CN106677828A - 基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统。在煤矿井下采煤工作面液压支架上安装红外摄像机，红外摄像机通过分路器连接红外图像跟踪监测设备和视频服务器，红外图像跟踪监测设备采集处理现场视频数据，根据监测结果向监控终端发送采煤机异常工作及灾害报警数据，生产管理人员可通过监控终端查看现场实时视频和历史视频，并做出相应处理；本报警系统充分考虑了煤矿采煤机工作特点，实施简单，通过对采煤机跟踪监测，可第一时间准确地对采煤机异常工作及灾害报警。

Description

基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统

技术领域

本发明涉及一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，该系统涉及图像跟踪和通信等领域。

背景技术

煤炭是我国重要的基础能源和原料，以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，随着国民经济的发展，煤炭的需求量越来越大，伴随的煤矿安全事故也在不断增多。煤炭资源安全高效开发利用技术成为了国内外学者研究的热点领域。最有效的解决方案之一是实现煤矿生产装备机械化及自动化，从而实现井下无人或少人开采。

随着煤矿安全重要性的提高和煤炭开采技术的发展，井下采煤工作面实现少人或者无人开采是必然趋势，实现井下少人或者无人开采的必要条件是井下采煤装备机械化、自动化和对其的实时监控。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，故对采煤机工作状态的监测是煤矿井下综采工作面的一项重要任务。

目前采煤机监控功能多由传感器实现完成。现有传感器模式绝大部分采用有线连接，在实际应用中由于空间有限、工况恶劣，在工程布置及维护中会投入较多精力，且往往会因为机械运动产生连接线路的损坏，影响传感器的精度。在机器开始工作中，会产生大量的电磁干扰，影响通信信号的传播。同时，在实际采煤情况下，伴随着大量的煤块坠落，安装在采煤机上的传感器不可避免的会受到碰撞，虽然有相应的防护措施，但长时间的碰撞仍然会影响传感器的精度。为避免碰撞、机械振动带来的影响，需要新的采煤工作面井下采煤机异常工作监测报警系统，可第一时间准确地对采煤机异常工作进行报警，为井下采煤机安全作业提供一份保障。因此本发明提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，根据采煤机的不同异常工作状态，该系统可发出不同报警信号，包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号。通过监测采煤机各部分的温度，判断采煤机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同报警信号，包括：左端滚筒过热报警信号；右端滚筒过热报警信号；主机架过热报警信号。根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果，该系统可发出不同报警信号，包括：突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。

发明内容

本发明提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，红外摄像机采集采煤工作面现场视频红外图像；红外图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源管理模块、隔爆壳；红外图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒位置I_A，跟踪监测采煤机右端滚筒位置I_B，跟踪监测采煤机主机架位置I_O，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度α_A、右摇杆抬起高度α_B、左摇杆升降角速度ω_A、右摇杆升降角速度ω_B、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统检测I_A处温度，监测I_B处温度，监测I_O处温度，并根据I_A、I_B、I_O处温度监测结果进行采煤机故障判断，若判断采煤机故障，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过访问视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。具体方法包括：

1.在采煤工作面液压支架上水平方向均匀安装多部摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述采煤机工作的红外画面；在摄像机旁安装红外补光灯，光投射方向与摄像机视频采集方向一致。

2.红外图像跟踪监测设备的视频采集模块连接红外摄像机模拟视频输出口，负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器，处理器将采集的图像拼接为一幅红外图像；红外图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；红外图像跟踪监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。

3.分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为I_A；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为I_B；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为I_O；k帧时，分别在I_A、I_B、I_O周围采集两个样本集D^α＝{z|||I_N-I_z||<α}和D^δ,β＝{z|δ<||I_N-I_z||<β}，其中，α<δ<β，I_z表示样本位置，I_N表示在I_A、I_B、I_O周围采集的样本位置；令D^α为正样本(滚筒图像)，D^δ，β为负样本(背景图像)，根据下列公式计算随机测量矩阵：r_ij表示随机测量矩阵的元素、s取2或者3，均表示概率；然后对样本图像进行多尺度变换，计算类Harr特征，通过上述测量矩阵对多尺度图像特征进行降维，计算降维后的正负样本特征的期望和标准差，并用其来训练朴素贝叶斯分类器；k+1帧的时候，分别对图像设定区域A、B、O内上一帧跟踪到的目标位置的周围采样n个扫描窗口，通过同样的稀疏测量矩阵对采样的窗口降维，提取特征，然后用k帧训练好的朴素贝叶斯分类器进行分类，令分类分数最大的窗口记作目标窗口，并分别更新I_A、I_B、I_O。

