DE102013204155A1 - Method and device for position determination - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Geräten in einem Streb im Untertagebau verwendet eine Videokamera, mit der Markierungen innerhalb des Strebs elektronisch ausgewertet werden.A method of locating devices in an underground mine involves using a video camera to electronically evaluate markers within the face.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Geräten in einem Streb im Untertagebau sowie ein entsprechendes System und eine hierfür geeignete Videokamera.The present invention relates to a method for determining the position of devices in a face in underground mining and a corresponding system and a video camera suitable for this purpose.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Videokameras im Bergbau einzusetzen, um Vorgänge aus der Distanz beobachten zu können oder um Arbeitsräume innerhalb eines Strebs zu überwachen. Allerdings ist es mit bisherigen Systemen nicht möglich, mit einer Videokamera gleichzeitig die Geradheit eines Strebs zu überwachen, die vertikale und horizontale Abweichung der Ausbaugestelle und des Förderers zu erfassen, den Ablauf der Ausbaugestelle (Rauben, Schreiten, Setzen) automatisiert zu kontrollieren und/oder die Gewinnungsmaschine automatisiert zu überwachen.From the prior art it is known to use video cameras in mining to observe operations from a distance or to monitor workspaces within a longwall. However, it is not possible with previous systems to simultaneously monitor the straightness of a longwall with a video camera, to detect the vertical and horizontal deviation of the expansion point and the conveyor, to automatically control the expiration of the expansion point (robbing, striding, setting) and / or to automatically monitor the mining machine.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Positionsbestimmung von Geräten in einem Strebeuntertagebau zu schaffen, die dies bewerkstelligen können. It is the object of the present invention to provide methods and devices for determining the position of equipment in a strut underground mine, which can accomplish this.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.The solution of this object is achieved by the features of the independent claims.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Geräten in einem Streb im Untertagebau vorgesehen, wobei unter Geräten Ausbaugestelle, der Förderer, die Gewinnungsmaschine oder Komponenten von diesen Geräten verstanden werden. Erfindungsgemäß wird zunächst eine Videokamera im Bereich der Kappe eines Ausbaugestells angeordnet und zwar mit Blickrichtung im Wesentlichen in oder entgegen der Wetterrichtung. Bevorzugt ist die Blickrichtung in Wetterrichtung, da dann eine Verschmutzung minimiert ist. In einem Streb mit typischerweise 120 bis 200 Ausbaugestellen, von denen jedes eine Breite von etwa 1,5 bis 2 m aufweist, kann es zudem sinnvoll sein, dass mit einer Kamera jeweils nur ein Abschnitt des Strebs überwacht wird, so dass durch Vorsehen von mehreren entsprechend angeordneten Videokameras der gesamte Streb automatisiert überwacht werden kann.According to the invention, a method is provided for determining the position of devices in a face in underground mining, whereby devices are understood to be the expansion point, the conveyor, the mining machine or components of these devices. According to the invention, a video camera is initially arranged in the region of the cap of an expansion rack, namely with a viewing direction essentially in or against the weather direction. Preferably, the viewing direction in the direction of the weather, since then contamination is minimized. In a strut with typically 120 to 200 expansion points, each having a width of about 1.5 to 2 m, it may also be useful that is monitored with a camera only a portion of the longwall, so by providing several according arranged video cameras, the entire longwall can be monitored automatically.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Videokamera derart ausgerichtet, dass sich der Fluchtpunkt des aufgenommenen Kamerabildes nicht in der Mitte sondern entweder im Bereich der rechten oberen Ecke oder im Bereich der linken oberen Ecke des Kamerabildes befindet. Hierdurch ergeben fluchtende Linien eine möglichst lange Gerade und es kann durch automatische Bilderkennung besonders gut festgestellt werden, welche Geräte sich außerhalb der (gewünschten) geradlinigen Flucht befinden. In a further method step, the video camera is aligned such that the vanishing point of the recorded camera image is not in the middle but either in the area of the upper right corner or in the area of the upper left corner of the camera image. This results in aligned lines as long as possible and it can be determined by automatic image recognition particularly well, which devices are outside the (desired) rectilinear escape.
