一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統的製作方法

2023-06-16 05:12:01

一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，包括通過網絡連接的監控設備和監控中心，監控設備包括有：帶有全方位視頻傳感器的礦工帽，煤礦安全監控網絡，所述礦工帽中的全方位視頻傳感器通過煤礦安全監控網絡中的無線網絡接人點與煤礦安全監控網絡進行動態連接；所述監控中心包括定位跟蹤伺服器，監控伺服器，定位跟蹤伺服器和監控伺服器分別通過網絡接入設備與煤礦安全監控網絡進行連接。優點是：本系統配合有線和無線的通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據，實時獲取傳輸井下實時全景視頻圖像，利用帶有全方位視頻傳感器的礦工帽來綁定礦工身份信息，並利用綁定的信息將礦工的定位和跟蹤服務整合到煤礦安全監控系統中。
【專利說明】一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種監控系統，尤其涉及一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系 統，屬於計算機科學與【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 煤礦安全監測系統和井下人員定位系統在煤礦系統中已經得到廣泛應用，但是並 沒有對在井下作業的礦工信息，人員身份進行一對一的定位。


【發明內容】

[0003] 本發明提供一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統。
[0004] 為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種基於無線的全景視覺煤礦安全 監控系統，包括通過網絡連接的監控設備和監控中心，監控設備包括有：帶有全方位視頻傳 感器的礦工帽，用於實時獲取採礦區域內的視頻圖像並進行無線傳輸；煤礦安全監控網絡， 用於以有線和無線的通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據；礦工帽中的全方位視頻傳感器 通過煤礦安全監控網絡中的無線網絡接人點與煤礦安全監控網絡進行動態連接；監控中心 包括定位跟蹤伺服器，用於計算定位與跟蹤佩戴著礦工安全帽的礦工在井下的位置；監控 伺服器，用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全及其人員安全；定位跟 蹤伺服器和監控伺服器分別通過網絡接入設備與煤礦安全監控網絡進行連接。
[0005] 上述技術方案中，定位跟蹤伺服器內部安置有定位資料庫，定位資料庫用於綁定 礦工安全帽的佩戴者身份、礦工安全帽的無線全景攝像機的Mac地址、礦工安全帽內置的 無線全景攝像機的IP位址，礦工安全帽的全景攝像機接人的WAP的信息以及AP所處的井 下位置的信息。
[0006] 上述技術方案中，監控中心還包括用於記錄全方位視頻傳感器傳輸過來的井下狀 況的全景視頻圖像的錄像存儲伺服器，錄像存儲伺服器通過網絡接入設備與煤礦安全監控 網絡進行連接。
[0007] 上述技術方案中，全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機和無線通信視頻卡，無 線全景攝像機中的攝像機的視頻線與無線通信視頻卡的視頻輸入埠連接，無線全景攝像 機採集到的數據在無線通信視頻卡內進行壓縮編碼，然後將壓縮後的數字全景通過無線傳 輸方式發送出去。
