CN110397475B - 综采工作面超前支护超回柱监测预警方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了综采工作面超前支护超回柱监测预警方法、装置及系统，该方法包括：获取回柱区域和支设区域的图像；在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息。本发明通过对综采工作面超前支护作业中，超回柱行为的监测，解决了煤矿综采工作面超前支护时工作人员不按规程规定回柱，实施先回柱后支设或支设的支柱少于回柱支柱的违章行为，从而避免端头大面积、长时间空顶，减少由此而导致的端头局部冒顶事故的发生概率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及煤矿安全技术领域，具体涉及综采工作面超前支护超回柱监测预警方法、装置及系统。
背景技术
综采工作面端头是综采工作面与回风巷道、运输巷道相连接的地方，即回采工作面与顺槽(顺槽一般包括运输顺槽和回风顺槽)交叉点处，此处区域特点为悬顶面积大，机械设备多，设备和人员出入频繁，特别是综采工作面端头处的顶板受采动影响压力集中，维护困难，易发生顶板事故。因此，综采工作面端头既是顶板管理的难点，也是顶板管理的重点。
超前支护是保证隧道工程开挖工作面稳定而采取的超前于开挖的辅助措施；目前，综采工作面端头超前支护主要有以下两种形式，液压支架、带帽式单体液压支柱。针对两端头采用单体液压支柱超前支护的综采工作面，具体支护方式是带帽单体液压支柱成排布置，每排m根，排距和间距各煤矿不同，随工作面设计及实际作业情况而定。《煤矿安全规程》第九十七条规定，采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20m，即由煤壁向综采工作面回采方向不小于20m。
单体液压支柱，是指利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱，供矿山支护用，由缸体、活柱、阀等零件组成，以专用油或高含水液压液(含乳化液)等为工作液。单体液压支柱回柱是指采煤机割煤前，需要将两端头本循环待割煤体处单体液压支柱回撤，为采煤机割煤创造作业空间，端头回柱必须保证先支后回，即顺着回采方向最后一排支柱先支设、而后靠近煤壁方向的支柱再回柱。超回柱是指未按规程规定回柱，一次性回撤一个班回采进尺的支柱，造成端头大面积、长时间空顶，容易导致两端头局部冒顶事故。
因此，在综采工作面超前支护作业中，对操作工人超回柱现象进行监测，并在不规范作业发生时，对其进行有效的报警，避免两端头局部冒顶事故对工作人员的生命安全构成威胁的情况发生，成为本申请所要解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供综采工作面超前支护超回柱监测预警方法、装置及系统，以解决现有技术中无法实现当操作工人进行超回柱的违规操作时，无法对其进行有效的报警的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供了综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，该方法包括：
获取回柱区域和支设区域的图像；
在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息。
进一步地，所述一次超前支护作业周期的确定方式，包括：
当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间。
进一步地，还包括：
在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息。
进一步地，所述方法还包括：
在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息。
进一步地，还包括：
当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数；
当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数；
持续判断降柱的单体液压支柱个数是否大于升柱的单体液压支柱个数，是，发出告警信息；否，提示作业正常。
进一步地，所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，具体包括：
获取单体液压支柱长度信息；
将连续采集的回柱区域图像进行比对；
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，
其中，M为大于1的正整数。
进一步地，所述获取单体液压支柱长度信息的方法，具体包括：
按照预设规则从所述回柱区域或所述支设区域的图像中提取预设数量的图像；
识别所述预设数量的图像中单体液压支柱对应的图像特征；
并按照标识信息对所述单体液压支柱进行标识；
获取与单体液压支柱相关的标识参数；
获取单体液压支柱长度信息；所述标识参数包括：
所述单体液压支柱对应的中心点坐标数据、所述单体液压支柱的长度和宽度。
进一步地，所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，包括：
将连续采集的支设区域或回柱区域的图像进行比对；
当确定图像中高亮区域面积增多时，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当确定图像中高亮区域面积减少时，则判定单体液压支柱处于降柱状态。
根据本发明实施例的第二方面，提供了综采工作面超前支护超回柱监测预警装置，该装置包括：