4.设置拼接得到的长图的中心为原点，建立数学模型，将图像位置转换到坐标系中，I_A转换为(x_A,y_A)，I_B转换为(x_B,y_B)，I_O转换为(x_O,y_O)，设左摇杆瞬时抬起高度为α_a、右摇杆瞬时抬起高度为α_b、左摇杆瞬时升降角速度为ω_a、右摇杆瞬时升降角速度为ω_b、采煤机主机架瞬时移动速度为υ，记k帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak,y_Ak)、(x_Bk,y_Bk)、(x_Ok,y_Ok)，k+T帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak+1,y_Ak+1)、(x_Bk+1,y_Bk+1)、(x_Ok+1,y_Ok+1)，T帧间隔时间为t；计算 l为采煤机主机架中心到左摇杆与主机架连接处距离；每间隔时间T₀，计算该时间内α_a的均值，得出α_A，计算该时间内α_b的均值，得出α_B，计算该时间内ω_a的均值，得出ω_A，计算该时间内ω_b的均值，得出ω_B，计算该时间内υ的均值，得出V的数值；T₀、T通过测量设定或人为设定。

5.设置次数n＝m＝0，采煤机开始工作时，每间隔时间T₃，检测V、n与m的值，通过判断V、n、m、α_A、α_B、ω_A、ω_B的值，判断采煤机的工作状态，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号；通过监测I_A、I_B、I_O处温度，判断采煤机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。

6.采煤机跟踪丢失后，对随后的图像进行灰度值提取与计算，根据计算结果，判断是否发生水灾、瓦斯泄露，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。

7.该系统可发出的报警信号包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号；左端滚筒过热报警信号；右端滚筒过热报警信号；主机架过热报警信号；突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。

附图说明

图1基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统示意图。

图2红外图像跟踪监测设备结构示意图。

图3采煤机异常工作及灾害报警系统的工作流程示意图。

图4红外图像跟踪监测设备监测流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统组成主要包括：

1.红外摄像机(101)，采用符合煤矿隔爆要求的矿用摄像机，带有红外补光灯，摄像机的摄像头安装有红外滤片，摄像机安装在采煤工作面的液压支架上，通过同轴电缆与视频分路器(102)连接。

2.视频分路器(102)，负责将摄像机的一路模拟信号输出分成两路输出，其中一路接红外图像跟踪监测设备(103)，另一路接视频服务器(104)。

3.红外图像跟踪监测设备(103)，接收由视频分路器(102)输出的一路模拟视频信号，负责对视频数据进行监控，根据监测结果，向监控终端发出采煤机工作异常报警信号。红外图像跟踪监测设备通过串口连接采煤机控制器(109)采集采煤机数据，通过同轴电缆连接视频分路器(102)采集视频。

4.视频服务器(104)，也称视频编码器，接收由视频分路器(102)输出的一路模拟视频信号，将其数字化并压缩编码，通过矿用以太网向井上存储服务器和监控终端传输视频数据。在本实施方案中选用海康DS-6701HW单路网络视频服务器。

5.井下交换机(105)，是矿用以太网的井下接入设备，串接形成环网，负责视频服务器和其它通过网络通信设备的接入和数据交换，设备接入端一般为RJ45接口，环网接续端为光接口，具有隔爆外壳，符合煤矿井下隔爆要求。

6.网络交换机(106)，是矿用以太网的核心管理设备，负责所有接入网络的设备的管理和数据交换。

7.存储服务器(107)，负责接收由视频服务器上传的视频数据并存储，为监控终端提供现场历史查询调取服务。

8.监控终端(108)，具有声光报警功能，接收到红外图像跟踪监测设备(103)的报警数据则声光报警；监控终端具有实时视频监控和历史视频调取功能，生产管理人员通过监控终端查看由视频服务器(104)上传的现场视频图像，也可从存储服务器(107)调取历史视频数据。生产管理人员可通过煤矿通信系统发出报警信号，对相关人员下发应急调度指令。监控终端内置井下地理信息，并具有地图显示引擎，本实施方案使用Map Info公司的可视化地图组件Map X，当采煤机工作异常报警时可自动显示监测到报警的红外摄像机位置。

