流量信號整定成 為電流等其他形式的信號。電磁流量傳感器由磁場源（201)、非導(dǎo)磁管道(203)和管道橫截 面導(dǎo)電電極（202)組成。磁場、電極連線、管道軸線相互垂直，被測液體流過管道切割磁力 線，在磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其數(shù)值與液體的流速成正比，通過測 量感應(yīng)電動勢即可測出液體的流量。
[0035]基于圖像和水倉監(jiān)測水災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工作流程如圖3所示：
[0036] 1. (301)攝像機(jī)采集視頻圖像，將模擬視頻信號通過同軸電纜傳輸給視頻服務(wù)器。
[0037] 2. (302)視頻服務(wù)器數(shù)字化模擬視頻信號并進(jìn)行壓縮編碼，通過網(wǎng)線將壓縮編碼 后的視頻數(shù)據(jù)以組播方式傳輸給存儲服務(wù)器，監(jiān)控主機(jī)和水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器。
[0038] 3. (303)水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器實(shí)時分析由視頻服務(wù)器發(fā)送的視頻圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)測視頻 中的異常水流。
[0039] 4. (304)水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備采集水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，通過RS- 485通信接口模塊發(fā)送至分站。
[0040] 5. (305)分站通過RS-485接口接收水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的通 信協(xié)議進(jìn)行打包，將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)接口以TCP客戶端方式傳送到存儲服務(wù)器。
[0041] 6. (306)存儲服務(wù)器以TCP服務(wù)器方式接收由分站上傳的水倉水位和排水量數(shù)據(jù)， 并存入數(shù)據(jù)庫。
[0042] 7. (307)水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器通過訪問存儲服務(wù)器獲得水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，對視 頻圖像監(jiān)測(303)結(jié)果、水倉水位和排水量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合監(jiān)測，當(dāng)滿足報(bào)警條件時向監(jiān)控主 機(jī)發(fā)出水災(zāi)報(bào)警信號，同時將所監(jiān)測攝像機(jī)編號發(fā)送給監(jiān)控主機(jī)。
[0043] 8. (308)當(dāng)現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)水災(zāi)，按下報(bào)警按鈕時，分站采集報(bào)警按鈕的報(bào)警信 號，將數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的通信協(xié)議進(jìn)行打包，將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)接口以TCP客戶端方式傳送到 存儲服務(wù)器。
[0044] 9. (309)存儲服務(wù)器存儲報(bào)警數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信號給監(jiān)控主機(jī)。
[0045] 10. (310)當(dāng)監(jiān)控主機(jī)接到水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器或存儲服務(wù)器的報(bào)警信號時，將攝像機(jī) 的或報(bào)警開關(guān)的編號發(fā)送給地理信息服務(wù)器。
[0046] 11. (311)地理信息服務(wù)器根據(jù)報(bào)警攝像機(jī)或報(bào)警開關(guān)的編號確定突水位置，根據(jù) 突水位置分析水災(zāi)發(fā)展情況，再根據(jù)分析結(jié)果為井下各工作區(qū)域提供逃生路線信息，并發(fā) 送給監(jiān)控主機(jī)。
