基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，所述报警系统采用图像识别的方式对采煤工作面液压支架监测，从而实现液压支架移架工作的自动控制。所述系统主要包括摄像机、激光发射器、液压支架监测设备和液压支架控制设备。摄像机用于采集视频图像；液压支架控制设备负责对液压支架进行控制，并采集液压支架状态；所述液压支架监测设备通过摄像机采集激光束和液压支架的视频图像，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架位置和支架角度的数据，根据监测结果自动通过液压支架控制设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置。

Monitoring and alarming system of hydraulic support for coal face based on laser ruler

The present invention provides an alarm monitoring system of hydraulic support in coal mining face based on the laser rod, the alarm system uses image recognition method on the coal face of hydraulic support monitoring, so as to realize the automatic control of hydraulic support frame shift work. The system mainly comprises a camera, a laser transmitter, a hydraulic support, a monitoring device and a hydraulic support control device. The camera is used to collect the video image; hydraulic control equipment for the control of the hydraulic support, and the acquisition of hydraulic support state; the hydraulic support monitoring equipment through the video camera and the laser beam and the hydraulic support, including hydraulic support bracket position and angle data obtained by fixed sign recognition on the images of laser beam and hydraulic support according to the monitoring results, through the automatic control equipment of hydraulic support to control the hydraulic control hydraulic support moves to the set position.

【技术实现步骤摘要】
基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统
本专利技术涉及一种基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，该方法涉及自动控制、图像模式识别和通信等领域。
技术介绍
目前，随着科技的发展，井下工作人员数量大大减少。然而煤矿井下综采设备仍多以人工现场操作为主。井下采煤工作面、掘进工作面是事故高发区域，采掘工作面生产环境恶劣多变，事故多发，严重威胁了生产人员的人身安全，降低了煤炭生产效率。因此，若要降低采掘工作面劳动强度，提高工作人员的安全系数和采煤效率，必须实现采掘工作面的自动化和少人化。液压支架作为综采工作面的重要组成部分，必须实现设备的自动化和少人化。因此如何监测液压支架、控制液压支架变得尤为重要。目前，液压支架的监测系统多以传感器监测为主，所使用的传感器包括压力传感器、角度传感器、位移传感器、接触传感器等，通过AD转换，再经通信系统将数据传输给处理器等环节，过程复杂，数据处理比较繁琐。在井下工作面存在煤尘、水淋、大功率电气设备、振动等干扰条件，环境恶劣，特别是大功率设备开停等电磁干扰及振动对传感器影响较大，易造成传感器数据误差、甚至造成传感器的损坏；另外大数量的传感器成本比较高，同时可靠性低，效率低下。为解决以上问题，需要一种新的、不完全依赖于传感器，性能可靠、结构简单的液压监控报警系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，所述报警系统采用图像识别的方式对采煤工作面液压支架监测，从而实现液压支架移架工作的自动控制。所述系统主要包括激光发射器、摄像机、液压支架控制设备、液压支架监测设备；所述激光发射器用于发射作为标尺的激光束；所述摄像机安装于采煤工作面巷道侧壁位置，用于采集包括至少一个激光束和至少一个液压支架的至少一个固定标志；所述液压支架控制设备负责对液压支架进行控制，并采集液压支架状态；所述液压支架监测设备通过摄像机采集液压支架的视频图像，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架与激光束的相对位置和角度的数据，并将数据与已存储的与激光束的相对目标位置和工作角度数据进行比对，根据比对结果自动通过液压支架控制设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置；所述液压支架监测设备当监测到液压支架角度异常，则向监控终端发出报警数据。所述液压支架监控报警系统进一步包括：所述液压支架监测设备存储数据包括摄像机采集图像区域内的至少一个液压支架固定标志的模板图像数据；所述液压支架监测设备存储数据还包括液压支架与激光束的相对目标位置和工作角度数据；所述相对目标位置和工作角度数据是在摄像机和液压支架均处于工作位置的状态下测量得到的，相对目标位置数据包括液压支架固定标志的特定特征点与激光束的距离。液压支架移架工作步骤包括:第一步：将激光发射器和摄像机沿采煤方向移动至新的工作位置；第二步：液压支架监测设备通过液压支架控制设备控制压支架降柱，再向采煤工作面方向移动；第三步：液压支架监测设备对摄像机采集的视频图像与液压支架固定标志模板进行模式匹配，并识别激光束，如在设定时间找到匹配目标并识别出激光束，则进行第四步，否则停止移架并发送移架失败信号；第四步：计算匹配目标与激光束的夹角，并求此角度数据与存储的该液压支架相对工作角度的差数据，如果得到的差的绝对值小于设定阈值则进行第五步，否则停止移动液压支架并发出报警信号；第五步：计算获得匹配目标的特定特征点，计算匹配目标的特定特征点与激光束的距离，计算该距离数据与存储的该液压支架相对目标位置数据的差，如差值大于设定阈值则继续移动液压支架，并重复执行第三到第五步，直至差值小于设定阈值，则停止移动液压支架并升柱；在移动摄像机监测范围内多个液压支架时，重复第二步至第五步，直至完成摄像机监测范围内所有液压支架的移动工作。液压支架监测设备对摄像机采集的视频图像与液压支架固定标志模板进行比对的过程包括：1.提取数字图像中的特定颜色特征；2.运用滤波算法对图像进行滤波处理；3.对数字图像进行边缘检测，获取图像边缘信息。4.用已调取的各液压支架标记模板与经过边缘检测的数字图像进行模式匹配处理。对模式匹配结果进行判定。所述液压支架监控报警系统进一步包括：所述激光发射器和摄像机安装位置包括垂直于采煤面安装的固定轨道装置；所述固定轨道装置包括可控移动轨道装置，装置主要包括轨道和电机；电机用于控制摄像机在轨道上移动；所述电机由液压支架控制设备控制。所述液压支架监控报警系统进一步包括：所述固定标志的材料包括荧光材料；所述固定标志包括“十”字形标记。附图说明图1实施方案1系统示意图。图2实施方案2系统示意图。图3液压支架控制器连接示意图。图4摄像机及激光发射器安装示意图。图5液压支架移动工作流程图。图6液压支架模式匹配流程图。具体实施方式所述基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统的实施方案1如图1所示，系统组成主要包括：1.液压支架监测服务器(101)，即液压支架监测设备，接收视频服务器(103)上传的采煤工作面现场的数字化视频数据，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架位置和支架角度的数据并进行比对处理，并根据比对结果自动通过液压支架控制器设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置；具有现场报警监测功能，当监测到液压支架姿态或环境异常，则向监控终端发出报警数据。2.存储服务器(102)，负责接收视频服务器(103)上传的采煤工作面现场的数字化视频数据并进行存储，并为监控终端(103)提供查询调取服务。3.监控终端(103)，负责显示采煤工作面现场视频图像，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现场视频图像并可从存储服务器(102)调取历史监控数据；可根据接收到的液压支架监测服务器(101)发送的报警数据进行报警提示，并发出声光报警。4.网络交换机(104)，负责所有接入矿用以太网的设备的管理和数据交换。5.井下交换机(105)，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。6.液压支架控制器(106)，与液压支架监测服务器(101)进行通信对液压支架进行控制，采用可编程控制器(PLC)，实现对采煤机、液压支架、刮板运输机、及相关设备的监控。可采用西门子S700系列传感器。7.电液控制阀组(107)，电液控制阀是液压支架控制器(106)的执行部件，为单元组合式结构，每个单元由两个主控阀和两个先导阀组成。同一单元中的两个主控阀分别用来控制同一液压缸的伸和收。电液控换向阀集成的单元数取决于被控对象的数量，使得电液控制阀具备灵活通用性，实现液压支架(109)及刮板(110)运输机的动作与姿态，由液压支架控制器(106)直接驱动。8.传感器(108)，用于采集液压支架动作必要的反馈数据，包括压力传感器、行程开关、红外传感器等。9.液压支架(109)，用于支撑工作面顶，由液压支架控制器(106)控制电磁阀组(107)开断，从而对各活动部件控制，在移架过程中与刮板运输机(110)进行联动。10.刮板运输机(110)，用于短途运输由采煤机采下的煤炭，设备运转由液压支架控制器(106)控制，刮板运输机与液压支架(109)通过液压机构连接，在移架前先移动刮本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，其特点在于：所述系统主要包括激光发射器、摄像机、液压支架控制设备、液压支架监测设备；所述激光发射器用于发射作为标尺的激光束；所述摄像机安装于采煤工作面巷道侧壁位置，用于采集包括至少一个激光束和至少一个液压支架的至少一个固定标志；所述液压支架控制设备负责对液压支架进行控制，并采集液压支架状态；所述液压支架监测设备通过摄像机采集液压支架的视频图像，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架与激光束的相对位置和角度的数据，并将数据与已存储的与激光束的相对目标位置和工作角度数据进行比对，根据比对结果自动通过液压支架控制设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置；所述液压支架监测设备当监测到液压支架角度异常，则向监控终端发出报警数据。

