基於wlan的全景視覺煤礦安全監控系統的製作方法
2023-09-19 22:20:20 1
專利名稱：基於wlan的全景視覺煤礦安全監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線區域網通信技術、全景視覺技術、多媒體傳輸技術、資料庫技術和基於無線區域網的定位跟蹤技術在煤礦安全生產監控方面的應用，具體適用於井下的安全生產管理。
背景技術：
在現代礦山井下工程中，如何實現井下語音通信、視頻監測、人員與設備跟蹤定位等成為礦山企業管理者首先面對的問題。
礦山生產各要素一一勞動者，即礦工、勞動對象，即井下工程、生產工具，即井下井上各種設備等，這三個要素均普遍存在不斷移動的特點。礦山生產中主要的工作區域一採場，它屬於臨時工程，區域內不僅存在眾多人員和設備的活動，而且狀態不斷發生變化，從建立數字礦井的角度來說不適於有線傳輸媒介的鋪設。
要建立數字礦井需要實現井上下語音通訊、井下之間語音通信、井下視頻監測、人員、設備跟蹤定位等功能，最終能提高礦山企業的生產效率和安全生產的水平。要實現上述目標，需要從以下幾個方面進行設計 (1)傳輸信息類型的綜合性 同一網絡應能夠同時傳輸語音、圖像、數據等各種信息，使語音、視頻、數據的傳輸都能整合到同一平臺上。
(2)通信接入方式的綜合性 礦山生產中同時更多地存在著眾多的移動場所、人員和設備，為實現礦山生產過程的實時控制和調度，採用的通訊系統應能夠同時支持有線和無線兩種接入方式。其中，普通的有線接入方式針對井下相對固定的場所和設備，如各中段調度室，一般的監測、監控系統的分站等；無線接入方式作為有線方式的補充，與有線網絡一起形成一個混合網，專門針對井下移動的場所、人員和設備，如人員、車輛和設備的移動通信以及巷道末端通信等。
(3)安全監控的綜合性 礦山安全的監控系統可以劃分為煤礦環境安全監控、煤礦生產安全監控、煤礦機車運輸安全監控系統、人員安全監控系統四個方面。環境安全監控中的關鍵設備是各類傳感器，它們能否正常工作直接關係到環境安全監控的有效性。而這類傳感器尤其以瓦斯、一氧化碳、溫度、風速等傳感器發展最為迅速。生產安全監控的一般基本含義是指對煤礦各類生產設備進行監測控制。採煤機、刮板機、轉載機、大巷皮帶、通風設備、提升設備的監控等均在該類監控之列。機車運輸安全監控則主要是針對井下大巷運輸機車的運行安全進行監控。這類機車主要分為架線機車和電瓶機車兩類。環境安全監控、煤礦生產安全監控、煤礦機車運輸安全監控系統已經發展的比較成熟。而人員安全監控系統是新興起來的監控系統，主要實現對井下人員的實時跟蹤定位，對井下人員進行跟蹤定位，在一定程度上能夠保障人員生命安全、減少國家財產的損失。由於全景視頻圖像具有很大的信息包容性，只要將時間和空間信息融入到全景視頻圖像中就能很好地將煤礦環境安全監控、煤礦生產安全監
6控、煤礦機車運輸安全監控系統、人員安全監控系統中的一些片狀的、局部的、微觀的各種信息進行有效整合。
(4)能夠實現直接、雙向的TCP/IP網絡通訊 現代社會，信息共享是非常重要的。因此，採用的通訊網絡平臺應能夠構建礦山井下htemet，並與Internet連接，使礦山擁有一體化的網絡平臺，所有信息都通過此網絡傳輸，滿足礦山高層領導、職能部門等各方面的信息需求，為快速、科學決策提供依據和參考。
煤礦井下作業因為遠離地面，地形複雜，環境惡劣，所以容易發生事故。利用遠程視頻監控系統，地面監控人員可以直接對井下情況進行實時監控，不僅能直觀的監視和記錄井下工作現場的安全生產情況，而且能及時發現事故苗子，防患於未然，也能為事後分析事故提供有關的第一手圖像資料。如果讓井下人員所佩戴的礦工安全帽上帶有無線全景攝像機，就能及時獲取煤礦井下作業區域的全景視頻圖像；另外利用礦工安全帽內的無線全景攝像機中的固有MAC地址和設置的網絡IP位址與礦工安全帽佩戴者的身份進行關聯，利用無線區域網(WLAN)的無線接入點(WAP)與礦工安全帽內的無線全景攝像機中設置的網絡IP位址進行關聯，通過系統管理軟體分析能獲得以下一些重要信息1)知道某一段全景視頻圖像是在井下的什麼地方、什麼時候、由誰佩戴的礦工安全帽所拍攝的；幻知道井下某個地方某個時間段有多少礦工，這些礦工的真實身份；幻知道某個礦工的目前在井下的哪個位置、進入該位置前的位置是什麼，即知道該礦工的軌跡。基於上述信息的基礎上，系統操作人員還可以通過從某一個井下地點所拍攝的全景視頻圖像來確認煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全等情況。
因此，本發明的主要任務是1)設計一種帶有無線全景攝像機的礦工安全帽；2) 設計和構建一種同時支持有線和無線兩種接入方式的礦井通信系統；3)設計一種WLAN定位和跟蹤系統。
