CN105472320A - 一种综采工作面跟机监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综采工作面跟机监控系统及其方法。该装置包括：用于检测目标拍摄对象的位置的第一位置检测装置、用于检测矿用摄像仪的位置的第二位置检测装置、安装于液压支架的顶梁下的矿用摄像仪以及远程监控终端；所述矿用摄像仪，包括：信息获取模块、分析处理模块、驱动控制模块、图像拍摄处理模块以及云台。实现对采煤机的滚筒的工作状态进行跟踪拍摄且降低了成本。

Description

一种综采工作面跟机监控系统及其方法

技术领域

本发明实施例涉及煤矿监控领域，尤其涉及一种综采工作面跟机监控系统及其方法。

背景技术

目前，随着国家煤矿综采自动化建设水平的不断提高，国家更加注重煤矿人员及生产设备的安全状况，而采煤机作为综采工作面最为重要的生产设备，是井下煤矿视频监控系统必须监视的设备。

由于我国煤矿综采工作面环境恶劣，煤层分布不均，在煤矿综采工作面开采过程中，煤层分布是随着综采工作面推进过程不断变化的，且煤层顶层和底部分布不均，从而造成采煤机在采煤过程中，出现往上移动或往下移动，液压支架往前、往下、往上移动的现象，容易造成液压支架与采煤机不是处于同一水平面上。而矿用摄像仪通常安装于液压支架顶梁的下方，造成矿用摄像仪不能完全拍摄到采煤机的滚筒。图1是现有技术中的综采工作面监控系统，如图1所示，综采工作面包括：运输机110、安装于运输机110上的采煤机120、液压支架130以及悬挂于液压支架130顶梁下的矿用摄像仪140，液压支架130主要是支撑煤层200，同时可以推动运输机110沿Y轴方向移动，采煤机120摇臂上设置有滚筒121，滚筒121包括左滚筒和右滚筒，其主要用于采煤，而现有矿用摄像仪140大多数都是定点拍摄或只是简单的根据采煤机120移动方向来跟机转动拍摄，在采煤过程中，采煤机110与矿用摄像仪140的相对位置存在持续变化的可能，矿用摄像仪140根本不能完全把采煤机的滚筒121运动状态拍摄下来，极大影响了矿用摄像仪140对采煤机的滚筒121的拍摄效果。目前，为了能实时拍摄到采煤机的滚筒121的工作状态，只能是通过增加井下矿用摄像仪140安装数量，使得成本大幅度增加。

发明内容

本发明提供一种综采工作面跟机监控系统及其方法，以实现对采煤机的滚筒的工作状态进行跟踪拍摄且降低了成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种综采工作面跟机监控系统，该系统包括：第一位置检测装置、第二位置检测装置、安装于液压支架的顶梁下的矿用摄像仪以及远程监控终端；

所述第一位置检测装置，用于检测目标拍摄对象的位置；

所述第二位置检测装置，用于检测矿用摄像仪的位置；

所述矿用摄像仪，包括：

信息获取模块，用于获取所述第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息，将产生的位置信息传输给分析处理模块；

分析处理模块，用于将所述信息获取模块获得的位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；

驱动控制模块，用于根据分析处理模块产生的所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；

图像拍摄处理模块，用于实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；

远程监控终端，用于接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。

进一步的，所述第一检测装置内置于采煤机中，所述第二检测装置内置于液压支架中。

进一步的，所述第一位置检测装置和/或所述第二位置检测装置为惯性导航装置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种综采工作面跟机监控方法，采用本发明第一方面所提供的综采工作面跟机监控系统执行，该方法包括：所述第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置；所述第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置；

所述信息获取模块获取所述第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息；

所述分析处理模块将所述位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；

所述驱动控制模块根据所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；

所述图像拍摄处理模块实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；

所述远程监控终端接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。

进一步的，所述目标拍摄对象为采煤机的滚筒，所述采煤机的滚筒包括采煤机的左滚筒和/或采煤机的右滚筒。

进一步的，所述第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置包括：

所述第一位置检测装置实时检测采煤机的位置，通过所述采煤机的位置获得所述采煤机的滚筒的位置。

进一步的，所述第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置包括：

所述第二位置检测装置实时检测液压支架的位置，通过液压支架的位置获得所述矿用摄像仪位置。

进一步的，所述分析处理模块将位置信息进行分析，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块，包括：

所述分析处理模块对位置信息进行分析，将位置信息转化成空间角度，所述位置信息为空间坐标；

所述分析处理模块将所述空间角度与已定的矿用摄像仪的视角进行比较，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度。

