一种基于互联网数据交互的煤矿安全监控系统及监控方法

技术领域

本发明属于矿井安全技术领域，涉及一种基于互联网数据交互的煤矿安全监控系统及监控方法。

背景技术

煤矿安全生产是煤矿企业安全管理的首要任务。随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以传感技术、电子技术、计算机技术等为基础的煤矿监控系统在煤矿企业中得到了广泛应用。高科技的安全监测系统的建设，保证煤矿对地质变化的应对能力，如何技改矿井错综复杂管路综合监测能力是煤矿能否安全生产、紧急救援的瓶颈。

煤矿安全生产方面的信息化建设一般从三个方面着手。首先，安全监测监控系统建设是建设重点之一，除被人们广泛关注和了解的瓦斯监控之外，还包括矿山顶板压力监测、井下煤炭运输系统监控、井下温度监控以及其他有害气体监控等；其次，生产作业系统的监测监控和管理；最后，各个企业对于安全生产信息的联网，使企业、地方政府有关安全生产管理部门与国家煤矿安全监察局能够随时查看这些生产与安全数据。

CN102023617A公开了一种基于工业互联网的煤矿安全信息监控系统，包含：至少一个监控中心系统，和至少两个通过网络与所述监控中心系统连接的信息接入设备；所述信息接入设备与煤矿的至少一个矿井监控系统连接，用于从所述矿井监控系统采集该煤矿的生产与安全数据，进行实时数据处理和该矿井的历史数据存储；所述监控中心系统通过网络与管辖内所有煤矿的信息接入设备连接，用于从所述信息接入设备获取管辖内所有煤矿的生产与安全数据，进行煤矿生产与安全数据的监控、管理，和历史数据的存储；还用于管辖内所有煤矿的人机界面数据与服务的集中，和根据所监控的生产与安全数据对管辖内的煤矿进行报警处理。

CN203022821U公开了一种煤矿安全监控系统分站，所述分站设置在井下，分站主控设备连接井上工控主机，矿用隔爆兼本安型电源箱通过主控接口连接分站主控设备，所述主控设备分别通过主控接口连接声光报警器、浇封兼本安断电执行器、隔爆兼本安型断电器、隔爆兼本安型断电器、隔爆兼本安断电器和传感器。

CN204140129U公开了一种煤矿管网综合监控系统，包括安装在矿井地面监控中心的监控主机，与所述监控主机关联的语音预警装置和数据报表打印机，安装在井下各个区域的数据采集监控单元；所述数据采集监控单元主要由井下监控分站及与井下监控分站相连接的各种矿用信号传感器组成；所述井下监控分站与所述监控主机之间通过矿井千兆工业以太网进行数据传输。

目前，很多煤矿上均设有水网监控系统，井下气体监测系统等针对单一业务部门或单一功能应用的监控子系统，由于多种异构系统的存在，使得各应用系统之间数据交互和共享困难，信息孤岛现象较为严重，对可疑人员的监控和追踪也有缺失。因此，煤矿综合监控系统的建立显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于互联网数据交互的煤矿安全监控系统及监控方法，通过人像识别模块与轨迹追踪模块的联动实现了作业人员的自动识别和可疑人员的定位监控，需要的逻辑运算和数据处理量小、成本低且监控准确度高，以较低成本对监控矿井内人员进行了准确、大范围监控识别及追踪。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于互联网数据交互的煤矿安全监控系统装置，所述的煤矿安全监控系统包括终端服务器、监控总站以及分布于矿井内的至少一个监控分站，所述的监控总站与各个监控分站分别通过以太网连接，实现监控总站与监控分站之间的数据共享，所述的监控总站将各点位的监控分站传送的数据汇总后传输至终端服务器。

本发明提供的煤矿安全监控系统装置采用了上下分级的监控逻辑，通过分布于矿井内的各个监控分站对监控覆盖范围内的矿井区域进行视频监控，并从监控数据中自动判断出矿井内的异常状况，通过人像识别模块与轨迹追踪模块的联动实现了作业人员的自动识别和可疑人员的定位监控，需要的逻辑运算和数据处理量小、成本低且监控准确度高，以较低成本对监控矿井内人员进行了准确、大范围监控识别及追踪。