[0008] 上述技術方案中，所述全方位視覺傳感器包括以下模塊： 視頻採集模塊，用於信息的採集； 視頻壓縮模塊，用於將採集的信息進行轉換和壓縮； 網絡訪問控制模塊，用於將壓縮後的信息進行打包封裝； 無線接人模塊，用於將打包封裝後的信息傳送到無線網絡上； 首先將視頻採集模塊攝像頭採集到的全景模擬視頻信息傳送到視頻壓縮模塊，然後視 頻壓縮模塊通過A/D轉換接口和視頻壓縮軟體將視頻信息轉換為壓縮標準的視頻流，之後 將視頻流再通過網絡訪問控制模塊進行實時打包封裝，之後將打包封裝好的視頻流通過無 線接人模塊發送到無線網絡上，最後監控中心的伺服器從無線網絡上接收視頻數據，而全 景視頻控制信息則從監控中心的視頻監控伺服器發出，經無線網絡傳到無線接人模塊，再 由無線接人模塊將訪問控制指令傳送到網絡訪問控制模塊，最後網絡訪問模塊將指令經視 頻壓縮模塊傳輸至視頻採集模塊或直接傳送至視頻壓縮模塊。
[0009] 上述技術方案中，全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機和無線通信視頻卡，所 述無線全景攝像機至於礦工帽上部，所述無線通信視頻卡固定於礦工帽內頂部空隙處。 [0010] 上述技術中，無線全景攝像機包括攝像頭、一次折反射鏡面和二次折反射鏡面，攝 像頭和一次折反射鏡面固定於礦工帽上部，攝像頭固定於一次折反射鏡面的後面，二次折 反射鏡面固定於位於礦工帽前端的保護罩內，一次折反射鏡面留有一個可供攝像頭拍攝到 一次折反射鏡面前面視頻信息的小孔A，二次折反射鏡面也留有一個小孔B，小孔B內鑲嵌 有廣角鏡頭。
[0011] 上述技術中，無線全景攝像機的攝像頭的在水平方向的成像範圍為0-360°，垂直 方向的成像範圍為0-250°，其中仰角的範圍為10° -30°，俯角的範圍為50° -70°。
[0012] 優選的，水平方向的成像範圍為0-360°，垂直方向的成像範圍2-230°，其中仰 角的範圍為20-25°，俯角的範圍為60-65°。
[0013] 優選的，礦工帽內頂部空隙處還固定有充電電源。
[0014] 由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比，具有的優點是：本系統配合有 線和無線的通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據，實時獲取傳輸井下實時全景視頻圖像， 利用帶有全方位視頻傳感器的礦工帽來綁定礦工身份信息，並利用綁定的信息將礦工的定 位和跟蹤服務整合到煤礦安全監控系統中，該系統還解決了如何監控煤礦環境安全、煤礦 生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全的問題，具有十分重要的應用價值和市場前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 附圖1為一種基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系坑的網絡拓撲圖。
[0016] 附圖2為全景視頻圖像的獲取與無線傳輸的處理流程。
[0017] 附圖3為礦工安全帽的結構圖。
[0018] 以上附圖中：1、充電電源，2、礦工帽，3、煤礦安全監控網絡4、無線網絡接人點，5、 定位跟蹤伺服器，6、監控伺服器，7、定位資料庫，8、錄像存儲伺服器，9、無線全景攝像機， 10、無線通信視頻卡，11、視頻採集模塊，12、視頻壓縮模塊，13、網絡訪問控制模塊，14、無線 接人模塊，91、攝像頭，92、一次折反射鏡面，93、二次折反射鏡面，94、保護罩，95、小孔A，96、 小孔B，97、廣角鏡頭。

【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的描述。
[0020] 如附圖1-3所述：一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，包括通過網絡連 接的監控設備和監控中心，監控設備包括有：帶有全方位視頻傳感器的礦工帽2,用於實時 獲取採礦區域內的視頻圖像並進行無線傳輸；煤礦安全監控網絡3,用於以有線和無線的 通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據；礦工帽2中的全方位視頻傳感器通過煤礦安全監控 網絡3中的無線網絡接人點(簡稱AP) 4與煤礦安全監控網絡3進行動態連接，其中採用有 線網絡通信的方式主要傳輸井下相對固定的場所和設備的信息，無線網絡通信的方式主要 傳輸井下移動的場所、人員和設備的信息，煤礦安全監控網絡3通過防火牆連接Internet 網，煤礦安全監控網絡3可以看成礦區的信息高速公路，如附圖3中最粗直線表示，各採礦 區內的AP4通過網絡交換機與煤礦安全監控網絡3的連接採用雙絞線的方式，採礦區內的 各移動接人設備如附圖3中的次粗直線所示，這種連接方式使得增加 AP4更容易，也使得礦 井加深後容易擴展無線網絡的監控範圍。