Nach einem entsprechenden Ausrichten der Videokamera können im Bereich des Kamerabildes Markierungen, die an den Geräten entlang des Strebs vorgesehen sind, gezielt beleuchtet werden, woraufhin eine Positionsbestimmung der Geräte durch elektronische Auswertung der auf dem Kamerabild befindlichen und durch die Beleuchtung gut erkennbaren Markierungen erfolgen kann.After a corresponding alignment of the video camera, markings provided on the devices along the longwall can be selectively illuminated in the region of the camera image, whereupon the devices can be determined by electronic evaluation of the markings located on the camera image and easily recognizable by the illumination.
Bei den Markierungen kann es sich beispielsweise um elektrische Leuchtmittel oder auch um Reflektoren handeln, die von einem elektrischen Leuchtmittel angestrahlt werden. Die Beleuchtung der Markierungen kann in ihrer Helligkeit geändert werden und auch in unterschiedlichen Farben erfolgen. Bevorzugt sind die Leuchtmittel zur Beleuchtung der Markierungen mit einer Strebsteuerung verbunden, mit der auch die elektronische Auswertung in Verbindung steht. Auf diese Weise können die Leuchtmittel im Bildfeld der Videokamera gezielt angesteuert werden, so dass unterschiedliche Komponenten der Geräte (wie z.B. Kappe, Basis des Schildes, Bestandteile des Förderers) automatisch erkannt werden können. An diesen Bauelementen kann jeweils eine eindeutig zu erkennende Markierung angebracht werden, deren Beleuchtung insbesondere auch intermittierend angesteuert werden kann.The markings may be, for example, electrical lamps or also reflectors which are illuminated by an electric lamp. The illumination of the markings can be changed in their brightness and also in different colors. Preferably, the lighting means for illuminating the markings are connected to a longwall control, with which the electronic evaluation is also connected. In this way, the light sources in the image field of the video camera can be specifically controlled, so that different components of the devices (such as cap, base of the plate, components of the conveyor) can be automatically detected. In each case, a clearly recognizable marking can be attached to these components, the illumination of which can be controlled, in particular, intermittently.
Zur Positionsbestimmung der Geräte erfolgt eine elektronische Auswertung (Bilderkennung) der auf dem Kamerabild befindlichen Markierungen. Da die Kamera fix ausgerichtet ist, ist auch die Lage des Fluchtpunkts zumindest annähernd bekannt. Eine genauere Bestimmung des Fluchtpunkts kann dadurch erfolgen, dass ein Kreuzungspunkt von zwei Fluchtlinien bestimmt wird. Hierzu ist es erforderlich, dass definierte Punkte an bestimmten Ausbaugestellen eindeutig erkannt werden, was durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich ist. Durch eine gezielte Beleuchtung und den bekannten Abstand zweier benachbarter Ausbaugestelle lässt sich errechnen, wie weit ein Punkt von der Kamera entfernt ist. Bei einem gerade ausgerichteten Streb wird jeder Punkt (jede Markierung) im Bild an einer definierten Stelle erwartet. Eine Abweichung von dieser erwarteten Stelle gegenüber einer Fluchtlinie ist eine Abweichung im Raum, die durch einen Skalierungsfaktor errechnet werden kann, der die perspektivische Verkürzung der Schildabstände auf dem Kamerabild berücksichtigt. Durch automatisierte Bildanalyse lässt sich somit die Lage des Förderers im Raum, der Abstand der Schilde zum Förderer, die Mächtigkeit (Höhe der Schilde) und die Lage der Kappe zum Förderer bestimmen. Auch kann beispielsweise erkannt werden, ob bei einem Ausbaugestell (Schild) alle Kohlenstoßspreizer (Flipper) eingefahren wurden. Weiterhin lässt sich automatisiert überwachen, ob und wie das Abbaugerät arbeitet. Schließlich lässt sich auch der Ablauf eines einzelnen Schildes kontrollieren, d.h. es kann exakt und automatisiert überwacht werden, wie weit ein Schild geraubt ist, wie weit das Schild vorgezogen wurde und ob die Kappe des Schildes wieder ordnungsgemäß gesetzt wurde. Nach dem Setzen der Schilde kann die Videokamera auch nach dem Rücken des Förderers gut erkennen, ob der Förderer wieder in