获取单元，用于获取回柱区域和支设区域的图像；
处理单元，用于在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息。
进一步地，所述处理单元还用于，当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间。
进一步地，所述处理单元还用于，在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息。
进一步地，所述处理单元还用于，在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息。
进一步地，所述处理单元还用于，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数；
当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数；
持续判断降柱的单体液压支柱个数是否大于升柱的单体液压支柱个数，是，发出告警信息；否，提示作业正常。
进一步地，所述处理单元还用于，获取单体液压支柱长度信息；
将连续采集的回柱区域图像进行比对；
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，
其中，M为大于1的正整数。
进一步地，所述处理单元还用于，按照预设规则从所述回柱区域或所述支设区域的图像中提取预设数量的图像；
识别所述预设数量的图像中单体液压支柱对应的图像特征；
并按照标识信息对所述单体液压支柱进行标识；
获取与单体液压支柱相关的标识参数。
进一步地，所述标识参数包括：所述单体液压支柱对应的中心点坐标数据、所述单体液压支柱的长度和宽度。
进一步地，所述处理单元还用于，将连续采集的支设区域或回柱区域的图像进行比对；
当确定图像中高亮区域面积增多时，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当确定图像中高亮区域面积减少时，则判定单体液压支柱处于降柱状态。
根据本发明实施例的第三方面，提供了综采工作面超前支护超回柱监测预警系统，该系统包括：
处理器、存储器和报警器；
所述存储器用于存储一个或多个程序指令；
所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如上述所述的方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，一个或多个程序指令用于被综采工作面超前支护超回柱监测预警系统执行如上综采工作面超前支护超回柱监测预警方法中的任一方法步骤。
本发明实施例具有如下优点：本发明通过对综采工作面超前支护作业中，超回柱行为的监测，解决了煤矿综采工作面超前支护时工作人员不按规程规定回柱，实施先回柱后支设或支设的支柱少于回柱支柱的违章行为，从而避免端头大面积、长时间空顶，减少由此而导致的端头局部冒顶事故的发生概率。通过对超回柱的违章行进行有效监测，本专利方法起到了监测预警的作用，更加可靠、及时，提高了煤矿的安全管理水平，一旦工作人员不按规程规定回柱，则必须发出告警信息，避免工作人员的伤亡情况发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明提供的一种采煤机割煤时其中一种工作环境示意图；
图2为本发明实施例1提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法流程示意图；
图3为本发明实施例2提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警装置结构示意图；
图4为本发明实施例3提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警系统结构示意图。
附图标记说明：
90-综采工作面，10-运输顺槽，11-转载机，12-声光报警器，20-回风顺槽，30-煤壁，31-采煤机，32-液压支架，41-第一图像采集装置，42-第二图像采集装置，50-单体液压支柱，60-刮板输送机，61-机头，62-机尾，获取单元501，处理单元502，处理器601，存储器602。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
本发明实施例1提供了综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，在介绍本发明实施例方法之前，首先介绍该方法对应的其中一种应用环境。
结合图1所示，其为本发明提供的采煤机割煤时其中一种工作环境示意图，图中示出了综采工作面90，以及与综采工作面90相连通的运输顺槽10、回风顺槽20；所述综采工作面90构造为长臂通道形式，所述运输顺槽10、所述回风顺槽20分别与所述综采工作面90沿长度方向的两侧端头连通，优选的，所述运输顺槽10与所述回风顺槽20设置于所述综采工作面90沿长度方向的同侧，为了简化描述，本发明的以下实施例均以该种形式作为工作环境的基础形式进行阐述。
所述综采工作面90区域内设置有采煤机31、液压支架32、刮板输送机60，所述液压支架32用于对综采工作面90区域进行支护；所述采煤机31用于将煤体从煤壁30上割落下来；所述刮板输送机60用于把割落下来的煤块装载运输；所述刮板输送机60靠近所述运输顺槽10的端头为机头61，所述刮板输送机60靠近所述回风顺槽20的端头为机尾62；所述采煤机31由刮板输送机60的机尾62向机头61方向割煤，并在返回时，由所述刮板输送机60的机头61向机尾62方向再次割煤，如此往复，从而保证整体割煤方向沿图1所示的回采方向进行。
