CN108798761B - 一种矿井内应急供氧系统及方法 - Google Patents

一种矿井内应急供氧系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿井内应急供氧系统及方法，包括巷道墙；红外摄像器安装在巷道墙上；红外摄像器包括采集人图像的红外摄像头和用于处理红外图像的图像处理器；总控制器用于对红外摄像器的采集图像信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号，总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧；通信模块用于将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号传输到地面控制台上；能对矿井内人员状态进行监测，针对人员的运动姿态进行特定位置处氧气的及时供应；能获取矿井内的声音并根据声音大小进行供氧；能对巷道内进行巡回图像拍摄。

Description

一种矿井内应急供氧系统及方法
技术领域
本发明涉及矿井应急技术领域，具体为一种矿井内应急供氧系统及方法。
背景技术
矿井是形成地下煤矿生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑物和构筑物的总称。有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。每一个矿井的井田范围大小、矿井生产能力和服务年限的确定，是矿井自体设计中必须解决好的关键问题之一。
随着智能化的发展，矿井内的供氧方式也有很多种；不过现在的矿井内环境监测存在很大的不足：第一，无法对矿井内人员状态进行监测，难以针对人员的运动姿态进行特定位置处氧气的及时供应；第二，不能获取矿井内的声音，难以根据声音大小进行供氧；第三，无法对巷道内进行巡回图像拍摄。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种矿井内应急供氧系统及方法，能对矿井内人员状态进行监测，针对人员的运动姿态进行特定位置处氧气的及时供应；能获取矿井内的声音并根据声音大小进行供氧；能对巷道内进行巡回图像拍摄；可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿井内应急供氧系统，包括巷道墙；
红外摄像器，所述红外摄像器安装在巷道墙上；所述红外摄像器包括采集人图像的红外摄像头和用于处理红外图像的图像处理器；
总控制器，所述总控制器安装于巷道墙上，所述总控制器用于对所述红外摄像器的图像处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号；
供氧器，所述供氧器安装在巷道墙上，当报警信号发出后，所述总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧；
通信模块，所述通信模块用于将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号传输到地面控制台上；通信模块采用GPRS无线传输方式或者采用3G无线传输方式与地面控制台进行PLC控制模块和存储模块信息传输。
作为本发明一种优选的技术方案，所述总控制器还连接有
声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述旋转机构包括一个固定在巷道墙上的“王”字形运动轨道和步进电机，所述步进电机通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道上间歇性运动；所述步进电机在运动轨道上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙上方设置有多个标记牌；
当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌提取出该标记牌的信息，每个标记牌与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌信息时，则该标记牌指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
同时每个供氧器处设置有氧含量传感器，氧含量传感器与总控制器连接；当氧含量传感器监测到该处的氧含量低于设定阈值时，开始控制对应的供氧器进行定量供氧。
作为本发明一种优选的技术方案，所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：
利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态。
本发明还提供了一种矿井内应急供氧方法，
包括下列步骤：
步骤一，利用红外摄像器对巷道内进行红外图像采集，将采集到的红外图像通过图像处理器处理后传输到总控制器当中；
步骤二，所述总控制器对所述红外摄像器采集图像的处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态；
步骤三，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号，同时通过总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧。
作为本发明一种优选的技术方案，在上述的三个步骤当中，利用通信模块将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号实时传输到地面控制台上；
所述总控制器还连接有
声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；当声音超过设定分贝时，总控制器控制所有供氧器进行定量供氧；
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述旋转机构包括一个固定在巷道墙上的“王”字形运动轨道和步进电机，所述步进电机通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道上间歇性运动；所述步进电机在运动轨道上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙上方设置有多个标记牌；
