CN203554604U - 矿用设备激光造影视频监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种矿用设备激光造影视频监控系统，包括：所述矿用设备激光造影视频监控系统包括井下激光网格发射器和远程监视系统；所述井下激光网格发射器包括壳体、电源、激光发射器及支架；井下激光网格发射器用于产生平面激光网格生成坐标系，安装于被监控设备后方，使其生成的激光网格能笼罩住被监控设备的最大移动范围，可调节井下激光网格发射器和被监控设备的距离以调节激光网格的成像范围。与现有技术相比，本实用新型可以精确操作采煤机和掌握采煤机工作时滚筒的运行规律，充分发挥远距离视频监控系统的优越性，准确定位，更好的为煤矿行业服务。
Description
技术领域
本实用新型涉及井下施工过程，在井下施工过程中为工作人员提供所操作设备同其他关键设备的相对位置，特别适用于煤矿井下采煤机、液压支架及煤壁的相对位置，是一种新型矿用设备激光造影视频监控系统。
背景技术
目前，井下采煤机等大型设备工作时，需要时刻掌握采煤机滚筒同煤壁、液压支架的相对位置、行进方向以便操作人员进行控制，保证采煤机的开采效率和降低事故发生的概率。
为精确操作和掌握采煤机工作时滚筒的运行规律，充分发挥远距离视频监控系统的优越性，准确定位，更好的为煤矿行业服务。需要一种新型的矿用设备激光造影视频监控系统，包括专用的井下激光网格发射器、远程监视系统。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有连采机或快速掘进机远程遥控工作过程中存在的激光导航光斑目测无法看清、机身姿态无法观测的问题，提供一种矿用激光造影视频监控系统，通过观测激光造影视频，使操作人员能够准确掌握设备工况，通过遥控器实现对设备的远程操作作业。
本实用新型提出了一种矿用设备激光造影视频监控系统，包括：所述矿用设备激光造影视频监控系统包括井下激光网格发射器和远程监视系统；所述井下激光网格发射器包括壳体、电源、激光发射器及支架；井下激光网格发射器用于产生平面激光网格生成坐标系，安装于被监控设备后方，使其生成的激光网格能笼罩住被监控设备的最大移动范围，可调节井下激光网格发射器和被监控设备的距离以调节激光网格的成像范围。
根据本实用新型的一个方面，矿用设备激光造影视频监控系统的电源选用5V本质安全型电源。
根据本实用新型的一个方面，井下激光网格发射器采用十字激光发射器,可在壳体内部架设支架，使十字红外激光发射器呈正方形45°角依次等间距固定排列,从而形成激光网格。
根据本实用新型的一个方面，井下激光网格发射器采用直线激光发射器，使用横八竖八16个直线激光发射器生成激光网格。
根据本实用新型的一个方面，将井下激光网格发射器安装固定于采煤机上，使形成的激光网格射向采煤机滚筒及煤壁，从而产生三个成像平面，也称投影面，第一成像平面为采煤机滚筒背部，第二成像平面为液压支架弯曲下来的护帮内侧，第三成像平面为煤壁。
根据本实用新型的一个方面，远程监视系统包括摄像机，无线基站和远程监控站。
根据本实用新型的一个方面，在液压支架上安装固定摄像机，镜头对准采煤机滚筒所在的坐标系，使摄像机、井下激光网格发射器及被监控设备保持一致运动。
根据本实用新型的一个方面，将激光网格投影的上沿调整到液压支架护帮弯曲下来后的下沿处，使激光网格的上沿稍高于弯曲下来的护帮的下沿。
本实用新型还提出了一种矿用设备激光造影视频监控方法，包括如下步骤：将井下激光网格发射器安装固定于采煤机上，使形成的激光网格射向采煤机滚筒及煤壁，产生三个成像平面，也称投影面，第一成像平面为采煤机滚筒背部，第二成像平面为液压支架弯曲下来的护帮内侧，第三成像平面为煤壁；将井下激光网格发射器安装于被监控设备后方，使其生成的激光网格能笼罩住被监控设备的最大移动范围；调节井下激光网格发射器和被监控设备的距离，从而调节激光网格的成像范围，同时，被监控设备前方最宜有能成像的平面以便于观察和监控；井下激光网格发射器产生平面激光网格生成坐标系；在液压支架上安装固定摄像机，镜头对准采煤机滚筒所在的坐标系，从而实时不间断掌握滚筒的运行情况。
根据本实用新型的一个方面，矿用设备激光造影视频监控方法还包括：井下激光网格发射器采用十字激光发射器,可在壳体内部架设支架，使十字红外激光发射器呈正方形45°角依次等间距固定排列,从而形成激光网格；或者，井下激光网格发射器采用直线激光发射器，使用横八竖八16个直线激光发射器生成激光网格。
