CN104159069A - 井下作业视频监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下作业视频监控系统，包括：标识源，设置在于矿井中作业的作业车的外表面上；摄像机，设置在所述矿井的非空顶区域，用于采集所述作业车的掘进工作面的视频图像；以及监控装置，位于地面，通过无线或有线网络接收所述摄像机采集到的视频图像，并基于所述标识源在所述视频图像上的成像以及预定的所述作业车的最大允许行进距离判断所述作业车是否超循环作业。本发明提供的井下作业视频监控装置能够及时对井下的安全隐患做出预警，有效防范安全事故的发生。

Description

井下作业视频监控系统

技术领域

本发明涉及井下作业安全领域，尤其涉及一种能够对井下存在的安全隐患做出预警的井下作业视频监控系统。

背景技术

近年来，视频监控系统作为井下作业安全管控的辅助手段，正逐步应用于例如煤矿开采等的各种井下作业，以期有效减少安全事故的发生率。

例如，中国实用新型专利CN102291575A公开了一种智能化综采工作面视频监控系统，包括：摄像机，位于工作面液压支架顶梁上，摄像机镜头方向与工作面方向形成四十度左右的成像角度，摄像机用于获得综采工作面实时画面的视频信号；地面监控中心，通过以太网接收摄像机的视频信号；显示系统，能够显示摄像机的视频信号，以使地面工作人员实时监控综采工作面的状况。

然而，现有针对井下作业安全的视频监控系统，几乎都如上述专利一样只是对监控点的图像进行实时上传以供监控人员查看，而不能对安全隐患做任何预先判断和告警，因而存在一定局限性，不能满足安全管理需求。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何使得井下作业视频监控系统能够预先判断出井下存在的安全隐患。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种井下作业视频监控系统，包括：

标识源，设置在于矿井中作业的作业车的外表面上；

摄像机，设置在所述矿井的非空顶区域，用于采集所述作业车的掘进工作面的视频图像；以及

监控装置，位于地面，通过无线或有线网络接收所述摄像机采集到的视频图像，并基于所述标识源在所述视频图像上的成像以及预定的所述作业车的最大允许行进距离判断所述作业车是否超循环作业。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述监控装置包括：

第一计算部，用于根据所述最大允许行进距离计算所述标识源在所述摄像机的成像平面中的投射点位置，作为所述标识源的警戒投射点；以及

第一预警部，用于判断所述标识源在所述成像平面上的成像是否超出所述警戒投射点，并在判断为是的情况下生成表示所述作业车在超循环作业的预警信息。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述第一计算部根据以下公式计算所述投射点位置：

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$

其中，H表示所述摄像机的安装高度，h表示所述作业车的高度，β表示所述摄像机的可视范围角的一半，γ表示所述摄像机所在的重力垂直线与相距最近的所述摄像机的可视范围线的夹角，y1表示所述标识源在所述摄像机成像平面中的投射点位置，y2表示所述摄像机成像平面的长度的一半，x表示所述作业车的最大允许行进距离。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述监控装置包括：

第二计算部，用于根据所述标识源在所述成像平面上的成像计算所述作业车相对于所述摄像机的水平距离，作为所述作业车的实际行进距离；以及

第二预警部，用于判断所述实际行进距离是否超出所述最大允许行进距离，并在判断为是的情况下生成表示所述作业车在超循环作业的预警信息。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述第二计算部根据以下公式计算所述水平距离：

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$

其中，H表示所述摄像机的安装高度，h表示所述作业车的高度，β表示所述摄像机的可视范围角的一半，γ表示所述摄像机所在的重力垂直线与相距最近的所述摄像机的可视范围线的夹角，y1表示所述标识源在所述摄像机成像平面上的投射点位置，y2表示所述摄像机成像平面的长度的一半，x表示所述作业车相对于所述摄像机的水平距离。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述标识源为信号灯。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述信号灯设置在所述作业车的车尾。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述摄像机通过支架设置在所述矿井的第一锚杆上。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，还包括视频参照物，所述视频参照物设置在所述摄像机的成像平面中并且比所述第一锚杆更接近所述矿井的空顶区域的位置处。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，所述视频参照物为所述矿井的第二锚杆上的反光区域，所述第二锚杆比所述第一锚杆更接近所述矿井的空顶区域。

