CN104239401A - 基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法 - Google Patents

Abstract

一种基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法，属于煤炭矿井下的设备检测方法。约减方法：在规则集数据库中标记设备在规则集的位置信息；第一步：设计设备表、设备检查表、安全规则关联表和安全规则表；第二步：对矿井巷道人员进行图像定位；第三步：下载人员附近半径为R的区域内设备的安全规则集；定位方法：(1)待定位的目标Target位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之内；(2)待定位的目标Target位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之外；3个WMSN信标节点的摄像控件均采用相关参数规格，则3个WMSN信标节点获得目标的成像尺度信息在相同焦距的情况下，物体成像大小与距离成反比。在手持端不需要下载所有设备的安全规则集，提高了检测工作的效率。

Description

基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法

技术领域

本发明涉及一种煤炭矿井下的设备检测方法，特别是一种基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法。 

背景技术

在如今，技术人员在矿井持手持设备对矿井下安装的设备进行检测时，需要提前将所有的规则集下载。当行走到需要检测设备时，通过对比规则集中的数据来检测设备的运行状态。但是现在规则集都是以数据库的形式存储，在手持端没有对其进行约减，全部下载下来的储存在设备中，对手持端的检索数据集造成非常大的压力，安全检测的效率低。目前缺少一种有效的约减方法来提高检测的效率。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法，将设备检测员在矿井巷道中定位，然后只将人员位置附近的设备下载到手持端，实现安全规则集进行约减，减少手持端检索数据集的压力。 

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该安全规则集约减方法包括，约减方法和矿井巷道人员图像定位方法；所述的约减方法有以下步骤： 

在规则集数据库中添加巷道坐标字段，标记该设备在规则集的位置信息； 

第一步：设计设备表、设备关联表、设备检查表、安全规则关联表和安全规则表； 

设备表和设备关联表，设备检查表和安全规则关联表都以设备表设备唯一标识ID为外键约束，安全规则关联表和安全规则表有以安全规则集的唯一标识ID为外键约束； 

其中： 

设备表包含：设备唯一编号、位置信息和设备名称； 

设备关联表包含：设备唯一编号、临近设备的设备唯一编号； 

设备检查表包含：设备唯一编号、最后设备安全检测时间、设备故障信息和设备检查操作员姓名； 

安全规则关联表包含：设备唯一编号和安全规则集编号； 

安全规则表包含：安全规则集编号和安全规则； 

第二步：对矿井巷道人员进行图像定位； 

从无线多媒体传感器网络节点中获得目标的图像信息，对其进行信息处理获得目标尺度信息，从而反演出相机到目标的距离比例，再根据三边测量法计算目标的位置； 

第三步：下载人员附近半径为R的区域内设备的安全规则集； 

设定一个半径R，通过第二步计算出的人员位子，使用距离坐标方法，确定以人员位置为圆心，R为半径覆盖区域，通过覆盖设备发现算法，在该覆盖区域里面的所有设备的安全规则集都下载到设备检测员的手持端；实现安全规则集的约减； 

所述的矿井巷道人员图像定位方法有以下步骤： 

在目标定位分为两种情况： 

(1)待定位的目标位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之内；其中：d为目标成像大小，r为目标与相机之间的距离，D为相机之间的距离，a为目标与相机之间的夹角； 

(2)待定位的目标位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之外；其中的参数意义同上； 

对于以上两种情况，目标与3个WMSN节点摄像控件的连线所构成的3个角度之和均为360°； 

3个WMSN信标节点摄像控件均采用相关参数规格，则3个WMSN信标节点获得目标的成像尺度信息在相同焦距的情况下，物体成像大小与距离成反比； 

其中，f为WMSN信标节点摄像控件的焦距，为简化WMSN节点的硬件复杂度，焦距f常设定为常量；h为目标的实际物理尺度，一个具体确定的目标，在短时摄像过程中的尺度往往是保持不变的，因此也是一个常量；r1和r2是目标的距离WMSN节点摄像控件的两个距离；d1和d2是目标在r1和r2的距离下在WMSN节点摄像控件中的成像尺度； 

有以下关系成立： 

$\left\{\begin{array}{c}\frac{h}{r_1}=\frac{d_1}{f}\\ \frac{h}{r_2}=\frac{d_2}{f}\end{array}\right.---\left(1.1\right)$

