CN102682492A - 一种煤矿竖井井筒移动巡检方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿竖井井筒移动巡检方法及设备，其方法包括步骤：a竖井提升系统提供载体，在提升系统的罐笼上安装影像采集装置，影像采集装置包括若干台CCD相机，或若干台摄像装置，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中采集竖井设施的影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；b由罐笼携带影像采集装置按设定的移动距离自动拍摄，将所获取的影像数据进行处理，根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。本发明在不影响竖井提升系统正常运转状态下，就可以获取井壁、罐梁、罐道以及其它竖井设施的全貌信息，再通过计算机对获取的影像进行分析，判断井筒内是否存在安全隐患，实现了井筒巡检的自动化和信息化。
Description
技术领域
本发明属于矿山安全技术领域，更为具体地说，就是涉及一种通过影像处理相关技术进行矿井安全检测的方法，以及一种通过影像处理相关技术进行矿井安全检测的装置。
背景技术
井筒是整个煤矿的重要组成部分，承担接送井下作业工作人员、掘进与采煤等设备材料的上下井、以及原煤的运输等任务。受水蚀、杂物坠落、潮湿及生产运行等影响，竖井的井壁、罐梁以及其他设施存在着安全隐患。因此，每天都要安排专门的时间（一般为2个小时）进行竖井检查。巡检工人站在罐笼上的检查栏内自上而下进行巡视，记录检查情况，或及时处理小的问题。
上述竖井巡检方式主要存在着以下几个问题：
1）罐笼以0.3m/s的速度下行，耗时较长；
2）巡视人员受人眼视力的限制，井筒的一些细微变形及破损不能被及时发现；
3）在罐笼运行过程中有可能会出现异物掉落等问题，巡检人员在工作中存在一定安全隐患。
目前，国内、外竖井井筒的巡检，都采用人工方式进行。
针对人工巡检方式存在的效率低下，容易出现漏检，并且巡检过程中存在安全隐患等现状，亟待提供一种通过影像处理相关技术进行矿井安全检测的方法以及装置，用以实现对矿井井筒的安全自动监测工作。
发明内容
本发明的任务在于提供一种通过影像处理相关技术进行矿井安全检测的方法，以及一种通过影像处理相关技术进行矿井安全检测的装置。本发明在不影响竖井提升系统正常运转状态下，就可以获取井壁、罐梁、罐道以及其它竖井设施的全貌信息，再通过计算机对获取的影像进行分析，判断井筒内是否存在安全隐患。
其技术解决方案是：
一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，包括如下步骤：
a竖井提升系统提供载体，在提升系统的罐笼上安装影像采集装置，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中采集竖井设施的影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；
b使用提升系统驱动罐笼向上或向下移动，由罐笼携带影像采集装置按设定的移动距离自动拍摄或人工控制拍摄，将所获取的图像数据进行处理，根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。
上述步骤a中，影像采集装置包括若干台CCD相机或若干台摄像装置，或若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合。
上述步骤b中，包括步骤：
b1巡检人员能通过无线遥控或有线控制方式使影像采集装置在选定的深度位置上进入人工拍摄模式，由人工直接控制影像采集装置拍摄。
上述步骤b中，在进行每一次自动拍摄或人工拍摄时，所有CCD相机和/或摄像装置同时曝光。
上述步骤a中，还包括步骤：
a1在影像采集装置安装前，根据各传感器检校的参数进行影像的畸变差改正，用以得到没有畸变差的影像。
上述步骤b中，在图像数据进行处理过程中，还包括预处理步骤：
b2将各CCD相机或摄像装置获取的影像序列进行匀光处理，用以得到色调均一、反差适中的影像序列，以便进行匹配和拼接；
b3将各CCD相机或摄像装置获取的环带状影像进行展开处理，用以得到平面展开影像，以便进行匹配和拼接；
b4将相邻的具有一定重叠度的影像进行影像匹配和拼接处理，将每个CCD相机或摄像装置获取的影像分别进行拼接获取一幅长影像，然后将多幅长影像再进行拼接用以获得一幅记载井筒全貌信息的展开大影像。
一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，包括：
竖井的提升系统，提升系统包括罐笼；
