CN110784681B - 一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统 - Google Patents

一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，包含矿用破碎机和转载机，其特征在于，包括监测模块、通讯模块、显示模块、处理模块和执行器模块，监测模块用于获取矿用破碎机前端工作环境的图像；通讯模块用于将监测模块监测到的画面分别传递给显示模块、处理模块；显示模块用于接收监测模块传递的图像画面并呈现；处理模块用于根据接收到的图像画面判断工作人员是否处于危险区域，如果工作人员处于危险区域、则向执行器模块发出危险指令；执行器模块用于来控制矿用破碎机和转载机的启停，同时发出警报。本发明可视化程度高，实时性好，抗干扰能力强，具有预警作用，能够有效地保证井下工作人员的生命安全。

Description

一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统
技术领域
本发明涉及煤矿井下人员保护领域，尤其涉及一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统。
背景技术
煤炭被誉为黑色的金子，是人类的生产生活必不可缺的能源，关系到我国工业乃至整个社会方方面面的发展和稳定，煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环。就自然条件来看，我国煤矿所处的地理环境不是很理想，绝大多数的矿井条件恶劣，加之井下光照效果差，导致煤矿安全事故频发，严重影响煤炭安全生产。
井下矿用破碎机主要用来粉碎大块煤块，方便运输。在矿用破碎机前端有10米左右的转载机输送大煤块，速度在3m/s，一旦煤矿工作人员不小心跌倒在转载机上，也就3至4s的时间便会被卷进矿用破碎机，后果不堪设想。
目前，煤矿井下的矿用破碎机前端保护系统仍需要改善，大部分都是以传感器控制为核心工作的，但是一方面矿用破碎机随着综采面的移动而移动，使得传感器安装不方便，且容易在来回的转移过程中损坏；另一方面由于采煤过程中振动太大，产生的极大误差，不满足实际使用的条件。
因此为了提高煤矿生产的劳动生产率和安全效益，保障煤矿工作人员的生命安全，在矿用破碎机前端搭建相应的保护系统迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，所述矿用破碎机前端包含矿用破碎机和转载机，系统包括监测模块、通讯模块、显示模块、处理模块和执行器模块；
所述监测模块用于获取矿用破碎机前端工作环境的图像；
所述通讯模块用于将监测模块监测到的画面分别传递给显示模块、处理模块；
所述显示模块用于接收监测模块传递的图像画面并呈现；
所述处理模块用于根据接收到的图像画面判断工作人员是否处于危险区域，如果工作人员处于危险区域、则向执行器模块发出危险指令；
所述执行器模块包含开关控制器、PLC模块和声光报警器，所述开关控制器的输入端和显示及处理模块相连、输出端和PLC模块的输入端相连；所述PLC模块的输出端分别和矿用破碎机、转载机、声光报警器相连；
所述开关控制器用于根据接收到的危险指令向PLC模块发送相应的电压信号；
所述PLC模块在接收到电压信号后控制矿用破碎机和转载机停止工作，同时控制声光报警器进行报警。
作为本发明一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统进一步的优化方案，所述监测模块采用吊挂方式安装，包括第一至第四保险钩、第一至第四钢丝绳、第一至第四吊环螺母、第一至第二不锈钢喉箍、板筋件和矿用防爆摄像仪；
所述板筋件呈倒立的U形，包含第一侧板、第二侧板和顶板，所述顶板分别和第一侧板、第二侧板垂直固连；所述第一侧板、第二侧板的中心均设有螺纹孔，且第一侧板、第二侧板在其中心的螺纹孔两侧都分别设有第一固定孔、第二固定孔；所述顶板在其平行于侧板的中线上均匀设有若干螺纹孔；
所述第一吊环螺母、第二吊环螺母分别和第一侧板、第二侧板中心的螺纹孔螺纹相连；所述第三吊环螺母、第四吊环螺母分别和顶板上任意两个螺纹孔螺纹相连；