上述步骤三中，当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌提取出该标记牌的信息，每个标记牌与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌信息时，则该标记牌指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
作为本发明一种优选的技术方案，所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：
上述步骤二中，利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态，水平状态则表示该人员为卧倒姿势，进一步反映出该人员出现异常情况；红外摄像头使用基于Shapelet特征与HOG特征的分级行人检测算法对目标进行识别，具有全天候不受光照影响的图像拍摄，夜晚也能拍摄，针对矿井内光线较暗的情况，红外摄像头尤为出色；中国知网中，在2015年电子科技大学吕静的《基于红外图像的行人检测算法的研究》有详细介绍，为常识技术，本申请不再赘述。
图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息判断矿井内人员头部与脚步之间为竖直状态或是水平状态，矿井人员的头部与脚部之间状态均为水平状态时，判断该人员为卧倒状态，若该状态的人数占图像内总人员数的一半时，设定则警报器响起，同时控制安装在喷洒箱体上的通信模块将总控制器接收图像信号和警报信号传输到地面控制台，并控制巷道墙底部的应急补氧器进行供氧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、能对矿井内人员状态进行监测，针对人员的运动姿态进行特定位置处氧气的及时供应；
2、能获取矿井内的声音并根据声音大小进行供氧；
3、能对巷道内进行巡回图像拍摄。
附图说明
图1为本发明系统连接示意图；
图2为本发明旋转机构结构示意图。
图中：1-巷道墙；2-标记牌；3-运动轨道；4-步进电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：
一种矿井内应急供氧系统，包括巷道墙1；
红外摄像器，所述红外摄像器安装在巷道墙1上；所述红外摄像器包括采集人图像的红外摄像头和用于处理红外图像的图像处理器；
总控制器，所述总控制器安装于巷道墙1上，所述总控制器用于对所述红外摄像器的图像处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号；
供氧器，所述供氧器安装在巷道墙1上，当报警信号发出后，所述总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧；
通信模块，所述通信模块用于将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号传输到地面控制台上；通信模块采用GPRS无线传输方式或者采用3G无线传输方式与地面控制台进行PLC控制模块和存储模块信息传输。
优选的，所述总控制器还连接有
声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整。
优选的，所述旋转机构包括一个固定在巷道墙1上的“王”字形运动轨道3和步进电机4，所述步进电机4通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道3上间歇性运动；所述步进电机4在运动轨道3上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙1的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙1上方设置有多个标记牌2；
当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌2提取出该标记牌2的信息，每个标记牌2与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌2信息时，则该标识牌指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
同时每个供氧器处设置有氧含量传感器，氧含量传感器与总控制器连接；当氧含量传感器监测到该处的氧含量低于设定阈值时，开始控制对应的供氧器进行定量供氧。
优选的，所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：
利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态。
本发明还提供了一种矿井内应急供氧方法，
包括下列步骤：
步骤一，利用红外摄像器对巷道内进行红外图像采集，将采集到的红外图像通过图像处理器处理后传输到总控制器当中；
步骤二，所述总控制器对所述红外摄像器采集图像的处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态；
步骤三，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号，同时通过总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧。
优选的，在上述的三个步骤当中，利用通信模块将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号实时传输到地面控制台上；
所述总控制器还连接有
声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；当声音超
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整。
优选的，所述旋转机构包括一个固定在巷道墙1上的“王”字形运动轨道3和步进电机4，所述步进电机4通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道3上间歇性运动；所述步进电机4在运动轨道3上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙1的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙1上方设置有多个标记牌2；