影像采集装置，包括若干台CCD相机或若干台摄像装置，或若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合，影像采集装置安装在罐笼上，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中拍摄竖井设施，用以获取影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；
用于获取罐笼工作深度位置的深度测量装置；
用于控制所有CCD相机和/或摄像装置同步曝光的主控单片机，主控单片机连接深度测量装置中的传感器，所有CCD相机和/或摄像装置均连接主控单片机；
用于将影像采集装置获取的影像数据进行存储的工控机，影像采集装置连接工控机；
供电电源，主控单片机、深度测量装置中的传感器和工控机连接供电电源；
用于影像数据处理的计算机，将工控机所存储的影像数据转储到计算机，由计算机对影像数据进行处理，并根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。
上述煤矿竖井井筒移动巡检设备，还包括用于满足影像采集装置感光要求的照明装置，照明装置连接供电电源，照明装置为矿用防爆矿灯，矿用防爆矿灯安装在罐笼的检修棚上。
上述深度测量装置中的传感器为接触式旋转编码器，深度测量装置包括摩擦轮，摩擦轮安装在罐笼上部，罐笼将摩擦轮顶压在罐道侧壁上，编码器安装在摩擦轮轴上，由摩擦轮带动编码器旋转。
上述主控单片机、工控机及供电电源集成在一个便携式工作箱内，便携式工作箱可固定安装在罐笼的上部，且位于罐笼的检修棚之下。
上述工控机配置有固态硬盘，在一次巡检工作终结时利用固态硬盘将工控机所存储的影像数据转储到计算机。
上述煤矿竖井井筒移动巡检设备还包括巡检人员能通过人工控制方式使影像采集装置在选定的深度位置上进入人工拍摄模式的手持控制设备，手持控制设备通过无线数传模块连接主控单片机。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明在不影响竖井提升系统正常运转状态下，就可以获取井壁、罐梁、灌道以及其它竖井设施的全貌信息，通过计算机对获取的影像数据进行分析，并能据此作出是否存在安全隐患的判断，用以检查或发现安全隐患，以便派遣井筒巡检人员及时而有针对性地对相关问题进行处理。其优点具体表现在于：
1）能够实现井筒巡检自动化和信息化；
2）能够较为全面检查井壁、罐道、罐梁以及其它竖井设施的状况；
3）对罐道和罐梁变形的检测精度比较高；
4）能够实现对矿井井筒的安全自动巡检工作，巡检人员只要负责维修和隐患清理等工作即可，可以缩短检查时间、减轻工作压力、以及提高作业效率；
5）能够长期积累检测数据，有助于通过对相关数据进一步分析，可以获得相当长的时期内井筒变形的相关信息。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步说明：
图1为本发明中煤矿竖井井筒移动巡检设备的一种实施方式的结构原理示意框图。
图2主要示出了图1方式中的罐笼部分。
图3示出了本发明中的一种影像采集装置平面布局示意图。
图4为图1方式的一种整体工作流程图。
图5为图1方式中的一种影像采集装置拍摄控制流程图。
图6为本发明中的一种影像数据处理流程图。
图7示出了本发明中的一种拍摄模式控制硬件部分的连接关系。
具体实施方式
参看图1、图2、图4、图5与图6，一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，包括如下步骤：
a竖井的提升系统提供载体，在提升系统的罐笼1上安装影像采集装置，影像采集装置包括若干台CCD相机2；当然上述影像采集装置还可以有其它多种选择，诸如或包括若干台摄像装置，或包括若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合。影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中拍摄竖井设施，用以获取影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设施；
b使用提升系统驱动罐笼向上或向下移动，由罐笼携带影像采集装置按设定的移动距离自动拍摄或人工控制拍摄，将所获取的图像数据进行处理，根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。
上述步骤b中，包括步骤：
b1巡检人员能通过无线遥控或有线控制方式使影像采集装置在选定的深度位置上进入人工拍摄模式，由人工直接控制影像采集装置拍摄。
上述步骤b中，在进行每一次自动拍摄或人工拍摄时，所有CCD相机同时曝光；或所有摄像装置同时曝光；或上述组合中所有CCD相机与摄像装置同时曝光。
