基于图像和水质监测的井下水灾报警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像和水质监测的井下水灾报警方法，本报警方法通过煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，并在摄像机所监测巷道的排水渠下游位置或水仓水质采样区域放置水质监测设备；当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水流持续时间超过设定的时间阈值或水流增大速度超过设定阈值，同时水质变化异常则发出水灾报警信号。本报警方法充分考虑了煤矿井下水灾的特征特点，实施简单，自动及时采取相应措施，可第一时间准确地对矿井突水进行报警，为未在突水发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于图像和水质监测的井下水灾报警方法，该方法涉及图像模式识别、传感器、通信等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，矿井水灾时对矿井危害性较大的自然灾害，以煤矿事故死亡的人数计算，水害事故占15.72％，仅次于瓦斯和顶板事故，位居第三，矿井发生水灾事故后，其危害包括：1、冲毁巷道，埋压、淹没和封堵人员。2、伴随突水，会有大量的煤泥和岩石淤积巷道，给人员逃生造成困难。3、损坏设备。井下电器，电缆被水浸泡后，其绝缘能力迅速下降，给井下的运输、通风、排水等造成困难，使未及时逃离人员的生还几率降低。4、涌出大量的有毒有害气体，使未及时逃离人员的生存条件环境更加恶化。综上所述，矿井水灾是煤矿严重的灾害，在煤矿生产中对矿井水灾的报警必须做到及时准确。目前水灾预警以水文探测预防、井下探水、先兆现象观测和为主，水文探测和井下探水可预防井下水灾事故，但由于还可能存在水文情况复杂、设计不当、措施不力、管理不善和人的思想麻痹等原因，水文探测和井下探水并不能完全防止突水的发生，更不能对突发的井下突水进行报警；先兆现象观测以人为经验判断为主，存在较大的主观因素。目前对于现场突水事故，主要依靠现场人员的人工报警，但当突水发生在无人值守的时间或区域，或者现场人员匆忙逃离而未能主动报警，调度室就无法及时的获得已发生突水的信息，无法及时地通知井下相关工作人员，以致不能对突水事故及时采取应急措施，易造成水害失控和人员伤亡。为有效减少水灾引起的矿山财产损失和人员伤亡，需要新的井下水灾报警方法，可第一时间准确地对井下突水进行报警，为未在发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。
技术实现思路
本专利技术根据井下发生突水事故时，会有大量的水向外喷射而出，并持续不断，不断增大的特点提出了一种基于图像和水质监测的井下水灾报警方法。在煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，在摄像机所监测巷道的排水渠下游位置或水仓的水质采样区域放置水质监测设备；对视频图像数据和水质数据进行实时监测，当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水流持续时间超过设定的时间阈值或水流增大速度超过设定阈值时，则判定为数据异常；且当发现水质数据发生超过设定的阈值的变化则发出水灾报警信号。具体方法包括：1.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；关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。2.水质监测设备安装在摄像机所在巷道的排水渠的下游位置或其下游的水仓水质采样区域；水质监测设备安装位置不在摄像机监控区域内；在满足以上条件的情况下水质监测设备应尽量靠近摄像机。3.水质监测设备采集的数据包括以下参数中的一种或多种水质参数数据：水的特定光谱、PH值、电导、水温、浊度。4.对摄像机监控范围内的部分区域A进行设定，对每帧视频图像区域A内各灰度值i的像素数进行统计，得到序列Hi；运算K帧图像的各灰度值的像素数的算术平均值，得到序列St；求大于等于设定灰度值M1的像素总和DS，并将最后一帧图像作为背景图像b(x，y)存储，间隔时间TM对DS和b(x，y)进行更新；每间隔P帧求最新图像帧中区域A内大于等于设定灰度值M2的像素总和DH，当DH大于等于DS设定阈值M3时，即(DH-DS)≥M3时，触发预警，并存储b(x，y)；如(DH-DS)＜M3，则更新DS和b(x，y)，则更新DS和b(x，y)；K、P、M1、M2、M3、TM通过测量设定或人为设定得到。5.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Pn(x，y)为处理了n帧的累积差值图像初始值为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DT，如满足DT≥M4，则判定为图像数据异常；式中M4为设定的阈值；Q1、Q2、T1、T2、M4通过测量设定或人为设定得到。