图像下，无法看清视频图像中的人员，无法做到对人员进行实时监控以便出现违规越界时做到提醒；

4、为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的对井下人员违规越界行为监控管理的方式较为费时费力和不全面，无法对人员的违规越界行为进行准确的实时监控分析和预警提示，且避免越界造成人身安全问题，也无法对监控大量视频图像进行无用图像剔除，造成无用的图像越界识别，浪费识别资源，而提出基于图像分析的井下人员越界识别报警系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于图像分析的井下人员越界识别报警系统，包括服务器，服务器通信连接有数据采集单元、区域划分单元、图像预筛选单元、人员越界识别报警分析单元和显示终端。

4、所述数据采集单元用于采集井下的工作区域信息、图像数据信息和人员越界状态信息并将其通过服务器分别发送到区域划分单元、图像预筛选单元、人员越界识别报警分析单元；

5、所述人员越界识别报警分析单元基于优选图像集合对井下人员越界状态进行判定和报警分析处理，具体的：

6、通过图像识别井下人员的身体轮廓特征，将身体轮廓特征与危险区域的边界进行比对；

7、当身体轮廓特征处于危险区域的边界上或处于危险区域内时，则生成人员越界信号；依据捕捉到的人员越界信号，则触发警铃报警指令，具体的，在设定的w时长内进行不间断警铃报警，若在设定的w时长内人员仍未离开危险区域，则生成人员严重越界信号并在显示终端进行显示说明；

8、当身体轮廓特征不处于危险区域的边界上或不处于危险区域内时，通过图像识别井下人员的身体轮廓参数中的体倾角、脚界值、头转度，并将体倾角、脚界值、头转度的数值依据计算处理得到人员越界趋势判定系数；

9、将人员越界趋势判定系数与预设的对比参照区间进行对比，得到人员越界趋势类型信号，依据人员越界趋势类型信号触发报警类型指令用来提醒人员，并将报警类型指令发送到显示终端进行显示说明。

10、进一步的，对井下人员越界状态进行判定和报警分析处理的具体操作步骤如下：

11、通过图像识别井下人员的身体轮廓特征，将身体轮廓特征与危险区域的边界进行比对；

12、当身体轮廓特征处于危险区域的边界上或处于危险区域内时，则生成人员越界信号；依据捕捉到的人员越界信号，则触发警铃报警指令，具体的，在设定的w时长内进行不间断警铃报警，若在设定的w时长内人员仍未离开危险区域，则生成人员严重越界信号并在显示终端进行显示说明；

13、当身体轮廓特征不处于危险区域的边界上或不处于危险区域内时，通过图像识别井下人员的身体轮廓参数中的体倾角、脚界值、头转度；

14、识别井下人员躯干的中线位置，将其与危险区域的边界进行夹角计算的体倾角；

15、识别井下人员脚尖与危险区域边界进行距离计算得到脚间距；识别井下人员双脚是否平行，当平行时，将脚间距乘以预设脚距系数得到脚界值jjz，其中脚间距与预设脚距系数成反比，脚间距越小，预设脚距系数越大；当双脚不平行时，将两只脚的脚间距分别标记为jg1、jg2；jjz＝le1/jg1+le2/jg2得到脚界值jjz；

16、识别头部中心面与危险区域边界的夹角得到头转度；其中头部中心面为头部中间所处垂直面；

17、并将三者数值分别标定为tqd、jjz、tzd，依据公式：得到人员越界趋势判定系数yqx，其中，u1、u2和u3分别为体倾角、脚界值和头转度的比例系数，且u2＞u1＞u3；

18、设置人员越界趋势的对比参照区间qpo，将人员越界趋势判定系数与设置的对比参照区间进行对比分析，当人员越界趋势判定系数小于对比参照区间qpo时，则生成人员轻度越界趋势信号，当人员越界趋势判定系数处于对比参照区间qpo时，则生成人员中度越界趋势信号，当人员越界趋势判定系数大于对比参照区间qpo时，则生成人员重度越界趋势信号；

19、依据人员越界趋势类型信号触发报警类型指令用来提醒人员，其中，人员越界趋势类型信号包括人员轻度越界趋势信号、人员中度越界趋势信号和人员重度越界趋势信号，报警类型指令包括轻级红灯报警指令、中级红灯报警指令和重级红灯警铃报警指令；

20、当捕捉到人员轻度越界趋势信号时，则触发轻级红灯报警指令，具体的，在设置的单位时长内进行红灯闪烁e1次用来预警提醒人员，并将轻级红灯报警指令发送到显示终端进行显示说明；

21、当捕捉到人员中度越界趋势信号时，则触发中级红灯报警指令，具体的，在设置的单位时长内进行红灯闪烁e2次用来预警提醒人员，并将中级红灯报警指令发送到显示终端进行显示说明；

22、当捕捉到人员重度越界趋势信号时，则触发重级红灯警铃报警指令，具体的，在设置的单位时长内进行红灯闪烁e3次和不间断警铃报警用来提醒人员，并将重级红灯警铃报警指令发送到显示终端进行显示说明。

23、进一步的，图像优选预判定分析处理的具体的操作步骤如下：

24、对图像进行人员捕捉框识别并计算人员捕捉框的面积并将面积标记为框面积；

25、对人员捕捉框内的人员进行身体特征识别，身体特征包括躯干、四肢、头部、面部等；每种身体特征对应一个预设身体值；将识别到的所有身体特征匹配到对应的预设身体值并求和得到身体总值，提取框面积和身体总值的数值并将其分别乘以对应的权重系数再求和得到人形完整度；