上述步骤a中，还包括步骤：
a1在影像采集装置安装前，根据各传感器检校的参数进行影像的畸变差改正，用以得到没有畸变差的影像。
上述步骤b中，在图像数据进行处理过程中，还包括预处理步骤：
b2将各CCD相机或摄像装置获取的影像序列进行匀光处理，用以得到色调均一、反差适中的影像序列，以便进行匹配和拼接；
b3将各CCD相机或摄像装置获取的环带状影像进行展开处理，用以得到平面展开影像，以便进行匹配和拼接；
b4将相邻的具有一定重叠度的影像进行影像匹配和拼接处理，将每个CCD相机或摄像装置获取的影像分别进行拼接获取一幅长影像，然后将多幅长影像再进行拼接用以获得一幅记载井筒全貌信息的展开大影像。
结合图1至图7，一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，包括：
竖井的提升系统，提升系统包括罐笼1；
影像采集装置安装在罐笼上，如安装在罐笼的检修棚101上，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中拍摄竖井设施，用以获取影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；上述影像采集装置包括若干台CCD相机2；当然上述影像采集装置还可以有其它多种选择，诸如或包括若干台摄像装置，或包括若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合。
用于获取罐笼工作深度位置的深度测量装置；上述深度测量装置中的传感器为接触式旋转编码器3，深度测量装置包括摩擦轮，摩擦轮安装在罐笼上部，罐笼将摩擦轮顶压在罐道侧壁上，编码器安装在摩擦轮轴上，由摩擦轮带动编码器旋转。
用于控制所有CCD相机和/或摄像装置同步曝光的主控单片机4，主控单片机连接深度测量装置中的传感器，所有CCD相机和/或摄像装置均连接主控单片机；
用于将影像采集装置获取的影像数据进行存储的工控机5，影像采集装置均连接工控机；
供电电源6，主控单片机、深度测量装置中的传感器和工控机连接供电电源；
用于影像数据处理的计算机（未示出），将工控机所存储的影像数据转储到计算机，由计算机对影像数据进行处理，并根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。上述工控机可配置有固态硬盘，在一次巡检工作终结时利用固态硬盘将工控机所存储的影像数据转储到计算机。
上述煤矿竖井井筒移动巡检设备，还包括用于满足相机感光要求的照明装置7，照明装置连接供电电源，照明装置优选为矿用防爆矿灯，矿用防爆矿灯安装在罐笼的检修棚101上。
上述煤矿竖井井筒移动巡检设备，还包括巡检人员能通过人工控制方式使相机群在选定的深度位置上进入人工拍摄模式的手持控制设备9，手持控制设备通过无线数传模块连接主控单片机。
优选地，上述主控单片机、工控机及供电电源集成在一个便携式工作箱8内，便携式工作箱可固定安装在罐笼的上部，且位于罐笼的检修棚之下。
本发明的工作原理及流程可大致如下：
通过采用CCD相机或摄像装置等获取井筒内不同位置的具有一定重叠度的相邻影像。在获取井筒的影像后进行影像的预处理，主要包括以下内容：影像的畸变差改正，得到没有畸变差的影像；将多幅影像进行匀光处理，获取色调均一、反差适中的影像；将同一台相机等获取的影像进行拼接获取一幅长影像，然后将多个长影像拼接成一幅完整的展开的大影像。根据获取的井筒展开图，运用影像特征提取技术，提取需要监测的井壁裂缝、混凝土剥落、井壁水垢等纹理特征，并在井筒影像上准确的标示出来；运用图像变化检测技术，在图像上标示出变化的区域。
对于井筒中的某些特殊设施，如罐道，则采用交向立体摄影测量原理，获取某一深度位置罐道在水平方向上的坐标信息。
1）在启动设备后，首先接收来自编码器测定的深度位置信息，从而根据定距（同等深度变化）输出曝光信号，或接收来自巡检人员给出的对选定兴趣深度位置拍摄的人工主动曝光信号；
2）通过主控单片机，将接收到的一次曝光信号，转化为输出给影像采集装置的多路高精度同步曝光信号；
3）各CCD相机和/或摄像装置在接收到曝光信号后，进行拍摄以获取相应的观测影像数据，并输出存储到位于便携式工作箱内的工控计算机中；
4）在完成整个井筒的观测任务后，通过固态硬盘将获取数据转储到装有影像处理分析系统的计算机中，对其进行处理；
5）通过对比分析不同阶段的观测数据，对井筒内井壁、罐道、罐梁等设备是否出现安全隐患作出判断，输出判断结果给巡检人员。
上述方式中未述及的技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样的或那样的变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于包括如下步骤：