上述步骤三中，当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌2提取出该标记牌2的信息，每个标记牌2与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌2信息时，则该标识牌指示的指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
优选的，所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：
上述步骤二中，利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态，水平状态则表示该人员为卧倒姿势，进一步反映出该人员出现异常情况；红外摄像头使用基于Shapelet特征与HOG特征的分级行人检测算法对目标进行识别，具有全天候不受光照影响的图像拍摄，夜晚也能拍摄，针对矿井内光线较暗的情况，红外摄像头尤为出色；中国知网中，在2015年电子科技大学吕静的《基于红外图像的行人检测算法的研究》有详细介绍，本申请不再赘述。
图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息判断矿井内人员头部与脚步之间为竖直状态或是水平状态，矿井人员的头部与脚部之间状态均为水平状态时，判断该人员为卧倒状态，若该状态的人数占图像内总人员数的一半时，设定则警报器响起，同时控制安装在喷洒箱体上的通信模块将总控制器接收图像信号和警报信号传输到地面控制台，并控制巷道墙1底部的应急补氧器进行供氧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种矿井内应急供氧系统，其特征在于：
包括巷道墙(1)；
红外摄像器，所述红外摄像器安装在巷道墙(1)上；所述红外摄像器包括采集人图像的红外摄像头和用于处理红外图像的图像处理器；
总控制器，所述总控制器安装于巷道墙(1)上，所述总控制器用于对所述红外摄像器的图像处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号；
供氧器，所述供氧器安装在巷道墙(1)上，当报警信号发出后，所述总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧；
通信模块，所述通信模块用于将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号传输到地面控制台上；
所述总控制器还连接有声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；当声音超过设定分贝时，总控制器控制所有供氧器进行定量供氧；
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整；
所述旋转机构包括一个固定在巷道墙(1)上的“王”字形运动轨道(3)和步进电机(4)，所述步进电机(4)通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道(3)上间歇性运动；所述步进电机(4)在运动轨道(3)上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙(1)的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙(1)上方设置有多个标记牌(2)；
当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌(2)提取出该标记牌(2)的信息，每个标记牌(2)与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌(2)信息时，则该标记牌指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
2.根据权利要求1所述的一种矿井内应急供氧系统，其特征在于：所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：
利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态。
3.采用权利要求1所述一种矿井内应急供氧系统的矿井内应急供氧方法，其特征在于，
包括下列步骤：
步骤一，利用红外摄像器对巷道内进行红外图像采集，将采集到的红外图像通过图像处理器处理后传输到总控制器当中；
步骤二，所述总控制器对所述红外摄像器采集图像的处理信息进行接收，并判断图像中人员是否处于水平状态；
步骤三，当水平状态人数达到图像中总人数的一定比例后，发出报警信号，同时通过总控制器控制供氧器对巷道内进行供氧。
4.根据权利要求3所述的一种矿井内应急供氧方法，其特征在于：
在上述的三个步骤当中，利用通信模块将总控制器的处理信号和红外摄像器的图像信号实时传输到地面控制台上；
所述总控制器还连接有
声音传感器，所述声音传感器用于监测巷道内的声音大小；当声音超过设定分贝时，总控制器控制所有供氧器进行定量供氧；
旋转机构，所述旋转机构用于在总控制器的控制下，对红外摄像器的摄录方位进行调整。
5.根据权利要求4所述的一种矿井内应急供氧方法，其特征在于：所述旋转机构包括一个固定在巷道墙(1)上的“王”字形运动轨道(3)和步进电机(4)，所述步进电机(4)通过总控制器进行控制后带动红外摄像器在运动轨道(3)上间歇性运动；所述步进电机(4)在运动轨道(3)上有规律的进行暂停拍摄和往返运动，暂停拍摄的时间通过计时器进行计时；
所述供氧器安装在巷道墙(1)的下部，所述供氧器有多个且均与总控制器连接，每个供氧器的巷道墙(1)上方设置有多个标记牌(2)；
上述步骤三中，当报警信号发出后，所述总控制器根据图像上拍摄的相应标记牌(2)提取出该标记牌(2)的信息，每个标记牌(2)与相应供氧器之间对应，当提取到相应的标记牌(2)信息时，则该标记牌指示的区域的水平状态人数达到图像中总人数的一定比例，此时，总控制器控制该标记牌指示的区域的供氧器进行氧气供应。
6.根据权利要求3所述的一种矿井内应急供氧方法，其特征在于：所述判断图像中人员是否处于水平状态的具体流程为：上述步骤二中，利用红外摄像器对矿井内人员运动进行监测，图像处理器将人员的运动位置处理后传输到总控制器；总控制器根据图像处理信息将人员头部与脚步之间连接成一条线或一细长矩形框，若该线或矩形框与其下方水平位置之间夹角小于30度时，判断该人员为处于水平状态。
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