CN110473230A - 一种监测液压支架升降是否合规的方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种监测液压支架升降是否合规的方法、系统及存储介质，其中，所述监测方法包括：采集综采工作面的液压支架区域的图像；对所述图像里液压支架的支撑立柱进行目标跟踪，生成液压支架跟踪框，根据所述液压支架跟踪框确定其底座为作业人员操作区域；当确定支撑立柱下降时，则识别操作区域内是否有作业人员，若无则发出报警；当确定支撑立柱上升时，则判断液压支架的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则发出报警。本发明能够实现动态监测液压支架升降是否合规，用以解决矿区地下监测不便带来的危害问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全图像识别技术领域，具体为一种监测液压支架升降是否合规的方法、系统及存储介质。
背景技术
煤矿综采工作面是井下煤炭的第一生产现场，综采工作面两端头与工作面运输巷、工作面回风巷连通，综采工作面主要由滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机、桥式转载机等设备构成。
液压支架是煤矿综采工作面支护设备，通过液压支架对工作面顶板的支护，保证作业空间的安全。综采工作面采煤机采煤后，作业人员会前移液压支架，对工作面采煤后暴露出来的顶板及时支护，此过程称之为液压支架移架。移架过程包括降支撑立柱—抬底座—前移支架—升立柱等主要工序。液压支架工移架时必须带压移架，即液压支撑立柱的降低高度不能降太低。升立柱过程中的上升高度也有要求，立柱上升操作结束后，支架对顶板的初撑力不得规程规定要求。
如果液压支架移架时立柱下降太多，液压支架底座对顶板失去支撑，造成工作面冒顶，降柱太多导致支架与相邻架出现咬架现象，会影响工作面正常生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警方法，能够实时动态监测液压支架升降是否合规，用以解决矿区地下监测不便带来的危害问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警方法，包括：
采集综采工作面的液压支架区域的图像；
对所述图像里液压支架的支撑立柱进行目标跟踪，生成液压支架跟踪框，根据所述液压支架跟踪框确定其底座为作业人员操作区域，当确定支撑立柱下降时，则识别操作区域内是否有作业人员，若无则发出报警，当确定支撑立柱上升时，则判断液压支架的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则发出报警。
若有作业人员，则持续跟踪液压支架的支撑立柱，当支撑立柱下降幅度大于阈值时，则报警。
对所述图像里液压支架的支撑立柱进行目标跟踪，包括：
从摄像头拍摄的视频数据中的第一帧图像开始，依次对每帧图像进行支撑立柱检测，当首次在任一帧图像中检测到支撑立柱时，则结束检测，并基于此时检测到的支撑立柱位置以及该帧图像之后的各帧图像，对支撑立柱进行目标追踪，如果后一帧图像中识别到的支撑立柱的跟踪框在前一帧图像中跟踪框上方，则确定支撑立柱在上升，如果在下方，则确定支撑立柱在下降。
支撑立柱的追踪算法采用高效卷积追踪算法。
识别操作区域内是否有作业人员可以设置矩形框标记，分别记录矩形框的四个边框参数为bx、by、bh、bw；其中bx、by是标记矩形框中心点的坐标，bw、bh是标记矩形框的长和宽，并利用目标检测算法检测所述矩形框中是否有作业人员。
操作区域中工作人员的识别方法还可以在图像中人工标注出作业人员，利用卷积神经网络对标注框中的内容进行特征提取，从而识别判断图像的矩形框中是否有作业人员。
支撑立柱的下降幅度的测算方法为：
获取支撑立柱的实际高度与图像高度比例尺：在图像中识别支撑立柱的完整形态，记录跟踪框的高度为bh，假设立柱的实际高度是h，则比例尺＝h/bh；
记录支撑立柱开始下降时的跟踪框位置，用四个参数bx1，by1，bh1，bw1表示，记录支撑立柱停止下降后的跟踪框位置，用四个参数bx2，by2，bh2，bw2表示，则支撑立柱的实际下降幅度＝(bh1-bh2)*h/bh。
进一步的，液压支架的初撑力的监测方法为：
持续跟踪液压支架的立柱，直到其不再上升，系统关联液压支架压力在线监测系统，判断此时液压支架的初撑力是否符合规程规定，符合规定则继续持续对立柱进行目标跟踪，不符合规定要求则报警。
本发明进一步提供一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警装置，包括：
摄像头，采集综采工作面的液压支架区域图像；
处理设备，对所述区域图像里液压支架的支撑立柱进行目标跟踪，生成液压支架跟踪框，根据所述液压支架跟踪框确定其底座为作业人员操作区域；
报警装置，当所述处理设备确定支撑立柱下降时，识别操作区域内是否有作业人员，若无则所述报警装置发出报警；当所述处理设备确定支撑立柱上升时，则判断液压支架的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则所述报警装置发出报警。
本发明进一步提供一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警系统，包括：处理器和存储器；
其中存储器用于存储一个或多个程序指令；
处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如前所述的基于图像识别液压支架升降是否合规的监测方法。