[0021] 監控中心包括定位跟蹤伺服器5,用於計算定位與跟蹤佩戴著礦工安全帽2的礦 工在井下的位置；監控伺服器6,用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安 全及其人員安全；定位跟蹤伺服器5和監控伺服器6分別通過光纖的連接方式與煤礦安全 監控網絡3進行連接，。
[0022] 定位跟蹤伺服器5內部安置有定位資料庫7,定位資料庫7用於綁定礦工安全帽2 的佩戴者身份、礦工安全帽2的無線全景攝像機的Mac地址、礦工安全帽內置2的無線全景 攝像機的IP位址，礦工安全帽2的全景攝像機接人的WAP的信息以及AP所處的井下位置 的信息。
[0023] 當某個AP4在礦工帽佩戴者要求建立連接（Association)時，簡單網絡管理協議 (簡稱sNMP)自動發出Association Trap信息通知定位跟蹤伺服器5,定位動作實時進行， 定位跟蹤伺服器5根據所接收到的Trap信息便可得知礦工安全帽2佩戴者出現在某AP4 附近；礦工安全帽2佩戴者斷線或遠離AP4時，AP4發送Disas-sociation Trap信息，礦工 安全帽2佩戴者接近另一個AP4,新的Association Trap被自動送出，再次啟動新的定位動 作，確定佩戴者同時定位跟蹤伺服器5添加該礦工安全帽2佩戴者位置信息。
[0024] 監控中心還包括用於記錄全方位視頻傳感器傳輸過來的井下狀況的全景視頻圖 像的錄像存儲伺服器8,錄像存儲伺服器8通過光纖與煤礦安全監控網絡3進行連接，錄像 存儲伺服器8採用磁碟陣列存儲，實現對錄像文件的大容量存儲，以便在礦井出現問題以 後調用以前的錄像文件來查明原因。
[0025] 外部網絡科通過礦區區域網連接監控中心，訪問監控伺服器6,間接或直接的訪問 礦區內所有網絡攝像機和其他網絡檢測設備。
[0026] 全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機9和無線通信視頻卡10,無線全景攝像機 9中的攝像機的視頻線與無線通信視頻卡10的視頻輸入埠連接，無線全景攝像機9採集 到的數據在無線通信視頻卡10內進行壓縮編碼，然後將壓縮後的數字全景通過無線傳輸 方式發送出去，壓縮後的全景圖像的解析度為640*480像素。
[0027] 全方位視覺傳感器包括以下模塊： 視頻採集模塊11，用於信息的採集； 視頻壓縮模塊12,用於將採集的信息進行轉換和壓縮； 網絡訪問控制模塊13,用於將壓縮後的信息進行打包封裝； 無線接人模塊14,用於將打包封裝後的信息傳送到無線網絡上； 首先將視頻採集模塊11攝像頭採集到的全景模擬視頻信息傳送到視頻壓縮模塊12， 然後視頻壓縮模塊12通過A/D轉換接口和視頻壓縮軟體將視頻信息轉換為壓縮標準的視 頻流，之後將視頻流再通過網絡訪問控制模塊13進行實時打包封裝，之後將打包封裝好的 視頻流通過無線接人模塊14發送到無線網絡上，最後監控中心的伺服器從無線網絡上接 收視頻數據，而全景視頻控制信息則從監控中心的視頻監控伺服器發出，經無線網絡傳到 無線接人模塊14,再由無線接人模塊14將訪問控制指令傳送到網絡訪問控制模塊13,最後 網絡訪問模塊13將指令經視頻壓縮模塊12傳輸至視頻採集模塊11或直接傳送至視頻壓 縮模塊12。