所述运输顺槽10区域内设置有转载机11、至少一个单体液压支柱50；所述转载机11其中一端与所述刮板输送机60搭接，另一端与带式输送机的机尾相连，所述转载机11适于将所述刮板输送机60运出的煤炭，由巷道底板升高后，转送到带式输送机上；所述单体液压支柱50简称为单柱，在结构上与液压支架不同，它与金属铰接顶梁配套，供所述综采工作面90支护使用；也可供综采工作面90局部地区，如所述综采工作面90端头临时支护使用；通常，所述单体液压支柱50批量配合使用，且在使用过程中，应严格按支护规程操作，确保架设质量，要柱距、排距均匀，横成排，竖成行。
所述回风顺槽20区域内设置有至少一个单体液压支柱50，其与所述运输顺槽10区域内设置的所述单体液压支柱50结构形式及功能相同，在此不再赘述。
值得注意的是，由于本发明的重点并非保护上述各设备的结构形式，仅将上述设备作为本发明实施例方法的应用环境基础进行记载，因此，本发明不再对上述各设备的具体结构形式进行展开描述。
可选的，由于所述运输顺槽10与所述回风顺槽20内均设置有单体液压支柱50，所述运输顺槽10与所述回风顺槽20都包括超前支护区域，都需要根据采煤机割煤进程对单体液压支柱50进行支设与回柱；下面，将以运输顺槽10区域内的超回柱监测预警为例进行说明，而回风顺槽20区域内的超回柱监测预警，执行的方法步骤类似，在此不再赘述。
本发明提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法基于图像采集装置实现，结合图1所示，所述图像采集装置包括：第一图像采集装置41，第二图像采集装置42；
所述第一图像采集装置41安装在刮板输送机60机头61位置的液压支架32的顶梁上，随液压支架前移；所述第一图像采集装置41朝向运输顺槽10方向，安装位置及角度以能够监测到回柱区域为准，具体的，所述回柱区域的监测范围包括运输顺槽10首端区域内单体液压支柱50的顶部、底部情况，为简化表述，在本发明的实施例中将运输顺槽10靠近所述综采工作面90的一端定义为运输顺槽10首端区域，同理，将运输顺槽10远离所述综采工作面90的一端定义为运输顺槽10尾端区域。
所述第二图像采集装置42安装在运输顺槽10远离所述综采工作面90端头方向且距最后一排单体液压支柱Am处的非回采侧煤壁上，其中，A＞0；并且，所述第二图像采集装置42根据运输顺槽10超前支护的单体液压支柱50推进的方向移动，并始终安装在距最后一排单体液压支柱Am处位置，其中，A＞0；所述第二图像采集装置42安装位置及角度以能够监测到支设区域为准，具体的，所述支设区域的监测范围包括运输顺槽10尾端区域内单体液压支柱50的顶部、底部情况。作为一种较佳的实现情况，A可以固定选择为A＝10。
在靠近所述第二图像采集装置42的非回采侧煤壁上，还安装有声光报警器12，用于在触发条件下发出声光报警。
在具体实施例中，图像采集装置可以是任何具有图像采集功能的装置，例如摄像头。下文中，将以摄像头为例进行说明。
下文中，将对本发明实施例提供的方法做详细说明，具体如图2所示，该方法步骤如下：
步骤100，获取回柱区域和支设区域的图像。
具体的，所述第一图像采集装置41实时检测回柱区域，所述第二图像采集装置42实时检测支设区域，并将获取的图像信息传输至系统，利用系统内嵌算法对已训练好的模型进行实时分析。
较佳的，所述第一图像采集装置41和/或所述第二图像采集装置42每隔N帧对图像采集一帧，将拍摄到的图像信息实时传输至系统，其中，N为大于1的正整数。具体N的取值与单体液压支柱的升柱降柱速率有关，以能够清楚判断单体液压支柱的动作状态为准。
较佳的，步骤100中所说的系统即为综采工作面超前支护超回柱监测预警系统，当然，具体执行该过程的实际上是系统中的处理器。在具体执行时，该处理器可以是单独的器件，例如终端设备，终端设备可以具有处理器具备的功能和存储器具备的功能，报警器则是额外的器件。系统也可以是某个同时具有处理功能、存储功能以及报警功能的电子设备，而处理器仅仅是该电子设备中集成的一个部件。例如是一种集成有报警功能的终端设备或者其他设备。具体情况可以根据实际情况设定，这里不做过多限制。
系统在获取到回柱区域和支设区域的图像后，将根据图像确定超前支护是否在一次作业周期内，当确定在一次超前支护作业周期内后，还要确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数，以及支设区域内的单体液压支柱支设个数，并根据这些确定结果，确定是否需要执行步骤200，具体参见步骤200。
步骤200，在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息。
具体的，所述一次超前支护作业周期的确定方式包括：
步骤211，当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
步骤212，当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间。
具体的，所述获取采煤机背离端头运动的图像，具体可以包括：获取所述采煤机由刮板输送机的机尾向机头方向割煤的图像，以及，获取所述采煤机由刮板输送机的机头向机尾方向割煤的图像；本实施例中，仅以获取所述采煤机由刮板输送机的机尾向机头方向割煤的图像为例，即，仅以运输顺槽10区域内单体液压支柱50的超回柱监测预警为例进行说明，回风顺槽20区域内单体液压支柱50的超回柱监测预警，方法与之类似，在此不再赘述。
所述采煤机由刮板输送机的机尾向机头方向割煤的图像使用所述第一图像采集装置41进行监测，即，当第一图像采集装置41监测到采煤机31由刮板输送机60的机尾向机头方向割煤并进入监控画面时，记为一次超前支护作业周期的起始时间。
