可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统的制作方法

本发明实施例涉及矿井监控技术领域，具体涉及一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统。

背景技术：

近年来，随着开采深度增加，煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出等新的安全隐患严重威胁矿工安全，如何加强安全生产，减少伤亡、提高预警和事后搜救工作效率，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。在经济高速发展、能源供应紧张的形势下，如何处理好保证安全和提高产量的关系，需要深入研究，发展不能以牺牲环境和生命为代价。为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。面对新形势、新机遇和新挑战，国家各级主管部门的领导对安全生产工作提出了很高的要求和期望。提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国安全生产工作的必由之路。

现有的矿用闸门均采用金属闸门，专人控制闸门的启、闭，专人检查人员流动及设备佩戴情况，矿坑内使用摄像头采集视频图像，但在远端服务台需要专人时刻检查，这种技术容易出错，依赖工作人员的素质与责任心，因此需要改进。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统，以解决现有技术中由于矿用管控自动化程度低而导致监管不严、事故危险高的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统，包括虚拟闸机子系统、视频监控子系统与远端控制台；其中，

虚拟闸机子系统包括分立设置在区域出入口两侧的虚拟闸机与光栅采集器，以及位于远端控制台的虚拟闸机服务器，所述虚拟闸机与光栅采集器相对设置，所述虚拟闸机与光栅采集器均通信连接虚拟闸机服务器，所述虚拟闸机服务器通信连接远端控制台；

所述视频监控子系统包括设置可视光栅内侧的第一摄像装置与可视光栅外侧的第二摄像装置及位于远程控制台的视频监控服务器，所述第一摄像装置与第二摄像装置相对设置，且均朝向可视光栅区域，所述第一摄像装置与第二摄像装置均通信连接视频监控服务器，所述视频监控服务器通信连接远端控制台。

在本发明的再一个实施例中，所述虚拟闸门包括发生器壳体，所述发生器壳体内设有光栅发生器及闸门控制器，所述光栅发生器包括与闸门控制器电连接的光源装置与若干均匀分布在激光主光路上的分光器，所述分光器上分出的分光束上依次设有光束整形装置、耦合聚焦装置及光束头，若干所述光束头纵向分布在发生器壳体的一侧。

在本发明的再一个实施例中，所述光栅采集器包括接收器壳体，所述接收器壳体内设有接收器控制器与通信模块，所述光栅采集器与通信模块均电连接接收器控制器，所述光栅采集器的感应点位于光栅发生器发出的激光末端。

在本发明的再一个实施例中，所述虚拟闸门内设有电子标签读取装置，所述远端控制台设有电子标签管理模块，所述电子标签读取装置与电子标签管理模块之间通过远端控制台通信连接。

在本发明的再一个实施例中，所述第一摄像装置和/或第二摄像装置内设有摄像定位基站。

在本发明的再一个实施例中，所述视频监控子系统还包括分布在监视区域内的若干轨迹摄像装置，所述轨迹摄像装置与视频监控服务器通信连接，用于采集经过其拍摄区域内的视频图像信息；

所述视频监控服务器内设有轨迹编辑模块及轨迹数据库，所述轨迹编辑模块用于根据视频图像信息被识别后生成的人员档案信息以生成轨迹信息，将轨迹信息存入轨迹数据库。

在本发明的再一个实施例中，所述轨迹摄像装置内设有轨迹定位模块。

在本发明的再一个实施例中，所述视频监控服务器设有图像处理模块、图像识别模块及人数预警模块；其中，

所述图像处理模块对第一图像信息内的每张图片逐一进行人面图像特征提取，得到第一识别信息组；

所述图像识别模块逐个识别第一识别信息组中的识别信息，并上传远端服务台检索相对应的人员档案信息，得到第一人员信息，并存入临时数据库储存，临时数据库中每存入1个第一人员信息，则进入人数参数做加1更新；

人数预警模块在每次进入人数更新后均对其验证，验证方法为将进入人数与国家标准人数参数进行比较，若超出国家标准人数参数，则认为未通过认证，人数预警模块发出异常信号给远端控制台，远端控制台控制虚拟闸机变换可视光栅颜色。