[0028] 本發明的無線全景攝像機中的視頻壓縮模塊11採用H. 264/AVC壓縮標準時無線 視頻傳輸速率為1.8-2. 4Mbps，並且視頻傳輸速率隨著視頻解析度或幀率的降低而減小； 對於採用802. lib的AP的煤礦井下無線區域網，每個A4P能提供的最大帶寬為11Mbps，因 此至少能同時傳輸5路H. 264/AVC標準壓縮的解析度為640*480像素和幀率為25幀/s的 視頻數據。同時，所採用的無線全景攝像機9具有根據網絡帶寬自動調整視頻幀率的功能， 一個AP4下可以部署更多的無線全景攝像機。
[0029] 全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機9和無線通信視頻卡10,所述無線全景攝 像機9至於礦工帽2上部，所述無線通信視頻卡10固定於礦工帽2內頂部空隙處。
[0030] 無線全景攝像機9包括攝像頭91、一次折反射鏡面92和二次折反射鏡面93,攝像 頭91和一次折反射鏡面92固定於礦工帽2上部，攝像頭91固定於一次折反射鏡面92的 後面，二次折反射鏡面93固定於位於礦工帽2前端的保護罩94內，一次折反射鏡面92留 有一個可供攝像頭91拍攝到一次折反射鏡92面前面視頻信息的小孔A95,二次折反射鏡面 93也留有一個小孔B96,小孔B96內鑲嵌有廣角鏡頭97。
[0031] 無線全景攝像機9的攝像頭91的在水平方向的成像範圍為0-360°，垂直方向的 成像範圍為0-250°，其中仰角的範圍為10° -30°，俯角的範圍為50° -70°。
[0032] 全方位視頻信息在一次折反射鏡面92折反射後經二次折反射鏡面93進行二次折 反射，然後通過一次折反射鏡面92的小孔A95在攝像裝置中成像；另外在一次折反射鏡面 92正前方的實物通過廣角鏡頭97在廣角鏡頭97與攝像裝置鏡頭之間成像-稱為第一成像 點，該成像點通過一次折反射鏡面92的小孔A95在攝像部件鏡頭在焦點處成像。通過這樣 設計後的無線全景攝像機9消除了在二次折反射鏡面後面的死角部分，優選的，水平方向 的成像範圍為0-360°，垂直方向的成像範圍2-230°，其中仰角的範圍為20-25°，俯角的 範圍為60-65°。
[0033] 礦工帽2內頂部空隙處還固定有充電電源1。礦工帽2具有保護礦工在危險工作 環境下頭部免受物理外力直接打擊，其中在礦工帽2內固定的充電電源1，供電時間可持續 5小時，保證照明時間，此充電電源採用的是充電電池供電。
[0034] 無線全景攝像機9和無線通信視頻卡10構成了全景視頻傳輸系統，系統通過無線 通信視頻卡10將無線全景攝像機9採集到的全景視覺信息上傳到監控中心。煤礦安全監 控網絡3,則是用於傳輸監控網絡中的圖像、信息、指令和數據，可採用有線和無線等同絡通 信方式.其中有線網絡通信的方式主要傳輸井下相對固定的場所和設備的信息，而無線網 絡通信的方式主要傳輸井下移動的場所、人員和設備的信息。
[0035] 由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比，具有的優點是：本系統配合有 線和無線的通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據，實時獲取傳輸井下實時全景視頻圖像， 利用帶有全方位視頻傳感器的礦工帽2來綁定礦工身份信息，並利用綁定的信息將礦工的 定位和跟蹤服務整合到煤礦安全監控系統中，該系統還解決了如何監控煤礦環境安全、煤 礦生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全的問題，具有十分重要的應用價值和市場前景。
【權利要求】
1. 一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於：包括通過網絡連接的監 控設備和監控中心，所述監控設備包括有：帶有全方位視頻傳感器的礦工帽，用於實時獲取 採礦區域內的視頻圖像並進行無線傳輸； 煤礦安全監控網絡，用於以有線和無線的通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據； 所述礦工帽中的全方位視頻傳感器通過煤礦安全監控網絡中的無線網絡接人點與煤 礦安全監控網絡進行動態連接； 所述監控中心包括定位跟蹤伺服器，用於計算定位與跟蹤佩戴著礦工安全帽的礦工在 井下的位置； 監控伺服器，用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全及其人員安 全； 所述定位跟蹤伺服器和監控伺服器分別通過網絡接入設備與煤礦安全監控網絡進行 連接。