与现有技术相比，本实用新型可以精确操作采煤机和掌握采煤机工作时滚筒的运行规律，充分发挥远距离视频监控系统的优越性，准确定位，更好的为煤矿行业服务。
附图说明
结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本实用新型的上述及其他目的、特征及优点。在附图中：
图1示出了根据本实用新型实施例的激光射线形成网格；
图2示出了根据本实用新型实施例的引申坐标系示意图；
图3示出了将激光造影视频监控系统安装在采煤机上的位置示意图；
图4示出了根据本实用新型实施例的采煤机滚筒成像示意图；
图5示出了根据本实用新型的采煤机滚筒成像局部放大示意图；
图6示出了根据本实用新型的多个激光发射器实际形成的网格示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
井下激光网格发射器必须满足井下特殊环境——爆炸性环境设备通用要求GB3836.1-2010、B3836.4-2010，包括壳体、电源、激光发射器及支架。井下激光网格发射器产生平面激光网格生成坐标系，根据实际使用环境需要可以随机增大或缩小坐标系。井下激光网格发射器安装于被监控设备后方，使其生成的激光网格能笼罩住被监控设备的最大移动范围，可调节井下激光网格发射器和被监控设备的距离调节激光网格的成像范围。同时，被监控设备前方最宜有能成像的平面更便于观察和监控。
以监控采煤机滚筒为例，我们采用了8个十字红外激光发射器，生成了一个7x7的网格，监控采煤机滚筒的成像距离满足3M-7M之间即可，激光网格成像距离可根据实际使用设置。如图1所示：一个十字红外激光发射器生成一个十字光标，两个即组成坐标系，使用8个十字光标红外激光发射器即可在成像面形成一个7x7的激光网格，便于监控者使用坐标系的方法获取设备的相对位置及行进轨迹。我们将激光网格引申为坐标系，如图2所示。如果采用十字激光发射器可在壳体内部架设支架，使十字红外激光发射器呈正方形45°角依次等间距固定排列即可形成激光网格。如果采用直线激光发射器，则可使用横八竖八16个直线激光发射器生成激光网格，同样根据使用环境具体选用合适的激光发射器。
在实际的煤矿环境中，还可以根据需要分别配置多个十字红外激光发射器和多个直线红外激光发射器相互配合使用。可以采用一个十字红外激光发射器和一个直线红外激光发射器配合使用，从而在成像面上形成栅格；可以采用一个十字红外激光发射器和两个直线红外激光发射器配合使用，两个直线红外激光发射器调整投射角度在投影面上形成正交的十字光标，其交点与十字红外激光发射器投影形成的十字光标中心点呈45度角并偏移一定距离，从而在成像面上形成1个激光网格；同时也可以采用两个十字红外激光发射器配合使用，使得两个十字光标的中心呈45度角排列，从而在成像面上形成1个激光网格；可以采用4个直线激光发射器，2个横向发射，2个竖向发射，从而在成像面上形成1个网格；可以采用一个十字红外激光发射器和4个直线红外激光发射器，十字光标的中心在中间，直线红外激光发射器中2个横向发射，2个竖向发射，分别在十字光标的四周垂直放置，从而在成像面上形成4个网格；以此类推，可以根据实际需要配置任意个十字红外激光发射器和任意个直线红外激光发射器相互配合。多个激光发射器实际形成的网格图如附图6所示。
井下激光网格发射器内部接入电源，电源可选用5V本质安全型电源，一个5V本质安全型电源可同时为8个十字红外激光发射器提供能量。
具体的，矿用设备激光造影视频监控系统在采煤机上的使用：首先将井下激光网格发射器安装固定于采煤机上，使形成的激光网格射向采煤机滚筒及煤壁，这时会产生三个成像平面，也称投影面，第一成像平面为采煤机滚筒背部，第二成像平面为液压支架弯曲下来的护帮内侧，第三成像平面为煤壁。因采煤机滚筒为左右两个，可同时安装两个井下激光网格发射器进行成像，如图3、图4所示。
图中，1为采煤机，2为液压支架，3为滚筒，4为护帮，5为井下激光网格发射器，6为摄像机，7为激光网格偏移。
其次，在液压支架上安装固定摄像机，镜头对准采煤机滚筒所在的坐标系，为了实时不间断掌握滚筒的运行情况，可以在多个液压支架上安装满足显示无缝影像的摄像机。在检测其他设备时，如果条件允许，可以使摄像机、井下激光网格发射器及被监控设备保持一致运动，减少摄像机使用个数，节约成本。
