基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)，本報警系統(tǒng)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)面等地點放置攝像機，并在攝像機所在巷道的排水渠下游水倉安裝水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備；攝像機采集現(xiàn)場視頻圖像并傳送給水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器，水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器監(jiān)測視頻及水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向監(jiān)控主機發(fā)送水災(zāi)報警信號，監(jiān)控主機向井下不同工作區(qū)域廣播設(shè)備發(fā)送相應(yīng)語音信息，控制廣播設(shè)備發(fā)出水災(zāi)報警。本報警系統(tǒng)充分考慮了煤礦井下水災(zāi)的特征特點，實施簡單，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。
【專利說明】
基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖像模式識別和通信等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是我國主要能源，約占一次能源70%。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、水災(zāi)、火災(zāi)、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。我國煤礦發(fā)生重特大事故中，礦井水災(zāi)時對礦井危害性較大的自然災(zāi)害，以煤礦事故死亡的人數(shù)計算，水害事故占15.72%，僅次于瓦斯和頂板事故，位居第三，礦井發(fā)生水災(zāi)事故后，其危害包括:
[0003]1、沖毀巷道，埋壓、淹沒和封堵人員。
[0004]2、伴隨突水，會有大量的煤泥和巖石淤積巷道，給人員逃生造成困難。
[0005]3、損壞設(shè)備。井下電器，電纜被水浸泡后，其絕緣能力迅速下降，給井下的運輸、通風(fēng)、排水等造成困難，使未及時逃離人員的生還幾率降低。
[0006]4、涌出大量的有毒有害氣體，使未及時逃離人員的生存條件環(huán)境更加惡化。
[0007]綜上所述，礦井水災(zāi)是煤礦嚴(yán)重的災(zāi)害，在煤礦生產(chǎn)中對礦井水災(zāi)的報警必須做到及時準(zhǔn)確。目前水災(zāi)預(yù)警以水文探測預(yù)防、井下探水、先兆現(xiàn)象觀測和為主，水文探測和井下探水可預(yù)防井下水災(zāi)事故，但由于還可能存在水文情況復(fù)雜、設(shè)計不當(dāng)、措施不力、管理不善和人的思想麻痹等原因，水文探測和井下探水并不能完全防止突水的發(fā)生，更不能對突發(fā)的井下突水進(jìn)行報警;先兆現(xiàn)象觀測以人為經(jīng)驗判斷為主，存在較大的主觀因素。目前對于現(xiàn)場突水事故，主要依靠現(xiàn)場人員的人工報警，但當(dāng)突水發(fā)生在無人值守的時間或區(qū)域，或者現(xiàn)場人員匆忙逃離而未能主動報警，調(diào)度室就無法及時的獲得已發(fā)生突水的信息，無法及時地通知井下相關(guān)工作人員，以致不能對突水事故及時采取應(yīng)急措施，易造成水害失控和人員傷亡。為有效減少水災(zāi)引起的礦山財產(chǎn)損失和人員傷亡，需要新的煤礦井下水災(zāi)報警系統(tǒng)，可第一時間準(zhǔn)確地對煤礦井下突水進(jìn)行報警，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。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型提出一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括存儲服務(wù)器、監(jiān)控主機、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器、地理信息服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、井下交換機、分站、攝像機、視頻服務(wù)器、水位監(jiān)測設(shè)備、排水量監(jiān)測設(shè)備、廣播設(shè)備;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)面等地點放置攝像機;攝像機采集現(xiàn)場模擬視頻信號，由視頻服務(wù)器數(shù)字化并壓縮編碼發(fā)送給存儲服務(wù)器、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控主機；網(wǎng)絡(luò)交換機、井下交換機和分站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸;存儲服務(wù)器負(fù)責(zé)接收攝像機視頻數(shù)據(jù)、水倉水位和排水量數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，同時提供數(shù)據(jù)查詢調(diào)取服務(wù);水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)測工作面視頻中突發(fā)且持續(xù)水流及水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向監(jiān)控主機發(fā)送水災(zāi)報警信號；監(jiān)控主機負(fù)責(zé)控制廣播系統(tǒng)在井下發(fā)出水災(zāi)報警信號及各區(qū)域逃生路線;地理信息服務(wù)器為監(jiān)控主機提供地理信息服務(wù)，并根據(jù)突水位置為各區(qū)域提供逃生路線信息。
[0009]1.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:攝像機安裝位置靠近巷道頂部或高度大于2米;在攝像機旁安裝輔助光源，光投射方向與攝像機視頻采集方向一致;關(guān)閉攝像機的自動對焦和自動白平衡功能。
[0010]2.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:在攝像機所在巷道的排水渠下游水倉安裝水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備;排水量監(jiān)測設(shè)備安裝于水栗出口的總管路上。
[0011 ] 3.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:視頻服務(wù)器通過礦用以太網(wǎng)絡(luò)以組播方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯Ψ?wù)器、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控主機，井下交換機和井上的網(wǎng)絡(luò)交換機需采用支持組播網(wǎng)絡(luò)通信的交換設(shè)備。