26、将图像分割成若干个区域，识别每个区域的亮度，将亮度大于预设亮度阈值的区域标记为明区域，将亮度小于或等于预设亮度阈值的区域标记为暗区域；分别统计明区域和暗区域的数量，然后将其标记为明区总数和暗区总数；将明区总数除以暗区总数得到亮度比；

27、将框面积、人形完整度和亮度比的数值分别标定为qx、fx和kd，依据公式：zhx＝qx×e1+fx×e2+kd×e3得到图像的图像质量系数zhx，其中e1、e2和e3分别表示框面积、人形完整度和亮度比的比例系数，且e1＞e2＞e3；

28、设置图像质量系数的图像质量阈值为ahx，将图像质量系数与预设的图像质量阈值进行对比分析，当图像质量系数大于或等于图像质量阈值时，则将对应的图像标定为预判定高质量图像，当图像质量系数小于图像质量阈值时，则将对应的图像标定为预判定低质量图像；将同一批次的单位数量的各图像中被标定为预判定低质量图像的各图像进行剔除；

29、将同一批次的预判定高质量图像的各图像按照时间帧顺序进行重新排序归入到一起得到优选图像集合。

30、进一步的，工作区域划分处理的具体操作过程如下：

31、获取井下的巷道的工作面长度，设置井下的巷道的工作面长度对比参照区间put，将工作面长度与工作面长度对比参照区间put进行对比分析，当工作面长度大于工作面长度对比参照区间put的最大值时，由此得到a级长度等级，根据a级长度等级将其井下的巷道的工作面长度等距划分为k1个工作位置段，并由此对k1+1个位置点进行编号设置；

32、当工作面长度处于工作面长度对比参照区间put之内时，由此得到b级长度等级，根据b级长度等级将其井下的巷道的工作面长度等距划分为k2个工作位置段，并由此对k2+1个位置点进行编号设置；

33、当工作面长度小于工作面长度对比参照区间put的最小值时，由此得到c级长度等级，根据c级长度等级将其井下的巷道的工作面长度等距划分为k3个工作位置段，并由此对k3+1个位置点进行编号设置；

34、获取一段时间内各位置点所在编号区域内的工作区域信息中的环境值、设占面值、设操面值和设温值，并将其分别标定为gd、sd、qy和qg，并将其进行归一化分析，依据设定的公式dqx＝δ1*gd+δ2*sd+δ3*qy+δ4*qg，得到工作区域判定系数dqx，其中，δ1、δ2、δ3和δ4分别为环境值、设占面值、设操面值和设温值的比例系数，且δ1、δ2、δ3和δ4均为大于0的自然数；

35、设置工作区域判定系数的三个等级梯度对比区间，分别为第一等级梯度工作区域判定区间aq1、第二等级梯度工作区域判定区间aq2和第三等级梯度工作区域判定区间aq3，且aq1＝paq2＝2paq3，其中aq1＞aq2＞aq3，p表示等级梯度的倍数，且p的具体数值的设定由本领域技术人员在具体的井下工作区域中进行具体设置；

36、当工作区域判定系数处于预设的第一等级梯度工作区域判定区间aq1时，则将其标定为一级工作区域，当工作区域判定系数处于预设的第二等级梯度工作区域判定区间aq2时，则将其标定为二级工作区域，工作区域判定系数处于预设的第三等级梯度工作区域判定区间aq3时，则将其标定为三级工作区域；

37、将被标定为一级工作区域等级的各区域进行边界设定，具体的：

38、获取被标定为一级工作区域等级的各区域的外边界，并按照m1单位量级沿对应区域的中心点向内等比例缩小n1单位比例，由此得到对应的区域的内边界，其中，内边界与外边界之间的工作区域为安全区域，内边界之内和外边界之外的工作区域均为危险区域；

39、将被标定为二级工作区域等级的各区域进行边界设定，具体的：

40、获取被标定为二级工作区域等级的各区域的外边界，并按照m2单位量级沿对应区域的中心点向内等比例缩小n2单位比例，由此得到对应的区域的内边界，其中，内边界与外边界之间的工作区域为安全区域，内边界之内和外边界之外的工作区域均为危险区域；

41、将被标定为三级工作区域等级的各区域进行边界设定，具体的：

42、获取被标定为三级工作区域等级的各区域的外边界，并按照m3单位量级沿对应区域的中心点向内等比例缩小n3单位比例，由此得到对应的区域的内边界，其中，内边界与外边界之间的工作区域为安全区域，内边界之内和外边界之外的工作区域均为危险区域。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、本发明，通过对井下巷道的工作面长度进行等级划分，将井下巷道分成了三类长度等级，依据不同类型长度等级的巷道进行不同工作面长度地划分为后续各工作区域进行等级划分提供了数据支撑，将划分的各工作区域分成了三类等级工作区域，并对三类等级工作区域内进行边界划分，得到了安全区域和危险区域，实现了对接下来判定人员是否越界奠定了强有力的数据基础；

45、通过公式计算和阈值对比的方式对各工作区域的图像进行了筛选分析，得到了预判定高质量图像和预判定低质量图像，依据将同一批次的单位数量的各图像中被标定为预判定低质量图像的各图像进行剔除，将同一批次的单位数量的各图像中被标定为预判定高质量图像的各图像按照时间帧顺序进行重新排序归入到优选图像集合中，实现了对视频图像的筛选，为接下来判断人员是否越界提供了优质的图像基础；

46、通过数据计算和对比分析的方式实现了对井下人员是否越界和越界的趋势进行了判定分析，依据井下人员越界情况对其进行了相应的报警提醒，实现了对井下人员违规越界行为进行了精确全面的监控，保障了井下人员的生命安全。