CN106131485A - 一种连采机人员监测系统及监测方法 - Google Patents

一种连采机人员监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连采机人员监测系统，包括PLC，PLC与热释电红外传感器及红外成像探测器分别相连，PLC还分别与声光报警器、继电器及控制室警报器相连。本发明还公开了一种连采机人员监测方法。本发明的一种连采机人员监测系统安全可靠、经济实用、可操作性强，通过传感器和PLC的配合使用，在很大程度上甚至是完全避免了由于输送机在工作中上下升降、左右摆动而对进入输送机工作区域的人员造成人身伤害的事故发生，保证了矿工的生命安全及矿井的正常运行。

Description

一种连采机人员监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于监测系统技术领域，具体涉及一种连采机人员监测系统，本发明还涉及基于该监测系统的连采机人员监测方法。
背景技术
在煤矿生产中，整个矿井的正常运行至关重要，某一个环节出现问题都有可能造成矿井的停产。而比矿井正常运行更加重要的则是每个矿工的生命安全，因此在矿井开采及生产过中，安全问题至关重要。在矿井的正常巷道掘进中连续采煤机发挥着决定性的作用，连续采煤机在工作过程中，后部的输送机会因需要而经常上下升降、左右摆动，由于井下巷道狭窄，若此时有人员进入该区域，会因躲避不及或未发现输送机在摆动而造成安全事故，因此存在着较大的安全隐患。目前，为了避免发生上述安全事故，通常采取设置警戒线或者安排专人进行指挥的措施。然而，在光线条件较差的矿井环境中，设置警戒线往往很难达到警示的目的；而安排专人指挥不仅浪费人力，并且也无法实现完全的准确监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种连采机人员监测系统，解决现有技术中连采机在工作过程中缺乏有效的监测系统、容易发生安全事故的问题。
本发明的另一个目的是提供上述监测系统的监测方法。
本发明所采用的技术方案是：一种连采机人员监测系统，包括PLC，PLC与热释电红外传感器及红外成像探测器分别相连，PLC还分别与声光报警器、继电器及控制室警报器相连。
本发明的另一个技术方案是：
一种连采机人员监测方法，所采用的监测系统结构如下：包括PLC，PLC与热释电红外传感器及红外成像探测器分别相连，PLC还分别与声光报警器、继电器及控制室警报器相连；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用热释电红外传感器检测是否有人员进入警戒区，警戒区为距离连采机的输送机5m-8m；
步骤2、如果热释电红外传感器检测到有人员进入警戒区，则热释电红外传感器向PLC发送信号，由PLC控制声光报警器发出报警信号；如果热释电红外传感器没有检测到有人员进入警戒区，则启动步骤3；
步骤3、利用红外成像探测器检测是否有行人员进入危险区，危险区为距离连采机的输送机1.5m-3m；
步骤4、如果红外成像探测器检测到有行人员进入危险区，则红外成像探测器向PLC发送信号，由PLC控制继电器切断输送机的控制电路，使输送机停止工作；同时由PLC向控制室警报器发出命令使控制室警报器发出报警信号提醒控制室工作人员采取必要措施。
本发明另一个技术方案的特点还在于：
步骤1中利用热释电红外传感器进行检测的具体步骤为：
由热释电红外传感器采集井下工作视频信号后，通过视频解码器转化为数字信号后进入FPGA预处理模块，井下工作视频信号在FPGA预处理模块中进行增强、滤波预处理后，再通过DSP红外图像处理模块的VP口进入DSP红外图像处理模块，进行DSP红外图像处理模块人体识别图像算法处理。
视频解码器的型号为ADV7181C。
步骤3中利用红外成像探测器进行检测的具体步骤为：
步骤3.1、由红外成像探测器采集井下运动人员视频信号后首先进行图像预处理：首先采用维纳滤波法滤除图像中包含的乘性噪声，再采用滑动均值滤波法滤除图像中包含的高斯噪声，最后采用中值滤波法滤除图像中包含的脉冲噪声；
步骤3.2、采用背景差分法检测经过步骤3.1图像预处理后的运动人员视频信号，首先通过自适应背景提取方法快速提取背景图像，再采用动态多阈值方法二值化差分图像分割运动人员视频信号得到二值图像，并采用形态学运算对所得到的二值图像进行处理，根据处理提取得到的目标特征信息，结合多种特征初步判断是否有人员存在信息，进行初始检测；