有以下关系成立： 

$\frac{r_2}{r_1}=\frac{d_1}{d_2}---\left(1.2\right)$

即： 

$r_2=\left(\frac{d_1}{d_2}\right)\×r_1---\left(1.3\right)$

同样可以得到关系： 

$r_3=\left(\frac{d_1}{d_3}\right)\×r_1---\left(1.4\right)$

WMSN信标节点摄像控件和目标的关系，由三角函数可知： 

$\cos \left(a_1\right)=\frac{{r_1}^2+{r_2}^2-{D_1}^2}{2\×r_1\×r_2}---\left(1.5\right)$

$\cos \left(a_2\right)=\frac{{r_2}^2+{r_3}^2-{D_2}^2}{2\×r_2\×r_3}---\left(1.6\right)$

$\cos \left(a_3\right)=\frac{{r_3}^2+{r_1}^2-{D_3}^2}{2\×r_3\×r_1}---\left(1.7\right)$

a₁+a₂+a₃＝2×π  (1.8) 

其中，目标的成像尺度d1，d2，d3，可以根据对监控图像的分析而得到，3个WMSN信标节点摄像控件之间的距离D1，D2，D3，可以根据它们的布置情况直接测量得到，因此这六个变量为已知量；目标与WMSN信标节点摄像控件之间构成的3个夹角a1，a2，a3均是未知量，但是它们满足关系式(1.8)，目标与WMSN信标节点摄像控件之间的距离r1，r2和r3是待测量的未知数，因此，对于这6个未知数，可以由式(1.3)，(1.4)，(1.5)，(1.6)，(1.7)和(1.8)构成的方程组解得； 

解出的位置坐标作为圆心，设定一个半径R，计算出该圆的覆盖范围，在该范围内的所有设备的安全规则集都下载到手持设备端。 

有益效果，由于采用了上述方案，在手持端不需要下载井下所有的设备的安全规则集，仅下载设备检测员当前位置附近设备的安全规则集，大大的提高了检测工作的效率；按照人员图像定位方法对安全规则集进行约减，当检测人员到巷道1，手持端将会接收到附近多媒体传感器网络发来的位置信息将附近(半径R内)的设备的安全规则集下载到手持设备端，大大的提高了检测工作的效率。 

附图说明：

图1为本发明数据库表关系设计图。 

图2为本发明目标在三角形之内。 

图3为本发明目标在三角形之外。 

图4为本发明目标成像尺度与成像距离关系。 

图5为本发明人员和设备距离关系示意图。 

图中，1、第1巷道；2、第2巷道；3、距离半径R；4、第4巷道；5、第5巷道。 

具体实施方式：

实施例1：该安全规则集约减方法包括，约减方法和矿井巷道人员图像定位方法；所述的约减方法有以下步骤： 

第一步：设计设备表、设备关联表、设备检查表、安全规则关联表和安全规则表； 

具体设计方法如下： 

表1： 

设备表
	101.ID
102.Location
	103.Equpment_name
104.Equip_time
	…

表2： 

设备关联表
	201.ID
202.Relate_equipment_ID
	…

表3： 

设备检查表
	301.ID
302.Last_check_time
	303.err_info
304.operator
	…

表4： 

安全规则关联表
	401.ID
402.safe_rule_ID
	…

表5： 

安全规则表
	501.ID
502.Safe_rule_1
	503.safe_rule_2
…

表之间的关联关系如下图1所示：表1和表2，表1和表3都是以设备的唯一标识(ID)做为外键约束，而表3和表4则是以安全规则集的唯一标识(ID)作外键约束； 

设备表即表1包含101.设备唯一编号，102.位置信息，103.设备名称； 

设备关联表即表2包含201.设备唯一编号，202.临近设备唯一编号； 

设备检查表即表3包含301.设备唯一编号，302.最后设备安全检测时间，303.设备故障信息，304.设备检查操作员姓名； 

安全规则关联表即将表4包含401.设备唯一编号，402.安全规则集编号； 

安全规则表即表5包含501.安全规则集编号，502.安全规则1； 

第二步：对矿井巷道人员进行图像定位； 

从无线多媒体传感器网络节点中获得目标的图像信息，对其进行信息处理获得目标尺度信息，从而反演出相机到目标的距离比例，再根据三边测量法计算目标的位置；所述的无线多媒体传感器网络的英文缩写为WMSN； 

