[发明专利]基于安全帽检测的煤矿井下人员定位与跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿信息化领域，具体为基于安全帽的煤矿井下人员检测与跟踪方法。

背景技术

我国是煤炭生产和消费的大国，煤矿的安全生产一直备受关注。目前，由于国家对煤矿安全日益重视，监管力度不断加大，大中型煤矿均已大量装备了煤矿安全监控系统，在一定程度上遏制了重特大事故的发生。但是，由于缺乏对井下人员位置信息的监控，目前还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时准确掌握井下人员的分布和作业的情况。煤矿井下还存在着一些危险区域，如有害气体超标的区域、绞车运行中的斜巷、设备重地等，这些区域一般禁止工人进入，但井下巷道交错，环境复杂，普通的告示牌或警铃通知方式警示效果不佳。实现入井人员的有效管理、检测、跟踪、定位对于煤矿的安全生产、调度指挥以及事故后的抢险救援都具有重要意义。目前，煤矿井下人员检测方法有如下几种：(1).矿用人员定位跟踪系统。这种系统一般由标识卡、读卡器、人员检测分站、通信接口、服务器等组成，多采用无线射频识别(RFID)或无线传感网(WSN)技术实现实时数据采集与存储、井下人员考勤、定位、数据联网、报警提示等一系列功能。但人员定位跟踪系统存在着一些问题，如需实现低功耗、高效率的标识卡技术，提高高速条件下定位的准确性，克服井下无线传播信道的复杂性对定位精度的影响，还有标识卡、读卡器价格昂贵等。(2).红外检测技术。可将矿井人员红外探测计数装置安装于井口及开采现场，对出入矿人员进行探测和计数。但只能对在列队行走情况下的人员如数识别，在并排或无序行走情况下难以正确识别。采用红外技术实现人员检测如需进一步确定人员的身份及其具体位置，还需要融合身份确认系统和人员定位系统等技术，增加了监控系统的复杂性，限制了系统的应用。(3).视频检测技术。目前很多煤矿都配备了视频监控系统，地面调度指挥中心监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有效的资料，在安全生产、调度指挥、抢险救援中都起到了积极的作用。但目前的煤矿视频监控仍主要停留在人工监视阶段，由人工来监视场景、判断危险情况并做出相应的反应。和普通图像监控系统一样，虽然在功能和性能上取得了长足的进步，但仍存在不足。这些不足使得图像监控系统不同程度地存在报警准确度不高、误报漏报情况时有发生、报警响应慢等缺陷，从而影响系统性能。

如果能在煤矿实现智能视频监控，实现人员自动检测、跟踪、定位，则具有一系列的优点，如(1).能充分利用煤矿现有设备资源，不需要额外的设备投入；(2).可以和现有的自动控制系统结合，实现实时报警和联动控制；(3).利用视频处理技术，提取高层次有用信息，如身份、行为、状态等；(4).备份视觉资料，以备查证。虽然智能视频技术在一般场景下已经取得了较大进展，但是目前煤矿井下智能视频技术严重滞后，主要是由于井下环境特殊，全天候人工照明，煤灰、粉尘、潮湿等因素的影响，视频质量较差，对于视频处理技术提出了严峻考验。

智能视频监控系统中人员目标的检测方法可以分为两大类，即基于运动的人体检测方法和基于人体特征的检测方法。运动目标检测是指从视频序列中提取出运动目标，为高层的视频理解提供分析依据，是计算机视觉研究的基础任务和关键技术之一。作为人员检测的手段，这种方法只能应用于人员与背景之间有相对运动的情况。常用的方法有背景消减法、帧差法、光流法等。基于运动目标检测人员的方法很多，各有利弊，性能不一，但共同的一个不足是只能对运动的人员进行检测，若人员目标处于静止状态时，运动特征消失，导致这些方法的失效，因此产生了基于人体特征的检测方法。如基于人体形状的检测方法和基于人体部位的检测方法等。