具体的，通过提取预设数量的图像中采煤机对应的图像特征，来确定采煤机是否进入监控画面；该步骤可以通过机器学习方法获取到。例如，通过卷积神经网络方法实现。在执行本步骤之前，利用大量标记有采煤机对应的图像特征的样本数据对卷积神经网络模型进行训练，获取最优训练模型。最终采用这个最优训练模型来对预设数量的图像进行识别，提取预设数量的中采煤机对应的图像特征。当将预设数量的图像按照卷积神经网络模型能够识别的格式输入到模型中后，卷积神经网络模型可以自动识别出预设数量的图像中的采煤机图像特征，并且，通过跟踪框对采煤机图像特征进行标识，并根据跟踪框获取与采煤机相关的跟踪框参数信息，所述跟踪框参数信息包括：长度bh和宽度bw。
更加具体的，所述第一图像采集装置41监测到采煤机31由刮板输送机60的机尾向机头方向割煤并进入监控画面的判断方法，通过第一图像采集装置41每隔N帧对图像采集一帧，并将连续采集的图像进行比对，具体比对方式可以包括如下多种方法：(1)当采集到的第M+1帧图像中采煤机的图像特征在整幅图中的占比大于第M帧图像中采煤机的图像特征在整幅图中的占比时，判定采煤机31由刮板输送机60的机尾向机头方向移动。其中，N为大于1的正整数，M为大于1的正整数。(2)当采集到的第M+1帧图像中采煤机的跟踪框参数信息宽度bw1大于第M帧图像中采煤机的跟踪框参数信息宽度bw2，则判定采煤机31由刮板输送机60的机尾向机头方向移动。其中，M为大于1的正整数。(3)当采煤机的跟踪框参数信息的长度bh和/或宽度bw在前后两帧图像中的值在变小时，则说明采煤机由刮板输送机的机尾向机头方向运动，否则说明采煤机在向反方向运动。
所述在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息，具体包括：
步骤301，在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
步骤302，在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
步骤303，在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息。
与上述方法不同的是，所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法不但要确定支设区域内的单体液压支柱支设前是否存在回柱区域内的单体液压支柱回柱，以监测作业时序是否规范，同时，还要监测回柱数量是否符合规范。
所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，还包括：
步骤213，在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息。
作为具体的实现形式，所述回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数的判断方法，可以包括：
步骤221，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数；
步骤222，当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数。
作为进一步的实现形式，所述221，步骤222，具体包括：
步骤311，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数，且更新标志位置为T1；否则维持标志位置T0；
步骤312，当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数；
步骤313，在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息。
具体的，所述回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数的判断方法，应当限定在一次超前支护作业周期内；支设区域内的单体液压支柱升柱使用第二图像采集装置42监测；回柱区域内的单体液压支柱降柱使用第一图像采集装置41监测；所述告警信息由声光报警器发出。
进一步的，所述回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数的判断方法，还可以包括：
步骤223，持续判断降柱的单体液压支柱个数是否大于升柱的单体液压支柱个数，是，发出告警信息；否，提示作业正常。
较佳的，在声光报警器发出告警信息同时，对违规作业相关信息进行记录，以便后期进行查阅。
在上述步骤221，步骤222中，如何识别出单体液压支柱，以及在此基础上判断单体液压支柱是处于升柱状态还是降柱状态，是上述步骤得以实现的必要手段，基于上述情况，在下面将详细介绍本发明的执行细节。
识别出单体液压支柱，其具体方法包括：采用目标检测算法识别图像中回柱区域和/或支设区域是否有单体液压支柱。由于单体液压支柱特征为底座略宽于顶部，且单体液压支柱中段往上缸体部分为存在反光特性，检测中显示为高亮区域，与周围较暗环境形成鲜明对比。在具体识别时，可以采用机器学习方法实现。例如，通过卷积神经网络方法对大量样本图像进行训练，在样本图像中标记单体液压支柱的范围，供卷积神经网络模型进行学习，从而获取到最优的卷积神经网络模型。那么，当将预设数量的图像按照卷积神经网络模型能够识别的格式输入到模型中后，卷积神经网络模型可以自动识别出预设数量的图像中的单体液压支柱。
获取单体液压支柱相关的标识参数的方法，具体包括：
步骤231，按照预设规则从所述回柱区域或所述支设区域的图像中提取预设数量的图像；