a竖井提升系统提供载体，在提升系统的罐笼上安装影像采集装置，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中采集竖井设施的影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；
b使用提升系统驱动罐笼向上或向下移动，由罐笼携带影像采集装置按设定的移动距离自动拍摄或人工控制拍摄，将所获取的图像数据进行处理，根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于，所述步骤a中，
影像采集装置包括若干台CCD相机或若干台摄像装置，或若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于：所述步骤b中，包括步骤：
b1巡检人员能通过无线遥控或有线控制方式使影像采集装置在选定的深度位置上进入人工拍摄模式，由人工直接控制影像采集装置拍摄。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于：所述步骤b中，在进行每一次自动拍摄或人工拍摄时，所有CCD相机和/或所有摄像装置同时曝光。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于：所述步骤a中，还包括步骤：
a1在影像采集装置安装前，根据各传感器检校的参数进行影像的畸变差改正，用以得到没有畸变差的影像。
6.根据权利要求2所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检方法，其特征在于：所述步骤b中，在影像数据进行处理过程中，还包括预处理步骤：
b2将各CCD相机或摄像装置获取的影像序列进行匀光处理，用以得到色调均一、反差适中的影像序列，以便进行匹配和拼接；
b3将各CCD相机或摄像装置获取的环带状影像进行展开处理，用以得到平面展开影像，以便进行匹配和拼接；
b4将相邻的具有一定重叠度的影像进行影像匹配和拼接处理，将每个CCD相机或摄像装置获取的影像分别进行拼接获取一幅长影像，然后将多幅长影像再进行拼接用以获得一幅记载井筒全貌信息的展开大影像。
7.一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，其特征在于包括：
竖井的提升系统，提升系统包括罐笼；
影像采集装置，包括若干台CCD相机或若干台摄像装置，或若干台CCD相机与若干台摄像装置的组合，影像采集装置安装在罐笼上，影像采集装置用于在随罐笼向上或向下移动中拍摄竖井设施，用以获取影像数据，竖井设施包括井壁、罐梁、罐道及其它设备；
用于获取罐笼工作深度位置的深度测量装置；
用于控制所有CCD相机和/或摄像装置同步曝光的主控单片机，主控单片机连接深度测量装置中的传感器，所有CCD相机和/或摄像装置均连接主控单片机；
用于将影像采集装置获取的影像数据进行存储的工控机，影像采集装置连接工控机；
供电电源，主控单片机、深度测量装置中的传感器和工控机连接供电电源；
用于影像数据处理的计算机，将工控机所存储的影像数据转储到计算机，由计算机对影像数据进行处理，并根据处理结果判断井筒内是否存在安全隐患。
8.根据权利要求7所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，其特征在于：所述煤矿竖井井筒移动巡检设备，还包括用于满足影像采集装置感光要求的照明装置，照明装置连接供电电源，照明装置为矿用防爆矿灯，矿用防爆矿灯安装在罐笼的检修棚上。
9.根据权利要求7所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，其特征在于：所述深度测量装置中的传感器为接触式旋转编码器，深度测量装置包括摩擦轮，摩擦轮安装在罐笼上部，罐笼将摩擦轮顶压在罐道侧壁上，编码器安装在摩擦轮轴上，由摩擦轮带动编码器旋转。
10.根据权利要求7所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，其特征在于：所述主控单片机、工控机及供电电源集成在一个便携式工作箱内，便携式工作箱可固定安装在罐笼的上部，且位于罐笼的检修棚之下。
11.根据权利要求7所述的一种煤矿竖井井筒移动巡检设备，其特征在于：所述工控机配置有固态硬盘，在一次巡检工作终结时利用固态硬盘将工控机所存储的影像数据转储到计算机；所述煤矿竖井井筒移动巡检设备还包括巡检人员能通过人工控制方式使影像采集装置在选定的深度位置上进入人工拍摄模式的手持控制设备，手持控制设备通过无线数传模块连接主控单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120919 |