[0012]4.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備分別負(fù)責(zé)采集水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最終通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務(wù)器;水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備通過通信線纜與分站連接通信，采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信。
[0013]5.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:廣播設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)接收監(jiān)控主機下發(fā)的語音信號;廣播設(shè)備與井下交換機的連接通信方式包括:廣播設(shè)備通過通信線纜與分站連接，再由分站與井下交換機連接通信;廣播設(shè)備直接與井下交換機連接通信。
【附圖說明】
[0014]圖1基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖2排水量監(jiān)測設(shè)備工作原理圖。
[0016]圖3基于圖像和水倉監(jiān)測水災(zāi)報警工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)組成主要包括:
[0018]1.存儲服務(wù)器(101)，負(fù)責(zé)接收視頻數(shù)據(jù)、水倉水位數(shù)據(jù)和水倉排水量數(shù)據(jù)并存儲，為監(jiān)控主機和水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器提供查詢調(diào)取服務(wù)。
[0019]2.水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器(102)，接收攝像機采集的數(shù)字視頻流，對攝像機的視頻圖像進(jìn)行處理，監(jiān)測攝像機視頻圖像中設(shè)定區(qū)域出現(xiàn)的異常持續(xù)變化，并參考存儲服務(wù)器存儲的相應(yīng)巷道水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，如滿足報警條件則向監(jiān)控主機輸出突水報警信號。當(dāng)監(jiān)測視頻路數(shù)過多服務(wù)器處理能力不足時，可放置多臺服務(wù)器分別對視頻進(jìn)行監(jiān)測。
[0020]3.地理信息服務(wù)器(103)，負(fù)責(zé)為監(jiān)控主機提供地理信息服務(wù)，使用ArcGIS平臺，并存儲礦井的相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)、攝像機(107)位置數(shù)據(jù);服務(wù)器具有水災(zāi)模擬分析功能，可根據(jù)突水位置分析水災(zāi)發(fā)展情況，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。
[0021 ] 4.監(jiān)控主機(104)，具有聲光報警功能，接收水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器(102)的報警信號則聲光報警;具有語音合成及數(shù)字語音壓縮編碼功能，當(dāng)從地理信息服務(wù)器(103)獲得井下各工作區(qū)域的逃生路線信息后，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;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)控主機查看現(xiàn)場視頻圖像并可從存儲服務(wù)器(101)調(diào)取歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0022]5.網(wǎng)絡(luò)交換機(105)，負(fù)責(zé)所有接入礦用以太網(wǎng)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換。
[0023]6.井下交換機(106)，負(fù)責(zé)分站和其它通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)交換，具有隔爆外殼，符合煤礦井下隔爆要求。
[0024]7.攝像機(107);采用符合煤礦隔爆要求的礦用攝像機，帶有輔助光源，安裝在煤礦井下掘進(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)面等地點上，通過同軸電纜與視頻服務(wù)器(108)連接。
[0025]8.視頻服務(wù)器(108)，也稱視頻編碼器，將攝像機采集的模擬視頻圖像數(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、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)控主機傳輸視頻數(shù)據(jù)。
[0026]9.分站(109)，也稱數(shù)據(jù)采集站，負(fù)責(zé)接收水位監(jiān)測設(shè)備(110)和排水量監(jiān)測設(shè)備
(111)上傳的水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至水災(zāi)監(jiān)控服務(wù)器。分站與各監(jiān)測設(shè)備采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通過雙絞線通信，可連接多個監(jiān)測設(shè)備;分站通過雙絞線或光纜與最近的井下交換機連接，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。
[0027]10.水位監(jiān)測設(shè)備(110)，用于水倉水位采集，可使用各類礦用水位測量儀，包括感應(yīng)式或超聲波式測量儀，應(yīng)符合煤礦井下相關(guān)本安或隔爆標(biāo)準(zhǔn)，具有RS-485通信接口。本實施方案采用投入式壓力感應(yīng)液位傳感器，傳感頭根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差，把水位的高度變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成電信號，通過A/D轉(zhuǎn)換和處理器處理后得到水倉液位高度。
[0028]11.排水量監(jiān)測設(shè)備(111)，用于檢測水栗的實際排水量數(shù)據(jù)，本實施方案采用電磁感應(yīng)式流量計，流量計安裝于水栗出口的總管路上；電磁感應(yīng)式流量計應(yīng)符合煤礦井下相關(guān)本安或隔爆標(biāo)準(zhǔn)，具有RS-485通信接口。
[0029]12.報警開關(guān)(112)，用于現(xiàn)場手動報警，采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口，應(yīng)符合煤礦井下設(shè)備安全要求。
[0030]13.廣播設(shè)備(113)，用于井下語音廣播，具有數(shù)字語音解碼功能，將通過數(shù)字語音壓縮編碼的數(shù)據(jù)還原成語音，并放大播放;廣播設(shè)備與分站采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通過雙絞線連接通信。
[0031]排水量監(jiān)測設(shè)備工作原理如圖2所示:
[0032]排水量監(jiān)測設(shè)備使用電磁流量計，電磁流量計由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量回的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。