对于上述井下作业视频监控系统，在一种可能的实现方式中，还包括显示装置，所述显示装置位于地面并且与所述监控装置连接，用于显示所述视频图像。

有益效果

根据本发明实施例的井下作业视频监控系统，通过在矿井下设置摄像机采集作业车掘进工作面的视频图像，地上设置监控装置根据标识源在视频图像上的成像及预定的作业车最大允许行进距离，能够判断出作业车是否超循环作业，从而及时对井下的安全隐患做出预警，有效防范安全事故的发生。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出根据本发明一实施例的井下作业视频监控系统的结构示意图；

图2示出根据本发明一实施例的摄像机成像示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1示出根据本发明一实施例的井下作业视频监控系统的结构示意图。如图1所示，该预警系统主要包括：标识源、摄像机2以及监控装置3。

其中，标识源为设置在于矿井中作业的作业车4的外表面上的信号灯1，可以设置在车身外表面的任意位置，本实施例优选地，将信号灯1设置在作业车4的尾部表面上，距离车头8m处的位置，在作业车4的作业过程中保持信号灯1常开。本实施例中，该作业车4可以为连续采煤机，也可以为于矿井中作业的其它作业车或工程车。

摄像机2位于井下，设置在矿井的非空顶区域，用于采集井下作业车4的掘进工作面的视频图像。优选地，摄像机2通过支架安装在非空顶区域，距空顶区域最近的第一锚杆61上，以保证摄像机2位于非空顶区域，当然也可以安装于第二锚杆62上等。然后摄像机2拍摄的视频图像可以通过有线或无线网络传输给监控装置3，该网络可以为工业环网。如果采用无线传输，摄像机2可以为无线摄像机。

监控装置3，优选位于地面上，用于接收摄像机2采集到的视频图像，并基于信号灯1在摄像机2的成像平面上的成像以及预定的作业车4的最大允许行进距离判断作业车4是否超循环作业。

如图2所示，A点表示摄像机2所在的位置，BC表示摄像机2的成像平面，AB、AC表示摄像机2的可视范围线，AB、AC与地面所限定的范围表示摄像机2的可视范围，AD表示摄像机2到成像平面BC的中垂线，E表示信号灯1在成像平面BC中的投射点。

在一种可能的实现方式中，监控装置3可以根据信号灯1在成像平面BC上的成像是否超出预设的警戒投射点来判断作业车4是否超循环作业。

由此，监控装置3可以包括第一计算部和第一预警部。第一计算部用于根据作业车4的最大允许行进距离计算信号灯在摄像机2的成像平面BC中的投射点位置，并将该投射点位置作为信号灯1的警戒投射点。第一预警部用于判断信号灯1在摄像机2的成像平面BC上的成像是否超出第一计算部设置的警戒投射点，如果判断为是，则生成表示作业车4在超循环作业的预警信息。

具体地，第一计算部基于式(1)来计算信号灯1在摄像机2的成像平面BC的投射点位置。

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$       式(1)

结合图2所示，上述公式中，y1表示信号灯1在摄像机2成像平面BC上的投射点位置，y2表示摄像机2投射面的中心位置D到成像平面BC的两个端点B或C的距离，x表示预先定义的作业车4的最大允许行进距离，H表示摄像机2的安装高度，h表示作业车4的高度，β表示摄像机2的可视范围角的一半，γ表示摄像机2所在的重力垂直线与摄像机2的可视范围线AB的夹角。由此，将已知量H、h、x、β以及γ代入到式(1)中，能够求出y1，从而设定出警戒投射点的位置。

在另一种可能的实现方式中，监控装置3还可以根据作业车4的实际行进距离是否超出预设的最大允许行进距离来判断作业车4是否超循环作业。

由此，监控装置3可以包括第二计算部和第二预警部。第二计算部用于根据信号灯1在成像平面BC上的成像计算作业车4相对于摄像机2的水平距离，并将该水平距离作为作业车4的实际行进距离。第二预警部，用于判断作业车4的实际行进距离是否超出预设的最大允许行进距离，如果判断为是，则生成表示作业车4在超循环作业的预警信息。

第二计算部具体根据式(2)计算作业车4相对于摄像机2的水平距离，

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$     式(2)

其中，H表示摄像机2的安装高度，h表示作业车4的高度，β表示摄像机2的可视范围角的一半，γ表示摄像机2所在的重力垂直线与相距最近的摄像机2的可视范围线的夹角，y1表示信号灯1在摄像机2的成像平面BC上的投射点位置，y2表示摄像机2的成像平面BC的长度的一半，x表示作业车4相对于摄像机2的水平距离。由此，将已知量H、h、y1、β以及γ代入到式(2)中，能够求出x，即作业车4的实际行进距离。