【技术特征摘要】
1.基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，其特点在于：所述系统主要包括激光发射器、摄像机、液压支架控制设备、液压支架监测设备；所述激光发射器用于发射作为标尺的激光束；所述摄像机安装于采煤工作面巷道侧壁位置，用于采集包括至少一个激光束和至少一个液压支架的至少一个固定标志；所述液压支架控制设备负责对液压支架进行控制，并采集液压支架状态；所述液压支架监测设备通过摄像机采集液压支架的视频图像，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架与激光束的相对位置和角度的数据，并将数据与已存储的与激光束的相对目标位置和工作角度数据进行比对，根据比对结果自动通过液压支架控制设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置；所述液压支架监测设备当监测到液压支架角度异常，则向监控终端发出报警数据。2.如权利要求1所述的液压支架监控报警系统，其特征在于：所述液压支架监测设备存储数据包括摄像机采集图像区域内的至少一个液压支架固定标志的模板图像数据。3.如权利要求1所述的液压支架监控报警系统，其特征在于：所述液压支架监测设备存储数据包括液压支架与激光束的相对目标位置和工作角度数据；所述相对目标位置和工作角度数据是在摄像机和液压支架均处于工作位置的状态下测量得到的，相对目标位置数据包括液压支架固定标志的特定特征点与激光束的距离。4.如权利要求1所述的液压支架监控报警系统，其特征在于：液压支架移架工作步骤包括:第一步：将激光发射器和摄像机沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，梁娇，
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