[0047] 12. (312)監(jiān)控主機(jī)實(shí)時顯示現(xiàn)場視頻并自動聲光報(bào)警，將突水位置和逃生路線的 文本信息合成語音并壓縮編碼，下發(fā)至各廣播設(shè)備進(jìn)行廣播。生產(chǎn)管理人員可查看現(xiàn)場實(shí) 時視頻、報(bào)警情況和設(shè)備情況，當(dāng)視頻和數(shù)據(jù)采集的硬件被損壞時，則調(diào)取歷史現(xiàn)場視頻數(shù) 據(jù)。
[0048] 13. (313)井下廣播設(shè)備接收包含突水位置和逃生路線信息的語音數(shù)據(jù)，解碼還原 為語音信號放大播報(bào)。
[0049] 水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器監(jiān)測流程如圖4所示：
[0050] 1.(401)每次水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器啟動時調(diào)取監(jiān)控區(qū)域A和所有監(jiān)測運(yùn)算相關(guān)的參數(shù) 進(jìn)行進(jìn)行調(diào)取，如尚未設(shè)置則需手動進(jìn)行設(shè)置。
[0051] 2. (402)統(tǒng)計(jì)每幀圖像區(qū)域A內(nèi)各灰度值的像素?cái)?shù)，得到序列H1;運(yùn)算K幀圖像的各 灰度值的像素?cái)?shù)的算術(shù)平均值，
得到序列Sh
[0052 ] 3.(403)統(tǒng)計(jì)設(shè)定灰度區(qū)間內(nèi)的像素?cái)?shù)Ds，
[0053] 4. (404)將最后采集到一幀圖像作為背景圖像b(x，y)存儲。
[0054] 5. (405)間隔P幀求最新圖像幀中區(qū)域A內(nèi)大于等于設(shè)定灰度值此的像素總和Dh，
[0055] 6. (406)如(Dh-Ds ) 2 M3，則執(zhí)行(408)，否則執(zhí)行(407);M3為設(shè)定閾值。
[0056] 7. (407)判定是否到背景圖像更新時間Ts，如到了更新時間則返回（402)，否則返 回（405)。
[0057] 8.(408)觸發(fā)預(yù)警，置預(yù)警標(biāo)志。
[0058] 9. (409)更新存儲背景圖像b (X，y)。
[0059] 10. (410)持續(xù)設(shè)定時間對實(shí)時視頻圖像與所存背景圖像進(jìn)行累積差值圖像運(yùn)算。 [0060] 11. (411)對處理得到的累積差值圖像進(jìn)行灰度像素統(tǒng)計(jì)
[0062]式中f (X，y)為實(shí)時視頻圖像，Pn (X，y)為處理了 η幀的累積差值圖像初始值為0，A 為設(shè)定區(qū)域，T1為設(shè)定灰度閾值;通過累積差值運(yùn)算處理出幀后，求高于設(shè)定灰度值T2的像 素總和Dt。
[0063] 12. (412)如Dt2M4,則執(zhí)行(414)，否則執(zhí)行(413)后返回（402)，Μ4為設(shè)定的增長率 閾值。
[0064] 13. (414)間隔時間Tn訪問存儲服務(wù)器獲取水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，計(jì)算水倉進(jìn)水 量，進(jìn)水量
式中Iu為實(shí)時采集的水倉液位高度數(shù)據(jù)，hs為監(jiān)測到圖像數(shù) 據(jù)異常時的水倉液位數(shù)據(jù)，S為水倉橫截面積，T為監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常時刻到當(dāng)前的時間 長度，P為時間T內(nèi)的排水總量
[0065] 14. (415)監(jiān)測水倉進(jìn)水量數(shù)據(jù)變化，如滿足
則執(zhí)行（416)，否則執(zhí) 行(413)后返回(402);式中Ls為圖像數(shù)據(jù)異常前的水倉進(jìn)水量數(shù)據(jù)平均值，R為設(shè)定的排水 量增長率閾值；
[0066] 15. (416)發(fā)出水災(zāi)報(bào)警信號。
[0067] 16. (413)清除預(yù)警標(biāo)志，取消預(yù)警狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報(bào)警方法，其特征在于:在煤礦井下掘進(jìn)工作 面、采煤工作面或其它可能發(fā)生透水事故的作業(yè)面地點(diǎn)放置攝像機(jī)，同時采集攝像機(jī)所在 巷道的排水渠下游水倉的液位數(shù)據(jù)和排水量數(shù)據(jù);對視頻圖像數(shù)據(jù)和水倉的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行 實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到攝像機(jī)視頻圖像中設(shè)定區(qū)域出現(xiàn)異常水流，且水流持續(xù)時間超過設(shè)定 的時間閾值或水流增大速度超過設(shè)定閾值時，則判定為數(shù)據(jù)異常;且當(dāng)發(fā)現(xiàn)水倉的進(jìn)水量 增加超過設(shè)定的閾值則發(fā)出水災(zāi)報(bào)警信號。