[0033]基于圖像和水倉監(jiān)測水災(zāi)報警系統(tǒng)工作流程如圖3所示:
[0034]1.(301)攝像機采集視頻圖像，將模擬視頻信號通過同軸電纜傳輸給視頻服務(wù)器。
[0035]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)控主機和水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器。
[0036]3.(303)水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器實時分析由視頻服務(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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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)滿足報警條件時向監(jiān)控主機發(fā)出水災(zāi)報警信號，同時將所監(jiān)測攝像機編號發(fā)送給監(jiān)控主機。
[0041]8.(308)當(dāng)現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)水災(zāi)，按下報警按鈕時，分站采集報警按鈕的報警信號，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。
[0042]9.(309)存儲服務(wù)器存儲報警數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)報警信號給監(jiān)控主機。
[0043]10.(310)當(dāng)監(jiān)控主機接到水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器或存儲服務(wù)器的報警信號時，將攝像機的或報警開關(guān)的編號發(fā)送給地理信息服務(wù)器。
[0044]11.(311)地理信息服務(wù)器根據(jù)報警攝像機或報警開關(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。
[0045]12.(312)監(jiān)控主機實時顯示現(xiàn)場視頻并自動聲光報警，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)場實時視頻、報警情況和設(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)。
[0046]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。
【主權(quán)項】
1.一種基于圖像和水倉監(jiān)測的井下水災(zāi)報警系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)主要包括存儲服務(wù)器、監(jiān)控主機、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器、地理信息服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、井下交換機、分站、攝像機、視頻服務(wù)器、水位監(jiān)測設(shè)備、排水量監(jiān)測設(shè)備、廣播設(shè)備;在煤礦井下掘進(jìn)工作面、采煤工作面放置攝像機;攝像機采集現(xiàn)場模擬視頻信號，由視頻服務(wù)器數(shù)字化并壓縮編碼發(fā)送給存儲服務(wù)器、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控主機；網(wǎng)絡(luò)交換機、井下交換機和分站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸;存儲服務(wù)器負(fù)責(zé)接收攝像機視頻數(shù)據(jù)、水倉水位和排水量數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，同時提供數(shù)據(jù)查詢調(diào)取服務(wù);水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)測工作面視頻中突發(fā)且持續(xù)水流及水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向監(jiān)控主機發(fā)送水災(zāi)報警信號；監(jiān)控主機負(fù)責(zé)控制廣播系統(tǒng)在井下發(fā)出水災(zāi)報警信號及各區(qū)域逃生路線;地理信息服務(wù)器為監(jiān)控主機提供地理信息服務(wù)，并根據(jù)突水位置為各區(qū)域提供逃生路線信息。2.如權(quán)利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:攝像機安裝位置靠近巷道頂部或高度大于2米;在攝像機旁安裝輔助光源，光投射方向與攝像機視頻采集方向一致;關(guān)閉攝像機的自動對焦和自動白平衡功能。3.如權(quán)利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:在攝像機所在巷道的排水渠下游水倉安裝水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備;排水量監(jiān)測設(shè)備安裝于水栗出口的總管路上。4.如權(quán)利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:視頻服務(wù)器通過礦用以太網(wǎng)絡(luò)以組播方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯Ψ?wù)器、水災(zāi)監(jiān)測服務(wù)器和監(jiān)控主機，井下交換機和井上的網(wǎng)絡(luò)交換機需采用支持組播網(wǎng)絡(luò)通信的交換設(shè)備。5.如權(quán)利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備分別負(fù)責(zé)采集水倉水位和排水量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最終通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務(wù)器;水位監(jiān)測設(shè)備和排水量監(jiān)測設(shè)備通過通信線纜與分站連接通信，采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信。6.如權(quán)利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:廣播設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)接收監(jiān)控主機下發(fā)的語音信號;廣播設(shè)備與井下交換機的連接通信方式包括:廣播設(shè)備通過通信線纜與分站連接，再由分站與井下交換機連接通信;廣播設(shè)備直接與井下交換機連接通信。
【文檔編號】H04N7/18GK205638555SQ201620002469
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年1月4日
【發(fā)明人】孫繼平, 劉毅
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)