[发明专利]基于图像和涌水量监测设备的井下水灾报警系统

权利要求书

1.一种基于图像和涌水量监测设备的井下水灾报警系统，其特征在于：系统主要包括摄像机、视频分路器、图像和涌水量监测设备、流量采集设备、视频服务器、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中摄像机、视频分路器、图像和涌水量监测设备、流量采集设备、视频服务器在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；摄像机安装于煤矿井下掘进工作面或采煤工作面，摄像机采集井下现场视频模拟图像；流量采集设备采用安装明渠量水堰槽的排水渠流量采集设备；图像和涌水量监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、串口通信模块、网络通信模块、电源与时钟模块和隔爆壳；图像和涌水量监测设备采集并监测涌水量数据，并监测煤矿井下现场视频中的突发且持续水流，根据监测结果发出水灾报警信号，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；报警的具体方法为：

对图像和涌水量监测设备的摄像机监控范围内的部分区域A进行设定，存储在存储模块中；运算K帧图像设定区域A内的各灰度值的像素数的算术平均值；求大于等于设定灰度值M₁的像素总和D_S，并将最后一帧图像作为背景图像b(x，y)存储，间隔时间T_S对D_S和b(x，y)进行更新；每间隔P帧求最新图像帧中设定区域A内大于等于设定灰度值M₂的像素总和D_H，当D_H大于等于D_S设定阈值M₃时触发预警；K、P、T_S、M₁、M₂、M₃通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中；

进入预警模式后，每间隔Q₁帧对摄像机采集的实时视频图像f(x，y)与所存背景图像b(x，y)进行累积差值处理，累积差值运算公式为：

式中P_n(x，y)为处理了n帧的累积差值图像，初始值P₀(x，y)为0，A为设定区域，T₁为设定灰度阈值；通过累积差值运算处理Q₂帧后，求大于等于设定灰度值T₂的像素总和D_T，如满足D_T≥M₄，则发出水灾报警信号；Q₁、Q₂、T₁、T₂、M₄通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中。

2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米；在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致；手动设定摄像机焦距和曝光值，并关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。

3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像和涌水量监测设备的视频采集模块连接摄像机模拟视频输出口，视频采集模块负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器。

4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像和涌水量监测设备的串口通信模块连接流量采集设备，采集摄像机所在巷道涌水量即排水渠流量数据；图像和涌水量监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。

5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：当监测到图像数据异常后，计算并监测排水渠流量数据变化，当在时间T_J内，满足则发出水灾报警信号，式中L_i为实时采集的排水渠流量数据，L_S为图像数据异常前的排水渠流量数据平均值，R为设定的排水渠流量增长率阈值；T_J、R通过测量设定或人为设定得到。