所述的监控分站包括人像识别模块和与所述的人像识别模块联动的轨迹追踪模块，所述的人像识别模块用于识别作业人员并标记可疑人员，所述的轨迹追踪模块根据人像识别模块标记的可疑人员信息对可疑人员的移动轨迹进行追踪。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的人像识别模块包括摄像头和人像数据库，以及集成于所述摄像头内的面部提取模块、图像处理模块、人像建模模块和人像识别模块，所述的面部提取模块用于对摄像头传输的视频图像中的人像进行拍照并扫描，所述的图像处理模块用于将图像信息转化为数字信息，所述的人像建模模块根据数字信息建立人像模型，所述的人像识别模块根据人像模型在人像数据库内查找，确定图像中的人员身份信息，当人像识别模块未在人像数据库中查找到图像中的人员身份信息时，将图像中的人员标记为可疑人员，并将可疑人员的人像模型传输至轨迹追踪模块。

优选地，所述的轨迹追踪模块包括图像采集模块、空间运算模块、区域识别模块和追踪标记模块，所述的图像采集模块与人像识别模块电性连接，图像采集模块用于对人像识别模块传输的可疑人员的人像模型进行目标检测，所述的空间运算模块用于扫描摄像头监控覆盖范围内的空间区域信息并建立监控区域地图，所述的区域识别模块分别电性连接所述的图像采集模块和空间运算模块，所述的区域识别模块用于将检测到的可疑人员定位于区域地图内，所述的追踪标记模块用于记录可疑人员在区域地图内的移动轨迹并将移动轨迹数据传输至终端服务器。

本发明实现了人像识别模块和轨迹追踪模块在功能上的联用，人像识别模块能够全面提取目标的图像特征并与人像数据库进行比对，快速在监控视频中锁定可疑人员目标，随后通过轨迹追踪模块对可疑人员进行持续跟踪，保障了矿井内的人员安全，减少了误报漏报可能性，对锁定跟踪目标的人像数据库进行整理筛查，进一步提高了信息的有效性，能将高质量的锁定跟踪结果反馈给终端服务器的操作人员。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的监控分站还包括环境监测模块以及与所述的环境监测模块反馈控制的报警广播模块，所述的环境监测模块通过以太网接入终端服务器，所述的环境监测模块将检测到的实时环境数据传输至终端服务器。

本发明通过环境监测模块采集环境中的粉尘浓度、气体浓度、温度数据、压力数据和湿度数据，并集中智能控制，通过矿上终端服务器实现了对矿下作业人员位置信息的实时监控和超限报警，提升联防调度能力，大大提高了对矿下环境的监测能力和矿下的安全系数。

优选地，所述的环境监测模块包括粉尘浓度传感器、气体浓度传感模组、温度传感器、压力传感器和湿度传感器。

优选地，所述的气体浓度传感模组包括甲烷浓度传感器、CO浓度传感器、 CO

优选地，所述的报警广播模块包括控制器以及与所述的控制器反馈连接的报警模组，所述的控制器根据环境监测模块发送的环境数据进行超限判断，根据判断结果控制报警模组开启。

优选地，所述的报警模组包括声音报警器、灯光报警器和播音设备。

本发明通过灯光报警器的持续闪烁提高作业人员的警示性，通过播音设备加强提醒警示效果，便于及时进行警报和广播使用，有利于及时的采取相关措施，有利于增加实用性。

优选地，所述的声音报警器为电压式蜂鸣器。

在本发明中，声音报警器、灯光报警器和播音设备的输入端均与报警控制器的输出端连接，电压式蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，电压式蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成。灯光报警器采用脉冲氙气灯管制成，声音使用压电扬声器产生，具有高亮度闪光、响亮音频报警功能，灯光报警器也可通过LED实现连续多次闪烁功能，其灯管由高亮度 LED组成。LED的灯光颜色、闪烁次数和闪烁频率可根据需要定制。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的煤矿安全监控系统还包括至少一个移动终端，作业人员随身配备所述的移动终端，通过所述的移动终端与终端服务器进行数据交互。