所述第一不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第一固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；所述第二不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第二固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；
所述第一至第四钢丝绳的一端分别和第一至第四吊环螺母的吊环固连，另一端分别和第一至第四保险钩固连；所述第一至第四保险钩均和矿道上方的钢丝网可拆卸式连接，将矿用防爆摄像仪吊挂在矿道上方的钢丝网上。
作为本发明一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统进一步的优化方案，所述处理模块通过在OpenCV中使用YOLOv3来判断工作人员是否处于危险区域。
作为本发明一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统进一步的优化方案，所述顶板上螺纹孔的个数为6个。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明的一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，通过将监测模块利用安装组件吊挂在综采面矿道上面的钢丝网上，与矿用破碎机和转载机处于非接触状态，极大地降低了振动的影响，并且便于移动，抗干扰能力强；将计算机图像识别算法应用到井下人员保护系统中，在控制室可以随时观察矿用破碎机与转载机周围环境的情况，实时性好，可视化程度高；执行器模块在接收到信号后能及时控制矿用破碎机和转载机的启停并发出警报信号，能够有效的保证井下工作人员的生命安全。
附图说明
图1为本发明的现场设备安装示意图；
图2（b）、图2（b）分别为本发明的板筋件的立体结构示意图、俯视图；
图3为本发明的整个系统结构示意图。
图中，1-第一保险钩，2-第一钢丝绳，3-第一吊环螺母，4-板筋件，5-第一不锈钢喉箍，6-防爆摄像仪，7-第二不锈钢喉箍，8-矿用破碎机，9-转载机，10-煤矿工作人员，11-矿道顶部钢丝网，12-煤块，13-第一侧板的第一固定孔，14-顶板上的螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1、图2、图3所示，本发明公开了一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，所述矿用破碎机前端包含矿用破碎机和转载机，系统包括监测模块、通讯模块、显示模块、处理模块和执行器模块；
所述监测模块用于获取矿用破碎机前端工作环境的图像；
所述通讯模块用于将监测模块监测到的画面分别传递给显示模块、处理模块；
所述显示模块用于接收监测模块传递的图像画面并呈现；
所述处理模块用于根据接收到的图像画面判断工作人员是否处于危险区域，如果工作人员处于危险区域、则向执行器模块发出危险指令；
所述执行器模块包含开关控制器、PLC模块和声光报警器，所述开关控制器的输入端和显示及处理模块相连、输出端和PLC模块的输入端相连；所述PLC模块的输出端分别和矿用破碎机、转载机、声光报警器相连；
所述开关控制器用于根据接收到的危险指令向PLC模块发送相应的电压信号；
所述PLC模块在接收到电压信号后控制矿用破碎机和转载机停止工作，同时控制声光报警器进行报警。
声光报警器在正常情况下为绿灯常亮，进行报警时，发出“警告，危险！”的声音并伴随红灯闪烁。
所述监测模块采用吊挂方式安装，包括第一至第四保险钩、第一至第四钢丝绳、第一至第四吊环螺母、第一至第二不锈钢喉箍、板筋件和矿用防爆摄像仪；
所述板筋件呈倒立的U形，包含第一侧板、第二侧板和顶板，所述顶板分别和第一侧板、第二侧板垂直固连；所述第一侧板、第二侧板的中心均设有螺纹孔，且第一侧板、第二侧板在其中心的螺纹孔两侧都分别设有第一固定孔、第二固定孔；所述顶板在其平行于侧板的中线上均匀设有若干螺纹孔；
所述第一吊环螺母、第二吊环螺母分别和第一侧板、第二侧板中心的螺纹孔螺纹相连；所述第三吊环螺母、第四吊环螺母分别和顶板上任意两个螺纹孔螺纹相连；
所述第一不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第一固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；所述第二不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第二固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；