本发明实施例提供的一种综采工作面跟机监控系统及其方法。通过第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置，第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置；通过信息获取模块获取第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息；经分析处理模块对该位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；此驱动控制模块根据所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；待调整好角度图像拍摄处理模块实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；该远程监控终端接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。解决了现有技术中矿用摄像仪不能完全跟踪拍摄采煤机的滚筒的工作状态，只能是通过增加井下矿用摄像仪安装数量，从而使得成本大幅度增加的问题，实现了对采煤机的滚筒的工作状态进行跟踪拍摄且降低了成本的效果。

附图说明

图1是现有技术中的综采工作面监控系统；

图2A是本发明实施例一提供的一种综采工作面跟机监控系统的结构模块示意图；

图2B是本发明实施例一提供的另一种综采工作面跟机监控系统的结构模块示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种综采工作面跟机监控方法的流程图；

图4是本发明实施例二提供的采煤机向右运动的位置图；

图5是本发明实施例二提供的液压支架推移的位置图；

图6A是本发明实施例二提供的矿用摄像仪与液压底座的垂直高度位置图；

图6B是本发明实施例二提供的矿用摄像仪与液压底座的另一种垂直高度位置图；

图7是本发明实施例二提供的矿用摄像仪与采煤机滚轮的空间角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2A是本发明实施例一提供的一种综采工作面跟机监控系统的结构模块示意图。如图2A所示，包括：第一位置检测装置11、第二位置检测装置21、安装于液压支架的顶梁下的矿用摄像仪30以及远程监控终端40；

第一位置检测装置11，用于检测目标拍摄对象的位置；第二位置检测装置21，用于检测矿用摄像仪30的位置；矿用摄像仪30，包括：信息获取模块31，用于获取第一位置检测装置11和第二位置检测装置21产生的位置信息，将产生的位置信息传输给分析处理模块32；分析处理模块32，用于将信息获取模块31获得的位置信息进行分析处理，确定矿用摄像仪30所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块33；驱动控制模块33，用于根据分析处理模块32产生的所需调整的角度来驱动云台34，进而带动矿用摄像仪30按所需调整的角度旋转；图像拍摄处理模块35，用于实时拍摄并处理目标拍摄对象的工作状态图像并将工作状态图像传输给远程监控终端40；远程监控终端40，用于接收图像拍摄处理模块35的数据，并进行对应的监控操作。

其中，位置检测装置可选惯性导航装置、齿轮编码器等，所述惯性导航装置利用惯性元件如加速度计来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，或通过倾角传感器来测量运载体的初始位置和运行角度来运算得到位置，从而达到对运载体本身导航定位的目的。惯性导航装置安装在运载体本身内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。所述齿轮编码器通过运载体本身的齿轮与小齿轮连续啮合，通过读取小齿轮的圈数来得到运载体的位置。第一位置检测装置11和/或第二位置检测装置21优选惯性导航装置。所述第一检测装置内置于采煤机10中，所述第二检测装置内置于液压支架20中。

由于在矿用摄像仪30与外界的数据交换比较多，第一位置检测装置11、第二位置检测装置21以及远程终端与矿用摄像仪30的数据交换可以通过信息传输系统50如交换机与矿用摄像仪30的各模块进行数据交换，如图2B所示。

本实施例的技术方案通过第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置，第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置；通过信息获取模块获取第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息；经分析处理模块对该位置信息进行分析处理，确定矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；此驱动控制模块根据所需调整的角度来驱动云台，进而带动矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；待调整好角度，图像拍摄处理模块实时拍摄并处理目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；该远程监控终端接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。该方案解决了现有技术中矿用摄像仪不能完全跟踪拍摄采煤机的滚筒的工作状态，只能通过增加井下矿用摄像仪安装数量，从而使得成本大幅度增加的问题，实现了对采煤机的滚筒的工作状态进行跟踪拍摄且降低了成本的效果。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的一种综采工作面跟机监控方法的流程图，该方法由本发明实施例所提供的综采工作面跟机监控系统来执行。该方法具体包括如下：

S110、所述第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置；所述第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置；

其中，目标拍摄对象为采煤机10的滚筒或综采工作面的其他设备如采煤机，采煤机10的滚筒包括采煤机10的左滚筒和/或采煤机10的右滚筒。第一位置检测装置11检测目标拍摄对象的位置具体包括第一位置检测装置11实时检测采煤机10的位置，通过采煤机10的位置获得采煤机10的滚筒的位置。第二位置检测装置21检测矿用摄像仪30的位置具体包括第二位置检测装置21实时检测液压支架20的位置，通过液压支架20的位置获得矿用摄像仪30位置。

具体的，参照图4，第一位置检测装置11记录下采煤机10在开始工作时的初始位置，其位置坐标的空间坐标为(Xa0，Ya0，0)，以采煤机10向右运行为例，此时矿用摄像仪30所拍摄的重点目标拍摄对象为采煤机10的右滚筒12，由于采煤机10和采煤机10的右滚筒12固定连接，第一位置检测装置11可以间接的计算出采煤机10的右滚筒12的初始位置坐标(Xa0+La0，Ya0，Ha0)。

