基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统，该方法包括：采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号。从而可以实现对矿车运行过程的自动检测，及时检测出矿车是否存在脱轨危险，保证矿车的安全运行。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统
本专利技术涉及计算机视觉
，具体地，涉及基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统。
技术介绍
目前矿山地下采矿作业依靠大型轨道矿车将矿石运输到地面。矿区斜井长度较长，坡度较大，由于运行环境恶劣，轨道长期运行过程中可能出现变形，矿物洒落也会导致车轮脱轨。一旦矿车出现脱轨，必须安排专业抢修车辆下井进行抢修。但由于井内坡度大，空间狭小，无法达到地面抢修的便捷条件，往往一次抢修需要12-16小时以上，严重影响生产效率。部分矿区基于视频监控技术，在井下安装了无线路由，通过摄像头拍摄矿车运行视频，将视频数据实时传输到监控室，由监控人员24小时紧盯监控画面，出现异常后采取紧急制动预防措施。这种方式一定程度上降低了故障率，但仍然存在较大的弊端，例如长期靠人工监控的模式。由于工作重复枯燥，很容易导致人员注意力不集中或者开小差，另一方面，人工反应的时间不及时，往往出现问题到制动操作指令未完成时，矿车已经脱轨。因此，靠人工远程监控的方法，只能部分解决脱轨问题，实际运行中仍然存在较大故障率。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统。第一方面，本专利技术提供一种基于图像识别的矿车脱轨检测方法，包括：采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号。可选地，所述采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据，包括：分别获取矿车前轮与轨道的第一视频数据，以及矿车后轮与轨道的第二视频数据；其中，所述第一视频数据中矿车前轮与轨道位于拍摄视频的视场中央，所述第二视频数据中矿车后轮与轨道位于拍摄视频的视场中央。可选地，在对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据之前，还包括：对所述视频数据进行预处理，所述预处理包括以下任一种或者任多种操作：对所述视频数据进行降噪处理；对所述视频数据进行滤波处理；对所述视频数据进行增强处理。可选地，对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据，包括：识别所述视频数据中的前景区域和背景区域；基于车轮与轨道的几何特征，在背景区域中标识出车轮轮廓和轨道轮廓；根据所述车轮轮廓和所述轨道轮廓，确定车轮宽度直线和轨道边线；将车轮宽度直线和轨道边线映射到同一个平面；在所述平面中，将所述车轮直线变换到与所述轨道边线相交，并分别计算车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度，以及车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度；其中，所述车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度用以表征车轮外侧与轨道外侧之间的距离，所述车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度用以表征车轮内侧与轨道内侧的距离。可选地，当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号，包括：当车轮外侧与轨道外侧之间的距离小于第一安全阈值，或者车轮内侧与轨道内侧的距离小于第二安全阈值时，则输出告警信号。第二方面，本专利技术提供一种基于图像识别的矿车脱轨检测系统，应用于矿车上，所述系统包括：图像处理器、警报器和安装在矿车侧面的两组相机，所述两组相机将采集到的视频数据传输给所述图像处理器，其中，第一组相机对准矿车左侧的前轮和后轮，第二组相机对准矿车右侧的前轮和后轮；所述两组相机，用于采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；所述图像处理器，用于对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；所述警报器，用于在所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，输出告警信号。可选地，所述两组相机，具体用于：分别获取矿车前轮与轨道的第一视频数据，以及矿车后轮与轨道的第二视频数据；其中，所述第一视频数据中矿车前轮与轨道位于拍摄视频的视场中央，所述第二视频数据中矿车后轮与轨道位于拍摄视频的视场中央。可选地，所述图像处理器，还用于对所述视频数据进行预处理，所述预处理包括以下任一种或者任多种操作：对所述视频数据进行降噪处理；对所述视频数据进行滤波处理；对所述视频数据进行增强处理。可选地，所述图像处理器具体用于：识别所述视频数据中的前景区域和背景区域；基于车轮与轨道的几何特征，在背景区域中标识出车轮轮廓和轨道轮廓；根据所述车轮轮廓和所述轨道轮廓，确定车轮宽度直线和轨道边线；将车轮宽度直线和轨道边线映射到同一个平面；在所述平面中，将所述车轮直线变换到与所述轨道边线相交，并分别计算车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度，以及车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度；其中，所述车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度用以表征车轮外侧与轨道外侧之间的距离，所述车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度用以表征车轮内侧与轨道内侧的距离。可选地，所述警报器，具体用于：当车轮外侧与轨道外侧之间的距离小于第一安全阈值，或者车轮内侧与轨道内侧的距离小于第二安全阈值时，则输出告警信号。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的基于图像识别的矿车脱轨检测方法和系统，通过采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号。从而可以实现对矿车运行过程的自动检测，检测效率高，无需人工干预，能够更加及时地检测出矿车是否存在脱轨危险，保证矿车的安全运行。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的基于图像识别的矿车脱轨检测系统中相机的安装位置示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于图像识别的矿车脱轨检测方法中图像特征提取的效果示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于图像识别的矿车脱轨检测方法中车轮宽度线投影到轨道边线平面的示意图；图4为本专利技术实施例提供的基于图像识别的矿车脱轨检测方法的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的基于图像识别的矿车脱轨检测方法包括车轮目标识别、轨道目标识别、车轮宽度提取，轨道边沿提取，车轮与轨道位置关系计算，其特征在于：通过固定在矿车侧面的相机拍摄矿车运行过程中车轮与轨道的视频数据，基于图像识别技术识别出车轮与轨道目标，提取目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，包括：/n采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；/n对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；/n当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，包括：
采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据；
对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据；所述目标数据包括：车轮外侧与轨道外侧之间的距离、车轮内侧与轨道内侧的距离；
当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号。


2.根据权利要求1所述的基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，所述采集矿车在行驶过程中，车轮与轨道的视频数据，包括：
分别获取矿车前轮与轨道的第一视频数据，以及矿车后轮与轨道的第二视频数据；其中，所述第一视频数据中矿车前轮与轨道位于拍摄视频的视场中央，所述第二视频数据中矿车后轮与轨道位于拍摄视频的视场中央。


3.根据权利要求1所述的基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，在对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据之前，还包括：
对所述视频数据进行预处理，所述预处理包括以下任一种或者任多种操作：
对所述视频数据进行降噪处理；
对所述视频数据进行滤波处理；
对所述视频数据进行增强处理。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，对所述视频数据进行图像特征提取，得到目标数据，包括：
识别所述视频数据中的前景区域和背景区域；
基于车轮与轨道的几何特征，在背景区域中标识出车轮轮廓和轨道轮廓；
根据所述车轮轮廓和所述轨道轮廓，确定车轮宽度直线和轨道边线；
将车轮宽度直线和轨道边线映射到同一个平面；
在所述平面中，将所述车轮直线变换到与所述轨道边线相交，并分别计算车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度，以及车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度；其中，所述车轮直线外侧与轨道外侧直线相交线段长度用以表征车轮外侧与轨道外侧之间的距离，所述车轮直线内侧与轨道内侧直线相交线段的长度用以表征车轮内侧与轨道内侧的距离。


5.根据权利要求5所述的基于图像识别的矿车脱轨检测方法，其特征在于，当所述目标数据不在预设的安全距离范围内时，则输出告警信号，包括：
当车轮外侧与轨道外侧之间的距离小于第一安全阈值，或者车轮内侧与轨道内侧的距离小于第二安全阈值时，则输出告警信号。


6.一种基于图像识别的矿车脱轨检测系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志敏，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31