第三步：下载人员附近半径为R的区域内设备的安全规则集； 

设定一个半径R，通过第二步计算出的人员位子，使用距离坐标方法，确定以人员位 置为圆心，R为半径覆盖区域，在该覆盖区域里面的所有设备的安全规则集都下载到设备检测员的手持端；实现安全规则集的约减； 

所述的矿井巷道人员图像定位方法： 

在目标定位分为两种情况： 

(1)待定位的目标位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之内；其中：d为目标成像大小，r为目标与相机之间的距离，D为相机之间的距离，a为目标与相机之间的夹角；所述的摄像控件的英文表达为Camera；所述的目标的英文表达为Target 

(2)待定位的目标Target位于三个WMSN节点Camera所构成的三角形之外；其中的参数意义同上； 

对于以上两种情况，目标Target与3个WMSN节点Camera的连线所构成的3个角度之和均为360°； 

3个WMSN信标节点摄像控件均采用相关参数规格，则3个WMSN信标节点获得目标的成像尺度信息在相同焦距的情况下，物体成像大小与距离成反比； 

其中，f为WMSN信标节点摄像控件的焦距，为简化WMSN节点的硬件复杂度，焦距f常设定为常量；h为目标的实际物理尺度，一个具体确定的目标，在短时摄像过程中的尺度往往是保持不变的，因此也是一个常量；r1和r2是目标Target的距离WMSN节点摄像控件的两个距离；d1和d2是目标Target在r1和r2的距离下在WMSN节点摄像控件中的成像尺度； 

有以下关系成立： 

$\left\{\begin{array}{c}\frac{h}{r_1}=\frac{d_1}{f}\\ \frac{h}{r_2}=\frac{d_2}{f}\end{array}\right.---\left(1.1\right)$

有以下关系成立： 

$\frac{r_2}{r_1}=\frac{d_1}{d_2}---\left(1.2\right)$

即： 

$r_2=\left(\frac{d_1}{d_2}\right)\×r_1---\left(1.3\right)$

同样可以得到关系： 

$r_3=\left(\frac{d_1}{d_3}\right)\×r_1---\left(1.4\right)$

WMSN信标节点摄像控件和目标的关系，由三角函数可知： 

$\cos \left(a_1\right)=\frac{{r_1}^2+{r_2}^2-{D_1}^2}{2\×r_1\×r_2}---\left(1.5\right)$

$\cos \left(a_2\right)=\frac{{r_2}^2+{r_3}^2-{D_2}^2}{2\×r_2\×r_3}---\left(1.6\right)$

$\cos \left(a_3\right)=\frac{{r_3}^2+{r_1}^2-{D_3}^2}{2\×r_3\×r_1}---\left(1.7\right)$

a₁+a₂+a₃＝2×π  (1.8) 

其中，目标的成像尺度d1，d2，d3，可以根据对监控图像的分析而得到，3个WMSN信标节点摄像控件相机之间的距离D1，D2，D3，可以根据它们的布置情况直接测量得到，因此这六个变量为已知量；目标与WMSN信标节点摄像控件之间构成的3个夹角a1，a2，a3均是未知量，但是它们满足关系式(1.8)，目标与WMSN信标节点摄像控件之间的距离r1，r2和r3是待测量的未知数，因此，对于这6个未知数，可以由式(1.3)，(1.4)，(1.5)，(1.6)，(1.7)和(1.8)构成的方程组解得； 

解出的位置坐标作为圆心，设定一个半径R，计算出该圆的覆盖范围，在该范围内的所有设备的安全规则集都下载到手持设备端。 

本发明的关键发明点为： 

1，矿井巷道人员图像定位方法。 

2，安全规则集数据库按照巷道信息进行设计。 

3，基于巷道人员图像定位的安全规则集约减方法。 

4，覆盖设备发现算法。 

Claims (1)

