基于溫濕度和圖像監(jiān)測設備的井下水災報警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于溫濕度和圖像監(jiān)測設備的井下水災報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖 像模式識別、傳感器和通信等領域。
【背景技術】
[0002] 煤炭是我國主要能源，約占一次能源70%。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、水災、火 災、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。我國煤礦發(fā)生重特大事故中，礦井水災時對礦 井危害性較大的自然災害，以煤礦事故死亡的人數(shù)計算，水害事故占15.72%，僅次于瓦斯 和頂板事故，位居第三，礦井發(fā)生水災事故后，其危害包括：
[0003] 1、沖毀巷道，埋壓、淹沒和封堵人員。
[0004] 2、伴隨突水，會有大量的煤泥和巖石淤積巷道，給人員逃生造成困難。
[0005] 3、損壞設備。井下電器，電纜被水浸泡后，其絕緣能力迅速下降，給井下的運輸、通 風、排水等造成困難，使未及時逃離人員的生還幾率降低。
[0006] 4、涌出大量的有毒有害氣體，使未及時逃離人員的生存條件環(huán)境更加惡化。
[0007] 綜上所述，礦井水災是煤礦嚴重的災害，在煤礦生產(chǎn)中對礦井水災的報警必須做 到及時準確。目前水災預警以水文探測預防、井下探水、先兆現(xiàn)象觀測和為主，水文探測和 井下探水可預防井下水災事故，但由于還可能存在水文情況復雜、設計不當、措施不力、管 理不善和人的思想麻痹等原因，水文探測和井下探水并不能完全防止突水的發(fā)生，更不能 對突發(fā)的井下突水進行報警;先兆現(xiàn)象觀測以人為經(jīng)驗判斷為主，存在較大的主觀因素。目 前對于現(xiàn)場突水事故，主要依靠現(xiàn)場人員的人工報警，但當突水發(fā)生在無人值守的時間或 區(qū)域，或者現(xiàn)場人員匆忙逃離而未能主動報警，調(diào)度室就無法及時的獲得已發(fā)生突水的信 息，無法及時地通知井下相關工作人員，以致不能對突水事故及時采取應急措施，易造成水 害失控和人員傷亡。為有效減少水災引起的礦山財產(chǎn)損失和人員傷亡，需要新的煤礦井下 水災報警系統(tǒng)，可第一時間準確地對煤礦井下突水進行報警，為未在發(fā)生現(xiàn)場的其它區(qū)域 井下人員爭取寶貴的救災和逃生時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提出一種基于溫濕度和圖像監(jiān)測設備的井下水災報警系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括 攝像機、視頻分路器、溫濕度和圖像監(jiān)測設備、風速傳感器、設備控制器、視頻服務器、礦用 以太網(wǎng)、存儲服務器、監(jiān)控終端、井上溫濕度監(jiān)測設備;攝像機安裝于煤礦井下掘進工作面、 采煤工作面或其它可能發(fā)生透水事故的作業(yè)面;溫濕度和圖像監(jiān)測設備組成包括:核心處 理器、溫度探頭、濕度探頭、檢測模塊、存儲模塊、視頻采集模塊、通信模塊、電源與時鐘模塊 和隔爆殼;溫濕度和圖像監(jiān)測設備用于采集監(jiān)測作業(yè)面溫濕度數(shù)據(jù)，接收監(jiān)測風速數(shù)據(jù)、大 功率設備狀態(tài)數(shù)據(jù)和井上溫濕度數(shù)據(jù)，并監(jiān)測作業(yè)面視頻中的突發(fā)且持續(xù)水流，根據(jù)監(jiān)測 結(jié)果發(fā)出水災報警信號，報警信號通過礦用以太網(wǎng)傳輸至井上監(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。所述 系統(tǒng)還包括：
[0009] 1.攝像機安裝位置靠近巷道頂部或高度大于2米;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;手動設定攝像機焦距和曝光值，并關閉攝像機的自動 對焦和自動白平衡功能。
[0010] 2.風速或風量傳感器安裝在作業(yè)面巷道的進風巷中，距離作業(yè)面不大于15米，通 過RS-485接口與溫濕度和圖像監(jiān)測設備連接通信。
[0011] 3.溫濕度和圖像監(jiān)測設備通過網(wǎng)絡接口連接礦用以太網(wǎng)，通過礦用以太網(wǎng)與井上 的監(jiān)控終端和井上溫濕度監(jiān)測設備通信。