步骤3.3、采用运动分割法从背景图像中分离出运动目标并提取目标的特征，由热释电红外传感器判断其是否为运动的人员；若检测到图像中为运动的人员，则记录下运动人员位置并提取出运动人员的初始位置信息，然后对检测的运动人员进行跟踪处理，得到人员在图像序列中的运动轨迹，最后通过对运动轨迹进行分析得出人员的运动速度以及靠近采煤机的距离信息。
步骤3.2中背景差分法具体按照以下步骤实施：
1)求取帧间差分
把输入的第一帧图像I0作为原始背景B0，并令k＝1。求当前帧IK和其前一帧Ik-1的差分图像的二值图像BWk，定义为：
BW k = 1 a b s ( I k - I k - 1 ) ≥ T 0 a b s ( I k - I k - 1 ) ≤ T
式中，IK、Ik-1为图像序列中连续的两帧图像，abs(Ik-Ik-1)为连续两帧图像差分的模值图像，T取为帧差分图像的灰度直方图中最大峰值右边1/10最大峰值处所对应的灰度值；
2)数学形态学计算
对得到的二值图像BWk进行膨胀操作和补1操作，即把二值图像中被白色区域包围的存在缺口的黑色区域的缺口用白色象素点包围起来，即把BWk变为二值图像DBWk；然后通过对DBWk进行形态学重建及相关逻辑操作，使被白色区域包围的黑色区域用1填充，使其变为连通的白色区域，将DBWk变换为二值图像FBWk；对FBWk进行形态学腐蚀操作，与上面膨胀操作相对应，得到新的二值图像EBWk。
3)更新背景图像
由得到的二值图像EBWk更新当前背景B：
B k = B k - 1 EBW k = 1 ( 1 - α ) I k + αB k - 1 EBW k = 0
式中Bk(i,j)，EBWk(i,j)分别为背景图像和新的二值图像在(i,j)处的值，α为更新速度系数；
对输入的连续图像序列进行迭代处理，根据实际应用中对背景质量的要求设定迭代步数，当迭代到相应步数时便可结束迭代，此时得到的图像B，即可作为最终得到的背景图像。
步骤3.3中对检测的运动人员进行跟踪处理具体采用基于粒子滤波与自适应模板更新相结合的跟踪方法。
本发明的有益效果是：本发明的一种连采机人员监测系统安全可靠、经济实用、可操作性强，通过传感器和PLC的配合使用，在很大程度上甚至是完全避免了由于输送机在工作中上下升降、左右摆动而对进入输送机工作区域的人员造成人身伤害的事故发生，保证了矿工的生命安全及矿井的正常运行。
附图说明
图1为本发明一种连采机人员监测系统的结构框图。
图中，1.热释电红外传感器，2.红外成像探测器，3.PLC，4.声光报警器，5.继电器，6.控制室警报器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明的一种连采机人员监测系统，如图1所示，包括PLC3，PLC3与热释电红外传感器1及红外成像探测器2分别相连，PLC3还分别与声光报警器4、继电器5及控制室警报器6相连。一种连采机人员监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用热释电红外传感器1检测是否有人员进入警戒区，所述警戒区为距离连采机的输送机5m-8m；
步骤2、如果热释电红外传感器1检测到有人员进入警戒区，则热释电红外传感器1向PLC3发送信号，由PLC3控制声光报警器4发出报警信号；如果热释电红外传感器1没有检测到有人员进入警戒区，则启动步骤3；
步骤3、利用红外成像探测器2检测是否有行人员进入危险区，所述危险区为距离连采机的输送机1.5m-3m；
步骤4、如果红外成像探测器2检测到有行人员进入危险区，则红外成像探测器向PLC3发送信号，由PLC3控制继电器5切断输送机的控制电路，使输送机停止工作；同时由PLC3向控制室警报器6发出命令使控制室警报器6发出报警信号提醒控制室工作人员采取必要措施。
步骤1中所述利用热释电红外传感器进行检测的具体步骤为：
由热释电红外传感器采集井下工作视频信号后，通过视频解码器转化为数字信号后进入FPGA预处理模块，井下工作视频信号在FPGA预处理模块中进行增强、滤波预处理后，再通过DSP红外图像处理模块的VP口进入DSP红外图像处理模块，进行DSP红外图像处理模块人体识别图像算法处理。上述视频解码器的型号为ADV7181C。