本发明进一步提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警系统执行如前所述的基于图像识别液压支架升降是否合规的监测方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过摄像头对支撑立柱实现实时视频监测，通过系统提取的每帧图像进行对比和计算判断支撑立柱的升降情况同时结合实际情况进行预警，保证综采工作面设备的正常运转和使用。
附图说明
图1为一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警方法流程图。
图2为本发明综采工作面设备布置及摄像头安装位置俯视示意图。
图3为本发明液压支架结构示意图。
图中：1、回风顺槽；2、液压支架底座；3、采煤机；4、刮板输送机；5、液压支架；6、摄像头；7、运输顺槽；8、支撑立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，通常，综采工作面包括采煤机、液压支架、刮板输送机、桥式转载机，其中所述液压支架5包括顶梁，液压支架底座2，支撑立柱，千斤顶部件，并通过千斤顶与综采工作面的刮板输送机连接，所述液压支架底座2两侧分别延伸至与工作面运输巷连通的运输顺槽7和与工作面回风巷连通回风顺槽1。采煤机常用滚筒采煤机。
本发明依据综采工作面的结构环境，提供一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警方法技术方案，包括：
S1.摄像头实时监测综采工作面的液压支架5区域，每隔N帧对图像采集一帧，N为大于1的正整数,将拍摄到的图像上传到系统中；
S2.利用图像识别算法对S1中所述图像里液压支架5的支撑立柱8进行目标跟踪，如果支撑立柱8下降则进入步骤S3，如果支撑立柱8上升，则进入步骤S5；
S3.生成液压支架5跟踪框，根据所述液压支架5跟踪框确定其底座为作业人员操作区域，利用目标检测算法检测操作区域中是否有作业人员，若有作业人员，则进入步骤S4；若没有作业人员，系统进行报警；
S4.持续跟踪液压支架5的支撑立柱8，当其下降幅度大于阈值时，系统进行报警；
S5.持续跟踪液压支架5的支撑立柱8，判断液压支架5的初撑力是否符合规定，符合规定则返回步骤S3；不符合规定则系统进行报警。
为实现步骤S1摄像头实时监测工作面液压支架5区域，需要将第一高清防爆摄像头安装在工作面首个液压支架5的端头架上，此后每隔10架液压支架5，顺序安装第二摄像头、第三摄像头……第N摄像头，其中N为整数。
位于刮板输送机机道上方的摄像头安装在刮板输送机机道上方的液压支架5顶梁上，摄像头均朝向工作面液压支架5的支撑立柱8方向，安装角度以能监测到液压支架5整个立柱移动情况及液压支架5的底座为准。
为实现步骤S2中对支撑立柱8的位置移动识别：从摄像头拍摄的视频数据中的第一帧图像开始，依次对每帧图像进行支撑立柱8检测，一旦在某一帧图像中检测到支撑立柱8，则结束检测，并基于此时检测到的支撑立柱8位置以及该帧图像之后的各帧图像，对支撑立柱8进行目标追踪，如果后一帧图像中识别到的支撑立柱8的跟踪框在前一帧图像中跟踪框上方，则说明支撑立柱8在上升，如果在下方，则说明支撑立柱8在下降。支撑立柱8的追踪算法采用高效卷积追踪算法。
为实现步骤S3中的操作区域确定，系统对每帧图像生成液压支架5的跟踪框，根据所述液压支架5跟踪框确定其底座为作业人员操作区域。另外可以采用具有颜色的矩形框标记，例如采用红色等显著色彩，记录矩形框的4个边框参数bx、by、bh、bw；其中bx、by是标记矩形框中心点的坐标，bw、bh是标记矩形框的长和宽，并利用目标检测算法检测所述矩形框中是否有作业人员。
为实现步骤S3中操作区域工作人员的识别，可以在图像中通过人工标注出作业人员，再利用卷积神经网络对矩形框中的内容进行特征提取，从而识别判断图像的矩形框中是否有作业人员。
此外，步骤S4中所述支撑立柱8的下降幅度测算方法如下：
①在图像中识别支撑立柱8的完整形态，记录跟踪框的高度为bh，假设立柱的实际高度是h，则可以获取支撑立柱8的真实高度与图像高度比例尺为h/bh；
②记录支撑立柱8开始下降时的跟踪框位置，用四个参数bx1，by1，bh1，bw1表示，记录支撑立柱8停止下降后的跟踪框位置，用四个参数bx2，by2，bh2，bw2表示，则支撑立柱8的实际下降幅度＝(bh1-bh2)*h/bh。
通过上述方式实现对步骤S4中支撑立柱8的下降幅度测算。
此外，步骤S4中液压支架5的初撑力的监测方法如下：
持续跟踪液压支架的立柱，直到其不再上升，系统关联液压支架压力在线监测系统，判断此时液压支架的初撑力是否符合规程规定，符合规定则继续持续对立柱进行目标跟踪，不符合规定要求则报警。
本发明进一步提供一种基于图像识别液压支架5升降是否合规的监测报警装置，包括：
采集综采工作面的液压支架区域图像的摄像头6；
处理设备，对所述区域图像里液压支架5的支撑立柱8进行目标跟踪，生成液压支架5跟踪框，根据所述液压支架5跟踪框确定其底座为作业人员操作区域；
报警装置，当所述处理设备确定支撑立柱8下降时，识别操作区域内是否有作业人员，若无则所述报警装置发出报警；当确定支撑立柱8上升时，则判断液压支架5的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则所述报警装置发出报警。
本发明进一步提供一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警系统，包括：处理器和存储器；
其中存储器用于存储一个或多个程序指令；
处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如前所述的基于图像识别液压支架升降是否合规的监测方法。
本发明进一步提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于图像识别液压支架升降是否合规的监测报警系统执行如前所述的基于图像识别液压支架升降是否合规的监测方法。
