CN206629190U - 基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统。在煤矿井下掘进巷道顶部中间均匀安装多部红外摄像机，并在掘进机上安装红外摄像机，红外摄像机采集视频信息；视频服务器上传数字视频流，掘进机控制器上传掘进机状态数据和水系统喷雾信息，掘进机监测服务器对视频图像进行处理，监测红外摄像机视频图像中设定区域，并参考存储服务器存储的相应掘进机状态数据，如满足报警条件则向监控终端输出掘进机异常工作及灾害报警信号，生产管理人员可通过监控终端查看现场实时和历史视频，并做出相应处理；本报警系统充分考虑了煤矿掘进机工作特点，实施简单，自动及时采取相应措施，可第一时间准确地对掘进机异常工作及灾害进行报警。

Description

基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统，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。掘进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，故对掘进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。

目前掘进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，在实际掘进情况下，伴随着大量的煤块坠落，安装在掘进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，需要新的煤矿井下掘进机异常工作监测报警系统，可第一时间准确地对掘进机异常工作进行报警，为井下掘进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跟踪监测设备的掘进机异常工作及灾害报警系统，根据掘进机的不同异常工作状态，该系统可发出不同报警信号，包括：偏离工作轨道报警信号；切割受阻报警信号。通过监测掘进机各部分的温度，判断掘进机发热情况，根据判断结果，该系统可发出不同报警信号，包括：本体部温度过高报警信号；切割头温度过高报警信号。根据掘进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。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频服务器、掘进机控制器、分站、矿用以太网、存储服务器、掘进机监测服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频服务器、分站和掘进机控制器在井下安装，存储服务器、掘进机监测服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机分别安装于煤矿井下掘进巷道顶部中间和掘进机上，红外摄像机采集掘进工作面现场视频模拟图像；掘进机监测服务器具有将安装于巷道顶部的多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像的功能，具有跟踪监测掘进机工作状态的功能，具有发出不同类型报警信号的功能，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。

1.该系统进一步包括：在煤矿井下掘进巷道顶部中间均匀安装多部摄像机，在掘进机上安装摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述掘进机工作的红外画面；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.该系统进一步包括：掘进机控制器采集掘进机设置数据和水系统喷雾数据，分站接收掘进机控制器上传的数据，通过矿用以太网上传至掘进机监测服务器、存储服务器和监控终端。

3.该系统进一步包括：掘进机监测服务器将接收到的数字视频数据和掘进机设置数据输出到核心处理器，处理器具有将采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并存储在存储模块中的功能。

4.该系统进一步包括：掘进机监测服务器位于井上，掘进机监测服务器具有对视频目标分块跟踪监测功能。

5.该系统进一步包括：掘进机监测服务器的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与监控终端通信。

6.该系统进一步包括：该系统具有发出不同报警信号功能，报警信号包括：该系统具有发出不同报警信号功能，报警信号包括：偏离工作轨道报警信号；切割受阻报警信号；本体部温度过高报警信号；切割头温度过高报警信号；突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信。

附图说明

图1基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统示意图。

图2掘进机异常工作及灾害报警系统的工作流程示意图。

具体实施方式

基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统组成如图1所示：

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，摄像机安装在煤矿井下掘进巷道顶部中间和掘进机上，通过同轴电缆与视频服务器(104)连接。

2.掘进机控制器(102)，负责采集掘进机设置数据和水系统喷雾数据，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。

3.分站(103)，也称数据采集站，负责接收掘进机控制器(102)上传的掘进机设置数据和水系统喷雾数据，并将数据上传至存储服务器、掘进机监测服务器和监控终端。分站与掘进机控制器(102)采用RS-485标准通过双绞线通信；分站通过双绞线或光缆与最近的井下交换机连接，采用TCP方式与井上的存储服务器通信，具有隔爆外壳，符合煤矿井下隔爆要求。

4.视频服务器(104)，也称视频编码器，接收由红外摄像机(101)输出的模拟视频信号，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、掘进机监测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，设置为组播方式。

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.掘进机监测服务器(108)，接收视频服务器(104)上传的数字视频流和掘进机控制器(102)上传的掘进机设置数据和水系统喷雾数据，对视频图像进行处理，监测红外摄像机视频图像中设定区域，并参考存储服务器存储的相应掘进机设置数据，如满足报警条件则向监控终端(109)输出掘进机异常状态报警信号。

9.监控终端(109)，具有声光报警功能，接收到掘进机监测服务器(108)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，当掘进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。

掘进机异常工作及灾害报警系统的工作过程如图2所示：

1.(201)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服务器(104)。

2.(202)视频服务器(104)数字化模拟视频信号并进行压缩编码。

3.(203)分站(103)，接收掘进机控制器(102)上传的掘进机设置数据和水系统喷雾数据。

4.(204)将视频信号、掘进机设置数据和水系统喷雾数据通过网线将数据上传至存储服务器(107)、掘进机监测服务器(108)和监控终端(109)。

5.(205)存储服务器(107)接收视频信号、掘进机设置数据和水系统喷雾数据，并进行存储。

6.(206)掘进机监测服务器(108)接受视频信号、掘进机设置数据和水系统喷雾数据，并通过核心处理器(201)的内置库处理分析视频数据，监测掘进工作面视频中掘进机工作状态，对分析结果进行判断。

7.(207)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)传送给监控终端(109)。

8.(208)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掘进机位置，并声光报警提示生产管理人员进行处理。

9.(209)生产管理人员通过监控终端(109)访问存储服务器(107)调取现场历史视频。

10.(210)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。

11.(211)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。

Claims (7)

1.一种基于红外图像的掘进机异常工作及灾害报警系统，所述系统主要包括：红外摄像机、视频服务器、掘进机控制器、分站、矿用以太网、存储服务器、掘进机监测服务器、监控终端；其中红外摄像机、视频服务器、分站和掘进机控制器在井下安装，存储服务器、掘进机监测服务器和监控终端安装于井上；红外摄像机分别安装于煤矿井下掘进巷道顶部中间和掘进机上，红外摄像机采集掘进工作面现场视频模拟图像；掘进机监测服务器具有将安装于巷道顶部的多部摄像机采集的红外图像拼接为一幅红外图像的功能，具有跟踪监测掘进机工作状态的功能，具有发出不同类型报警信号的功能，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：在煤矿井下掘进巷道顶部中间均匀安装多部摄像机，在掘进机上安装摄像机；摄像机的摄像头安装有红外滤片，用于采集所述掘进机工作的红外画面；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：掘进机控制器采集掘进机设置数据和水系统喷雾数据，分站接收掘进机控制器上传的数据，通过矿用以太网上传至掘进机监测服务器、存储服务器和监控终端。

4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：掘进机监测服务器将接收到的数字视频数据和掘进机设置数据输出到核心处理器，处理器具有将采集的红外图像拼接为一幅红外图像，并存储在存储模块中的功能。

5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：掘进机监测服务器位于井上，掘进机监测服务器具有对视频目标分块跟踪监测功能。

6.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：掘进机监测服务器的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与监控终端通信。

7.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：该系统具有发出不同报警信号功能，报警信号包括：偏离工作轨道报警信号；切割受阻报警信号；本体部温度过高报警信号；切割头温度过高报警信号；突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信。