einer geraden Linie liegt. Erfindungsgemäß kann hierbei durch geeignete Algorithmen eine Abweichung von einer gewünschten Solllinie automatisch detektiert werden, so dass Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden können. To determine the position of the devices, an electronic evaluation (image recognition) of the markers located on the camera image takes place. Since the camera is fixed, the position of the vanishing point is at least approximately known. A more accurate determination of the vanishing point can be made by determining a crossing point of two alignment lines. For this purpose, it is necessary that defined points are clearly recognized at certain development sites, which is possible by the inventive method. By a targeted lighting and the known distance of two adjacent expansion point can calculate how far a point is removed from the camera. For a straight facing, each point (each mark) in the image is expected at a defined location. A deviation from this expected location from a miss line is a deviation in space that can be calculated by a scaling factor that takes into account the perspective shortening of the sign distances on the camera image. Automated image analysis can be used to determine the position of the conveyor in space, the distance between the shields to the conveyor, the thickness (height of the shields) and the position of the cap to the conveyor. It is also possible to detect, for example, whether all of the collision spreaders (flippers) have been retracted in the case of an expansion rack (shield). Furthermore, it is possible to automatically monitor whether and how the mining equipment works. Finally, the sequence of a single sign can be controlled, ie it can be monitored accurately and automatically, such as far as a sign has been stolen, how far the shield was pulled forward and whether the cap of the shield was properly set again. After setting the shields, the video camera can also see well after the back of the conveyor, if the conveyor is again in a straight line. According to the invention, a deviation from a desired nominal line can be detected automatically by suitable algorithms, so that corrective measures can be initiated.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine automatisierte Beobachtung erfolgen, bei der eine mit der Videokamera verbundene Steuerung in Abhängigkeit von der Position des Abbaugerätes die für eine jeweilige Aufgabe am besten geeignete Videokamera auswählt. Die Position des Abbaugerätes, d.h. eines Hobels oder einer Walze, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren durch Bildauswertung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich, d.h. redundant, kann die Positionserfassung beispielsweise durch Infrarottechnik erfolgen. Durch eine redundante Erfassung der Position des Abbaugerätes kann zusätzlich auch eine Korrektur der mit der automatischen Bilderkennung ermittelten Position des Abbaugerätes genutzt werden. Auch in Fällen, in denen die Erkennung der Position des Abbaugerätes mittels automatischer Bilderkennung aufgrund einer starken Staubentwicklung oder eine Bedüsung nicht zuverlässig möglich ist, kann eine redundante Positionserfassung vorteilhaft sein. According to a further aspect of the present invention, the method according to the invention can also be used for automated observation, in which a controller connected to the video camera selects the video camera most suitable for a particular task, depending on the position of the processor. The position of the mining equipment, i. a planer or a roller, can be carried out by the method according to the invention by image evaluation. Alternatively or additionally, i. redundant, the position detection can be done for example by infrared technology. By a redundant detection of the position of the mining device, a correction of the determined with the automatic image recognition position of the mining device can also be used in addition. Even in cases where the detection of the position of the mining equipment by means of automatic image recognition due to a strong dust or a spraying is not reliable possible, a redundant position detection can be advantageous.