2. 根據權利要求1所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述定位跟蹤伺服器內部安置有定位資料庫，所述定位資料庫用於綁定礦工安全帽的佩戴 者身份、礦工安全帽的無線全景攝像機的Mac地址、礦工安全帽內置的無線全景攝像機的 IP位址，礦工安全帽的全景攝像機接人的WAP的信息以及AP所處的井下位置的信息。
3. 根據權利要求1所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述監控中心還包括用於記錄全方位視頻傳感器傳輸過來的井下狀況的全景視頻圖像的 錄像存儲伺服器，所述錄像存儲伺服器通過網絡接入設備與煤礦安全監控網絡進行連接。
4. 根據權利要求1所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機和無線通信視頻卡，所述無線全景攝像機中的 攝像機的視頻線與無線通信視頻卡的視頻輸入埠連接，無線全景攝像機採集到的數據在 無線通信視頻卡內進行壓縮編碼，然後將壓縮後的數字通過無線傳輸方式發送出去。
5. 根據權利要求4所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述全方位視覺傳感器包括以下模塊： 視頻採集模塊，用於信息的採集； 視頻壓縮模塊，用於將採集的信息進行轉換和壓縮； 網絡訪問控制模塊，用於將壓縮後的信息進行打包封裝； 無線接人模塊，用於將打包封裝後的信息傳送到無線網絡上； 首先將視頻採集模塊攝像頭採集到的全景模擬視頻信息傳送到視頻壓縮模塊，然後視 頻壓縮模塊通過A/D轉換接口和視頻壓縮軟體將視頻信息轉換為壓縮標準的視頻流，之後 將視頻流再通過網絡訪問控制模塊進行實時打包封裝，之後將打包封裝好的視頻流通過無 線接人模塊發送到無線網絡上，最後監控中心的伺服器從無線網絡上接收視頻數據，而全 景視頻控制信息則從監控中心的視頻監控伺服器發出，經無線網絡傳到無線接人模塊，再 由無線接人模塊將訪問控制指令傳送到網絡訪問控制模塊，最後網絡訪問模塊將指令經視 頻壓縮模塊傳輸至視頻採集模塊或直接傳送至視頻壓縮模塊。
6. 根據權利要求1所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述全方位視頻傳感器包括無線全景攝像機和無線通信視頻卡，所述無線全景攝像機至於 礦工帽上部，所述無線通信視頻卡固定於礦工帽內頂部空隙處。
7. 根據權利要求6所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述無線全景攝像機包括攝像頭、一次折反射鏡面和二次折反射鏡面，所述攝像頭和一次 折反射鏡面固定於礦工帽上部，所述攝像頭固定於一次折反射鏡面的後面，所述二次折反 射鏡面固定於位於礦工帽前端的保護罩內，所述一次折反射鏡面留有一個可供攝像頭拍攝 到一次折反射鏡面前面視頻信息的小孔A，所述二次折反射鏡面也留有一個小孔B，所述小 孔B內鍵嵌有廣角鏡頭。
8. 根據權利要求7所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於： 所述無線全景攝像機的攝像頭的在水平方向的成像範圍為0-360°，垂直方向的成像範圍 為0-250°，其中仰角的範圍為10° -30°，俯角的範圍為50° -70°。
9. 根據權利要求6-8中任意一項所述的一種基於無線的全景視覺煤礦安全監控系統， 其特徵在於：所述礦工帽內頂部空隙處還固定有充電電源。
【文檔編號】E21F17/18GK104104906SQ201410097140
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】梁峰, 翟冬 申請人:蘇州恆和通信設備有限公司