發明內容
為了克服已有的煤礦安全監控系統存在著嚴重的功能比較單一、各種監控綜合性不強、系統實施成本高、信息整合能力弱、井下人員與設備的跟蹤定位能力差、煤礦生產各要素的統合性考慮不夠等方面欠缺的不足，本發明提供一種具有多種監控功能的、各種監控綜合的、性能價格比高的、信息整合能力強的、能實時跟蹤定位井下人員以及設備的、綜合考慮煤礦生產各要素之間聯繫的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，所述景視覺煤礦安全監控系統包括 用於以有線和無線通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據的煤礦安全監控網絡； 用於實時獲取、傳輸井下某個採礦工作面以及區域的全景視頻圖像的具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽； 用於計算定位與跟蹤佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工在井下位置的定位跟蹤伺服器； 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入的WAP的信息以及AP所處的井下位置信息的定位資料庫； 用於記錄從井下各個地點的各無線全景攝像機傳輸過來的井下狀況的全景視頻圖像的錄像存儲伺服器； 用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全情況的監控伺服器； 所述的礦工安全帽中的無線全景攝像機通過所述的煤礦安全監控網絡中的無線網絡接入點AP與所述的煤礦安全監控網絡進行動態連接，所述的錄像存儲伺服器、監控伺服器、定位跟蹤伺服器通過網絡接入設備與所述的煤礦安全監控網絡進行連接，所述的定位資料庫安置在所述的定位跟蹤伺服器內； 所述的定位跟蹤伺服器中，採用SNMPTrap的WLAN定位技術，用於對佩戴所述礦工安全帽的礦工進行定位和跟蹤；根據AP在佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工進入AP附近時的連接要求，SNMP自動發出Associationl^rap信息自動通知所述的定位跟蹤伺服器，佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工遠離AP通訊範圍時，AP 也會自動發送一個Disassociation Trap信息的原理來對礦工進行定位和跟蹤的，定位的動作都是由iTrap事件觸發；在hternet標準MIB-II的ip群內的ipNetMediaTable中包含了 IP位址與MAC地址的對應資料，所述的定位跟蹤伺服器在收到Trap觸發信號時，再以 SNMP回送一個Trap給AP讀取上述地址對應資料以獲得無線全景攝像機的IP位址，實現 AP與IP位址的對應，再加上IP位址轉換表中記載了 MAC地址和IP位址的對應關係，通過 SNMPTrap技術分別獲取AP、MAC地址與IP位址並將其與接入的時間信息一起保存在定位資料庫中，定位地址信息表如表1所示；
權利要求
1. 一種基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述景視覺煤礦安全監控系統包括用於以有線和無線通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據的煤礦安全監控網絡； 用於實時獲取、傳輸井下某個採礦工作面以及區域的全景視頻圖像的具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽；用於計算定位與跟蹤佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工在井下位置的定位跟蹤伺服器；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入的WAP的信息以及 AP所處的井下位置信息的定位資料庫；用於記錄從井下各個地點的各無線全景攝像機傳輸過來的井下狀況的全景視頻圖像的錄像存儲伺服器；用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全情況的監控伺服器；所述的礦工安全帽中的無線全景攝像機通過所述的煤礦安全監控網絡中的無線網絡接入點AP與所述的煤礦安全監控網絡進行動態連接，所述的錄像存儲伺服器、監控伺服器、定位跟蹤伺服器通過網絡接入設備與所述的煤礦安全監控網絡進行連接，所述的定位資料庫安置在所述的定位跟蹤伺服器內；所述的定位跟蹤伺服器中，採用SNMPTrap的WLAN定位技術，用於對佩戴所述礦工安全帽的礦工進行定位和跟蹤；根據AP在佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工進入AP附近時的連接要求，SNMP自動發出AssociationTrap信息自動通知所述的定位跟蹤伺服器，佩戴著具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽的礦工遠離AP通訊範圍時，AP也會自動發送一個Disassociation