本實用新型涉及一種基于圖像的掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖像跟蹤和通信等領域。

背景技術：

煤炭是我國重要的基礎能源和原料，以煤為主的能源結構在相當長時間內不會改變，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭的需求量越來越大，伴隨的煤礦安全事故也在不斷增多。煤炭資源安全高效開發(fā)利用技術成為了國內外學者研究的熱點領域。最有效的解決方案之一是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)裝備機械化及自動化，從而實現(xiàn)井下無人或少人開采。

隨著煤礦安全重要性的提高和煤炭開采技術的發(fā)展，井下采煤工作面實現(xiàn)少人或者無人開采是必然趨勢，實現(xiàn)井下少人或者無人開采的必要條件是井下采煤裝備機械化、自動化和對其的實時監(jiān)控。掘進機是綜采工作面最重要的設備之一，其正常運行是整個綜采工作面完成采掘作業(yè)的基礎，故對掘進機工作狀態(tài)的監(jiān)測是煤礦井下綜采工作面的一項重要任務。

目前掘進機監(jiān)控功能多由傳感器實現(xiàn)完成。現(xiàn)有傳感器模式絕大部分采用有線連接，在實際應用中由于空間有限、工況惡劣，在工程布置及維護中會投入較多精力，且往往會因為機械運動產(chǎn)生連接線路的損壞，影響傳感器的精度。在機器開始工作中，會產(chǎn)生大量的電磁干擾，影響通信信號的傳播。同時，在實際掘進情況下，伴隨著大量的煤塊墜落，安裝在掘進機上的傳感器不可避免的會受到碰撞，雖然有相應的防護措施，但長時間的碰撞仍然會影響傳感器的精度。為避免碰撞、機械振動帶來的影響，需要新的煤礦井下掘進機異常工作監(jiān)測報警系統(tǒng)，可第一時間準確地對掘進機異常工作進行報警，為井下掘進機安全作業(yè)提供一份保障。因此本發(fā)明提出一種基于掘進機監(jiān)測服務器的掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)，根據(jù)掘進機的不同異常工作狀態(tài)，該系統(tǒng)可發(fā)出不同報警信號，包括：偏離工作軌道報警信號；切割受阻報警信號。根據(jù)掘進機跟蹤丟失后監(jiān)測畫面灰度值處理結果，該系統(tǒng)可發(fā)出不同報警信號，包括：突發(fā)水災報警信號；瓦斯泄露報警信號。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提出一種基于圖像的掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要包括：攝像機、視頻服務器、掘進機控制器、分站、礦用以太網(wǎng)、存儲服務器、掘進機監(jiān)測服務器、監(jiān)控終端；其中攝像機、視頻服務器、分站和掘進機控制器在井下安裝，存儲服務器、掘進機監(jiān)測服務器和監(jiān)控終端安裝于井上；攝像機分別安裝于煤礦井下掘進巷道頂部中間和掘進機上，攝像機采集掘進工作面現(xiàn)場視頻模擬圖像；掘進機服務器具有將安裝于巷道頂部的多部攝像機采集的圖像拼接為一幅圖像的功能，具有跟蹤監(jiān)測掘進機工作狀態(tài)的功能，負責發(fā)出不同類型報警信號，并通過礦用以太網(wǎng)傳輸報警信號至井上監(jiān)控終端；監(jiān)控終端負責顯示報警信息，通過視頻服務器獲得現(xiàn)場視頻，通過訪問存儲服務器獲得歷史現(xiàn)場視頻。

1.該系統(tǒng)進一步包括：在煤礦井下掘進巷道頂部中間均勻安裝多部攝像機，在掘進機上安裝攝像機；在攝像機旁安裝輔助光源，光投射方向與攝像機視頻采集方向一致。

2.該系統(tǒng)進一步包括：掘進機控制器采集掘進機設置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，分站接收掘進機控制器上傳的數(shù)據(jù)，通過礦用以太網(wǎng)上傳至掘進機服務器、存儲服務器和監(jiān)控終端。

3.該系統(tǒng)進一步包括：掘進機監(jiān)測服務器將接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)和掘進機設置數(shù)據(jù)輸出到核心處理器，處理器將采集的像拼接為一幅圖像，并存儲在存儲模塊中。

4.該系統(tǒng)進一步包括：掘進機監(jiān)測服務器位于井上，掘進機監(jiān)測服務器具有對視頻目標分塊跟蹤監(jiān)測功能。

5.該系統(tǒng)進一步包括：掘進機監(jiān)測服務器的網(wǎng)絡通信模塊連接礦用以太網(wǎng)，通過礦用以太網(wǎng)與監(jiān)控終端通信。

6.該系統(tǒng)進一步包括：該系統(tǒng)具有發(fā)出不同報警信號功能，報警信號包括：該系統(tǒng)具有發(fā)出不同報警信號功能，報警信號包括：偏離工作軌道報警信號；切割受阻報警信號；突發(fā)水災報警信號；瓦斯泄露報警信號。

附圖說明

圖1基于圖像的掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)示意圖。

圖2掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)的工作流程示意圖。

具體實施方式

基于掘進機監(jiān)測服務器的掘進機異常工作報警系統(tǒng)組成如圖1所示：

1.攝像機(101)，采用符合煤礦隔爆要求的礦用攝像機，帶有輔助光源，安裝在煤礦井下掘進巷道頂部中間和掘進機上，通過同軸電纜與視頻服務器(104)連接。在本實施方案中選用國安GAEX煤礦防爆攝像機GAHC-EX。