步骤232，识别所述预设数量的图像中单体液压支柱对应的图像特征；
步骤233，并按照标识信息对所述单体液压支柱进行标识；
步骤234，获取与单体液压支柱相关的标识参数。
所述标识参数包括：所述单体液压支柱对应的中心点坐标数据、所述单体液压支柱的长度和宽度。
进一步的，在获取所述标识参数的基础上，即可获取单体液压支柱长度信息。
具体的，所述标识信息可以为跟踪框，所述与单体液压支柱相关的标识参数可以为跟踪框参数。通过跟踪框对单体液压支柱进行标识，并根据跟踪框获取与单体液压支柱相关的跟踪框参数，所述跟踪框参数包括：单体液压支柱对应的中心点坐标数据(Cx、Cy)、单体液压支柱的长度Ch和宽度Cw。
值得说明的是，单体液压支柱在支护状态下，其跟踪框中长宽比应满足预设值，预设值由单体液压支柱完全支护状态下在跟踪框中的长度Ch与实际高度确定。
进一步的，确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法，具体包括：
步骤241，获取单体液压支柱长度信息；
步骤242，将连续采集的回柱区域图像进行比对，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，其中，M为大于1的正整数。
进一步的，确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，具体包括：
步骤251，获取单体液压支柱长度信息；
步骤252，将连续采集的支设区域图像进行比对，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，其中，M为大于1的正整数。
具体的，判断单体液压支柱是否处于降柱状态，通过第一图像采集装置41每隔N帧对图像采集一帧，并将连续采集的图像进行比对，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch2小于第M帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch1，则判定单体液压支柱处于降柱状态。其中，N为大于1的正整数，M为大于1的正整数。
同理，判断单体液压支柱是否处于升柱状态，其具体方法包括：通过第二图像采集装置42每隔N帧对图像采集一帧，并将连续采集的图像进行比对，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch4大于第M帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch3，则判定单体液压支柱处于升柱状态。其中，N为大于1的正整数，M为大于1的正整数。
值得说明的是，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch2等于第M帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息宽度Ch1时，则判定单体液压支柱处于支护状态。同理，当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息长度Ch4等于第M帧图像中单体液压支柱的跟踪框参数信息宽度Ch3时，则判定单体液压支柱处于支护状态。其中，M为大于1的正整数。
与上述方法不同的是，确定单体液压支柱升柱或降柱的方法，可以包括多种，除上述方法以外，还可以通过监测单体液压支柱的缸体变化，来判断单体液压支柱是处于升柱状态还是处于降柱状态。
单体液压支柱作为单根可缩性支柱，其工作原理是利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载，单体液压支柱由缸体、活柱、阀等零件组成，并以专用油或高含水液压液(含乳化液)等为工作液，通过将工作液注入或排出缸体，来控制单体液压支柱的升降。升柱时，将工作液加压，使工作液由径向孔进入支柱缸体，进而在压力作用下，使活柱升高，当支柱顶盖上的金属顶梁紧贴工作面顶板时，活柱不再升高；在单体液压支柱降柱时，支柱内腔工作液喷射到综采工作面上，活柱在自重和复位弹簧作用下逐渐回缩。
另外，由于活柱部分通常为不锈钢材质，肉眼观察为亮白色，摄像机拍摄的图像中，活柱部分显示为高亮区域，与周围较暗环境形成鲜明对比，当活柱升高时，图像中显示为高亮区域的面积也随之增加；当活柱回缩时，图像中显示为高亮区域的面积也随之减少。
基于上述工作原理，所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，包括：
将连续采集的支设区域或回柱区域的图像进行比对；
当确定图像中高亮区域面积增多时，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当确定图像中高亮区域面积减少时，则判定单体液压支柱处于降柱状态。
具体的，确定图像中高亮区域面积增多或确定图像中高亮区域面积减少，该步骤主要通过将连续采集的图像中高亮区域的像差进行比对。
当后一帧图像与前一帧图像相比时，高亮区域的像差增多，或高亮区域由无到有出现在图像中时，即为高亮区域面积增多，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当后一帧图像与前一帧图像相比时，高亮区域的像差减少，或高亮区域由有到无消失在图像中时，即为高亮区域面积减少，则判定单体液压支柱处于降柱状态；
高亮区域的确定可以通过机器学习方法获取到。例如，通过卷积神经网络方法实现。在执行本步骤之前，利用大量标记有高亮区域对应的图像特征的样本数据对卷积神经网络模型进行训练，获取最优训练模型。最终采用这个最优训练模型来对预设数量的图像进行识别，提取预设数量的高亮区域对应的图像特征。当将预设数量的图像按照卷积神经网络模型能够识别的格式输入到模型中后，卷积神经网络模型可以自动识别出预设数量的图像中的高亮区域图像特征。
