本實用新型涉及一種基于紅外圖像的掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖像跟蹤和通信等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源和原料，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長時間內(nèi)不會改變，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(shù)成為了國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點領(lǐng)域。最有效的解決方案之一是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)裝備機(jī)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(shù)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(jī)械化、自動化和對其的實時監(jiān)控。掘進(jìn)機(jī)是綜采工作面最重要的設(shè)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(chǔ)，故對掘進(jìn)機(jī)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(wù)。

目前掘進(jìn)機(jī)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(yīng)用中由于空間有限、工況惡劣，在工程布置及維護(hù)中會投入較多精力，且往往會因為機(jī)械運動產(chǎn)生連接線路的損壞，影響傳感器的精度。在機(jī)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(jìn)情況下，伴隨著大量的煤塊墜落，安裝在掘進(jìn)機(jī)上的傳感器不可避免的會受到碰撞，雖然有相應(yīng)的防護(hù)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(jī)械振動帶來的影響，需要新的煤礦井下掘進(jìn)機(jī)異常工作監(jiān)測報警系統(tǒng)，可第一時間準(zhǔn)確地對掘進(jìn)機(jī)異常工作進(jìn)行報警，為井下掘進(jìn)機(jī)安全作業(yè)提供一份保障。因此本發(fā)明提出一種基于紅外圖像跟蹤監(jiān)測設(shè)備的掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)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。通過監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)各部分的溫度，判斷掘進(jìn)機(jī)發(fā)熱情況，根據(jù)判斷結(jié)果，該系統(tǒng)可發(fā)出不同報警信號，包括：本體部溫度過高報警信號；切割頭溫度過高報警信號。根據(jù)掘進(jìn)機(jī)跟蹤丟失后監(jiān)測畫面灰度值處理結(jié)果，該系統(tǒng)可發(fā)出不同報警信號，包括：突發(fā)水災(zāi)報警信號；瓦斯泄露報警信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提出一種基于紅外圖像的掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要包括：紅外攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、掘進(jìn)機(jī)控制器、分站、礦用以太網(wǎng)、存儲服務(wù)器、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)控終端；其中紅外攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、分站和掘進(jìn)機(jī)控制器在井下安裝，存儲服務(wù)器、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控終端安裝于井上；紅外攝像機(jī)分別安裝于煤礦井下掘進(jìn)巷道頂部中間和掘進(jìn)機(jī)上，紅外攝像機(jī)采集掘進(jìn)工作面現(xiàn)場視頻模擬圖像；掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器具有將安裝于巷道頂部的多部攝像機(jī)采集的紅外圖像拼接為一幅紅外圖像的功能，具有跟蹤監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)的功能，具有發(fā)出不同類型報警信號的功能，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(fù)責(zé)顯示報警信息，通過視頻服務(wù)器獲得現(xiàn)場視頻，通過訪問存儲服務(wù)器獲得歷史現(xiàn)場視頻。

1.該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：在煤礦井下掘進(jìn)巷道頂部中間均勻安裝多部攝像機(jī)，在掘進(jìn)機(jī)上安裝攝像機(jī)；攝像機(jī)的攝像頭安裝有紅外濾片，用于采集所述掘進(jìn)機(jī)工作的紅外畫面；在攝像機(jī)旁安裝紅外補光燈，光投射方向與攝像機(jī)視頻采集方向一致。

2.該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：掘進(jìn)機(jī)控制器采集掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，分站接收掘進(jìn)機(jī)控制器上傳的數(shù)據(jù)，通過礦用以太網(wǎng)上傳至掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器、存儲服務(wù)器和監(jiān)控終端。

3.該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器將接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)和掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)輸出到核心處理器，處理器具有將采集的紅外圖像拼接為一幅紅外圖像，并存儲在存儲模塊中的功能。

4.該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器位于井上，掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器具有對視頻目標(biāo)分塊跟蹤監(jiān)測功能。

5.該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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；本體部溫度過高報警信號；切割頭溫度過高報警信號；突發(fā)水災(zāi)報警信號；瓦斯泄露報警信。

