基於機器視覺的井下可視化監測系統的製作方法
2023-06-05 03:17:36
基於機器視覺的井下可視化監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型是關於基於機器視覺的井下可視化監測系統，包括：多個智能相機、n個數據收發控制器、伺服器及至少一個客服終端設備；所有智能相機和數據收發控制器均設置於井下巷道中，且所有智能相機被劃分為n個組，每組中的所有智能相機均與同一個數據收發控制器有線連接，不同組的智能相機連接不同的數據收發控制器；伺服器和客服終端設備均設置於井上，且伺服器與數據收發控制器和客服終端設備分別連接；各客服終端設備分別設置於井上，且各客服終端設備分別與伺服器連接。本實用新型可以有效的提高井下作業生產的自動化和信息化水平，並減輕作業人員的勞動強度，從而可以使井下作業實現安全高效生產。
【專利說明】基於機器視覺的井下可視化監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及井下監測技術，特別是涉及一種基於機器視覺的井下可視化監測系統。
【背景技術】
[0002]安全高效的井下(如礦業)生產一直是井下行業(如採礦行業)追求的目標。然而，目前井下安全事故頻發。這些安全事故不僅嚴重的威脅到井下工作人員的生命安全，還使國家和集體的財產蒙受了嚴重的損失。
[0003]為了儘可能的避免井下安全事故的發生，通常會設置專人對井下的現況進行定期安全監測，以期能夠及時發現井下存在的安全隱患，從而及時排除該安全隱患。
[0004]發明人在實現本實用新型過程中發現，現有的井下安全監測方式自動化程度較低，且巡檢人員的勞動強度較高，不能滿足目前社會對井下安全生產日益提高的要求。
[0005]有鑑於現有的井下安全監測存在的問題，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗以及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種基於機器視覺的井下可視化監測系統，以克服現有的井下安全監測存在的問題，使其更具有實用性。經過不斷的研究和設計，經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本實用新型。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於，克服現有的井下安全監測存在的問題，而提供一種新型結構的基於機器視覺的井下可視化監測系統，所要解決的技術問題是，提高井下作業生產的自動化和信息化水平，並減輕作業人員的勞動強度。
[0007]本實用新型的目的及解決其技術問題可採用以下的技術方案來實現。
[0008]依據本實用新型提出的一種基於機器視覺的井下可視化監測系統，包括:多個智能相機、n個數據收發控制器、伺服器以及至少一個客服終端設備，其中，所述n為大於等於I的整數；所有智能相機分別設置於井下巷道中，且所有智能相機被劃分為n個組，每組中的所有智能相機均與同一個數據收發控制器有線連接，不同組的智能相機連接不同的數據收發控制器；各數據收發控制器分別設置於井下巷道中，且各數據收發控制器與伺服器均有線連接；所述伺服器設置於井上；各客服終端設備分別設置於井上，且各客服終端設備分別與伺服器連接。
[0009]本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來進一步實現。
[0010]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述智能相機等間距的設置於井下巷道中。
[0011]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中相鄰的兩個智能相機之間的間隔不超過智能相機擷取圖像範圍的寬度的一半。[0012]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述智能相機與數據收發控制器之間通過同軸電纜、雙絞線或者光纖有線連接。
[0013]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述數據收發控制器與伺服器之間通過光纖有線連接。
[0014]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述數據收發控制器包括單片機或者數位訊號處理器。
[0015]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述客服終端設備與伺服器之間通過區域網連接。
[0016]較佳的，前述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其中所述井為礦井。