Trap信息的原理來對礦工進行定位和跟蹤的，定位的動作都是由iTrap事件觸發；在hternet標準MIB-II的ip群內的ipNetMediaTable中包含了 IP 地址與MAC地址的對應資料，所述的定位跟蹤伺服器在收到Trap觸發信號時，再以SNMP回送一個Trap給AP讀取上述地址對應資料以獲得無線全景攝像機的IP位址，實現AP與IP 位址的對應，再加上IP位址轉換表中記載了 MAC地址和IP位址的對應關係，通過SNlTTrap 技術分別獲取AP、MAC地址與IP位址並將其與接入的時間信息一起保存在定位資料庫中， 定位地址信息表如表1所示；
表1。
2.如權利要求1所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的煤礦安全監控網絡中，採用的有線網絡通信的方式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傳輸井下移動的場所、人員和設備的信息；所述的有線網絡通信包括光纖通信連接和雙絞線通信連接，從井上的監控中心到井下各採礦區和相對固定的場所的通信連接採用光纖的連接方式，通過路由器連接所述的錄像存儲伺服器、所述的監控伺服器、所述的定位跟蹤伺服器形成煤礦主幹通信網；各採礦區內的各接入點AP包括無線接入點採用雙絞線的連接方式，通過接線器和接線器的連接形成井區內子網；所述的井區內子網採用雙絞線並通過交換機與所述的煤礦主幹通信網進行連接；所述的無線網絡通信的方式實現採礦區內的各移動接入設備通過分布在採礦區內的AP與井區次幹通信網的連接，所述的具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽等通過分布在採礦區內的AP通過所述的井區次幹通信網與所述的礦井主幹網進行連接；作為礦井主幹網的光纖通到各採礦區內的子網的網絡交換機上。
3.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的錄像錄像伺服器中，採用磁碟陣列存儲，實現對錄像文件的大容量存儲，以便於在礦井出現問題後調用以前的錄像文件來查明原因；所述監控伺服器中，實現對網絡攝像機包括無線全景攝像機的訪問、視頻預覽、配置網絡攝像機和轉發網絡視頻；外部網絡可通過礦區區域網路連接監控中心，訪問監控伺服器， 間接或直接地訪問礦區內的所有網絡攝像機和其他網絡檢測設備。
4.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的無線全景攝像機通過螺釘固定在礦工安全帽的本體上，使得該礦工安全帽能實時獲取以礦工安全帽佩戴者為中心周圍360°全景視頻圖像；在礦工安全帽的內部，將無線通信視頻卡和充電電源固定在礦工安全帽內頂部的空隙部分；所述的充電電源至少能提供礦工安全帽的照明燈以及所述的無線全景攝像機在礦工在井下工作時間段內所消費的能耗總和；所述的無線通信視頻卡主要包括視頻壓縮模塊、網絡控制模塊和無線接入模塊。
5.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的無線全景攝像機包括攝像機、一次折反射鏡面、二次折反射鏡面、廣角鏡頭和保護罩； 將所述的攝像機配置在所述的一次折反射鏡面的後面，所述的攝像機的鏡頭安置在所述的一次折反射鏡面的視點處，所述的一次折反射鏡面的中間留有一個小孔，所述的攝像機能通過小孔拍攝到所述的一次折反射鏡面前面的視頻信息；在所述的一次折反射鏡面的前面配置有一個所述的二次折反射鏡面，所述的二次折反射鏡面的中部留有一個小孔，在該小孔中嵌入一個所述的廣角鏡頭；全方位視頻信息在所述的一次折反射鏡面折反射後經所述的二次折反射鏡面進行二次折反射，然後通過所述的一次折反射鏡面的小孔在所述的攝像機中成像；在所述的一次折反射鏡面正前方的實物通過所述的廣角鏡頭在所述的廣角鏡頭與所述的攝像機的鏡頭之間成像，稱為第一成像點，該成像點通過所述的一次折反射鏡面的小孔在所說的攝像機鏡頭在焦點處成像；所述的保護罩和所述的全景攝像機的密封設計滿足煤安防爆等級認證要求及適用於有瓦斯或煤塵爆炸危險的環境情況下的電器設計標準要求。
