CN105338308B - 一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法 - Google Patents

Abstract

一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，包括以下步骤：(1)确定采煤机和飞行器位置；(2)采煤机上电，飞行器就位；(3)飞行器监测采煤机和邻接煤壁的工况，并传输至计算机显示；(4)当采煤机停机后，计算机发送返回命令。本发明把无人机的自动跟踪技术应用到煤矿工作面，用无人机替代人工，解决工作面采煤机无人化监控的问题；用少量的摄像头代替传统工作面大量的摄像头，节约成本，节省线缆，避免了密集布线；使用设备少，减少了潜在的故障点；无人机跟随拍摄，距离、角度可调，比传统摄像头方式拍摄的画面更清晰，灵活度更高，且画面连续，无需切换；可实现由控制器控制的无人机休眠模式，节省电量，续航时间更长。

Description

一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法

技术领域

本发明涉及一种无人机视频感知方法，尤其涉及一种用于跟踪煤矿井下采煤机的无人机视频感知方法。

背景技术

采煤机是综采工作面最重要的设备之一，其正常运行是整个综采工作面完成采掘作业的基础，因此，对采煤机的监测是煤矿井下综采工作面的一项重要任务。综采工作面采煤机滚筒及周边顶底板的状况过去一直是由人工目测，然后根据实际情况调整采煤机滚筒，费事费力，精确度差，同时也非常的不安全。

随着综采技术的不断进步，煤矿井下引入了摄像头技术，既在工作面的支架上每隔n架安装一个摄像头，经过视频拼接技术可观察采煤机的运行情况和顶底板的情况，摄像头安装在顶梁下，朝向煤壁，带或者不带云台的摄像头把摄到的实时数据通过光纤传回顺槽主控计算机。但这种摄像头监控方式安装成本高，同时需要根据采煤机的位置主视频进行切换，当滚筒落在2个摄像头中间时易产生盲点，影响了监控效果。

在其他监控领域，如CN103869819A、CN104536456A等，公开了使用四旋翼无人机进行路桥、输送机、电力线路等的监控。但其仅能监测一个目标，且目标无运动或者运动方式单一，对无人机的移动的校准方式没有严格的要求，无法用于井下恶劣的环境，也无法对运动方式复杂、监测目标众多的采煤机进行有效的监控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，包括以下步骤：(1)选定工作面起点位置为原点(X，Y，Z)，采煤机上电，根据采煤机红外发射器的位置，通过固定参数计算出4个飞行器A1(x1，y1，z1)，A2(x2，y2，z2)，A3(x3，y3，z3)，A4(x1，y1，z1)的相对坐标，把数据传到工作面的路由器，由端头无线路由发送数据，当飞行器的控制器收到数据后，根据自身的ID号，唤醒飞行器，存储位置信号，并进行回复，计算机接收回复信号并校验，校验无误等待计算机发送启动命令；

(2)系统集成计算机发送启动命令，飞行器接收命令启动，飞到坐标位置，开启高清摄像头，并回传数据；

(3)采煤机运转，根据采煤机运行方向，飞行器监测采煤机和邻接煤壁的工况，并传输至计算机显示；

(4)当采煤机停机后，计算机发送返回命令，飞行器顺次平飞到各自起飞坐标，然后关闭摄像头，休眠飞行器，并进行回复。

优选计算机每5秒通过采煤机附近的无线路由器发送位置及速度校正信号。

优选包括四个飞行器，两个设置在采煤机前滚筒附近，两个设置在采煤机后滚筒附近，前滚筒附近的飞行器一个拍摄前滚筒和煤壁工况，一个拍摄顶板和煤壁工况；后滚筒附近的无人机一个拍摄后滚筒和煤壁工况，一个拍摄底板和煤壁的工况。

优选可随时通过输入坐标和摄像头角度来调整计算机显示的实时画面。

优选所述飞行器根据所述采煤机运行方向、速度、距离三种数据自动跟随移动。

一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，在采煤机上设置发射器，根据采煤机发射器的位置，计算出飞行器的相对坐标；实时控制飞行器飞行至指定位置，跟随采煤机运行；飞行器监测采煤机和邻接煤壁的工况。

本发明把无人机的自动跟踪技术应用到煤矿工作面，用无人机替代人工，解决工作面采煤机无人化监控的问题；用少量的摄像头代替传统工作面大量的摄像头，节约成本，节省线缆，避免了密集布线；使用设备少，减少了潜在的故障点；无人机跟随拍摄，距离、角度可调，比传统摄像头方式拍摄的画面更清晰，灵活度更高，且画面连续，无需切换；可实现由控制器控制的无人机休眠模式，节省电量，续航时间更长。