[0017]藉由上述技術方案，本實用新型的基於機器視覺的井下可視化監測系統至少具有下列優點以及有益效果:本實用新型通過在井下巷道中設置多個智能相機，並通過各數據收發控制器將其對應組內的各智能相機擷取並處理的視頻圖像傳輸給設置於井上的伺服器，這樣，伺服器可以獲得其所需的井下巷道監控圖像，甚至是井下巷道的完整且連續的監控圖像，並據此對井下進行相應的安全監測；從而本實用新型可有效提高井下作業生產的自動化和信息化水平，並減輕作業人員的勞動強度，最終可以使井下作業實現安全高效生產。
[0018]綜上所述， 本實用新型在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
[0019]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的基於機器視覺的井下可視化監測系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]據統計，人類從外部世界獲得的信息約有70%以上是由視覺獲取的；這既可以說明視覺信息量的巨大，也表明人類對視覺信息有較高的利用率，同時，也體現出了人類視覺功能的重要性。
[0022]機器視覺技術作為一種基於圖象信息的傳感方式，正在被應用于越來越多的行業和場合，尤其是惡劣或者危險的場合。利用機器視覺技術可以代替人完成檢測、識別、測量以及引導等傳統上需要經驗和智能判斷完成的工作，並且可以表現出優越的性能。
[0023]本實用新型通過將機器視覺技術應用於礦業各生產環節，尤其是井下礦各生產環節，對於提高礦業生產的自動化和信息化水平、減輕工人勞動強度以及實現礦業的安全高效生產具有重要意義。
[0024]本實用新型提供的基於機器視覺的井下可視化監測系統如圖1所示。
[0025]圖1中的基於機器視覺的井下可視化監測系統主要包括:多個智能相機(圖1中示意性的示出了 X與n乘積數量的智能相機，具體為，智能相機1.1、智能相機1.2、……、智能相機1.x、……、智能相機n.1、智能相機n.2、智能相機n.3、……、智能相機n.x)、至少一個數據收發控制器(圖1中示意性的示出了 n個數據收發控制器)、伺服器以及至少一個客服終端設備(圖1中示意性的示出了三個客服終端設備)；其中，所有智能相機和數據收發控制器均設置於井下巷道(如礦井巷道)中，而伺服器以及所有的客服終端設備均設置於井上。
[0026]設定數據收發控制器的數量為n個(n為大於等於I的整數)，則本實用新型的系統中的所有的智能相機應被劃分為n個組，且每組均包括多個智能相機(如圖1中，每組均包括X個智能相機)。智能相機組與數據收發控制器之間的連接關係為一對一的連接關係，也就是說，每組中的所有智能相機均與同一個數據收發控制器有線連接，且不同組的智能相機連接不同的數據收發控制器。需要說明的是，本系統中的所有的智能相機可以被等分為n組，也可以被不等分為n組。
[0027]智能相機(也可以稱為機器智能相機)可以作為井下巷道的圖像採集節點，每個節點均是獨立的。智能相機主要用於擷取圖像，並按照預先設定的處理方式對該圖像進行處理，然後，智能相機將處理後的圖像信息傳輸給與其連接的數據收發控制器。
[0028]通常情況下，智能相機主要包括圖像採集單元、圖像處理單元、圖像處理軟體以及網絡通信裝置等元部件。本實用新型可以採用現有的多種型號的智能相機。
[0029]智能相機可以通過普通網線或者光纖等網絡連接設備與其對應的數據收發控制器有線連接，這裡的普通網線可以是指同軸電纜或者雙絞線等。
[0030]另外，智能相機可以等間距的設置於井下巷道中，針對一條井下巷道而言，為了使井上獲得該井下巷道的完整的連續的圖像畫面，智能相機的攝像範圍應該完整的覆蓋該井下巷道，這樣，相鄰的兩個智能相機之間的間隔應不超過智能相機擷取圖像範圍的寬度的一半。
[0031]數據收發控制器(也可以稱為分站或者數據匯集轉發站等)除了與其對應的多個智能相機有線連接之外，還與井上的伺服器有線連接，且數據收發控制器是通過光纖與伺服器有線連接的。
[0032]數據收發控制器主要用於匯聚其對應的智能相機組中的各智能相機傳輸來的視頻圖像，並將其中轉至對應的伺服器。數據收發控制器可以以千兆乙太網方式將視頻圖像中轉傳輸至井上伺服器。該數據收發控制器可以具體為單片機或者數位訊號處理器(如基於嵌入式的數位訊號處理器)等。
[0033]本實用新型的系統可以包括一臺伺服器(如圖1所示)，也可以包括多臺伺服器。系統中的伺服器除了與數據收發控制器有線連接之外，還與客服終端設備連接，如伺服器通過區域網與各客服終端設備連接。需要說明的是，一臺伺服器可以連接多個數據收發控制器，且通常情況下，一個礦井可以只設置一臺伺服器即可。在伺服器為多臺時，伺服器之間可以是相互連通的，也可以是相互不連通的。