在本发明的再一个实施例中，所述远端控制台设有视频管理服务器，所述视频管理服务器控制设置在虚拟闸门处的闸门显示屏及若干个分布在监控区域内的显示屏的显示内容。

根据本发明的实施方式，具有如下优点：

本发明实施例所述的一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统，通过视觉提示、人面识别、射频技术相互融合，实现对人员进出入管控、重点区域人数管控、人员身份智能检查、工作卡智能检查、违规人员轨迹追踪等技术效果，实现现场管控智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统的系统框架图；

图2为本发明实施例提供的一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统的实物布局图；

图3为图2中a向视图；

图4为图3中虚拟闸机的内部结构图；

图5为图3中光栅采集器的内部结构图；

图6为图1中视频监控服务器的系统钢结构图；

图7为本发明实施例提供的一种可视化多色激光智能虚拟闸机控制系统中电子标签管理模块的系统结构图。

图中：

1、远端控制台；2、虚拟闸机子系统；3、视频监控子系统；4、虚拟闸机；5、光栅采集器；6、虚拟闸机服务器；7、闸机壳体；8、光栅控制器；9、发生器通信模块；10、光束头；11、光源装置；12、分光镜；13、主光束；14、分光束；15、主激光器；16、副激光器；17、半透半反镜；18、反射镜；19、光束整形装置；20、耦合聚焦装置；21、光感传感器；22、接收器壳体；23、激光采集装置；24、接收控制器；25、采集通信模块；26、第一摄像装置；27、第二摄像装置；28、视频监控服务器；29、图像处理模块；30、图像识别模块；31、人数预警模块；32、临时数据库；33、轨迹摄像装置；34、轨迹编辑模块；35、轨迹数据库；36、摄像定位基站；37、uwb标签；38、轨迹定位模块；39、电子标签；40、电子标签读取装置；41、电子标签管理模块；42、视频展示子系统；43、视频管理服务器；44、闸门显示屏；45、区域显示屏；46、信号编辑模块；47、数据库。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，一种可视化多色激光智能虚拟闸机4控制系统，包括虚拟闸机子系统2、视频监控子系统3与远端控制台1，所述虚拟闸机子系统2与视频监控子系统3均通信连接远端控制台1。

一、虚拟闸机子系统2

虚拟闸机子系统2包括分立设置在区域出入口两侧的虚拟闸机4与光栅采集器5，以及位于远端控制台1内的虚拟闸机服务器6，所述虚拟闸机4与光栅采集器5相对设置，所述虚拟闸机4与光栅采集器5均通信连接虚拟闸机服务器6。远端控制台1发布指令给虚拟闸机服务器6，或接受虚拟闸机服务器6上传的统计信息，虚拟闸机服务器6用于启闭、控制虚拟闸机4与光栅采集器5，控制虚拟闸机4发出可见光栅或控制可见光栅的颜色，及接收光栅采集器5上传的异常信息，并上报远端控制台1。

虚拟闸机4发出可视光栅，可视光栅横切在巷道内，对要通过虚拟闸机4的车辆与人员通过可视化提示，根据不同颜色的可视光栅以识别当前虚拟闸机4的通过指令，还能供距离虚拟闸机4很远的人了解到当前闸门处是否处于可通过状态，提前阻挡大部分违规人员，减少到达闸门处的人员，从而降低了人员进入闸门的几率及避免易发现闸门处人员的效果，若发生事故，还可保证闸门处的畅通，保证施工安全。若光栅采集器5未采集到可视光栅中的任意部分光束14，则说明当前有物体正在穿过虚拟闸机4，阻隔了部分光栅的光通路，光栅采集器5向远端控制台1发送异常信号。

1、虚拟闸机4

所述虚拟闸机4包括闸机壳体7，所述闸机壳体7内设有光栅发生器、光栅控制器8(光栅控制器8的芯片产品型号为gk7205s)及发生器通信模块9，所述光栅发生器与发生器通信模块9均连接光栅控制器8，所述闸机壳体7的发光侧设有纵向分布的光束头10。光栅控制器8通过发生器通信模块9与远端服务台通信连接，光栅控制器8接收控制指令后控制光栅发生器发出可视光栅或控制光栅发生器改变可视光栅的颜色。

所述光栅发生器包括与光栅控制器8电连接的光源装置11，所述光源装置11发出的主光束13上设有若干均匀分布的分光镜12，分光镜12的数量与光束头10的数量相同，二者一一对应，分光镜12将光源装置11发出的主光束13分出若干分光束14，实现由一个光源生成光栅。