2. 如權(quán)利要求1所述的報(bào)警方法，其特征在于:攝像機(jī)安裝位置靠近巷道頂部或高度大 于2米，在攝像機(jī)旁安裝輔助光源，光投射方向與攝像機(jī)視頻采集方向一致;關(guān)閉攝像機(jī)的 自動對焦和自動白平衡功能。3. 如權(quán)利要求1所述的報(bào)警方法，其特征在于:對攝像機(jī)監(jiān)控范圍內(nèi)的部分區(qū)域A進(jìn)行 設(shè)定，對每幀視頻圖像區(qū)域A內(nèi)各灰度值i的像素?cái)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到序列H 1;運(yùn)算K幀圖像的 區(qū)域A內(nèi)各灰度值的像素?cái)?shù)的算術(shù)平均值，得到序列S1;求大于等于設(shè)定灰度值 M1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Tm對Ds 和b(x，y)進(jìn)行更新;每間隔P幀求最新圖像幀區(qū)域A內(nèi)大于等于設(shè)定灰度值此的像素總和Dh，當(dāng)Dh大于等于Ds設(shè)定閾值M3時，即（Dh-Ds) 2M3時，觸發(fā)預(yù)警，并存儲b(x，y);如 (Dh-Ds) <M3,則更親jfDs和b(x，y)，則更親jfDs和b(x，y) ;K、P、Mi、M2、M3、Tm通過測量設(shè)定或人為 設(shè)定得到。4. 如權(quán)利要求3所述的報(bào)警方法，其特征在于:進(jìn)入預(yù)警模式后，每間隔&幀對攝像機(jī)采 集的實(shí)時視頻圖像f(x，y)與所存背景圖像b(x，y)進(jìn)行累積差值處理，累積差值運(yùn)算公式 為：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(shè)定區(qū)域，T1為設(shè)定灰度閾 值;通過累積差值運(yùn)算處理Q2幀后，求大于等于設(shè)定灰度值T2的像素總和DT，如滿足Dt2M 4， 則判定為圖像數(shù)據(jù)異常;式中M4為設(shè)定的閾值;QhQhThI^M4通過測量設(shè)定或人為設(shè)定得 到。5. 如權(quán)利要求4所述的報(bào)警方法，其特征在于:監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常后，間隔時間Tn監(jiān)測 水倉的進(jìn)水量L變化，進(jìn)水量：式中Iu為實(shí)時采集的水倉液位高度數(shù)據(jù)， hs為監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常時的水倉液位數(shù)據(jù)，S為水倉橫截面積，T為監(jiān)測到圖像數(shù)據(jù)異常 時刻到當(dāng)前的時間長度，P為時間T內(nèi)的排水總量，如滿足I則發(fā)出水災(zāi)報(bào)警信 號，式中Ls為平均進(jìn)水量，R為設(shè)定的進(jìn)水量增長率閾值;Tn、Ls、R通過測量設(shè)定或人為設(shè)定 得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報(bào)警方法，本報(bào)警方法通過煤礦井下掘進(jìn)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(diǎn)放置攝像機(jī)，并在攝像機(jī)所監(jiān)測巷道的排水渠下游水倉放置水倉液位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備；當(dāng)監(jiān)測到攝像機(jī)視頻圖像中設(shè)定區(qū)域出現(xiàn)異常水流，且水流持續(xù)時間超過設(shè)定的時間閾值或水流增大速度超過設(shè)定閾值，同時水倉進(jìn)水量異常則發(fā)出水災(zāi)報(bào)警信號。本報(bào)警方法充分考慮了煤礦井下水災(zāi)的特征特點(diǎn)，實(shí)施簡單，自動及時采取相應(yīng)措施，可第一時間準(zhǔn)確地對礦井突水進(jìn)行報(bào)警，為未在突水發(fā)生現(xiàn)場的其它區(qū)域井下人員爭取寶貴的救災(zāi)和逃生時間。
【IPC分類】E21F17/18, H04N7/18
【公開號】CN105484799
【申請?zhí)枴緾N201610001290
【發(fā)明人】孫繼平, 劉毅
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月4日