特别的，我们将激光网格投影的上沿调整到液压支架护帮弯曲下来后的下沿处，使激光网格的上沿稍高于弯曲下来的护帮的下沿，便于掌握滚筒和液压支架护帮的相对位置，观察采煤机滚筒处的投影面，根据光在均匀的介质中沿直线传播的性质以及视觉成像原理，采煤机滚筒背部挡住激光射线导致煤壁上的激光网格成像同采煤机滚筒上的激光成像形成一定距离的偏移，观察这些偏移的激光网格，人眼可以快速直观的观察到采煤机滚筒和护帮的位置，即采煤机滚筒的高度及其同护帮距离，更有利于操作人员掌握采煤机的工作状态，掌握采煤机运行轨迹，工作人员调整采煤机滚筒运行，可以沿煤壁有煤的轨迹集中开采，提高采煤效率，减少事故发生的概率，增大采煤安全性及可操作性。
远程监视系统，包括摄像机，无线基站和远程监控站。以监控采煤机滚筒为例，可采用矿用无线wifi摄像机，摄像机固定在液压支架上，拍摄采煤机滚筒在激光网格中的位置和移动，拍摄到的视频通过无线基站传输至远程监控站，远程监控站的操作人员通过监视屏观察监控采煤机滚筒的工作情况。也可采用有线摄像机，实现同样功能。
本实用新型还提供了一种远程监控站，配置有无线通信基站与视频监控视频终端。
根据本实用新型的一个实施例，液压支架上安装固定摄像机，镜头对准采煤机滚筒所在的坐标系，无线通信基站用于实现摄像头与远程监控站之间的数据传输，视频监控装置采用高可靠性的PowePC8548型嵌入式处理器，运行Adroid操作系统，单机功耗仅8W，在操作系统中运行Flash Media Server软件，利用流媒体服务器技术对摄像机获取的视频信息进行压缩和处理，最后通过无线通信基站上传到远程监控站的显示屏。远程监控站也设置有相应的无线通信基站，用于与采煤机上的无线通信基站进行数据传输。
在一个具体实施例中，所述无线通信基站中设置有无线基站和视频监控视频终端，无线基站用于实现煤矿采煤机与远程监控站之间的数据传输，视频监控视频终端用于显示摄像机上传的视频图像，视频监控视频终端通过基于Flash Media Server软件所编制的程序将获取的视频图像实时显示在屏幕上，供操作人员观测，视频监控视频终端可以采用Microsoft公司的Win7操作系统，和22寸液晶显示屏，可以由单人实现对多个摄像机监控图像的同时监控，操作员可以借助视频图像获取采煤机远程控制作业的实时状态。
上述系统在数据处理过程中，摄像机采集的视频图像数据通过无线基站上传至远程监控站的视频终端上。远程视频监控视频终端可以直接运用Adobe公司的Flash Media Server系列产品实现视频图像的压缩和处理，不用安装专门的软件，对视频采集终端的设备性能要求低。
当采煤机上的摄像机对采煤机滚筒所在的激光网格坐标系进行实时摄像时，无线通信基站将实时监控的图像信号实时的传输到远程监控站的视频终端上，远程监控站的无线通信基站将所述图像信号接收下来，并在显示屏上显示。采煤机和远程监控站之间可以采用有线或无线的方式进行通信，采用无线通信时，可以采用wifi等通信协议进行通远程信。也可以采用蓝牙、WLAN等通信协议进行通信。
在一个具体实施例中，无线基站可以包括：一射频模块，用于将信道调制后的信号通过天线发射出去，或者将天线接收的信号传送给信道调制解调器；一信道调制解调器，用于完成接收信号的解调或者发送信号的调制；一信道编码/解码模块，用于对解调后的信号或者调制后的信号进行信道解码或者信道编码；一数据编码/解码模块，用于对经过信道解码或者信道编码后的数据进行数据解码或者数据编码；一微处理器控制模块，用于对信道调制解调模块、信道编码/解码模块、数据编码/解码模块、射频模块进行控制。
当射频模块接收到警报预警信息或其它消息时，首先经过信道调制解调器对接收信号进行解调，然后经过信道编码/解码模块进行信道信号解码，再经过数据编码/解码模块对传输数据解码；数据解码后的信号可以通过显示屏显示出来。信道编码/解码模块用来对线路信号进行纠错编码。信道编码/解码模块的主控芯片可以采用EPM3128A，它的RXD0和TXD0与信道调制解调模块的RS232口连接，数据总线线与数据编码/解码模块和微处理器控制模块并联，实现信道编码/解码模块与数据编码/解码模块和微处理器控制模块的数据交互。
信道编码采用RS编码方法，本实用新型比较了各种RS编码方法，修正了其中的不足和错误，采用了改进的RS编解码的方法。
对于(n，k)RS码，信息多项式为m(x)，a为一个本原元素，RS码生成多项式为：
g(x)＝(x十a)(x+a2)(x+a3)…(x+a2t)
r(x)＝[xn-k·m(x)modg(x)]
编码后的码多项式为：
c(x)＝xn-k·m(x)+r(x)
数据编码/解码模块3用来对传输数据进行加密或解密，其主控芯片采用单片机SM89C52及外围电路元件构成。单片机芯片SM89C52的LINK BUS总线与信道编码/解码模块和微处理器控制模块7的LINK BUS总线并联，实现与信道编码/解码模块和微处理器控制模块的数据交互。单片机芯片SM89C52的TXD_CTR、RXD_CTR与数据话音输入/输出控制单元的单片机SM89C51的RX1、TX1连接，用于传输语音数据信号。单片机SM89C52采用信息叠加伪随机码加密和解密。