通过上述方式，已经完成了本实施例中，综采工作面超前支护超回柱监测预警方法的全部过程。
需要说明的是，如上，回风顺槽20区域内的超回柱监测预警，执行过程类似，这里不做过多说明。
本发明实施例提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，通过对综采工作面超前支护作业中，超回柱行为的监测，解决了煤矿综采工作面超前支护时工作人员不按规程规定回柱，实施先回柱后支设或支设的支柱少于回柱支柱的违章行为，从而避免端头大面积、长时间空顶，减少由此而导致的端头局部冒顶事故的发生概率。通过对超回柱的违章行进行有效监测，本专利方法起到了监测预警的作用，更加可靠、及时，提高了煤矿的安全管理水平，一旦工作人员不按规程规定回柱，则必须发出告警信息，避免工作人员的伤亡情况发生。
与上述实施例1对应的，本发明实施例2还提供了一种综采工作面超前支护超回柱监测预警装置，具体如图3所示，该装置包括：获取单元501、处理单元502。
获取单元501，用于获取回柱区域和支设区域的图像；
处理单元502，用于在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息。进一步地，所述处理单元还用于，
当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间。进一步地，所述处理单元还用于，
在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息。进一步地，所述处理单元还用于在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息。
进一步地，所述处理单元还用于当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数；
当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数；
持续判断降柱的单体液压支柱个数是否大于升柱的单体液压支柱个数，是，发出告警信息；否，提示作业正常。
进一步地，所述处理单元还用于，获取单体液压支柱长度信息；
将连续采集的回柱区域图像进行比对；
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，
其中，M为大于1的正整数。
进一步地，所述处理单元还用于，按照预设规则从所述回柱区域或所述支设区域的图像中提取预设数量的图像；
识别所述预设数量的图像中单体液压支柱对应的图像特征；
并按照标识信息对所述单体液压支柱进行标识；
获取与单体液压支柱相关的标识参数。
进一步地，所述标识参数包括：所述单体液压支柱对应的中心点坐标数据、所述单体液压支柱的长度和宽度。
进一步地，所述处理单元还用于，将连续采集的支设区域或回柱区域的图像进行比对；
当确定图像中高亮区域面积增多时，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当确定图像中高亮区域面积减少时，则判定单体液压支柱处于降柱状态。
本发明实施例提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警装置中各部件所执行的功能均已在上述实施例1中做了详细介绍，因此这里不做过多赘述。
本发明实施例提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警装置，通过对综采工作面超前支护作业中，超回柱行为的监测，解决了煤矿综采工作面超前支护时工作人员不按规程规定回柱，实施先回柱后支设或支设的支柱少于回柱支柱的违章行为，从而避免端头大面积、长时间空顶，减少由此而导致的端头局部冒顶事故的发生概率。通过对超回柱的违章行进行有效监测，本专利方法起到了监测预警的作用，更加可靠、及时，提高了煤矿的安全管理水平，一旦工作人员不按规程规定回柱，则必须发出告警信息，避免工作人员的伤亡情况发生。
与上述实施例相对应的，本发明实施例3还提供了综采工作面超前支护超回柱监测预警系统，具体如图4所示，该系统包括：处理器601、存储器602。
存储器602用于存储一个或多个程序指令；
处理器601，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如上实施例所介绍的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法中的任一方法步骤。
本发明实施例提供的综采工作面超前支护超回柱监测预警系统，通过对综采工作面超前支护作业中，超回柱行为的监测，解决了煤矿综采工作面超前支护时工作人员不按规程规定回柱，实施先回柱后支设或支设的支柱少于回柱支柱的违章行为，从而避免端头大面积、长时间空顶，减少由此而导致的端头局部冒顶事故的发生概率。通过对超回柱的违章行进行有效监测，本专利方法起到了监测预警的作用，更加可靠、及时，提高了煤矿的安全管理水平，一旦工作人员不按规程规定回柱，则必须发出告警信息，避免工作人员的伤亡情况发生。
与上述实施例相对应的，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中包含一个或多个程序指令。其中，一个或多个程序指令用于被综采工作面超前支护超回柱监测预警系统执行如上所介绍的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法。
