[发明专利]基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统

权利要求书

1.本发明提出一种基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统，所述系统主要包括：摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、图像跟踪监测设备在井下安装，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的采煤工作面的液压支架上，摄像机采集采煤工作面现场视频模拟图像；图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、隔爆壳、电源管理模块、串口通信模块、网络通信模块；图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的图像拼接为一幅图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒与左摇杆连接处位置I_A，跟踪监测采煤机左摇杆与主机架连接处位置I_C，跟踪监测采煤机右端滚筒与右摇杆连接处位置I_B，跟踪监测采煤机右摇杆与主机架连接处位置I_D，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度α_A、右摇杆抬起高度α_B、左摇杆升降角速度ω_A、右摇杆升降角速度ω_B、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；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，通过访问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：在采煤工作面液压支架上水平方向均匀安装多部摄像机；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。

3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像跟踪监测设备的视频采集模块连接摄像机模拟视频输出口，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，处理器将采集的图像拼接为一幅图像；图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；图像跟踪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。

4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：分别对摄像机监控范围内的左端滚筒与左摇杆连接处A进行设定，取其中心位置为I_A；对摄像机监控范围内的右端滚筒与右摇杆连接处B进行设定，取其中心位置为I_B；对摄像机监控范围内的左摇杆与主机架连接处C进行设定，取其中心位置为I_C；对摄像机监控范围内的右摇杆与主机架连接处D进行设定，取其中心位置为I_D；k帧时，分别在I_A、I_B、I_C、I_D周围采集两个样本集D^α＝{z|||I_N-I_z||<α}和D^δ,β＝{z|δ<||I_N-I_z||<β}，其中，α<δ<β，I_z表示样本位置，I_N表示在I_A、I_B、I_C、I_D周围采集的样本位置；令D^α为正样本(滚筒图像)，D^δ，β为负样本(背景图像)，根据下列公式计算随机测量矩阵：r_ij表示随机测量矩阵的元素、s取2或者3，均表示概率；然后对样本图像进行多尺度变换，计算类Harr特征，通过上述测量矩阵对多尺度图像特征进行降维，计算降维后的正负样本特征的期望和标准差，并用其来训练朴素贝叶斯分类器；k+1帧的时候，分别对图像设定区域A、B、C、D内上一帧跟踪到的目标位置的周围采样n个扫描窗口，通过同样的稀疏测量矩阵对采样的窗口降维，提取特征，然后用k帧训练好的朴素贝叶斯分类器进行分类，令分类分数最大的窗口记作目标窗口，并分别更新I_A、I_B、I_C、I_D。