Wenn die Position des Abbaugerätes und die Position der einzelnen Videokameras bekannt ist, können automatisch fest zugeordnete Ansichten ausgewählt werden und zwar einerseits für eine elektronische Bildauswertung und andererseits auch für die Darstellung am Bildschirm einer bedienenden oder überwachenden Person. Vorteilhafte Ansichten sind hierbei der Schildbereich vor dem Abbaugerät (Kollisionsvermeidung durch Überwachung der Lage von Flipper und/oder Kappe), der Bereich des Abbaugerätes (Überwachung der Gewinnung), der Schildbereich hinter dem Abbaugerät (Überwachung des Ablaufs und des Ziehens der Schilde) und/oder des bewegten Fördererbereichs (Überwachung des Rückens des Förderers).If the position of the mining equipment and the position of the individual video cameras is known, automatically assigned views can be selected on the one hand for an electronic image analysis and on the other hand for the display on the screen of a serving or monitoring person. Advantageous views here are the shield area in front of the mining equipment (collision avoidance by monitoring the position of pinball and / or cap), the area of the mining equipment (monitoring the extraction), the shield area behind the mining equipment (monitoring the progress and the drawing of the shields) and / or the moving conveyor area (monitoring the back of the conveyor).
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art, umfassend zumindest eine Videokamera und eine mit der Videokamera verbundene elektronische Steuer- und Auswerteeinheit, mit der Lichtquellen an Geräten entlang des Strebs im Bereich des Kamerabildes zur Positionsbestimmung ansteuerbar sind. Mit der elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit kann die vorstehend beschriebene automatische Bilderkennung und -auswertung durchgeführt werden. Mit der Steuereinheit lassen sich einzelne Lichtquellen an Geräten entlang des Strebs gezielt anund ausschalten. According to a further aspect, the present invention relates to a system for carrying out a method of the type described above, comprising at least one video camera and an electronic control and evaluation unit connected to the video camera, with which light sources can be driven on devices along the strut in the region of the camera image for position determination are. With the electronic control and evaluation unit, the above-described automatic image recognition and evaluation can be performed. With the control unit, individual light sources can be selectively switched on and off on devices along the longwall.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann das System auch zumindest einen Neigungssensor aufweisen, der die Neigung der Kappe eines Ausbaugestells detektiert. Hierdurch lässt sich die Neigung einer an der Kappe befestigten Videokamera absolut bestimmen und es wird die Ermittlung des Fluchtpunkts erleichtert. According to an advantageous embodiment, the system can also have at least one inclination sensor which detects the inclination of the cap of an expansion rack. This makes it possible to absolutely determine the inclination of a video camera attached to the cap, and it is easier to determine the vanishing point.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Videokamera, die ein quaderförmiges Gehäuse umfasst, das zumindest einen rückwärtigen Kabelauslass aufweist, der eine X-Achse des Gehäuses definiert. In dem Gehäuse ist eine Kamera verschwenkbar gelagert, deren Objektiv quer zur X-Achse orientiert ist. Hierbei wird unter "quer" nicht notwendigerweise eine 90°-Orientierung verstanden. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die Kamera unter einem Winkel > 45° zur X-Achse orientiert ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse eine Lagerung vorgesehen, mit der die Kamera nach einem Verschwenken des Gehäuses um 180° um die horizontal orientierte X-Achse schwerkraftbedingt die gleiche Neigung zur Horizontalen wie vor dem Verschwenken einnimmt. Wenn mit anderen Worten das Gehäuse so orientiert ist, dass die X-Achse in der Horizontalen liegt und anschließend das Gehäuse um die X-Achse um 180° verschwenkt wird, so besitzt die Kamera nach dem Verschwenken des Gehäuses – bezogen auf eine Horizontalebene – die gleiche Neigung wie vor dem Verschwenken.According to another aspect of the invention, it relates to a video camera comprising a parallelepiped housing having at least one rearward cable outlet defining an X-axis of the housing. In the housing, a camera is pivotally mounted, the lens is oriented transversely to the X-axis. Here, "transverse" does not necessarily mean a 90 ° orientation. Rather, it is sufficient if the camera is oriented at an angle> 45 ° to the X-axis. Furthermore, a storage is provided in the housing with which the camera assumes the same inclination to the horizontal as before pivoting after pivoting of the housing by 180 ° about the horizontally oriented X-axis due to gravity. In other words, if the housing is oriented so that the X-axis lies in the horizontal and then the housing is pivoted about the X-axis by 180 °, the camera has after pivoting the housing - relative to a horizontal plane - the same inclination as before pivoting.