所述光源装置11可分为只能发出一种颜色光源的单色光源装置11与能够发出至少两种颜色光源的多色光源装置11，不同种类的光源装置11的结构不同，优缺点不同，具体如下：

a、单色光源装置11

单色光源装置11优选为单色激光器。由于闸门需要发出至少两种提示信息(如允许通过与禁止通过等)，则发生器壳体内需要设置两个并列设置的光栅发生器，两个并列设置的光栅发生器中所设置的单色光源装置11发出的光源颜色不同，两个光栅发生器均通信连接光栅控制器8。工作时仅一组光栅发生器启动，发出允许通行的可视光栅(绿色)或禁止通行的可视光栅(红色)，实现从视觉上提示要进入工作区域的工作人员或运输车辆。由于单色光源装置11包含一个单色激光器，单色激光器周围产热少，散热快，对于环境温度要求相对较低，适用范围广，但需要其他设备数量多，继而成本较高。

b、多色光源激光器

所述光源装置11的外壳上设有供激光发出的光源头，所述光源装置11内设有一个主激光器15、至少一个副激光器16、半透半反镜17及反射镜18，主激光器15与副激光器16分别发出不同颜色的激光，所述主激光器15发出的激光穿过半透半反镜17直接照射在光源头上，所述副激光器16发出的激光通过反射镜18反射在半透半反镜17上，半透半反镜17将副激光器16发出的激光反射在光源头上。半透半反镜17为薄膜偏振片(tfp，thinfilmpolarizaer)，当光线以布儒斯特角入射到半透半反镜17上之后，入射面为入射光线和镜面的法线确定的平面，光线的偏振方向平行于入射面的激光(p光)可以通过，偏振方向垂直于入射面的激光(s光)发生全反射。与单色光源装置11相比，光栅发生器内仅设置一组光源装置11即可实现发出多种颜色光栅激，可增加不同颜色副激光器16的数量，以丰富光栅颜色的多样性，满足多种视觉指令的需要，大幅度降低设备内部结构、设备体积及成本，工作时仅发出一种颜色的激光，以提示过往车辆与工作人员当前的出入情况。

多色光源激光器由于设有主激光器15与副激光器16，因此激光器周围产热较大，升温快，会影响激光器的工作，甚至有损坏激光器的可能，因此需要设置散热装置，进行主动散热干预。所述光源装置11的侧壁上设有贯穿发生器壳体且连通外部的通风道，所述通风道内设有排风扇，光源装置11内的激光器上设有金属散热结构，用于为激光器降温，在通风道的内壁上增加海绵层，用于吸收为激光器降温气体中的水分，起到防潮作用，保护激光器正常工作。

所述分光镜12接收光源发出的主光束13后，分出水平射出的分光束14，形成光栅。所述分光束14上从内向外依次通过光束整形装置19、耦合聚焦装置20及光束头10，所述光束头10纵向分布在发生器壳体的一侧。工作时，控制器读取编辑好的程序，以发出控制信号，光源装置11发出的主光束13照射在第一个分光器上，第一个分光器顺次诱射到其余的分光器上，光束整形装置19对分光器发出的分光束14整形后，再通过耦合聚焦装置20进行耦合聚焦，最后通过光束头10发出。

所述主光束13的末端射入安装在发生器壳体内的光感传感器21，所述光感传感器21电连接控制器，用于检测激光光源的工作情况，若光感传感器21采集到的光强变化很大，则说明激光器未发出激光或该激光强度不达标，实现自检功能。

2、光栅采集器5

所述光栅采集器5包括接收器壳体22，所述接收器壳体22上设有若干激光采集装置23，激光采集装置23为感应激光的光学系统，激光采集装置23接收激光后成像到雪崩光电二极管上，雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。所述激光采集装置23的感应点与光束头10相对应，用于采集光束头10发出的分光束14，因此激光采集装置23纵向分布于接收器壳体22的一侧。所述接收器壳体22内设有接收控制器24与采集通信模块25，所述激光采集装置23与采集通信模块25均电连接接收控制器24，所述接收控制器24通过采集通信模块25与远端控制台1通信连接。工作时，激光采集装置23感应光栅发生器发出的光栅，若光栅中任意光束被遮挡，与该任意光束对应的激光采集装置23感应的光常量出现较大变化，超过了设定阈值，接收控制器24通过通信模块向光栅控制器8发送异常信号，光栅控制器8将异常信号转发给远端控制台1。