1.一种基于矿井巷道人员图像定位的安全规则集约简方法，其特征是：该安全规则集约减方法包括，约减方法和矿井巷道人员图像定位方法；所述的约减方法有以下步骤：

在规则集数据库中添加巷道坐标字段，标记该设备在规则集的位置信息；

第一步：设计设备表、设备关联表、设备检查表、安全规则关联表和安全规则表；

设备表和设备关联表，设备检查表和安全规则关联表都以设备表设备唯一标识ID为外键约束，安全规则关联表和安全规则表以安全规则集的唯一标识ID为外键约束；

其中：

设备表包含：设备唯一编号、位置信息和设备名称；

设备关联表包含：设备唯一编号、临近设备的设备唯一编号；

设备检查表包含：设备唯一编号、最后设备安全检测时间、设备故障信息和设备检查操作员姓名；

安全规则关联表包含：设备唯一编号和安全规则集编号；

安全规则表包含：安全规则集编号和安全规则；

第二步：对矿井巷道人员进行图像定位；

从WMSN节点中获得目标的图像信息，对其进行信息处理获得目标尺度信息，从而反演出相机到目标的距离比例，再根据三边测量法计算目标的位置；

所述的矿井巷道人员图像定位方法：

在目标定位分为两种情况：

(1)待定位的目标位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之内；其中：d为目标成像大小，r为目标与相机之间的距离，D为相机之间的距离，a为目标与相机之间的夹角；

(2)待定位的目标位于三个WMSN节点摄像控件所构成的三角形之外；其中的参数意义同上；

对于以上两种情况，目标与3个WMSN节点摄像控件的连线所构成的3个角度之和均为360°；

3个WMSN信标节点摄像控件均采用相关参数规格，则3个WMSN信标节点获得目标的成像尺度信息在相同焦距的情况下，物体成像大小与距离成反比；

其中，f为WMSN信标节点摄像控件的焦距，为简化WMSN节点的硬件复杂度，焦距f常设定为常量；h为目标的实际物理尺度，一个具体确定的目标，在短时摄像过程中的尺度往往是保持不变的，因此也是一个常量；r1和r2是目标Target的距离WMSN节点摄像控件的两个距离；d1和d2是目标Target在r1和r2的距离下在WMSN节点摄像控件中的成像尺度；

有以下关系成立：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{h}{r_1}=\frac{d_1}{f}\\ \frac{h}{r_2}=\frac{d_2}{f}\end{array}\right.---\left(1.1\right)$

有以下关系成立：

$\frac{r_2}{r_1}=\frac{d_1}{d_2}---\left(1.2\right)$

即：

$r_2=\left(\frac{d_1}{d_2}\right)\×r_1---\left(1.3\right)$

同样可以得到关系：

$r_3=\left(\frac{d_1}{d_3}\right)\×r_1---\left(1.4\right)$

WMSN信标节点摄像控件和目标的关系，由三角函数可知：

$\cos \left(a_1\right)=\frac{{r_1}^2+{r_2}^2-{D_1}^2}{2\×r_1\×r_2}---\left(1.5\right)$

$\cos \left(a_2\right)=\frac{{r_2}^2+{r_3}^2-{D_2}^2}{2\×r_2\×r_2}---\left(1.6\right)$

$\cos \left(a_3\right)=\frac{{r_3}^2+{r_1}^2-{D_3}^2}{2\×r_3\×r_1}---\left(1.7\right)$

a₁+a₂+a₃＝2×π  (1.8)

其中，目标的成像尺度d1，d2，d3，可以根据对监控图像的分析而得到，3个WMSN信标节点摄像控件之间的距离D1，D2，D3，可以根据它们的布置情况直接测量得到，因此这六个变量为已知量；目标与WMSN信标节点摄像控件之间构成的3个夹角a1，a2，a3均是未知量，但是它们满足关系式(1.8)，目标与WMSN信标节点摄像控件之间的距离r1，r2和r3是待测量的未知数，因此，对于这6个未知数，可以由式(1.3)，(1.4)，(1.5)，(1.6)，(1.7)和(1.8)构成的方程组解得；

覆盖设备发现算法：

解出的位置坐标作为圆心，设定一个半径R，计算出该圆的覆盖范围。

第一步：遍历设备关联表，逐个计算临近设备的是否包含在覆盖范围内，如果设备覆盖在R半径的范围内，则进行第二步，如果没有则第三步。

第二步：以覆盖的设备ID查找设备关联表，重复第一步。

第三步：则算法停止，覆盖的设备确定。确定被覆盖所有设备的安全规则集都下载到手持设备端。