Die vorstehend beschriebene Videokamera besitzt den Vorteil, dass diese an der Kappe eines Schildes in zwei verschiedenen Positionen montiert werden kann und der Kabelauslass stets zur Rückseite des Ausbaugestells weist, die Kamera jedoch entweder in Wetterrichtung oder aber entgegen der Wetterrichtung mit einer gegenüber der Horizontalen gleichen Neigung orientiert ist. Hierdurch kann ein und dieselbe Videokamera in zwei verschiedenen Ausrichtungen an der Kappe montiert werden, ohne dass eine Neujustierung der Kamera erforderlich ist, um die gewünschte Neigung der Kamera relativ zur Horizontalebene zu erzielen.The video camera described above has the advantage that it can be mounted on the cap of a shield in two different positions and the cable outlet always facing the back of the expansion rack, the camera but either in the direction of the weather or against the weather direction with respect to the horizontal same inclination is oriented. In this way, one and the same video camera can be mounted in two different orientations on the cap, without requiring a readjustment of the camera in order to achieve the desired inclination of the camera relative to the horizontal plane.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Kamera um eine koplanar zur X-Achse angeordnete Schwenkachse verschwenkbar ist, da in diesem Fall die gewünschte Wirkung auch dann eintritt, wenn das Objektiv der Kamera nicht rechtwinklig zur X-Achse orientiert ist.It can be advantageous if the camera is pivotable about a coplanar to the X-axis arranged pivot axis, since in this case, the desired effect occurs even if the lens of the camera is not oriented at right angles to the X-axis.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kamera mit einem Gewicht versehen sein, das bei einem Verschwenken des Gehäuses schwerkraftbedingt ein Verschwenken der Kamera relativ zum Gehäuse bewirkt. According to an advantageous embodiment, the camera may be provided with a weight, which upon pivoting of the housing Gravity caused a pivoting of the camera relative to the housing.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be described purely by way of example with reference to advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:
Erfindungsgemäß sind entlang des Strebs mehrere Videokameras vorgesehen und so ausgerichtet, dass fluchtende Linien eine möglichst lange Gerade am Bild ergeben. Dies bedeutet, dass der Fluchtpunkt F im Bereich der rechten oberen Ecke oder aber – wie in
Um die Lage des Horizonts aus dem Kamerabild einfach erkennen zu können, kann es vorteilhaft sein, die Lage der Kappe, mit der die Videokamera verbunden ist, mit Neigungssensoren zu bestimmen. Diese Neigungssensoren können entweder in die Videokamera integriert sein oder aber anderweitig an der Schildkappe vorgesehen werden. In order to be able to easily recognize the position of the horizon from the camera image, it may be advantageous to determine the position of the cap, with which the video camera is connected, with tilt sensors. These tilt sensors may either be integrated into the video camera or otherwise provided on the shield cap.
Wenn die Videokamera ein Bild entsprechend
Nachfolgend wird in Verbindung mit den
Das Gehäuse
Wie die Figuren weiterhin zeigen, ist das Gehäuse
Wie
Wie
Da das Kameramodul
Das Gehäuse
Um mit ein und derselben Videokamera beide Montagemöglichkeiten zu gewährleisten, sind an dem Gehäuse an seiner Unterseite weitere Montagepunkte
Wie vorstehend beschrieben umfasst ein System zur Positionsbestimmung von Geräten in einem Streb im Untertagebau eine oder mehrere Videokameras der vorstehend beschriebenen Art und eine (nicht dargestellte) mit der Videokamera verbundene elektronische Steuer- und Auswerteeinheit, mit der Lichtquellen an Geräten entlang des Strebs im Bereich des Kamerabildes (
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