2.掘進機控制器(102)，負責采集掘進機設置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務器，采用可編程控制器(PLC)，可編程控制器具有通信接口或通信模塊。在本實施方案中使用西門子SIMATIC S7-300。

3.分站(103)，也稱數(shù)據(jù)采集站，負責接收掘進機控制器(102)上傳的掘進機設置數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至存儲服務器、掘進機監(jiān)測服務器和監(jiān)控終端。分站與掘進機控制器(102)采用RS-485標準通過雙絞線通信；分站通過雙絞線或光纜與最近的井下交換機連接，采用TCP方式與井上的存儲服務器通信，具有隔爆外殼，符合煤礦井下隔爆要求。

4.視頻服務器(104)，也稱視頻編碼器，接收由攝像機(101)輸出的模擬視頻信號，將其數(shù)字化并壓縮編碼，通過礦用以太網(wǎng)向井上存儲服務器、掘進機監(jiān)測服務器和監(jiān)控終端傳輸視頻數(shù)據(jù)。在本實施方案中選用?？礑S-6701HW單路網(wǎng)絡視頻服務器，設置為組播方式。

5.井下交換機(105)，是礦用以太網(wǎng)的井下接入設備，串接形成環(huán)網(wǎng)，負責視頻服務器和其它通過網(wǎng)絡通信設備的接入和數(shù)據(jù)交換，設備接入端一般為RJ45接口，環(huán)網(wǎng)接續(xù)端為光接口，具有隔爆外殼，符合煤礦井下隔爆要求。

6.網(wǎng)絡交換機(106)，是礦用以太網(wǎng)的核心管理設備，負責所有接入網(wǎng)絡的設備的管理和數(shù)據(jù)交換。

7.存儲服務器(107)，負責接收由視頻服務器上傳的視頻數(shù)據(jù)并存儲，為監(jiān)控終端提供現(xiàn)場歷史查詢調取服務。

8.掘進機監(jiān)測服務器(108)，接收視頻服務器(104)上傳的數(shù)字視頻流和掘進機控制器(102)上傳的掘進機設置數(shù)據(jù)，對視頻圖像進行處理，監(jiān)測攝像機視頻圖像中設定區(qū)域，并參考存儲服務器存儲的相應掘進機設置數(shù)據(jù)，如滿足報警條件則向監(jiān)控終端(109)輸出掘進機異常狀態(tài)報警信號。

9.監(jiān)控終端(109)，具有聲光報警功能，接收到掘進機監(jiān)測服務器(108)的報警數(shù)據(jù)則聲光報警；監(jiān)控終端具有實時視頻監(jiān)控和歷史視頻調取功能，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端查看由視頻服務器(104)上傳的現(xiàn)場視頻圖像，也可從存儲服務器(107)調取歷史視頻數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理人員可通過煤礦通信系統(tǒng)發(fā)出報警信號，對相關人員下發(fā)應急調度指令。監(jiān)控終端內置井下地理信息，并具有地圖顯示引擎，本實施方案使用Map Info公司的可視化地圖組件Map X，當掘進機工作異常報警時可自動顯示監(jiān)測到報警的攝像機位置。

掘進機異常工作及災害報警系統(tǒng)的工作流程如圖2所示：

1.(201)攝像機采集視頻圖像，將采集到的現(xiàn)場模擬視頻信號通過同軸電纜傳輸給視頻服務器(104)。

2.(202)視頻服務器(104)數(shù)字化模擬視頻信號并進行壓縮編碼。

3.(203)分站(103)，接收掘進機控制器(102)上傳的掘進機設置數(shù)據(jù)。

4.(204)將視頻信號和掘進機設置數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)上傳至存儲服務器(107)、掘進機監(jiān)測服務器(108)和監(jiān)控終端(109)。

5.(205)存儲服務器(107)接收視頻信號和掘進機設置數(shù)據(jù)并進行存儲。

6.(206)掘進機監(jiān)測服務器(108)接受視頻信號和掘進機設置數(shù)據(jù)，并通過核心處理器(201)的內置庫處理分析視頻數(shù)據(jù)，監(jiān)測掘進工作面視頻中掘進機工作狀態(tài)，對分析結果進行判斷。

7.(207)當監(jiān)測結果滿足報警條件時，則將報警數(shù)據(jù)使用TCP通信方式通過網(wǎng)絡通信模塊(204)傳送給監(jiān)控終端(109)。

8.(208)監(jiān)控終端(108)接收到報警數(shù)據(jù)后，自動根據(jù)攝像機編號通過地圖顯示引擎在顯示器上顯示掘進機位置，并聲光報警提示生產(chǎn)管理人員進行處理。

9.(209)生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端(109)訪問存儲服務器(107)調取現(xiàn)場歷史視頻。

10.(210)生產(chǎn)管理人員同時觀看由視頻服務器(104)上傳的現(xiàn)場視頻，確認報警發(fā)生過程和現(xiàn)場狀態(tài)情況。

11.(211)生產(chǎn)管理人員確認報警后，可通過煤礦通信系統(tǒng)發(fā)出報警信號，對相關人員下發(fā)應急調度指令。