激光采集装置23根据连入接收控制器24的传输路径编号或通过连接信号编辑模块46，为激光采集装置23发送的数字信号增加识别编码，该识别编码与激光采集装置23一一对应，供接收控制器24识别激光采集装置23的身份。由于相邻激光采集装置23之间的距离是固定的，因此通过识别某个或某几个激光采集装置23传回的数据发现异常，则可测量出经过光栅的物体大小及穿过的位置，从而概括识别出是人、非人物体或车经过，能够降低数据噪音，增加信息的准确度。

二、视频监控子系统3

所述视频监控子系统3包括设置可视光栅内侧的第一摄像装置26与可视光栅外侧的第二摄像装置27，以及位于远端控制台1的视频监控服务器28，所述视频监控服务器28通信连接远端控制台1。所述第一摄像装置26与第二摄像装置27均通信连接视频监控服务器28，第一摄像装置26与第二摄像装置27相对设置，二者之间为可视光栅，用于分别采集可视光栅平面内外侧的图像信息。

1、摄像装置

所述虚拟闸机4检测到有物体通过时会发出检测指令给远端控制台1，之后远端控制台1控制第一摄像装置26与第二摄像装置27开始采集当前光栅区域的图像信息，以设定的频率采集，直到光栅采集器5发出光栅无遮挡的信号后停止采集，得到2个以采集时间排序的图片组，第一摄像装置26采集的图片组为第一图像信息，第二摄像装置27采集的图片组为第二图像信息。在无人通过时不采集图像信息，可节省信息存储空间，且提高图像处理的工作效率。

2、视频监控服务器28

所述视频监控服务器28设有图像处理模块29、图像识别模块30及人数预警模块31。

a、处理第一图像信息

所述图像处理模块29对第一图像信息内的图片按顺序逐一进行第一人面特征信息的提取，若无法提取第一人面特征信息，则直接切换后一张图片；若排序在后的图像提取的第一人面特征信息与排序在前的图像中存在相同的第一人面特征信息，则覆盖或忽略该当前的人面特征信息，而对于人面特征信息提取并识别的技术属于现有技术。

所述图像识别模块30上传第一人面特征信息给远端服务台，访问数据库47，检索与第一人面特征信息相对应的第一人员信息。

人数预警模块31检索临时数据库32储存，若未检索到与第一人员信息相同的信息，则存入第一人员信息，临时数据库32中每存入1个第一人员信息，则进入人数参数做加1更新，以实现智能进人监控。

b、处理第二图像信息

所述图像处理模块29对第二图像信息内的图片按顺序逐一进行第二人面特征信息的提取，若无法提取第二人面特征信息，则直接切换后一张图片；若排序在后的图像提取的第二人面特征信息与排序在前的图像中存在相同的第二人面特征信息，则覆盖或忽略该当前的人面特征信息，而对于人面特征信息提取并识别的技术属于现有技术。

所述图像识别模块30上传第二人面特征信息给远端服务台，访问数据库47，检索与第二人面特征信息相对应的第二人员信息。

人数预警模块31检索临时数据库32储存，若未检索到与第二人员信息相同的第一人员信息，则发出异常警报；若检索到与第二人员信息相同的第一人员信息，则从临时数据库32删除该第一人员信息，则进入人数参数做减1更新，以实现智能出人监控。

人数预警模块31在每次进入人数更新后均对其验证，验证方法为将进入人数与国家标准人数参数(如《山东省煤矿冲击地压防治办法》中记录“确保采掘工作面16、9人限员标准，即冲击低压危险的采煤掘进工作面建设防冲智能控员系统，确保采煤工作面不超过16人，掘进工作面不超过9人。”等规定)进行比较，若超出国家标准人数参数，则认为未通过认证，人数预警模块31发出异常信号给远端控制台1，远端控制台1控制虚拟闸机4变换可视光栅颜色。

3、轨迹摄像装置33

所述视频监控子系统3还包括分布在监视区域内的若干轨迹摄像装置33及位于视频服务器内的轨迹编辑模块34与轨迹数据库35，所述轨迹摄像装置33与视频监控服务器28通信连接，用于采集经过其拍摄区域内的区域视频信息。