[0034]伺服器主要用於對接收到的圖像進行處理(如圖像拼接處理等)，並將處理結果提供給客服終端設備。伺服器還支持歷史數據查詢，用戶可以通過客服終端設備從伺服器處獲取相應的歷史數據。
[0035]各客服終端設備分別與伺服器連接，且客服終端設備主要用於接收伺服器傳輸來的圖像處理結果，並為用戶顯示相應的畫面，如為用戶顯示井下巷道的拼接全景視頻圖像。客服終端設備還可以根據用戶的需求向伺服器傳輸歷史數據查詢請求，並根據伺服器傳輸來的響應向用戶顯示查詢結果畫面。該客服終端設備可以為計算機等。
[0036]本實用新型的系統的一個具體的技術方案可以描述為如下:智能相機在伺服器的驅動下，採集井下巷道的圖像信號，該採集的圖像信號可以通過普通網線或者光纖傳給數據收發控制器；然後，數據收發控制器再通過光纖將圖像信號傳輸到井上的伺服器；經過伺服器的處理，客服終端設備可以將完整的井下巷道畫面呈現給用戶。另外，本實用新型的系統還可以實現井下人員的定位和管理、井下巷道監測、設備運行狀態監測以及井下巷道變形監測等應用。具體的:
[0037]井下人員的定位和管理，是以人員為對象的視覺識別技術，系統能從採集到的人員圖像中自動提取人員面部特徵以及安全帽上的數字和字符等，進而再對人員的面部特徵及數字和字符等進行識別，以實現井下人員的定位和管理。
[0038]井下巷道監測包括巷道內水、火以及冒頂的監測，系統通過將巷道內的正常圖片和異常圖片進行比較分析，即可對井下巷道內的任何部位的透水狀態、火災狀態、冒頂狀態等進行判斷和報警，從而可以實現對水火災害以及冒頂進行有效的及時的監測。
[0039]設備運行狀態監測是指通過對井下巷道內的設備圖像分析來判斷設備運轉是否正常。
[0040]巷道變形監測包括頂板位移監測，系統通過利用智能相機的測量技術對井下巷道圖像中展示出的各參數與原圖像(即正常圖像)中展示出的各參數進行比較，從而可以得出頂板位移的尺寸以及巷道的變形情況。通過對巷道變形的監測可以為巷道支護、礦巖動力災害防治以及礦山壓力等提供必要的依據。
[0041]由上述描述可知，本實用新型的系統通過在井下巷道中等間距的連續設置智能相機來採集圖像並通過數據收發控制器傳輸到伺服器(及上位機)，因此，上位機可以對其接收到的各圖像進行拼接處理達到全景圖像效果，同時，上位機通過對圖像進行智能分析，以對井下人員進行識別；可以對透水、火災、冒頂、頂板位移、巷道變形、設備異常運行等安全故障進行有效的判斷、預測和報警；從而達到了智能監督監控的效果，也就是說，工作人員視覺能判斷的事項，通過機器視覺也可以解決。另外，本系統還支持歷史數據的查詢功能。
[0042]以上所述僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，包括:多個智能相機、n個數據收發控制器、伺服器以及至少一個客服終端設備，其中，所述n為大於等於I的整數； 所有智能相機分別設置於井下巷道中，且所有智能相機被劃分為n個組，每組中的所有智能相機均與同一個數據收發控制器有線連接，不同組的智能相機連接不同的數據收發控制器； 各數據收發控制器分別設置於井下巷道中，且各數據收發控制器與伺服器均有線連接； 所述伺服器設置於井上； 各客服終端設備分別設置於井上，且各客服終端設備分別與伺服器連接。
2.如權利要求1所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述智能相機等間距的設置於井下巷道中。
3.如權利要求2所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，相鄰的兩個智能相機之間的間隔不超過智能相機擷取圖像範圍的寬度的一半。
4.如權利要求1所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述智能相機與數據收發控制器之間通過同軸電纜、雙絞線或者光纖有線連接。
5.如權利要求1所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述數據收發控制器與伺服器之間通過光纖有線連接。
6.如權利要求1所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述數據收發控制器包括單片機或者數位訊號處理器。
7.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述客服終端設備與伺服器之間通過區域網連接。
8.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的基於機器視覺的井下可視化監測系統，其特徵在於，所述井為礦井。
【文檔編號】H04L29/08GK203457246SQ201320517560
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】黃國坤, 黃國君, 黃國鵬 申請人:北京中礦華沃科技股份有限公司