本发明通过移动终端对矿井工作人员的工作状态进行管理并对工作人员进行定位追踪，以适应日常的管理工作，并能够及时通知矿井工作人员矿井内的异常状况，从而避免矿井工作人员受到伤害，减少了人力投入，降低了管理成本，因此保证了煤矿的生产进度以及工作人员的人身安全。

优选地，各个移动终端与所述的终端服务器分别通过以太网连接，实现移动终端与终端服务器之间的数据共享。

优选地，所述的移动终端内部集成有人员定位模块、视频通讯模块和超限报警模块，所述的视频通信模块与终端服务器实现视频数据交互。

优选地，所述的超限报警模块包括采集单元和警报单元，所述的采集单元用于采集作业人员当前位置处的环境数据并将环境数据传输至警报单元，所述的警报单元对采集单元采集到的环境数据与预设的环境数据阈值进行逻辑判断，根据判断结果进行超限报警指示。

优选地，所述的人员定位模块包括GPS、信号转换器和GPS无线传输器，所述的GPS用于接收卫星定位信号，所述的信号转换器用于将卫星定位信号转换为电信号后通过GPS无线传输器发送至终端服务器。

在本发明中，设置超限报警模块采集作业人员当前位置的多种环境参数，确保作业人员随身了解周边的环境数据，及时避险，因此针对矿下气体浓度异常的情况，手持式移动终端可以作为环境监测点损坏时的双保险；同时，每一个移动终端在矿井内都成为了一个“移动式的环境监测模块”，无形中扩大了矿下环境监测的全面性，便于终端服务器及时了解井下作业的全局情况，随时随地作出正确判断和恰当指挥，提高工作效率和安全保障系数。设置人员定位模块可以在矿山立体上查看人员的分布情况，将每个人员标注在矿下分布图上。有利于实时监测作业人员所在的位置，在紧急情况下，跟踪GPS进行失事人员搜救。当某一地点气体浓度突出，除了加强通风之外，还能根据每个环境监测点反馈的甲烷浓度和CO浓度指导作业人员向低浓度区疏散。设置视频通讯模块，方便作业人员与终端服务器进行视频通话，便于工作任务的传达，在发生紧急情况下可以直接指导人员进行逃生自救，指导作业人员快速撤离，去往安全地带。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的煤矿安全监控系统还包括远程控制平台，所述的远程控制平台与终端服务器之间通过以太网进行数据传输和远程控制。

优选地，所述的远程控制平台包括中控室，所述的终端服务器内储存的可疑人员移动轨迹数据、环境数据以及作业人员定位信息传输至中控室，操作人员于中控室内掌握矿井内的作业人员安全并监控可疑人员动向，排查安全隐患。

作为本发明一种优选的技术方案，各个监控分站分别接入各自对应的交换机，各个交换机之间依次串联形成冗余的通信环网，从而实现监控分站之间的数据交互。

在本发明中，将若干个监控分站安装至煤矿内，使得环境监测点遍布在煤矿内部，监控分站之间通过交换机实现冗余的通信环网，对环境数据的检测彼此互不影响，同时各个监控分站彼此之间还能实现数据分享，便于提高监测范围，从而提高安全防护程度，通过每一个环境监测点的各个传感器对煤矿内的各种环境信息进行检测。将各个监控分站采集到的各种环境信息反馈至终端服务器，以便于实时监测煤矿内的环境信息，有利于信息的快速传输，提高系统的响应速度，进而便于及时对问题点位进行警报。

第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的煤矿安全监控系统装置的煤矿安全监控方法，所述的煤矿安全监控方法包括：