步骤3中所述利用红外成像探测器进行检测的具体步骤为：
步骤3.1、由红外成像探测器采集井下运动人员视频信号后首先进行图像预处理：首先采用维纳滤波法滤除图像中包含的乘性噪声，再采用滑动均值滤波法滤除图像中包含的高斯噪声，最后采用中值滤波法滤除图像中包含的脉冲噪声；
步骤3.2、采用背景差分法检测经过步骤3.1图像预处理后的运动人员视频信号，首先通过自适应背景提取方法快速提取背景图像，再采用动态多阈值方法二值化差分图像分割运动人员视频信号得到二值图像，并采用形态学运算对所得到的二值图像进行处理，根据处理提取得到的目标特征信息，结合多种特征初步判断是否有人员存在信息，进行初始检测；
步骤3.3、采用运动分割法从背景图像中分离出运动目标并提取目标的特征，由热释电红外传感器判断其是否为运动的人员；若检测到图像中为运动的人员，则记录下运动人员位置并提取出运动人员的初始位置信息，然后对检测的运动人员进行跟踪处理，得到人员在图像序列中的运动轨迹，最后通过对运动轨迹进行分析得出人员的运动速度以及靠近采煤机的距离信息。
步骤3.2中所述背景差分法具体按照以下步骤实施：
1)求取帧间差分
把输入的第一帧图像I0作为原始背景B0，并令k＝1。求当前帧IK和其前一帧Ik-1的差分图像的二值图像BWk，定义为：
BW k = 1 a b s ( I k - I k - 1 ) ≥ T 0 a b s ( I k - I k - 1 ) ≤ T
式中，IK、Ik-1为图像序列中连续的两帧图像，abs(Ik-Ik-1)为连续两帧图像差分的模值图像，T取为帧差分图像的灰度直方图中最大峰值右边1/10最大峰值处所对应的灰度值；
2)数学形态学计算
对得到的二值图像BWk进行膨胀操作和补1操作，即把二值图像中被白色区域包围的存在缺口的黑色区域的缺口用白色象素点包围起来，即把BWk变为二值图像DBWk；然后通过对DBWk进行形态学重建及相关逻辑操作，使被白色区域包围的黑色区域用1填充，使其变为连通的白色区域，将DBWk变换为二值图像FBWk；对FBWk进行形态学腐蚀操作，与上面膨胀操作相对应，得到新的二值图像EBWk。
形态学重建的目的主要是消除二值图中被白色区域包围的黑色区域，从而减小易把纹理相似的前景交叠区域作为背景提取对背景质量的影响；
3)更新背景图像
由得到的二值图像EBWk更新当前背景B：
B k = B k - 1 EBW k = 1 ( 1 - α ) I k + αB k - 1 EBW k = 0
式中Bk(i,j)，EBWk(i,j)分别为背景图像和新的二值图像在(i,j)处的值，α为更新速度系数；
对输入的连续图像序列进行迭代处理，根据实际应用中对背景质量的要求设定迭代步数，当迭代到相应步数时便可结束迭代，此时得到的图像B，即可作为最终得到的背景图像。
步骤3.3中所述对检测的运动人员进行跟踪处理具体采用基于粒子滤波与自适应模板更新相结合的跟踪方法。
实际应用中，视频图像经过上述步骤处理后，清晰度得到了很大的提升，为后续的准确判断提供了可靠的保证，避免误操作的发生。
本发明在连采机的输送机两侧安装热释电红外传感器1及红外成像探测器2，在现场安装声光报警器4，并在控制室安装警报器6，继电器5是指连采机总电源的继电器。
采用本发明的系统对进入连采机后部输送机的人员进行监测，当人员进入到警戒区域或者危险区域时采取相应的措施，在很大程度上甚至是完全避免了由于输送机在工作中上下升降、左右摆动而对进入输送机工作区域的人员造成人身伤害的事故发生，保证了矿工的生命安全及矿井的正常运行。

Claims (7)

1.一种连采机人员监测系统，其特征在于，包括PLC(3)，PLC(3)与热释电红外传感器(1)及红外成像探测器(2)分别相连，PLC(3)还分别与声光报警器(4)、继电器(5)及控制室警报器(6)相连。
2.一种连采机人员监测方法，其特征在于，所采用的监测系统结构如下：包括PLC(3)，PLC(3)与热释电红外传感器(1)及红外成像探测器(2)分别相连，PLC(3)还分别与声光报警器(4)、继电器(5)及控制室警报器(6)相连；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用热释电红外传感器(1)检测是否有人员进入警戒区，所述警戒区为距离连采机的输送机5m-8m；