在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific工ntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。
易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。
本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，其特征在于，所述方法包括：
获取回柱区域和支设区域的图像；
在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息；
所述一次超前支护作业周期的确定方式，包括：
当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间；
所述在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息，具体包括：
在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息；
所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，具体包括：
获取单体液压支柱长度信息；
将连续采集的回柱区域图像进行比对；
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，
其中，M为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，其特征在于，所述方法还包括：
在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息。
3.根据权利要求2所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，其特征在于，还包括：
当确定支设区域单体液压支柱升柱时，记录升柱的单体液压支柱个数；
当确定回柱区域单体液压支柱降柱时，记录降柱的单体液压支柱个数；
持续判断降柱的单体液压支柱个数是否大于升柱的单体液压支柱个数，是，发出告警信息；否，提示作业正常。
4.根据权利要求1所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，其特征在于，所述获取单体液压支柱长度信息的方法，具体包括：
按照预设规则从所述回柱区域或所述支设区域的图像中提取预设数量的图像；
识别所述预设数量的图像中单体液压支柱对应的图像特征；
并按照标识信息对所述单体液压支柱进行标识；
获取与单体液压支柱相关的标识参数；
获取单体液压支柱长度信息；所述标识参数包括：所述单体液压支柱对应的中心点坐标数据、所述单体液压支柱的长度和宽度。
5.根据权利要求1所述的综采工作面超前支护超回柱监测预警方法，其特征在于，所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，包括：
将连续采集的支设区域或回柱区域的图像进行比对；
当确定图像中高亮区域面积增多时，则判定单体液压支柱处于升柱状态；
当确定图像中高亮区域面积减少时，则判定单体液压支柱处于降柱状态。
6.一种综采工作面超前支护超回柱监测预警装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取回柱区域和支设区域的图像；
处理单元，用于在一次超前支护作业周期内，确定回柱区域内的单体液压支柱回柱个数大于支设区域内的单体液压支柱支设个数时，发出告警信息；
所述一次超前支护作业周期的确定方式，包括：
当获取采煤机背离端头运动的图像时，记为一次超前支护作业周期的起始时间；
当再次获取采煤机背离端头运动的图像时，记为所述一次超前支护作业周期的结束时间，并记为下一次超前支护作业周期的起始时间；
所述在一次超前支护作业周期内，确定支设区域内的单体液压支柱支设前存在回柱区域内的单体液压支柱回柱时，发出告警信息，具体包括：
在一次超前支护作业周期的起始时间，添加标志位置T0；
在一次超前支护作业周期内，当确定支设区域单体液压支柱升柱时，更新标志位置为T1；
在标志位置T1的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，提示作业正常；在标志位置T0的情况下，确定回柱区域单体液压支柱降柱时，发出告警信息；
所述确定回柱区域单体液压支柱降柱的方法和/或所述确定支设区域单体液压支柱升柱的方法，具体包括：
获取单体液压支柱长度信息；
将连续采集的回柱区域图像进行比对；
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息小于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于降柱状态，
当采集到的第M+1帧图像中单体液压支柱的长度信息大于第M帧图像中单体液压支柱的长度信息，则判定单体液压支柱处于升柱状态，
其中，M为大于1的正整数。
7.一种综采工作面超前支护超回柱监测预警系统，其特征在于，所述系统包括：处理器、存储器和报警器；
所述存储器用于存储一个或多个程序指令；
所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种综采工作面超前支护超回柱监测预警系统执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
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