实际应用中，信号灯1作为标识源，可以看作与摄像机2处于同一平面中，上述式(1)、(2)的参数可以如下设置，将摄像机2架设在高度为2.8米的位置上，即H＝2.8m；令摄像机2可视范围角为60°，即∠β＝30°；令摄像机2的可视范围线AB与其重力垂直线的夹角为15°，即∠γ＝15°，作业车4的高度h也是已知量，y2也可以通过计算得出。对于剩下的两个未知量y1和x，只要将任意一个设置为固定量都可以求出另一个量。因此，本发明中的监控装置3可以采用两种方式来判断作业车4是否超循环作业。

进一步地，还可以在摄像机2的成像平面中设置视频参照物，该视频参照物比摄像机2的安装位置更接近于矿井的空顶区域。

例如，可以在非空顶区域中的第一锚杆61与第二锚杆62之间设置视频参照物，用于指示设置摄像机2的位置为非空顶，该视频参照物可以为涂有或贴有反光材料、或由反光材料制成的指示杆，还可以直接在至少部分第一锚杆61上涂上或贴上反光材料，以此作为视频参照物。

优选地，该井下作业视频监控系统还包括位于地上的显示装置5，显示装置5与监控装置3连接，用于显示摄像机2拍摄到的视频图像，还可以显示第一预警部或第二预警部做出的预警信息。

本发明实施例提供的井下作业视频监控系统，通过根据标识源在摄像机成像平面上的成像及设定的作业车的最大允许行进距离能够判断出作业车是否超循环作业，并及时给出预警信息，以提示井下工作人员及时对危险隐患进行检查和采取措施。本实施例能够有效地对矿井下存在的安全隐患做出预先判断和告警，及时防范安全事故的发生。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种井下作业视频监控系统，其特征在于，包括：

标识源，设置在于矿井中作业的作业车的外表面上；

摄像机，设置在所述矿井的非空顶区域，用于采集所述作业车的掘进工作面的视频图像；以及

监控装置，位于地面，通过无线或有线网络接收所述摄像机采集到的视频图像，并基于所述标识源在所述视频图像上的成像以及预定的所述作业车的最大允许行进距离判断所述作业车是否超循环作业。

2.根据权利要求1所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述监控装置包括：

第一计算部，用于根据所述最大允许行进距离计算所述标识源在所述摄像机的成像平面中的投射点位置，作为所述标识源的警戒投射点；以及

第一预警部，用于判断所述标识源在所述成像平面上的成像是否超出所述警戒投射点，并在判断为是的情况下生成表示所述作业车在超循环作业的预警信息。

3.根据权利要求2所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述第一计算部根据以下公式计算所述投射点位置：

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$

其中，H表示所述摄像机的安装高度，h表示所述作业车的高度，β表示所述摄像机的可视范围角的一半，γ表示所述摄像机所在的重力垂直线与相距最近的所述摄像机的可视范围线的夹角，y1表示所述标识源在所述摄像机成像平面中的投射点位置，y2表示所述摄像机成像平面的长度的一半，x表示所述作业车的最大允许行进距离。

4.根据权利要求1所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述监控装置包括：

第二计算部，用于根据所述标识源在所述成像平面上的成像计算所述作业车相对于所述摄像机的水平距离，作为所述作业车的实际行进距离；以及

第二预警部，用于判断所述实际行进距离是否超出所述最大允许行进距离，并在判断为是的情况下生成表示所述作业车在超循环作业的预警信息。

5.根据权利要求4所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述第二计算部根据以下公式计算所述水平距离：

$y1=y2*[1-\frac{\tan [{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{H-h}\right)-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ}]}{\tan \mathrm{\β}}]$

其中，H表示所述摄像机的安装高度，h表示所述作业车的高度，β表示所述摄像机的可视范围角的一半，γ表示所述摄像机所在的重力垂直线与相距最近的所述摄像机的可视范围线的夹角，y1表示所述标识源在所述摄像机成像平面上的投射点位置，y2表示所述摄像机成像平面的长度的一半，x表示所述作业车相对于所述摄像机的水平距离。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述标识源为信号灯。

7.根据权利要求6所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述信号灯设置在所述作业车的车尾。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述摄像机通过支架设置在所述矿井的第一锚杆上。

9.根据权利要求8所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，还包括视频参照物，所述视频参照物设置在所述摄像机的成像平面中并且比所述第一锚杆更接近所述矿井的空顶区域的位置处。

10.根据权利要求9所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，所述视频参照物为所述矿井的第二锚杆上的反光区域，所述第二锚杆比所述第一锚杆更接近所述矿井的空顶区域。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的井下作业视频监控系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置位于地面并且与所述监控装置连接，用于显示所述视频图像。