基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(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浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)，本報警系統(tǒng)通過煤礦井下掘進工作面、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，并在攝像機所監(jiān)測巷道放置水浸傳感器；攝像機采集現(xiàn)場視頻圖像并傳送給水災監(jiān)測服務器，水災監(jiān)測服務器監(jiān)測視頻和水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結果向監(jiān)控主機發(fā)送水災報警信號，監(jiān)控主機向井下不同工作區(qū)域廣播設備發(fā)送相應語音信息，控制廣播設備發(fā)出水災報警。本報警系統(tǒng)充分考慮了煤礦井下水災的特征特點，實施簡單，自動及時采取相應措施，可第一時間準確地對礦井突水進行報警，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和逃生時間。
【專利說明】
基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖像模式識別和通信等領域。
【背景技術】
[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、火災、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，礦井水災時對礦井危害性較大的自然災害，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、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，礦井水災是煤礦嚴重的災害，在煤礦生產(chǎn)中對礦井水災的報警必須做到及時準確。目前水災預警以水文探測預防、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防井下水災事故，但由于還可能存在水文情況復雜、設計不當、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工作人員，以致不能對突水事故及時采取應急措施，易造成水害失控和人員傷亡。為有效減少水災引起的礦山財產(chǎn)損失和人員傷亡，需要新的煤礦井下水災報警系統(tǒng)，可第一時間準確地對煤礦井下突水進行報警，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和逃生時間。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型提出一種基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括存儲服務器、監(jiān)控主機、水災監(jiān)測服務器、地理信息服務器、網(wǎng)絡交換機、井下交換機、分站、攝像機、視頻服務器、水浸傳感器、廣播設備;在煤礦井下掘進工作面、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，由視頻服務器數(shù)字化并壓縮編碼發(fā)送給存儲服務器、水災監(jiān)測服務器和監(jiān)控主機;水浸傳感器負責監(jiān)測攝像機所在巷道的水浸狀態(tài)；網(wǎng)絡交換機、井下交換機和分站負責數(shù)據(jù)傳輸;存儲服務器負責接收攝像機視頻數(shù)據(jù)、巷道的水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)并進行存儲，同時提供數(shù)據(jù)查詢調取服務;水災監(jiān)測服務器負責監(jiān)測工作面視頻中突發(fā)且持續(xù)水流和巷道水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結果向監(jiān)控主機發(fā)送水災報警信號;監(jiān)控主機負責控制廣播系統(tǒng)在井下發(fā)出水災報警信號及各區(qū)域逃生路線;地理信息服務器為監(jiān)控主機提供地理信息服務，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)進一步包括:水浸傳感器的探頭安裝于攝像機所在巷道的巷道壁，探頭不少于2組，由低到高順序安裝，每組探頭間隔不小于5厘米，最低一組探頭距巷道底部距離不大于5厘米;水浸傳感器的電路盒安裝固定在巷道墻壁或巷道頂部，安裝高度不低于1.5 米。
[0011 ] 3.所述系統(tǒng)進一步包括:視頻服務器通過礦用以太網(wǎng)絡以組播方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯Ψ掌?、水災監(jiān)測服務器和監(jiān)控主機，井下交換機和井上的網(wǎng)絡交換機需采用支持組播網(wǎng)絡通信的交換設備。
[0012]4.水浸所述系統(tǒng)進一步包括:感器負責采集攝像機所轄巷道巷道的水浸數(shù)據(jù)，并具有手動報警開關，可采集手動報警數(shù)據(jù);水浸傳感器數(shù)據(jù)最終通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務器;水浸傳感器通過通信線纜與分站連接通信，采用RS-485標準通信。
[0013]5.所述系統(tǒng)進一步包括:廣播設備通過工業(yè)以太網(wǎng)接收監(jiān)控主機下發(fā)的語音信號;廣播設備與井下交換機的連接通信方式包括:廣播設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基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖2水浸傳感器結構示意圖。
[0016]圖3水災報警工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]所述基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)組成主要包括:
[0018]1.存儲服務器(101)，負責接收由攝像機視頻、水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)并存儲，為監(jiān)控主機和水災監(jiān)測服務器提供查詢調取服務。
[0019]2.水災監(jiān)測服務器(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行處理，監(jiān)測攝像機視頻圖像中設定區(qū)域出現(xiàn)的異常持續(xù)變化，并參考存儲服務器存儲的相應巷道水浸狀態(tài)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。當監(jiān)測視頻路數(shù)過多服務器處理能力不足時，可放置多臺服務器分別對視頻進行監(jiān)測。
[0020]3.地理信息服務器(103)，負責為監(jiān)控主機提供地理信息服務，使用ArcGIS平臺，并存儲礦井的相關地理信息數(shù)據(jù)、攝像機(107)及水浸傳感器(110)的位置數(shù)據(jù);服務器具有水災模擬分析功能，可根據(jù)突水位置分析水災發(fā)展情況，根據(jù)分析結果為井下各工作區(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，接收水災監(jiān)測服務器(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，當從地理信息服務器(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)至各廣播設備進行廣播;具有實時視頻監(jiān)控和歷史視頻調取功能，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器(101)調取歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0022]5.網(wǎng)絡交換機(105)，負責所有接入礦用以太網(wǎng)的設備的管理和數(shù)據(jù)交換。
[0023]6.井下交換機(106)，負責分站和其它通過網(wǎng)絡通信設備的接入和數(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器(108)連接。
[0025]8.視頻服務器(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)向井上存儲服務器、水災監(jiān)測服務器、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，負責接收水浸傳感器(110)上傳的水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至水災監(jiān)控服務器。分站與水浸傳感器(110)采用RS-485標準通過雙絞線通信，可連接多個水浸傳感器;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器通信，具有隔爆外殼，符合煤礦井下隔爆要求。
[0027]10.水浸傳感器(110)，用于檢測巷道浸水情況，采用多路輸入水浸傳感器，每路對應安裝I組探頭;探頭安裝于巷道壁，探頭數(shù)目不少于2組，即水浸傳感器不少于2路輸入;探頭由低到高順序安裝，每組探頭間隔不小于5厘米，最低一組探頭距巷道底部距離不大于5厘米;水浸傳感器的電路盒安裝固定在巷道墻壁或巷道頂部，安裝高度不低于1.5米。
[0028]11.廣播設備(111)，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;廣播設備與分站采用RS-485標準通過雙絞線連接通信。
[0029]水浸傳感器組成如圖3所示，電路設計應滿足井下本質安全要求:
[0030]1.處理器(201)選擇TI公司的MSP430F147單片機。該型號為16位RISC結構，具有32k Flash，IkRAM;并有5種低功耗模式，豐富的片內外圍模塊，靈活的時鐘系統(tǒng)等諸多優(yōu)點。MSP430可在1.8?3.6V低電壓下工作，系統(tǒng)采用3.3V工作電壓。
[0031]2.探頭(202)，采用梳型線感應回路，是用絲網(wǎng)印刷技術印制在陶瓷基片上的鈀銀線條，高溫處理后接點連接牢固，抗氧化和抗外界環(huán)境影響能力強，在無浸水情況下兩根感應線間電阻為無窮大，浸沒在水中也需2-3s的時間才能達到低阻的穩(wěn)定狀態(tài)，有助于避免潮濕露水的干擾。
[0032]3.檢測電路(203)，主要包括串聯(lián)電阻，將探頭感應回路有水和無水的電阻值變化轉換為處理器(201)可采集的電壓變化信號。
[0033]4.通信接口(204)，采用RS-485標準通信方式，通信芯片使用MAX485與MSP430F147連接。
[0034]5.電源(205)，包括AC/DC模塊和DC電源轉換兩部分，DC電源轉換芯片采用MAX1724EZK33、MAX1724EZK50，轉換得到3.3V和5V穩(wěn)定的工作電壓，分別為處理器和通信接口供電。
[0035]6.報警開關(206)，采用按鈕元件，用于水災手動報警。
[0036]水災報警的工作過程如圖3所示:
[0037]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器。
[0038]2.(302)視頻服務器數(shù)字化模擬視頻信號并進行壓縮編碼，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器，監(jiān)控主機和水災監(jiān)測服務器。
[0039]3.(303)水災監(jiān)測服務器實時分析由視頻服務器發(fā)送的視頻圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)測視頻中的異常水流。
[0040]4.(304)水浸傳感器采集浸水狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS-485通信接口模塊發(fā)送至分站。