人像识别模块与轨迹追踪模块进行联动，人像识别模块对矿井内的作业人员进行人像识别并标记可疑人员，将可疑人员的图像信息传输至人像识别模块，轨迹追踪模块根据可疑人员的图像信息对可疑人员进行定位追踪，轨迹追踪模块将可疑人员的移动轨迹通过以太网传输至监控总站，监控总站将各点位的轨迹追踪模块传送的可疑人员的移动轨迹汇总后传输至终端服务器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的人像识别模块与轨迹追踪模块的联动工作过程包括：

(Ⅰ)摄像头将采集到的适配图像传输至面部提取模块，面部提取模块对视频图像中的人像进行拍照并扫描，图像处理模块将面部提取模块传输的图像信息转化为数字信息，人像建模模块根据数字信息建立人像模型，人像识别模块根据人像模型在人像数据库内查找，确定图像中的人员身份信息，当人像识别模块未在人像数据库中查找到图像中的人员身份信息时，将图像中的人员标记为可疑人员，并将可疑人员的人像模型传输至轨迹追踪模块；

(Ⅱ)图像采集模块对人像识别模块传输的人像模型进行目标检测，空间运算模块扫描摄像头监控覆盖范围内的空间区域信息并建立监控区域地图，区域识别模块用于将检测到的目标人员定位于区域地图内，通过追踪标记模块记录目标人员在区域地图内的移动轨迹，并将移动轨迹信息通过以太网传输至监控总站。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的煤矿安全监控方法还包括：

通过环境监测模块检测当前覆盖区域内的环境数据，包括粉尘浓度、甲烷浓度、CO浓度、CO

作为本发明一种优选的技术方案，所述的煤矿安全监控方法还包括：作业人员进入矿井前，随身佩戴移动终端，作业人员通过移动终端与终端服务器进行数据交互。

优选地，所述的移动终端的使用方法包括：

(1)采集单元采集作业人员当前位置处的环境数据并将环境数据传输至警报单元，警报单元对采集单元采集到的环境数据与预设的环境数据阈值进行逻辑判断，根据判断结果进行超限报警指示；

(2)作业人员在矿井内作业的过程中，通过人员定位模块对作业人员进行定位，并将定位信息发送至终端服务器；

(3)作业人员根据自身需求通过视频通信模块与终端服务器进行视频通话，汇报工作进度和安全状况。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的煤矿安全监控系统装置采用了上下分级的监控逻辑，通过分布于矿井内的各个监控分站对监控覆盖范围内的矿井区域进行视频监控，并从监控数据中自动判断出矿井内的异常状况，通过人像识别模块与轨迹追踪模块的联动实现了作业人员的自动识别和可疑人员的定位监控，需要的逻辑运算和数据处理量小、成本低且监控准确度高，以较低成本对监控矿井内人员进行了准确、大范围监控识别及追踪。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的煤矿安全监控系统的逻辑图。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种基于互联网数据交互的煤矿安全监控系统装置，所述的煤矿安全监控系统如图1所示，包括终端服务器、监控总站以及分布于矿井内的至少一个监控分站，监控总站与各个监控分站分别通过以太网连接，实现监控总站与监控分站之间的数据共享，监控总站将各个监控分站传送的数据汇总后传输至终端服务器。

监控分站包括人像识别模块以及与人像识别模块联动的轨迹追踪模块，人像识别模块用于识别作业人员并标记可疑人员，轨迹追踪模块根据人像识别模块标记的可疑人员信息对可疑人员的移动轨迹进行追踪。

人像识别模块包括摄像头和人像数据库，摄像头内集成设置有面部提取模块、图像处理模块、人像建模模块和人像识别模块，面部提取模块用于对摄像头传输的视频图像中的人像进行拍照并扫描，图像处理模块用于将图像信息转化为数字信息，人像建模模块根据数字信息建立人像模型，人像识别模块根据人像模型在人像数据库内查找，确定图像中的人员身份信息，当人像识别模块未在人像数据库中查找到图像中的人员身份信息时，将图像中的人员标记为可疑人员，并将可疑人员的人像模型传输至轨迹追踪模块。