9.采煤机控制器(109)，负责采集采煤机设置数据，数据通过工业以太网传输至存储服务器，采用可编程控制器(PLC)，可编程控制器具有通信接口或通信模块。在本实施方案中使用西门子SIMATIC S7-300，配置CP341模块通过RS232标准与红外图像跟踪监测设备(103)连接。

如图2所示，红外图像跟踪监测设备组成包括：

1.核心处理器(201)，采用德州仪器TMS320C6674多核定点和浮点数字信号处理器，TMS320C6674是基于C66x内核的微处理器，通过16位的EMIF与存储模块(202)连接，通过16位总线方式连接网络通信模块(204)；TMS320C6674还具有I2C接口，SPI接口，TSIP接口，UART接口，RapidIO接口，通过UART接口与串口通信模块(206)连接通信；通过IIC-BUS接口与视频采集模块(203)进行控制通信，使用嵌入式Linux平台实现驱动控制通信，内置OpenCV库用于视频数据处理。

2.存储模块(202)，包括256M NAND Flash、一片4M NOR Flash、128M SDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。

3.视频采集模块(203)，主要处理芯片采用SAA7113H视频输入处理芯片，SAA7113H是QFP44封装，电压3.3V，通过IIC-BUS接口与核心处理器(201)进行控制通信，选择四路模拟输入通道一路进行摄像头模拟场频视频信号的采集，通过8位VPO总线向核心处理器(201)输出标准ITU656格式的数字视频。

4.网络通信模块(204)，主要芯片采用DM9000，DM9000是完全集成的单芯片以太网MAC控制器，上层的网络协议由核心处理器的内置Linux驱动支持。DM9000支持10/100M自适应，支持3.3V与5V的电源电压。DM9000通过网络隔离变压器接口芯片YL18-1080S连接RJ45网络接口，实现对网络的物理连接进行通信。

5.电源与时钟模块(205)，包括AC/DC开关电源、DC电压转换和时钟管理元件，AC/DC开关电源输出5V直流电，DC电压转换均采用MAX1724电源芯片，为所有芯片供电；选用12MHz晶振。