由此可见，本发明通过摄像头对支撑立柱实现了实时的视频监测，并通过系统提取的每帧图像进行对比和计算判断支撑立柱的升降情况同时结合实际情况进行预警，以保证综采工作面设备的正常运转和使用。
本发明所公开的实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的方法。
在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific工ntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。
易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。
本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种监测液压支架升降是否合规的方法，包括：
采集综采工作面的液压支架(5)区域的图像；
对所述图像里液压支架(5)的支撑立柱(8)进行目标跟踪，生成液压支架(5)跟踪框，根据所述液压支架(5)跟踪框确定其底座为作业人员操作区域；
当确定支撑立柱(8)下降时，则识别操作区域内是否有作业人员，若无则发出报警；当确定支撑立柱(8)上升时，则判断液压支架(5)的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则发出报警。
2.根据权利要求1所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于,若有作业人员，则持续跟踪液压支架(5)的支撑立柱(8)，当支撑立柱(8)下降幅度大于阈值时，则报警。
3.根据权利要求1所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于，对所述图像里液压支架(5)的支撑立柱(8)进行目标跟踪包括：
基于检测到的支撑立柱(8)位置以及该帧图像之后的各帧图像，对支撑立柱(8)进行目标追踪，如果后一帧图像中识别到的支撑立柱(8)的跟踪框在前一帧图像中跟踪框上方，则确定支撑立柱(8)在上升，如果在下方，则确定支撑立柱(8)在下降。
4.根据权利要求3所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于，所述支撑立柱(8)的追踪算法采用高效卷积追踪算法。
5.根据权利要求1所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于，识别所述操作区域内是否有作业人员包括：
根据所述液压支架(5)跟踪框确定其底座为作业人员操作区域并设置矩形框标记，分别记录矩形框的四个边框参数为bx、by、bh、bw；其中bx、by是标记矩形框中心点的坐标，bw、bh是标记矩形框的长和宽，并利用目标检测算法检测所述矩形框中是否有作业人员。
6.根据权利要求1所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于，所述操作区域中工作人员的识别方法为：在图像中人工标注出作业人员，利用卷积神经网络对标注框中的内容进行特征提取，从而识别判断图像的矩形框中是否有作业人员。
7.根据权利要求2所述的一种监测液压支架升降是否合规的方法，其特征在于，所述支撑立柱(8)的下降幅度的测算方法包括：
获取支撑立柱(8)的实际高度与图像高度比例尺：在图像中识别支撑立柱(8)的完整形态，记录跟踪框的高度为bh，假设立柱的实际高度是h，则比例尺＝h/bh；
记录支撑立柱(8)开始下降时的跟踪框位置，用四个参数bx1，by1，bh1，bw1表示，记录支撑立柱(8)停止下降后的跟踪框位置，用四个参数bx2，by2，bh2，bw2表示，则支撑立柱(8)的实际下降幅度＝(bh1-bh2)*h/bh；
所述液压支架(5)的初撑力的监测方法为：
持续跟踪液压支架的立柱，直到其不再上升，系统关联液压支架压力在线监测系统，判断此时液压支架的初撑力是否符合规程规定，符合规定则继续持续对立柱进行目标跟踪，不符合规定要求则报警。
8.一种监测液压支架升降是否合规的装置，其特征在于，所述装置包括：
采集综采工作面的液压支架(5)区域图像的摄像头；
处理设备，对所述区域图像里液压支架(5)的支撑立柱(8)进行目标跟踪，生成液压支架(5)跟踪框，根据所述液压支架(5)跟踪框确定其底座为作业人员操作区域；
报警装置，当所述处理设备确定支撑立柱(8)下降时，识别操作区域内是否有作业人员，若无则所述报警装置发出报警；当确定支撑立柱(8)上升时，则判断液压支架(5)的初撑力是否符合规程规定，若不符合规程规定则所述报警装置发出报警。
9.一种监测液压支架升降是否合规的系统，其特征在于，所述系统包括：处理器和存储器；
所述存储器用于存储一个或多个程序指令；
所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种监测液压支架升降是否合规的系统执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
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| CN (1) | CN110473230A (zh) |
Citations (6)
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2019
- 2019-08-15 CN CN201910754734.1A patent/CN110473230A/zh active Pending
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