[0041]5.(305)分站通過RS-485接口接收浸水狀態(tài)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)根據(jù)設定的通信協(xié)議進行打包，將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡接口以TCP客戶端方式傳送到存儲服務器。
[0042]6.(306)存儲服務器以TCP服務器方式接收由分站上傳的浸水狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫。
[0043]7.(307)水災監(jiān)測服務器通過訪問存儲服務器獲得浸水狀態(tài)數(shù)據(jù)，對視頻圖像監(jiān)測(303)結果和浸水狀態(tài)數(shù)據(jù)進行綜合監(jiān)測，當滿足報警條件時向監(jiān)控主機發(fā)出水災報警信號，同時將所監(jiān)測攝像機編號發(fā)送給監(jiān)控主機。
[0044]8.(308)當現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)水災，按下浸水傳感器的報警開關按鈕時，浸水傳感器發(fā)送手動報警信號，分站采集報警信號，將數(shù)據(jù)根據(jù)設定的通信協(xié)議進行打包，將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡接口以TCP客戶端方式傳送到存儲服務器。
[0045]9.(309)存儲服務器存儲報警數(shù)據(jù)，并轉發(fā)報警信號給監(jiān)控主機。
[0046]10.(310)當監(jiān)控主機接到水災監(jiān)測服務器或存儲服務器的報警信號時，將攝像機的或報警開關的編號發(fā)送給地理信息服務器。
[0047]11.(311)地理信息服務器根據(jù)報警攝像機或浸水傳感器的編號確定突水位置，根據(jù)突水位置和浸水高度分析水災發(fā)展情況，再根據(jù)分析結果為井下各工作區(qū)域提供逃生路線信息，并發(fā)送給監(jiān)控主機。
[0048]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)至各廣播設備進行廣播。生產(chǎn)管理人員可查看現(xiàn)場實時視頻、報警情況和設備情況，當視頻和數(shù)據(jù)采集的硬件被損壞時，則調取歷史現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)。
[0049]13.(313)井下廣播設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。
【主權項】
1.一種基于圖像和水浸監(jiān)測的井下水災報警系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)主要包括存儲服務器、監(jiān)控主機、水災監(jiān)測服務器、地理信息服務器、網(wǎng)絡交換機、井下交換機、分站、攝像機、視頻服務器、水浸傳感器、廣播設備;在煤礦井下掘進工作面、采煤工作面放置攝像機；攝像機采集現(xiàn)場模擬視頻信號，由視頻服務器數(shù)字化并壓縮編碼發(fā)送給存儲服務器、水災監(jiān)測服務器和監(jiān)控主機;水浸傳感器負責監(jiān)測攝像機所在巷道的水浸狀態(tài);網(wǎng)絡交換機、井下交換機和分站負責數(shù)據(jù)傳輸;存儲服務器負責接收攝像機視頻數(shù)據(jù)、巷道的水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)并進行存儲，同時提供數(shù)據(jù)查詢調取服務;水災監(jiān)測服務器負責監(jiān)測工作面視頻中突發(fā)且持續(xù)水流和巷道水浸狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結果向監(jiān)控主機發(fā)送水災報警信號；監(jiān)控主機負責控制廣播系統(tǒng)在井下發(fā)出水災報警信號及各區(qū)域逃生路線;地理信息服務器為監(jiān)控主機提供地理信息服務，并根據(jù)突水位置為各區(qū)域提供逃生路線信息。2.如權利要求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;關閉攝像機的自動對焦和自動白平衡功能。3.如權利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:水浸傳感器的探頭安裝于攝像機所在巷道的巷道壁，探頭不少于2組，由低到高順序安裝，每組探頭間隔不小于5厘米，最低一組探頭距巷道底部距離不大于5厘米;水浸傳感器的電路盒安裝固定在巷道墻壁或巷道頂部，安裝高度不低于I.5米。4.如權利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:視頻服務器通過礦用以太網(wǎng)絡以組播方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯Ψ掌鳌⑺疄谋O(jiān)測服務器和監(jiān)控主機，井下交換機和井上的網(wǎng)絡交換機需采用支持組播網(wǎng)絡通信的交換設備。5.如權利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:水浸傳感器負責采集攝像機所轄巷道巷道的水浸數(shù)據(jù)，并具有手動報警開關，可采集手動報警數(shù)據(jù);水浸傳感器數(shù)據(jù)最終通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至存儲服務器;水浸傳感器通過通信線纜與分站連接通信，采用RS-485標準通?目O6.如權利要求1所述的報警系統(tǒng)，其特征在于:廣播設備通過工業(yè)以太網(wǎng)接收監(jiān)控主機下發(fā)的語音信號;廣播設備與井下交換機的連接通信方式包括:廣播設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;廣播設備直接與井下交換機連接通信。
【文檔編號】E21F11/00GK205638557SQ201620002476
【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(北京)