根据本实用新型的一个方面，采用H.264冗余编码技术对待传输的视频信号进行压缩编码，包括如下步骤：步骤1，选择与主要码流相同的编码模式、运动估计、参考帧等参数，其中主要码流的率失真函数表示为
Rp=C1·MAD/Q+C2·MAD/Q2
其中Rp表示编码率，C1、C2表示更新系数，Q为量化步长，MAD为平均绝对误差。通过编码率控制函数，确定相应的量化参数Q。
步骤2，对冗余码流进行WZ编码处理，校验位及信息位的长度由信道特征所决定，当信道误码率>5%时，增大码字的校验长度，反之，当信道误码率≤5%时降低其校验位长度，此外，为了提高编码效率，将RS编码的信息位丢弃，仅传输其校验部分；
步骤3，将冗余片编码中的宏块数，粗量化系数，第一个宏块的索引号等附加信息写入SEI信息单元，连同校验码流发送至解码端。
步骤4，对由H.264编码的主要码流中未丢失的预测残差信息进行粗量化，对于丢失的部分采用边信息估计的方法，估计出丢失的信息，并再次粗量化。
步骤5，将经过粗量化之后的信息与接收到的校验码流相结合，进行RS解码。
步骤6，对于RS解码后的信息进行熵解码、反粗量化等步骤，代替主要码流中不能解码的部分，重构视频图像。
射频模块中可以具有功率控制，以将不同发送功率与不同流的传输符号相关联。在一个实施例中，可以应用功率扩缩，使得同时对具有较高调制度(即，较大调制字符表(QAM))的流赋予较低功率。从而，实施例改进了子流的不同信道编码的动态(dynamics)，并可以进一步改进复合一载波信号中的信号的总体动态(也称作峰均功率比(PAPR))，该动态受更高阶(如16或64QAM)的调制字符表的决定性影响。
在一个具体实施例中，本实用新型还提供了一种远程监控站，配置了无线基站和视频监控视频终端。远程监控站可以包括：一射频模块，用于将信道调制后的信号通过天线发射出去，或者将天线接收的信号传送给信道调制解调器；一信道调制解调器，用于完成接收信号的解调或者发送信号的调制；一信道编码/解码模块，用于对解调后的信号或者调制后的信号进行信道解码或者信道编码；一数据编码/解码模块，用于对经过信道解码或者信道编码后的数据进行数据解码或者数据编码；一微处理器控制模块，用于对信道调制解调模块、信道编码/解码模块、数据编码/解码模块、射频模块进行控制。
矿用设备激光造影视频监控系统能同时实现远程监视及控制，为井下无人值守创造条件，提高采矿行业的自动化性能，提高采矿工作安全性。
虽然已在具体实施方案中描述了本实用新型的实施方案及其各种功能组件，但是应当理解，可以用硬件、软件、固件、中间件或它们的组合来实现本实用新型的实施方案，并且本实用新型的实施方案可以用在多种系统、子系统、组件或其子组件中。本实用新型的每个实施例都可以与其它的实施例中的器件相互进行组合，而不是孤立的、单一的实施例，所有实施例之间都可以相互融合而形成新的实施例或者不同的解决方案。本实用新型虽然采用了不同的实施例来解决相应的技术问题，但是，这些不同的实施例并不是孤立的用于解决单个的技术问题，可以将这些不同的实施例组合起来共同解决矿用装置中需要克服的技术难题，可将不同实施例中的冷却装置和不同的中高压变频器相互组合，以获得良好的冷却性能，以便操作人员更好的完成矿井下的各项工作。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的具体实施方式，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。
此外，对于本领域的普通技术人员来说可显而易见的得出其他优点和修改。因此，具有更广方面的本实用新型并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。
Claims (8)
1.一种矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
所述矿用设备激光造影视频监控系统包括井下激光网格发射器和远程监视系统；
所述井下激光网格发射器包括壳体、电源、激光发射器及支架；
井下激光网格发射器用于产生平面激光网格生成坐标系，安装于被监控设备后方，使其生成的激光网格能笼罩住被监控设备的最大移动范围，可调节井下激光网格发射器和被监控设备的距离以调节激光网格的成像范围。