所述图像处理模块29按照固定频率选取区域视频信息的视频截图，自动选取能够识别的、清晰的人物影像信息，提取人面特征信息，得到轨迹人面特征信息。

所述图像识别模块30上传远端控制台1，访问数据库47，调取与轨迹人面特征信息相对应的第三人员信息。

轨迹编辑模块34接收第三人员信息后添加采集时间、采集设备的坐标信息，生成由时间排序的一组具有时间、地点、人物相结合的轨迹信息，之后，将轨迹信息存入轨迹数据库35，轨迹数据库35根据第三人员信息对轨迹信息进行分别储存。

当出现有人违规进入时，如非工作人员进入，可通过图像识别模块30无法从数据库47中检索到与人面特征信息相对应的第三人员信息，对该人面特征信息单独建立轨迹信息，进行位置监控。或当接收控制器24发出部分光栅被遮挡的异常信号(即有人或物经过虚拟闸门)后，且人数预警模块31发出发出异常信号给远端控制台1，即当前区域允许进入人数超过国家标准人数，则对通过虚拟闸机4的违规人员进行轨迹追踪，调取其轨迹信息，实现对违规人员的位置监控。

4、定位功能

所述第一摄像装置26和第二摄像装置27均设有摄像定位基站36，所述虚拟闸机4上设有闸机定位基站，所述远端控制台1设有uwb定位模块，所述摄像定位基站36与远端控制台1之间通信连接，所述摄像定位基站36与闸机定位基站均为uwb定位基站。携带uwb标签37的工作人员进入到摄像定位基站36与闸机定位基站的扫描区域内，三个定位基站分别采集uwb标签37的测量脉冲信号，并上传远端控制台1，所述uwb定位模块基于tof(timeofflight)飞行时间测距法计算出uwb标签37的坐标位置及与各个基站之间的距离，从而得出进出人员与摄像装置之间的距离。通过计算坐标位置的变化，如uwb标签37的坐标与可视激光覆盖的坐标进行对比，计算出uwb标签37的移动方向，从而实现甄别出现假出入的情况，即触发可视光栅并返回的情况，保证了第一摄像装置26采集图像的真实性，从而排除假通过虚拟闸机4的情况，以保证第一摄像装置26或第二摄像装置27所采集的图像均为正常出入虚拟闸机4的情况。

5、工作卡检查功能

工作人员携带的uwb标签37中设有电子标签39，以弥补uwb无法识别身份的缺陷，该电子标签39优选为rfid电子标签39，该电子标签39内存储工作人员识别信息(如员工编码、身份证号等)或重要数据(如打卡时间、打卡机编号等)等电子标签39信息。

所述虚拟闸门内设有电子标签读取装置40，该电子标签读取装置40的扫描范围调节为包含整个可视光栅的区域。当接收控制器24发出部分光栅被遮挡的异常信号(即有人或物经过虚拟闸门)后，控制电子标签读取装置40扫描，采集当前经过可视光栅的工作卡中的电子标签39信息。

所述远端控制台1设有电子标签管理模块41，用于接收并识别电子标签39信息，根据电子标签39信息计算电子标签39数量，将电子标签39数量与第一识别信息组中识别信息的数量相比较，若二者不相等，则出现了工作人员没带工作卡或有非工作人员进入的情况发生。电子标签管理模块41识别电子标签39信息，访问数据库47，得到与电子标签39信息相对应的人员档案信息，将电子标签39信息相对应的人员档案信息与第一人员信息进行相同信息配对，若信息相同，则配对成功，忽略该信息；若出现未被配对成功的人员档案信息，则电子标签管理模块41将该人员档案信息与异常信息一并发送给远端控制台1，从而实现自动查验工作人员没带工作卡的情况，或有无非工作人员进入的情况。

三、视频展示子系统42

所述远端控制台1设有视频管理服务器43，所述视频管理服务器43控制设置在虚拟闸门处的闸门显示屏44及若干个分布在监控区域内的区域显示屏45的显示内容。所述视频管理服务器43包括常态显示模块与异常显示模块，所述常态显示模块用于在常态下控闸门显示屏44与区域显示屏45的显示内容，如当前可进入的人数、提示特定人员进入等；所述异常显示模块用于设置非常态下控制闸门显示屏44与区域显示屏45的显示内容，如人数过多或有人强行进入，显示违章人员姓名等信息，提示相关人员尽快撤出。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。