6.串口通信模块(206)，使用TI公司的MAX232芯片RS-232标准串口单电源电平转换芯片，使用5V电源供电，使用转接电缆连接9针串口实现通信。

7.隔爆壳(207)，用于内部电路与外界环境的物理隔离，应符合煤矿井下隔爆要求。采煤机异常工作及灾害报警系统的工作过程如图3所示：

1.(301)红外摄像机采集视频图像，将采集到的现场模拟视频信号通过同轴电缆传输给视频分路器(102)。

2.(302)视频分路器将现场模拟视频信号分成两路模拟视频信号，分别传送给红外图像跟踪监测设备(103)和视频服务器(104)。

3.(303)视频服务器(104)数字化模拟视频信号并进行压缩编码，通过网线将压缩编码后的视频数据以组播方式传输给存储服务器(107)和监控终端(108)。

4.(304)存储服务器(107)接收现场视频数据并进行存储。

5.(305)红外图像跟踪监测设备通过视频采集模块(203)将模拟视频信号数字化。

6.(306)红外图像跟踪监测设备通过串口通信模块(206)采集采煤机设置数据。

7.(307)红外图像跟踪监测设备通过核心处理器(201)的内置库处理分析视频数据，监测采煤工作面视频中采煤机工作状态，对分析结果进行判断。

8.(308)当监测结果满足报警条件时，则将报警数据使用TCP通信方式通过网络通信模块(204)连接矿用以太网的井下交换机(105)上传至监控终端(108)。

9.(309)监控终端(108)接收到报警数据后，自动根据红外摄像机编号通过地图显示引擎在显示器上显示采煤机位置，并声光报警提示生产管理人员进行处理。

10.(310)生产管理人员通过监控终端(108)访问存储服务器(107)调取现场历史视频。

11.(311)生产管理人员同时观看由视频服务器(104)上传的现场视频，确认报警发生过程和现场状态情况。

12.(312)生产管理人员确认报警后，可通过煤矿通信系统发出报警信号，对相关人员下发应急调度指令。

红外图像跟踪监测设备监测流程如图4所示：

1.(401)图像跟踪监测设备启动时调取监控区域R和所有监测运算相关的参数。

2.(402)分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为I_A；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为I_B；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为I_O；k帧时，分别在I_A、I_B、I_O周围采集两个样本集D^α＝{z|||I_N-I_z||<α}和D^δ,β＝{z|δ<||I_N-I_z||<β}，其中，α<δ<β，I_z表示样本位置，I_N表示在I_A、I_B、I_O周围采集的样本位置；令D^α为正样本(滚筒图像)，D^δ，β为负样本(背景图像)，根据下列公式计算随机测量矩阵： r_ij表示随机测量矩阵的元素、s取2或者3，均表示概率；然后对样本图像进行多尺度变换，计算类Harr特征，通过上述测量矩阵对多尺度图像特征进行降维，计算降维后的正负样本特征的期望和标准差，并用其来训练朴素贝叶斯分类器；k+1帧的时候，分别对图像设定区域A、B、O内上一帧跟踪到的目标位置的周围采样n个扫描窗口，通过同样的稀疏测量矩阵对采样的窗口降维，提取特征，然后用k帧训练好的朴素贝叶斯分类器进行分类，令分类分数最大的窗口记作目标窗口，并分别更新I_A、I_B、I_O。

3.(403)判断图像是否跟踪丢失，如果丢失，则执行(432)，否则执行(404)。

4.(404)将数据存储在存储模块。

5.(405)图像跟踪监测设备建立数学模型，水平方向左负右正，垂直方向下负上正，将I_A转换为(x_A,y_A)，I_B转换为(x_B,y_B)，I_O转换为(x_O,y_O)。

6.(406)设左摇杆瞬时抬起高度为α_a、右摇杆瞬时抬起高度为α_b、左摇杆瞬时升降角速度为ω_a、右摇杆瞬时升降角速度为ω_b、采煤机主机架瞬时移动速度为υ，记k帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak,y_Ak)、(x_Bk,y_Bk)、(x_Ok,y_Ok)，k+T帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak+1,y_Ak+1)、(x_Bk+1,y_Bk+1)、(x_Ok+1,y_Ok+1)，T帧间隔时间为t；计算 l为采煤机主机架中心到左摇杆与主机架连接处距离；每间隔时间T₀，计算该时间内α_a的均值，得出α_A，计算该时间内α_b的均值，得出α_B，计算该时间内ω_a的均值，得出ω_A，计算该时间内ω_b的均值，得出ω_B，若Q₁<ω_A<Q₂，则令ω_A＝0，若Q₁<ω_B<Q₂，则ω_B＝0，其中Q₁<0<Q₂，ω>0表示滚筒在上升，ω＝0表示滚筒高度不变，ω<0表示滚筒在下降；每间隔时间T₁，计算该时间内υ的均值，得出V的数值，若Q₃<V<Q₄，则令V＝0，其中Q₃<0<Q₄，V>0，表示采煤机向右移动，V<0，表示采煤机向左移动，V＝0，表示采煤机在调整滚筒高度；T、T₀、T₁、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄通过测量设定或人为设定。

7.(407)判断速度V是否大于阈值Q₅，如果大于Q₅，则执行(408)，否则执行(411)。Q₅通过测量设定或人为设定。

8.(408)判断左右滚筒角度差值是否小于阈值Q₆，如果小于Q₆，则执行(409),否则执行(402)。Q₆通过测量设定或人为设定。

9.(409)触发预警，置预警标志。

10.(410)判断角速度ω是否大于0，如果大于0，则执行(440)发送摇臂自动升降报警信号，否则执行(440)发送摇臂锁不住，有下沉现象报警信号。

11.(411)判断速度V是否大于阈值Q₇，如果大于Q₇，则执行(421)，否则执行(412)。Q₇通过测量设定或人为设定。

12.(412)次数n置0，次数m加1。

13.(413)判断次数m是否大于阈值Q₈，如果大于Q₈，则执行(414)，否则执行(419)。Q₈通过测量设定或人为设定。

14.(414)触发预警，置预警标志。

15.(415)判断采煤机位置I₀是否在(Q₉，Q₁₀)内，如果在范围内，则执行(440)发出采煤机牵引力不足报警信号，否则执行(416)。Q₉、Q₁₀通过测量设定或人为设定。