附图说明

附图1为本发明所述无人机视频感知方法中所使用视频感知系统的结构简图；

附图2为本发明所使用飞行器的结构布置图。

附图标记如下：

1-煤壁；2-采煤机；3-液压支架；4-耦合器；5-红外发射器；6-飞行器(无人机)；7-控制器；8-摄像头。

具体实施方式

参见附图1，其描述了无人机视频感知系统的一个优选实施例。无人机视频感知系统主要用于监测煤矿井下采煤机等采掘设备的运行状况，包括四个四旋翼飞行器、红外发射器、耦合器和计算机；飞行器为一种无人机，参见附图2，其可以实现程控或遥控的全方位运动和悬停，其上设置有摄像头和控制器，摄像头为高清摄像头，达到1280*720的分辨率，拍摄现场画面，控制器带有无线WIFI模块，以每秒2M的传输速率即可实时摄像头实时场景的画面传输，并通过WiFi接收控制信号，通过WiFi传送视频信号，控制飞行器的高低左右位置，控制器上还具有休眠功能，在需要时可以关闭飞行器，增加飞行器的续航时间，由于采煤机的结构复杂，因此，四个飞行器应分开设置，如分别设置采煤机前滚筒的两侧和后滚筒的两侧，实现对采煤机的全方位监控，消除视频死角；工作面空间狭小，为避免飞行器碰撞顶板或支架，飞行器上还需要设置定高单元，以随时确定和改变飞行器的飞行高度，定高单元可以为超声波定高装置、加速度计、视觉定位装置、3维陀螺仪、红外光栅定位中的一种，也可以同时使用多种装置定高，红外发射器设置在采煤机上，其与工作面红外系统连接，用于确定采煤机的空间位置；耦合器设置在工作面的液压支架上，用于组成无线局域网通过无线路由功能与飞行器进行通讯；计算机无线连接耦合器，一方面，其接收摄像头采集的采煤机视频信号，通过显示屏进行显示；另一方面，其接收采煤机和无人机的位置信息，保证飞行器跟随采煤机运行，并随时校正各飞行器的跟随轨迹。

系统的工作原理和工作过程如下：

(1)选定工作面起点位置为原点(X，Y，Z)，采煤机上电，根据采煤机红外发射器的位置，通过固定参数计算出4个飞行器A1(x1，y1，z1)，A2(x2，y2，z2)，A3(x3，y3，z3)，A4(x1，y1，z1)的相对坐标，通过2.4GHz频率无线WiFi信号，802.11n协议，把数据传到工作面的路由器，由端头无线路由发送数据(数据类型1，0，A1，x1，y1，z1，A2，x2，y2，z2，A3，x3，y3，z3，A4，x1，y1，z1)，当飞行器的控制器收到数据后根据自身的ID号，唤醒飞行器，存储位置信号，并回复(数据类型1，1，An，xn，yn，zn)，系统集成计算机接收回复信号并校验，校验无误等待计算机发送启动命令；

(2)系统集成计算机发送启动命令(数据类型2，0，A1，A2，A3，A4，方向，速度)，无人机接收命令启动，飞到坐标位置，开启高清摄像头，并回传数据(数据类型2，1，An，视频数据)；

(3)系统集成计算机每5秒通过采煤机附近的无线路由器发送位置及速度校正信号；

(4)采煤机运转，根据采煤机运行方向，以四个飞行器为例，前滚筒的无人机一个拍摄前滚筒和煤壁工况，一个拍摄顶板和煤壁工况；后滚筒的无人机一个拍摄后滚筒和煤壁工况，一个拍摄底板和煤壁的工况；

(5)观察人员可随时通过输入坐标和摄像头角度来调整实时画面；

(6)当采煤机停机后，系统集成计算机发送返回命令(数据类型3，0，A1，A2，A3，A4)，无人机顺次平飞到各自起飞坐标，然后关闭摄像头，休眠无人机，回复(数据类型3，1，An，1，1，1)。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利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专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选定工作面起点位置为原点，采煤机上电，根据采煤机红外发射器的位置，通过固定参数计算出4个飞行器A1，A2，A3，A4的相对坐标，把数据传到工作面的路由器，由端头无线路由发送数据，当飞行器的控制器收到数据后，根据自身的ID号，唤醒飞行器，存储位置信号，并进行回复，计算机接收回复信号并校验，校验无误等待计算机发送启动命令；

(2)系统集成计算机发送启动命令，飞行器接收命令启动，飞到坐标位置，开启飞行器上的摄像头，并回传数据，等待采煤机运转；

(3)采煤机运转，根据采煤机运行方向，飞行器监测采煤机和邻接煤壁的工况，并传输至计算机显示；

(4)当采煤机停机后，计算机发送返回命令，飞行器顺次平飞到各自起飞坐标，然后关闭摄像头，休眠飞行器，并进行回复。

2.如权利要求1所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：计算机每5秒通过采煤机附近的无线路由器发送位置及速度校正信号。

3.如权利要求1所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：包括四个飞行器，两个设置在采煤机前滚筒附近，两个设置在采煤机后滚筒附近，前滚筒附近的飞行器一个拍摄前滚筒和煤壁工况，一个拍摄顶板和煤壁工况；后滚筒附近的无人机一个拍摄后滚筒和煤壁工况，一个拍摄底板和煤壁的工况。

4.如权利要求1所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：可随时通过输入坐标和摄像头角度来调整计算机显示的实时画面。

5.如权利要求1所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：所述飞行器根据所述采煤机运行方向、速度、距离三种数据自动跟随移动。

6.一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：

井下设置分开设置多个飞行器，飞行器上设置有摄像头和控制器，所述控制器控制飞行器对于采煤机的不同方位进行视频监控；

所述多个飞行器至少包括四个飞行器，两个设置在采煤机前滚筒附近，两个设置在采煤机后滚筒附近，前滚筒附近的飞行器一个拍摄前滚筒和煤壁工况，一个拍摄顶板和煤壁工况；后滚筒附近的无人机一个拍摄后滚筒和煤壁工况，一个拍摄底板和煤壁的工况；

采煤机上设置发射器，根据红外发射器的位置，计算出上述所述多个飞行器的相对坐标，实时控制飞行器飞行至指定位置，并控制所述飞行器跟随采煤机的运行，监测采煤机和邻接煤壁的工况；

计算机接收所述视频监控信号，并接收所述采煤机和所述飞行器的位置信息，矫正各飞行器的跟随轨迹。

7.如权利要求6所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：飞行器上还设置有定高单元。

8.如权利要求6或7所述的用于跟踪采煤机的无人机视频感知方法，其特征在于：计算机通过采煤机附近的无线路由器发送位置及速度校正信号。