当采煤机10向右运动采一刀煤过程中，第一位置检测装置11获得采煤机10当前实时位置的坐标相对于初始位置的坐标为(Xan，Yan，Zan)，从而可以获得当前采煤机10的右滚筒12实时位置的坐标为(Xan+Lan，Yan，Zan+Han)，如图4所示，其中，Lan为沿X轴方向采煤机10的右滚筒与采煤机10的距离，Han为沿Z轴方向采煤机10的右滚筒与采煤机10的距离。采煤机10运行轨迹为60、采煤机的右滚筒12运行轨迹图为70。

图5是本发明实施例二提供的液压支架推移的位置图；图6A是本发明实施例二提供的矿用摄像仪与液压底座的垂直高度位置图；图6B是本发明实施例二提供的矿用摄像仪与液压底座的另一种垂直高度位置图；参考图5，采煤机10开始工作前，液压支架20的初始位置的坐标(Xbn，Yb0，0)，该坐标为液压支架20底座内的第二位置检测装置的位置坐标，该位置优选位于液压支架20底座的中心位置，矿用摄像仪30安装于该位置的正上方，因此在沿X、Y方向上矿用摄像仪30的坐标与该坐标相同，由于煤矿顶部分布不均，液压支架20不同位置支撑顶梁的高度不同，而矿用摄像仪30安装于液压支架20的顶梁下，因此矿用摄像仪30相对液压支架20底座的高度也不一样，为了测量出该不断变化的高度，需在液压支架20的架体上安装多个倾角传感器，通过倾角传感器计算出的角度与液压支架20的各部件长度测出矿用摄像仪30与液压支架20底座的垂直距离Gbn；若为如图6A所示的情况，

Gbn＝L1*sinθ1+L2*cos(θ2-90°)-(L4-L3*sinθ3)；

若为如图6B所示的情况，

Gbn＝L1*sinθ1+L2*cos(θ2-90°)-(L4+L3*sinθ3)；

其中倾角传感器测出的角度为θ₁、θ2和θ3，已知的液压支架20部件后掩护架长度为L1、连杆长度为L2、顶梁的长度为L3，液压支架20顶梁用于安装矿用摄像仪30的安装架长度为L4。矿用矿用摄像仪30初始位置的坐标为(Xbn，Yb0，Gb0)。

第二位置检测装置21，实时记录液压支架20在整个综采工作面采煤过程中，液压支架20当前实时位置的坐标相对于初始位置的坐标为(Xbn，Ybn，Zbn)，从而间接计算出当前其安装在液压支架20上的矿用摄像仪30实时位置的坐标(Xbn，Ybn，Zbn+Gbn)，如图5所示，其中液压支架20运行轨迹为80、矿用摄像仪30运行轨迹图为90。

S120、所述信息获取模块获取所述第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息；

具体的，第一位置检测装置11获取到采煤机10的右滚筒12的坐标为(Xan+Lan，Yan，Zan+Han)，第二位置检测装置21获取矿用摄像仪30的坐标为(Xbn，Ybn，Zbn+Gbn)。将获得的空间坐标信息传输给分析处理模块32。

S130、所述分析处理模块将所述位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；

其中，分析处理模块32对位置信息进行分析，将位置信息转化成空间角度，所述位置信息为空间坐标；分析处理模块32将所述空间角度与已定的矿用摄像仪30的视角进行比较，确定矿用摄像仪30所需调整的角度。

具体的，如图7所示，分析处理模块32对空间坐标进行分析，在沿Y方向即液压支架20的推移方向上，采煤机10的右滚筒12与矿用摄像仪30的距离为En＝Yan-Ybn，通过En可以计算出tanα和tanβ，即

tanα＝En/[(Xan+Lan-Xbn)]，

$tan\mathrm{\β}=\[(Zan+Han)-(Zbn+Gbn)\]/\sqrt[2]{{\left(Ebn\right)}^2+{\left(\right(Xan+Lan)-Xbn)}^2},$ 其中α为矿用摄像仪30与采煤机10的右滚筒12在XY平面即水平面上的夹角，β为矿用摄像仪30与采煤机10的右滚筒12的体对角线与XY平面的夹角即在竖直面上的夹角。在水平面上通过调整角度α，采煤机10的右滚筒12进入矿用摄像仪30拍摄的视角范围之内；同样的在竖直平面通过调整角度β，采煤机10的右滚筒12进入矿用摄像仪30的拍摄的视角范围之内。将所需调整的角度传给驱动控制模块33。另外，对于En也可以通过液压支架20的推移行程与运输机宽度之和求得。