6.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的無線全景攝像機中的攝像機的視頻線直接與無線通信視頻卡的視頻輸入埠連接，全景視頻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，壓縮後的全景圖像解析度為640*480像素；所述的無線全景攝像機主要由視頻採集模塊、視頻壓縮模塊、網絡控制模塊和無線接入模塊等四個部分構成；所述的視頻採集模塊將採集到的全景模擬視頻信息傳送到所述的視頻壓縮模塊，所述的視頻壓縮模塊通過A/D轉換接口和H. 264視頻壓縮軟體將視頻信息轉換為H. 264壓縮標準的視頻流，視頻流再通過所述的網絡訪問控制模塊進行實時打包封裝，然後通過所述的無線接入模塊打包後的視頻數據發送到WLAN網絡上，最後監控中心的所述的監控伺服器從WLAN網絡上接收全景視頻數據；所述的無線全景攝像機中的視頻壓縮模塊採用H. 264/AVC壓縮標準時無線視頻傳輸速率為1. 8Mbps 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. Ilb的AP的煤礦井下無線區域網，每個AP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640X480像素和幀率為25幀/s的視頻數據，也就是說一個AP下面至少可以部署5個無線全景攝像機的全景視頻傳輸；一個AP 下部署更多的所述的無線全景攝像機。
7.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的定位跟蹤伺服器，建立AP與井下實際地理位置之間的映射關係，如表2所示；
表2;建立礦工安全帽與礦工的身份的映射關係，如表3所示；
表3o
8.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的錄像存儲伺服器中，將存儲的全景視頻圖像的文件名用按時間+地點+全景攝像裝置的網絡地址信息進行存儲，其中時間信息是採用YYYYMMDDHHMMSS的14位數據，其中前四位YYYY表示公曆的年份，第五 六位匪表示月，第七 八位DD表示日，第九 十位HH表示小時，第十一 十二位匪表示分，第十三 十四位SS表示秒；地點信息以無線接入點的 APIIJJJ進行命名，其中表示無線接入點，第三 四II表示井區號，第三 五位JJJ表示井區內的第JJJ個無線接入點；全景攝像裝置的信息採用12位IP位址，通過上述的全景圖像命名方式提供6種不同的快速圖像檢索方式，即按時間+地點+全景攝像裝置的網絡地址信息、按時間+地點信息、按地點+全景攝像裝置的網絡地址信息、按時間+全景攝像裝置的網絡地址信息、按時間信息、按地點信息和按全景攝像裝置的網絡地址信息6種不同的快速圖像檢索方式。
9.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於所述的錄像存儲伺服器中，通過AP與井下實際地理位置之間的映射關係以及礦工安全帽的全景攝像裝置的網絡地址信息與礦工的身份的映射關係，系統提供用井下實際物理空間地址和礦工的真實姓名進行檢索的功能。
10.如權利要求1或2所述的基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，其特徵在於 所述的定位跟蹤伺服器和所述的定位資料庫能自動跟蹤和定位每個井下礦工，並自動採集每個礦工在井下的時間以及位置數據；所述的無線全景攝像機安置在礦用移動車輛和設備上，用於實時獲取和傳輸礦用移動車輛和設備周圍的全景圖像，並能對礦用移動車輛和設備所處的位置進行定位跟蹤。
全文摘要
一種基於WLAN的全景視覺煤礦安全監控系統，包括用於以有線和無線通信方式傳輸圖像、信息、指令和數據的煤礦安全監控網絡，用於實時獲取、傳輸井下某個採礦工作面以及區域的全景視頻圖像的具有無線傳輸全景圖像的礦工安全帽，用於計算定位與跟蹤礦工在井下位置的定位跟蹤伺服器，用於綁定無線全景攝像機的MAC地址、IP位址、WAP的信息以及AP所處的井下位置信息的定位資料庫，用於記錄井下狀況的全景視頻圖像的錄像存儲伺服器，用於監控煤礦環境安全、煤礦生產安全、煤礦機車運輸安全和人員安全的監控伺服器；本發明具有多種監控功能、各種監控綜合、性能價格比高、信息整合能力強、能實時跟蹤定位井下人員以及設備。
文檔編號H04N7/18GK102186055SQ20111007427
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者王麒誠, 湯一平, 姜野, 徐策, 胡擁軍, 馮凌穎, 塗冉, 高欣, 嚴馮傑, 嶽一濤 申請人:漢鼎信息科技股份有限公司, 湯一平