轨迹追踪模块包括图像采集模块、空间运算模块、区域识别模块和追踪标记模块，图像采集模块与人像识别模块电性连接，图像采集模块用于对人像识别模块传输的可疑人员的人像模型进行目标检测，空间运算模块用于扫描摄像头监控覆盖范围内的空间区域信息并建立监控区域地图，区域识别模块分别电性连接所述的图像采集模块和空间运算模块，区域识别模块用于将检测到的可疑人员定位于区域地图内，追踪标记模块用于记录可疑人员在区域地图内的移动轨迹并将移动轨迹数据传输至终端服务器。

监控分站还包括环境监测模块以及与环境监测模块反馈控制的报警广播模块，环境监测模块通过以太网接入终端服务器，环境监测模块将检测到的实时环境数据传输至终端服务器。环境监测模块包括粉尘浓度传感器、气体浓度传感模组、温度传感器、压力传感器和湿度传感器，气体浓度传感模组包括甲烷浓度传感器、CO浓度传感器、CO

煤矿安全监控系统还包括至少一个移动终端，作业人员随身配备所述的移动终端，通过移动终端与终端服务器进行数据交互。各个移动终端与所述的终端服务器分别通过以太网连接，实现移动终端与终端服务器之间的数据共享。移动终端内部集成有人员定位模块、视频通讯模块和超限报警模块，视频通信模块与终端服务器实现视频数据交互。超限报警模块包括采集单元和警报单元，采集单元用于采集作业人员当前位置处的环境数据并将环境数据传输至警报单元，警报单元对采集单元采集到的环境数据与预设的环境数据阈值进行逻辑判断，根据判断结果进行超限报警指示。人员定位模块包括GPS、信号转换器和 GPS无线传输器，GPS用于接收卫星定位信号，信号转换器用于将卫星定位信号转换为电信号后通过GPS无线传输器发送至终端服务器。

煤矿安全监控系统还包括远程控制平台，远程控制平台与终端服务器之间通过以太网进行数据传输和远程控制。远程控制平台包括中控室，终端服务器内储存的可疑人员移动轨迹数据、环境数据以及作业人员定位信息传输至中控室，操作人员于中控室内掌握矿井内的作业人员安全并监控可疑人员动向，排查安全隐患。

各个监控分站分别接入各自对应的交换机，各个交换机之间依次串联形成冗余的通信环网，从而实现监控分站之间的数据交互。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种采用上述煤矿安全监控系统装置的煤矿安全监控方法，所述的煤矿安全监控方法包括：

(1)摄像头将采集到的适配图像传输至面部提取模块，面部提取模块对视频图像中的人像进行拍照并扫描，图像处理模块将面部提取模块传输的图像信息转化为数字信息，人像建模模块根据数字信息建立人像模型，人像识别模块根据人像模型在人像数据库内查找，确定图像中的人员身份信息，当人像识别模块未在人像数据库中查找到图像中的人员身份信息时，将图像中的人员标记为可疑人员，并将可疑人员的人像模型传输至轨迹追踪模块；

(2)图像采集模块对人像识别模块传输的人像模型进行目标检测，空间运算模块扫描摄像头监控覆盖范围内的空间区域信息并建立监控区域地图，区域识别模块用于将检测到的目标人员定位于区域地图内，通过追踪标记模块记录目标人员在区域地图内的移动轨迹，并将移动轨迹信息通过以太网传输至监控总站。

(3)通过环境监测模块检测当前覆盖区域内的环境数据，包括粉尘浓度、甲烷浓度、CO浓度、CO

(4)作业人员进入矿井前，随身佩戴移动终端，采集单元采集作业人员当前位置处的环境数据并将环境数据传输至警报单元，警报单元对采集单元采集到的环境数据与预设的环境数据阈值进行逻辑判断，根据判断结果进行超限报警指示；作业人员在矿井内作业的过程中，通过人员定位模块对作业人员进行定位，并将定位信息发送至终端服务器，作业人员根据自身需求通过视频通信模块与终端服务器进行视频通话，汇报工作进度和安全状况。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。