附圖說明

圖1基于紅外圖像的掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)示意圖。

圖2掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)的工作流程示意圖。

具體實施方式

基于紅外圖像的掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)組成如圖1所示：

1.紅外攝像機(jī)(101)，采用符合煤礦隔爆要求的礦用攝像機(jī)，帶有紅外補光燈，攝像機(jī)的攝像頭安裝有紅外濾片，攝像機(jī)安裝在煤礦井下掘進(jìn)巷道頂部中間和掘進(jìn)機(jī)上，通過同軸電纜與視頻服務(wù)器(104)連接。

2.掘進(jìn)機(jī)控制器(102)，負(fù)責(zé)采集掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務(wù)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(fù)責(zé)接收掘進(jìn)機(jī)控制器(102)上傳的掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至存儲服務(wù)器、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控終端。分站與掘進(jìn)機(jī)控制器(102)采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)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(jī)連接，采用TCP方式與井上的存儲服務(wù)器通信，具有隔爆外殼，符合煤礦井下隔爆要求。

4.視頻服務(wù)器(104)，也稱視頻編碼器，接收由紅外攝像機(jī)(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(wù)器、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)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(luò)視頻服務(wù)器，設(shè)置為組播方式。

5.井下交換機(jī)(105)，是礦用以太網(wǎng)的井下接入設(shè)備，串接形成環(huán)網(wǎng)，負(fù)責(zé)視頻服務(wù)器和其它通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)交換，設(shè)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(luò)交換機(jī)(106)，是礦用以太網(wǎng)的核心管理設(shè)備，負(fù)責(zé)所有接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換。

7.存儲服務(wù)器(107)，負(fù)責(zé)接收由視頻服務(wù)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(diào)取服務(wù)。

8.掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器(108)，接收視頻服務(wù)器(104)上傳的數(shù)字視頻流和掘進(jìn)機(jī)控制器(102)上傳的掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，對視頻圖像進(jìn)行處理，監(jiān)測紅外攝像機(jī)視頻圖像中設(shè)定區(qū)域，并參考存儲服務(wù)器存儲的相應(yīng)掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)，如滿足報警條件則向監(jiān)控終端(109)輸出掘進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)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(diào)取功能，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端查看由視頻服務(wù)器(104)上傳的現(xiàn)場視頻圖像，也可從存儲服務(wù)器(107)調(diào)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(guān)人員下發(fā)應(yīng)急調(diào)度指令。監(jiān)控終端內(nèi)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(dāng)掘進(jìn)機(jī)工作異常報警時可自動顯示監(jiān)測到報警的紅外攝像機(jī)位置。

掘進(jìn)機(jī)異常工作及災(zāi)害報警系統(tǒng)的工作過程如圖2所示：

1.(201)紅外攝像機(jī)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(wù)器(104)。

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

3.(203)分站(103)，接收掘進(jìn)機(jī)控制器(102)上傳的掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)。

4.(204)將視頻信號、掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)上傳至存儲服務(wù)器(107)、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器(108)和監(jiān)控終端(109)。

5.(205)存儲服務(wù)器(107)接收視頻信號、掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲。

6.(206)掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測服務(wù)器(108)接受視頻信號、掘進(jìn)機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)和水系統(tǒng)噴霧數(shù)據(jù)，并通過核心處理器(201)的內(nèi)置庫處理分析視頻數(shù)據(jù)，監(jiān)測掘進(jìn)工作面視頻中掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)，對分析結(jié)果進(jìn)行判斷。

7.(207)當(dāng)監(jiān)測結(jié)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(luò)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)紅外攝像機(jī)編號通過地圖顯示引擎在顯示器上顯示掘進(jìn)機(jī)位置，并聲光報警提示生產(chǎn)管理人員進(jìn)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(wù)器(107)調(diào)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(wù)器(104)上傳的現(xiàn)場視頻，確認(rèn)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(rèn)報警后，可通過煤礦通信系統(tǒng)發(fā)出報警信號，對相關(guān)人員下發(fā)應(yīng)急調(diào)度指令。