16.(416)判断角速度ω是否大于阈值Q₁₁，如果大于Q₁₁，则执行(417)，否则执行(420)。Q₁₁通过测量设定或人为设定。

17.(417)取消预警。

18.(418)次数n、m置0。

19.(419)将次数n、m存储在存储模块。

20.(420)判断角速度ω是否大于0，如果大于0，则执行(440)发出摇臂调高速度下降报警信号，否则执行(440)发出摇臂不能调高报警信号。

21.(421)次数m置0，次数n加1。

22.(422)判断次数n是否大于阈值Q₁₂，如果大于Q₁₂，则执行(423)，否则执行(419)。Q₁₂通过测量设定或人为设定。

23.(423)触发预警，置预警标志。

24.(424)判断采煤机位置I₀是否在(Q₁₃，Q₁₄)内，如果在范围内，则执行(440)发出采煤机牵引力下降报警信号，否则执行(417)。Q₁₃、Q₁₄通过测量设定或人为设定。

25.(425)分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为I_A，以I_A为圆心，r为半径，取圆形区域R_A；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为I_B，以I_B为圆心，r为半径，取圆形区域R_B；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为I_O，以I_O为圆心，r为半径，取圆形区域R_O；每间隔时间T₁，提取随后K帧图像内这三处位置的灰度值，并分别进行运算。求取K帧图像内I_A、I_B、I_O三处像素算术平均值，得到像素值D_A、D_B、D_O；。

26.(426)判断D_A、D_B是否大于等于设定阈值M₁，如果大于M₁，则执行(427)，否则执行(402)。M₁通过测量设定或人为设定。

27.(427)次数p置0，次数q加1。

28.(428)判断q是否大于等于设定阈值M₃，如果大于M₃，则执行(440)，发出左端滚筒过热报警信号；或右端滚筒过热报警信号，否则执行(402)。M₃通过测量设定或人为设定。

29.(429)判断D_O是否大于等于设定阈值M₂，如果大于M₂，则执行(430)，否则执行(402)。M₂通过测量设定或人为设定。

30.(430)次数q置0，次数p加1。

31.(431)判断p是否大于等于设定阈值M₄，如果大于M₄，则执行(440)，发出主机架过热报警信号，否则执行(402)。M₄通过测量设定或人为设定。

32.(432)对采煤机跟踪丢失前最后一帧图像I_A、I_B、I_O处标记，提取随后K帧图像内这三处位置的灰度值，并分别进行运算。求取K帧图像内大于等于设定阈值N₁的像素算术平均值，得到像素值D_H；求取K帧内小于等于设定阈值N₂的像素算术平均值，得到像素值D_L。

33.(433)判断D_H是否大于等于设定阈值N₃，如果大于N₃，则执行(434)，否则执行(437)。

34.(434)判断喷雾是否打开，如果打开，则执行(401)，否则执行(435)。

35.(435)每间隔X帧对摄像机采集的视频图像f(x,y)与所存采煤机背景图像g(x,y)进行累积差值处理，通过累积差值运算处理Y帧后，求大于等于设定灰度值T₁的像素总和D_W。

36.(436)判断D_W是否大于等于设定阈值N₄，如果大于等于N₄，则执行(440)发出水灾报警信号，否则执行(401)。

37.(437)判断D_L是否大于等于设定阈值N₅，如果大于N₅，则执行(438)，否则执行(401)。

38.(438)通过累积差值运算处理Y帧后，求大于等于设定灰度值T₂的像素总和D_F。

39.(439)判断D_F是否大于等于设定阈值N₆，如果大于等于N₆，则执行(440)发出瓦斯泄露报警信号，否则执行(401)。

40.(440)发出报警信号。包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号；左端滚筒过热报警信号；右端滚筒过热报警信号；主机架过热报警信号；突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。

Claims (8)