6.当监测到图像数据异常后，计算并监测水质数据变化，当在时间TJ内，如所监测各种水质参数中的一种或多种参数满足(i＝1，2，…，n)，则发出水灾报警信号，式中i为监测各种水质参数的编号，Lli为实时采集的水质参数的数据，LSi为所监测的水质参数的数据的算数平均值，Ri为设定的水质参数的数据变化率阈值；TJ、Ri通过测量设定或人为设定得到。附图说明图1基于图像和水质监测的井下水灾报警系统示意图。图2水质监测设备硬件结构示意图。图3水灾报警工作流程示意图。图4水灾监测服务器监测流程示意图。具体实施方式所述水灾报警方法通过监控系统实现，系统组成主要包括：1.存储服务器(101)，负责接收视频数据、水质参数数据并存储，为监控主机和水灾监测服务器提供查询调取服务。2.水灾监测服务器(102)，接收摄像机采集的数字视频流，对摄像机的视频图像进行处理，监测摄像机视频图像中设定区域出现的异常持续变化，并参考存储服务器存储的水质参数数据，如满足报警条件则向监控主机输出突水报警信号。当监测视频路数过多服务器处理能力不足时，可放置多台服务器分别对视频进行监测。3.地理信息服务器(103)，负责为监控主机提供地理信息服务，使用ArcGIS平台，并存储矿井的相关地理信息数据、摄像机(107)及水质监测设备(110)的位置数据；服务器具有水灾模拟分析功能，可根据突水位置分析水灾发展情况，根据分析结果为井下各工作区域提供逃生路线信息，并发送给监控主机。4.监控主机(104)，具有声光报警功能，接收水灾监测服务器(102)的报警信号则声光报警；具有语音合成及数字语音压缩编码功能，当从地理信息服务器(103)获得井下各工作区域的逃生路线信息后，将突水位置和逃生路线的文本信息合成语音并压缩编码，下发至各广播设备进行广播；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主机查看现场视频图像并可从存储服务器(101)调取历史监控数据。5.网络交换机(105)，负责所有接入矿用以太网的设备的管理和数据交换。6.井下交换机(106)，负责分站和其它通过网络通信设备的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿井下隔爆要求。7.摄像机(107)；采用符合煤矿隔爆要求的矿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像和水质监测的井下水灾报警方法，其特征在于：在煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，在摄像机所监测巷道的排水渠下游位置或水仓水质采样区域放置水质监测设备；对视频图像数据和水质数据进行实时监测，当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水流持续时间超过设定的时间阈值或水流增大速度超过设定阈值时，则判定为数据异常；且当发现水质数据发生超过设定的阈值的变化则发出水灾报警信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像和水质监测的井下水灾报警方法，其特征在于：在煤矿井下掘进工作面、
采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面等地点放置摄像机，在摄像机所监测巷道
的排水渠下游位置或水仓水质采样区域放置水质监测设备；对视频图像数据和水质数据
进行实时监测，当监测到摄像机视频图像中设定区域出现异常水流，且水流持续时间超
过设定的时间阈值或水流增大速度超过设定阈值时，则判定为数据异常；且当发现水质
数据发生超过设定的阈值的变化则发出水灾报警信号。
2.如权利要求1所述的报警方法，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；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所述的报警方法，其特征在于：水质监测设备安装在摄像机所在巷道的排
水渠的下游位置或其下游的水仓水质采样区域；水质监测设备安装位置不在摄像机监控
区域内；在满足以上条件的情况下水质监测设备应尽量靠近摄像机。
4.如权利要求1所述的报警方法，其特征在于：水质监测设备采集以下参数中的1种或多
种水质参数数据：水的特定光谱、PH值、电导、水温、浊度。
5.如权利要求1所述的报警方法，其特征在于：对摄像机监控范围内的部分区域A进行设
定，对每帧视频图像区域A内各灰度值i的像素数进行统计，得到序列Hi；运算K帧图
像的各灰度值的像素数的算术平均值，得到序列Si；求大于等于设定灰度
值M1的像素总和DS，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，刘毅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11