2.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
电源选用5V本质安全型电源。
3.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
井下激光网格发射器采用十字激光发射器,可在壳体内部架设支架，使十字红外激光发射器呈正方形45°角依次等间距固定排列,从而形成激光网格。
4.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
井下激光网格发射器采用直线激光发射器，使用横八竖八16个直线激光发射器生成激光网格。
5.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
将井下激光网格发射器安装固定于采煤机上，使形成的激光网格射向采煤机滚筒及煤壁，从而产生三个成像平面，也称投影面，第一成像平面为采煤机滚筒背部，第二成像平面为液压支架弯曲下来的护帮内侧，第三成像平面为煤壁。
6.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
远程监视系统包括摄像机，无线基站和远程监控站。
7.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
在液压支架上安装固定摄像机，镜头对准采煤机滚筒所在的坐标系，使摄像机、井下激光网格发射器及被监控设备保持一致运动。
8.如权利要求1所述的矿用设备激光造影视频监控系统，其特征在于：
将激光网格投影的上沿调整到液压支架护帮弯曲下来后的下沿处，使激光网格的上沿稍高于弯曲下来的护帮的下沿。
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| CN105136134A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-12-09 | 兖州煤业股份有限公司 | 一种掘进机位姿检测调整方法及系统 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170814 Address after: 030600 Jinzhong Development Zone, Jinzhong, Shanxi province (Room 204, business building, Shanxi Hongji Polytron Technologies Inc) Patentee after: Shanxi Zhongke Mine Intelligent Control Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 030006, Taiyuan, Shanxi province Taiyuan hi tech Zone, Changzhi Road, 227 high-tech international B block, Keda automatic control Patentee before: SHANXI KEDA AUTOMATION CONTROL Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 030600 Jinzhong Development Zone, Jinzhong, Shanxi province (Room 204, business building, Shanxi Hongji Polytron Technologies Inc) Patentee after: SHANXI ZHONGKE INTELLIGENT CONTROL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 030600 Jinzhong Development Zone, Jinzhong, Shanxi province (Room 204, business building, Shanxi Hongji Polytron Technologies Inc) Patentee before: Shanxi Zhongke Mine Intelligent Control Technology Research Institute Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140416 |