步骤2、如果热释电红外传感器(1)检测到有人员进入警戒区，则热释电红外传感器(1)向PLC(3)发送信号，由PLC(3)控制声光报警器(4)发出报警信号；如果热释电红外传感器(1)没有检测到有人员进入警戒区，则启动步骤3；
步骤3、利用红外成像探测器(2)检测是否有行人员进入危险区，所述危险区为距离连采机的输送机1.5m-3m；
步骤4、如果红外成像探测器(2)检测到有行人员进入危险区，则红外成像探测器向PLC(3)发送信号，由PLC(3)控制继电器(5)切断输送机的控制电路，使输送机停止工作；同时由PLC(3)向控制室警报器(6)发出命令使控制室警报器(6)发出报警信号提醒控制室工作人员采取必要措施。
3.根据权利要求2所述的一种连采机人员监测方法，其特征在于，步骤1中所述利用热释电红外传感器进行检测的具体步骤为：
由热释电红外传感器采集井下工作视频信号后，通过视频解码器转化为数字信号后进入FPGA预处理模块，井下工作视频信号在FPGA预处理模块中进行增强、滤波预处理后，再通过DSP红外图像处理模块的VP口进入DSP红外图像处理模块，进行DSP红外图像处理模块人体识别图像算法处理。
4.根据权利要求3所述的一种连采机人员监测方法，其特征在于，所述视频解码器的型号为ADV7181C。
5.根据权利要求2所述的一种连采机人员监测方法，其特征在于，步骤3中所述利用红外成像探测器进行检测的具体步骤为：
步骤3.1、由红外成像探测器采集井下运动人员视频信号后首先进行图像预处理：首先采用维纳滤波法滤除图像中包含的乘性噪声，再采用滑动均值滤波法滤除图像中包含的高斯噪声，最后采用中值滤波法滤除图像中包含的脉冲噪声；
步骤3.2、采用背景差分法检测经过步骤3.1图像预处理后的运动人员视频信号，首先通过自适应背景提取方法快速提取背景图像，再采用动态多阈值方法二值化差分图像分割运动人员视频信号得到二值图像，并采用形态学运算对所得到的二值图像进行处理，根据处理提取得到的目标特征信息，结合多种特征初步判断是否有人员存在信息，进行初始检测；
步骤3.3、采用运动分割法从背景图像中分离出运动目标并提取目标的特征，由热释电红外传感器判断其是否为运动的人员；若检测到图像中为运动的人员，则记录下运动人员位置并提取出运动人员的初始位置信息，然后对检测的运动人员进行跟踪处理，得到人员在图像序列中的运动轨迹，最后通过对运动轨迹进行分析得出人员的运动速度以及靠近采煤机的距离信息。
6.根据权利要求5所述的一种连采机人员监测方法，其特征在于，步骤3.2中所述背景差分法具体按照以下步骤实施：
1)求取帧间差分
把输入的第一帧图像I0作为原始背景B0，并令k＝1，求当前帧IK和其前一帧Ik-1的差分图像的二值图像BWk，定义为：
BW k = 1 a b s ( I k - I k - 1 ) ≥ T 0 a b s ( I k - I k - 1 ) ≤ T
式中，IK、Ik-1为图像序列中连续的两帧图像，abs(Ik-Ik-1)为连续两帧图像差分的模值图像，T取为帧差分图像的灰度直方图中最大峰值右边1/10最大峰值处所对应的灰度值；
2)数学形态学计算
对得到的二值图像BWk进行膨胀操作和补1操作，即把二值图像中被白色区域包围的存在缺口的黑色区域的缺口用白色象素点包围起来，即把BWk变为二值图像DBWk；然后通过对DBWk进行形态学重建及相关逻辑操作，使被白色区域包围的黑色区域用1填充，使其变为连通的白色区域，将DBWk变换为二值图像FBWk；对FBWk进行形态学腐蚀操作，与上面膨胀操作相对应，得到新的二值图像EBWk；
3)更新背景图像
由得到的二值图像EBWk更新当前背景B：
B k = B k - 1 EBW k = 1 ( 1 - α ) I k + αB k - 1 EBW k = 0
式中Bk(i,j)，EBWk(i,j)分别为背景图像和新的二值图像在(i,j)处的值，α为更新速度系数；
对输入的连续图像序列进行迭代处理，根据实际应用中对背景质量的要求设定迭代步数，当迭代到相应步数时便可结束迭代，此时得到的图像B，即可作为最终得到的背景图像。
7.根据权利要求5所述的一种连采机人员监测方法，其特征在于，步骤3.3中所述对检测的运动人员进行跟踪处理具体采用基于粒子滤波与自适应模板更新相结合的跟踪方法。
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