[0012] 4.溫濕度和圖像監(jiān)測設備計算并監(jiān)測作業(yè)面溫濕度數(shù)據(jù)變化，在風速fs或風量fL 值與平均風速Fs或風量R值的差的絕對值未超過設定閾值rs、n的條件下，即滿足I fs-Fs I < rs或I fL-FL I <打的條件下，當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)滿足當作業(yè)面平均溫度變化及濕度增長超過設定閾 值，即滿足
則判 定為溫濕度數(shù)據(jù)異常，式中Ln、Ll2分別為作業(yè)面溫度和濕度數(shù)據(jù);Lwl、Lw2分別為井上溫度和 濕度數(shù)據(jù);LS1、LS2分別為作業(yè)面溫度和濕度參考值;kd、ks為井上溫濕度對井下溫濕度影響 的關系系數(shù)，與作業(yè)面到井上的巷道長度有關;k q為作業(yè)面的大型設備與現(xiàn)場溫度的影響 關系系數(shù)，與巷道截面積和深度有關;U為作業(yè)面大型設備的開停狀態(tài)，設備開啟時U= 1，設 備關閉時U = 0; R1、R2分別為設定的溫度和濕度變化率閾值；以上參數(shù)中Fs、Fl、Ls1、Ls 2通過測 量統(tǒng)計得到;Ri、Ri、kd、ks、kq通過測量設定或人為設定得到，存儲在存儲模塊中。
[0013] 5.在溫濕度和圖像監(jiān)測設備工作前，需對攝像機監(jiān)控范圍內(nèi)的部分區(qū)域A進行設 定，存儲在存儲模塊中；運算K幀圖像的區(qū)域A中各灰度值的像素數(shù)算術平均值;根據(jù)算術平 均值求大于等于灰度值施的像素總和Ds，并將最后一幀圖像作為背景圖像b(x，y)存儲，間隔 時間Ts對Ds和b(x，y)進行更新;每間隔P幀求最新圖像幀的區(qū)域A中大于等于灰度值M 2的像 素總和Dh，當0『05^3，觸發(fā)預警;1(、？、1' 5、11^3通過測量設定或人為設定，存儲在存儲模 塊中。
[0014] 6.進入預警模式后，每間隔&幀對攝像機采集的實時視頻圖像f(x，y)與所存背景 圖像b(x，y)進行累積差值處理，累積差值運算公式為：
[0016] 式中Pn(x，y)為處理了 η幀的累積差值圖像初始值為0，A為設定區(qū)域，T1為設定灰度 閾值;通過累積差值運算處理Q2幀后，求大于等于灰度值T 2的像素總和Dt，如滿足 設定為圖像數(shù)據(jù)異常;式中R為設定的增長閾值;(^、(^、!^!^!^通過測量設定或人為設定， 存儲在存儲模塊中。
[0017] 7.當溫濕度數(shù)據(jù)異常后Tj秒內(nèi)發(fā)生圖像數(shù)據(jù)異常，則發(fā)出水災報警信號；否則清 除溫濕度數(shù)據(jù)異常標志，并更新作業(yè)面溫度和濕度參考值Ls 1、LS2; Tj通過測量設定或人為設 定得到，存儲在存儲模塊中。
【附圖說明】
[0018] 圖1基于溫濕度和圖像監(jiān)測設備的井下水災報警系統(tǒng)示意圖。
[0019] 圖2溫濕度和圖像監(jiān)測設備結(jié)構示意圖。
[0020]圖3報警系統(tǒng)的工作流程示意圖。
[0021 ]圖4溫濕度和圖像監(jiān)測設備溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)測流程示意圖。
[0022] 圖5溫濕度和圖像監(jiān)測設備視頻數(shù)據(jù)監(jiān)測流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 如圖1所示所述系統(tǒng)組成主要包括：
[0024] 1.攝像機（101 )，采用煤礦隔爆要求的隔爆模擬攝像機，帶有輔助光源，安裝在煤 礦井下掘進工作面、采煤工作面或其它可能發(fā)生透水事故的作業(yè)面等地點，通過同軸電纜 與視頻分路器(102)連接。
[0025] 2.視頻分路器(102)，負責將攝像機的一路模擬信號輸出分成兩路輸出，其中一路 接溫濕度和圖像監(jiān)測設備（103)，另一路接視頻服務器(105)。
[0026] 3.溫濕度和圖像監(jiān)測設備（103)，接收由視頻分路器（102)輸出的一路模擬視頻信 號，采集作業(yè)面溫濕度數(shù)據(jù)，同時采集巷道風速或風量數(shù)據(jù)、井下大型設備狀態(tài)數(shù)據(jù)和井上 溫濕度數(shù)據(jù)，對視頻數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向監(jiān)控終端發(fā)出水災報警信 號;通過同軸電纜連接視頻分路器(102)采集視頻。
[0027] 4.視頻服務器（104)，也稱視頻編碼器，接收由視頻分路器（102)輸出的一路模擬 視頻信號，將其數(shù)字化并壓縮編碼，通過礦用以太網(wǎng)向井上存儲服務器和監(jiān)控終端傳輸視 頻數(shù)據(jù)。在本實施方案中選用海康DS-6701HW單路網(wǎng)絡視頻服務器，設置為組播方式。
[0028] 5.風速傳感器（105);安裝于作業(yè)面的進風巷，采用RS-485標準接口，