所述第一至第四钢丝绳的一端分别和第一至第四吊环螺母的吊环固连，另一端分别和第一至第四保险钩固连；所述第一至第四保险钩均和矿道上方的钢丝网可拆卸式连接，将矿用防爆摄像仪吊挂在矿道上方的钢丝网上。
所述顶板上螺纹孔的个数优先为6个。
所述矿用防爆摄像仪采用海康威视摄像头；所述通讯模块包含光电交换机和矿用防爆交换机，其中，光电交换机用来把海康威视摄像头的输出由网线信号转换为光纤信号后分别传递给显示模块和矿用防爆交换机，矿用防爆交换机将光纤信号转变为以太网信号传输给处理模块。
处理模块处于井下防爆箱中，可以采用带有GPU的计算机，显示模块采用内嵌于防爆箱门中的显示器。处理模块通过在OpenCV中使用YOLOv3来判断工作人员是否处于危险区域，其人员目标检测方法的步骤如下：
第一步、下载模型：下载所需要的与人有关的模型方便之后进行训练。
第二步、初始化参数：YOLOv3算法生成 bounding boxes 作为预测的检测输出。每个预测框都与置信度得分相关联。
第三步、加载模型和类：训练模型中的所有对象。
第四步、读取输入：读取防爆摄像仪7的图像信号。
第五步、处理每一帧：防爆摄像仪7中读取帧后，将通过 blobFromImage 函数将其转换为神经网络的输入blob。
第六步、绘制预测框：最后在输入框架上绘制通过非极大值抑制过滤的框，并指定其类别标签和置信度分数。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，所述矿用破碎机前端包含矿用破碎机和转载机，其特征在于，包括监测模块、通讯模块、显示模块、处理模块和执行器模块；
所述监测模块用于获取矿用破碎机前端工作环境的图像；
所述通讯模块用于将监测模块监测到的画面分别传递给显示模块、处理模块；
所述显示模块用于接收监测模块传递的图像画面并呈现；
所述处理模块用于根据接收到的图像画面判断工作人员是否处于危险区域，如果工作人员处于危险区域、则向执行器模块发出危险指令；
所述执行器模块包含开关控制器、PLC模块和声光报警器，所述开关控制器的输入端和处理模块相连、输出端和PLC模块的输入端相连；所述PLC模块的输出端分别和破碎机与转载机、声光报警器相连；
所述开关控制器用于根据接收到的危险指令向PLC模块发送相应的电压信号；
所述PLC模块在接收到电压信号后控制矿用破碎机和转载机停止工作，同时控制声光报警器进行报警；
所述监测模块采用吊挂方式安装，包括第一至第四保险钩、第一至第四钢丝绳、第一至第四吊环螺母、第一至第二不锈钢喉箍、板筋件和矿用防爆摄像仪；
所述板筋件呈倒立的U形，包含第一侧板、第二侧板和顶板，所述顶板分别和第一侧板、第二侧板垂直固连；所述第一侧板、第二侧板的中心均设有螺纹孔，且第一侧板、第二侧板在其中心的螺纹孔两侧都分别设有第一固定孔、第二固定孔；所述顶板在其平行于侧板的中线上均匀设有若干螺纹孔；
所述第一吊环螺母、第二吊环螺母分别和第一侧板、第二侧板中心的螺纹孔螺纹相连；所述第三吊环螺母、第四吊环螺母分别和顶板上任意两个螺纹孔螺纹相连；
所述第一不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第一固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；所述第二不锈钢喉箍分别穿过第一侧板、第二侧板的第二固定孔，将矿用防爆摄像仪固定在板筋件上；
所述第一至第四钢丝绳的一端分别和第一至第四吊环螺母的吊环固连，另一端分别和第一至第四保险钩固连；所述第一至第四保险钩均和矿道上方的钢丝网可拆卸式连接，将矿用防爆摄像仪吊挂在矿道上方的钢丝网上。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，其特征在于，所述处理模块通过在OpenCV中使用YOLOv3来判断工作人员是否处于危险区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的矿用破碎机前端人员保护系统，其特征在于，所述顶板上螺纹孔的个数为6个。
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