1.本发明提出一种基于红外图像的采煤机异常工作及灾害井下报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、红外图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，红外摄像机采集采煤工作面现场视频红外图像；红外图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源管理模块、隔爆壳；红外图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒位置I_A，跟踪监测采煤机右端滚筒位置I_B，跟踪监测采煤机主机架位置I_O，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度α_A、右摇杆抬起高度α_B、左摇杆升降角速度ω_A、右摇杆升降角速度ω_B、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统检测I_A处温度，监测I_B处温度，监测I_O处温度，并根据I_A、I_B、I_O处温度监测结果进行采煤机故障判断，若判断采煤机故障，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过访问视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。

2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：在采煤工作面液压支架上水平方向均匀安装多部摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述采煤机工作的红外画面；在摄像机旁安装红外补光灯，光投射方向与摄像机视频采集方向一致。

3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：红外图像跟踪监测设备的视频采集模块连接红外摄像机模拟视频输出口，负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器，处理器将采集的图像拼接为一幅红外图像；红外图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；红外图像跟踪监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。

4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：分别对红外摄像机监控范围内采煤机左端滚筒A进行设定，取其中心位置为I_A；对采煤机右端滚筒位置B进行设定，取其中心位置为I_B；对采煤机主机架位置O进行设定，取其中心位置为I_O；k帧时，分别在I_A、I_B、I_O周围采集两个样本集D^α＝{z|||I_N-I_z||<α}和D^δ,β＝{z|δ<||I_N-I_z||<β}，其中，α<δ<β，I_z表示样本位置，I_N表示在I_A、I_B、I_O周围采集的样本位置；令D^α为正样本(滚筒图像)，D^δ，β为负样本(背景图像)，根据下列公式计算随机测量矩阵： r_ij表示随机测量矩阵的元素、s取2或者3，均表示概率；然后对样本图像进行多尺度变换，计算类Harr特征，通过上述测量矩阵对多尺度图像特征进行降维，计算降维后的正负样本特征的期望和标准差，并用其来训练朴素贝叶斯分类器；k+1帧的时候，分别对图像设定区域A、B、O内上一帧跟踪到的目标位置的周围采样n个扫描窗口，通过同样的稀疏测量矩阵对采样的窗口降维，提取特征，然后用k帧训练好的朴素贝叶斯分类器进行分类，令分类分数最大的窗口记作目标窗口，并分别更新I_A、I_B、I_O。

5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：设置拼接得到的长图的中心为原点，建立数学模型，将图像位置转换到坐标系中，I_A转换为(x_A,y_A)，I_B转换为(x_B,y_B)，I_O转换为(x_O,y_O)，设左摇杆瞬时抬起高度为α_a、右摇杆瞬时抬起高度为α_b、左摇杆瞬时升降角速度为ω_a、右摇杆瞬时升降角速度为ω_b、采煤机主机架瞬时移动速度为υ，记k帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak,y_Ak)、(x_Bk,y_Bk)、(x_Ok,y_Ok)，k+T帧时，I_A、I_B、I_O坐标(x_Ak+1,y_Ak+1)、(x_Bk+1,y_Bk+1)、(x_Ok+1,y_Ok+1)，T帧间隔时间为t；计算 l为采煤机主机架中心到左摇杆与主机架连接处距离；每间隔时间T₀，计算该时间内α_a的均值，得出α_A，计算该时间内α_b的均值，得出α_B，计算该时间内ω_a的均值，得出ω_A，计算该时间内ω_b的均值，得出ω_B，计算该时间内υ的均值，得出V的数值；T₀、T通过测量设定或人为设定。

6.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：设置次数n＝m＝0，采煤机开始工作时，每间隔时间T₃，检测V、n与m的值，通过判断V、n、m、α_A、α_B、ω_A、ω_B的值，判断采煤机的工作状态，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号；通过监测I_A、I_B、I_O处温度，判断采煤机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。

7.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：采煤机跟踪丢失后，对随后的图像进行灰度值提取与计算，根据计算结果，判断是否发生水灾、瓦斯泄露，根据判断结果，该系统可发出不同类型的报警信号。

8.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：可发出不同报警信号，包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号；左端滚筒过热报警信号；右端滚筒过热报警信号；主机架过热报警信号；突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。