S140、所述驱动控制模块根据所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；

具体的，驱动控制模块33接收所需调整的角度α和β，驱动云台34按照角度α和β旋转，云台34带动矿用摄像仪30按所需调整的角度α和β旋转。云台34内装电动机，可以在水平和垂直方向转动。

S150、所述图像拍摄处理模块实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；

具体的，待矿用摄像仪30随云台34调整好角度，图像拍摄处理模块35实时拍摄采煤机10的右滚筒12的工作状态并对其进行处理，将处理好的图像传输给远程监控终端40。

S160、所述远程监控终端接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。

具体的，远程监控终端40接收到图像拍摄处理模块35的数据，如果监控到采煤机10的右滚筒12处于正常的工作状态，则继续监控。如果监控到采煤机10的右滚筒12异常状态，如将要接触到综采工作面的其他设备或者人员等，此时应及时关闭采煤机10，制止造成危害。

对于采煤机10向左运动的情况与上述情况相同，用到上述方法，这里不再赘述。

此外，该方法不仅仅是跟踪拍摄目标拍摄对象为采煤机10的滚筒，对于目标拍摄对象为采煤机10或者综采工作面上的其他设备也可以采用该方法。当然此时远程监控终端40也可以监控到其他设备的工作状态。

另外，由于井下综采工作面长度较长，采煤机10左右移动割煤距离远远超过矿用摄像仪30的拍摄范围，一般需要多台矿用摄像仪30交接联合拍摄，才能实现井下工作面视频监控全覆盖系统。因此矿用摄像仪30在跟机拍摄前需先判断采煤机10位置是否处于其所属拍摄范围内，再利用上述跟机监控方法实现对采煤机10的滚筒进行跟踪拍摄，使得整个综采工作面的监控系统的拍摄动态切换，不会出现盲区的现象。

本实施例所提供的方法可由本发明实施例所提供的综采工作面跟机监控系统执行，具备相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种综采工作面跟机监控系统，其特征在于，包括：第一位置检测装置、第二位置检测装置、安装于液压支架的顶梁下的矿用摄像仪以及远程监控终端；

所述第一位置检测装置，用于检测目标拍摄对象的位置；

所述第二位置检测装置，用于检测矿用摄像仪的位置；

所述矿用摄像仪，包括：

信息获取模块，用于获取所述第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息，将产生的位置信息传输给分析处理模块；

分析处理模块，用于将所述信息获取模块获得的位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；

驱动控制模块，用于根据分析处理模块产生的所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；

图像拍摄处理模块，用于实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；

远程监控终端，用于接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。

2.根据权利要求1所述的跟机监控系统，其特征在于，所述第一检测装置内置于采煤机中，所述第二检测装置内置于液压支架中。

3.根据权利要求1或2所述的跟机监控系统，其特征在于，所述第一位置检测装置和/或所述第二位置检测装置为惯性导航装置。

4.一种综采工作面跟机监控方法，其特征在于，包括：

所述第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置；所述第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置；

所述信息获取模块获取所述第一位置检测装置和第二位置检测装置产生的位置信息；

所述分析处理模块将所述位置信息进行分析处理，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块；

所述驱动控制模块根据所需调整的角度来驱动云台，进而带动所述矿用摄像仪按所需调整的角度旋转；

所述图像拍摄处理模块实时拍摄并处理所述目标拍摄对象的工作状态图像并将所述工作状态图像传输给远程监控终端；

所述远程监控终端接收图像拍摄处理模块的数据，并进行对应的监控操作。

5.根据权利要求4所述的跟机监控方法，其特征在于，所述目标拍摄对象为采煤机的滚筒，所述采煤机的滚筒包括采煤机的左滚筒和/或采煤机的右滚筒。

6.根据权利要求5所述的跟机监控方法，其特征在于，所述第一位置检测装置检测目标拍摄对象的位置包括：

所述第一位置检测装置实时检测采煤机的位置，通过所述采煤机的位置获得所述采煤机的滚筒的位置。

7.根据权利要求4所述的跟机监控方法，其特征在于，所述第二位置检测装置检测矿用摄像仪的位置包括：

所述第二位置检测装置实时检测液压支架的位置，通过液压支架的位置获得所述矿用摄像仪位置。

8.根据权利要求4所述的跟机监控方法，其特征在于，所述分析处理模块将位置信息进行分析，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度，将所需调整的角度传给驱动控制模块，包括：

所述分析处理模块对位置信息进行分析，将位置信息转化成空间角度，所述位置信息为空间坐标；

所述分析处理模块将所述空间角度与已定的矿用摄像仪的视角进行比较，确定所述矿用摄像仪所需调整的角度。