本發(fā)明涉及圖像通信，尤其涉及一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

1、在煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用已成為保障作業(yè)安全、提升生產(chǎn)效率的重要手段，通過對(duì)煤礦井下人員行為、設(shè)備狀態(tài)以及環(huán)境變化的遠(yuǎn)程監(jiān)測，該技術(shù)在以下方面發(fā)揮關(guān)鍵作用：在人員管理方面，可通過視頻監(jiān)控識(shí)別工人的違規(guī)操作行為，實(shí)時(shí)提醒并糾正，有效降低人為因素導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)；在設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控上，能實(shí)時(shí)追蹤采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)和瓦斯傳感器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，提前捕捉設(shè)備故障隱患，避免因設(shè)備異常引發(fā)生產(chǎn)事故；同時(shí)，視頻監(jiān)控還可用于監(jiān)測井下環(huán)境狀況，如巷道通風(fēng)效率、瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)等，為環(huán)境安全預(yù)警提供直觀且實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)方案仍存在諸多亟待解決的問題：一方面，煤礦井下環(huán)境復(fù)雜惡劣，光照條件差、粉塵濃度高、電磁干擾強(qiáng)等客觀因素嚴(yán)重影響視頻圖像質(zhì)量，導(dǎo)致傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方法難以精準(zhǔn)提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，普遍存在設(shè)備識(shí)別錯(cuò)誤、人員行為誤判等問題，大幅降低了監(jiān)控的準(zhǔn)確性與可靠性；另一方面，當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)缺乏對(duì)煤礦井下正常作業(yè)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)分析能力，通常采用固定的閾值和規(guī)則進(jìn)行異常判斷，無法適應(yīng)不同作業(yè)時(shí)段和不同生產(chǎn)場景下正常狀態(tài)的差異化變化，極易產(chǎn)生大量誤報(bào)或漏報(bào)，干擾正常安全生產(chǎn)秩序；在異常處理環(huán)節(jié)，現(xiàn)有技術(shù)大多僅能發(fā)出簡單的警報(bào)，缺乏完善的異常規(guī)則庫和自動(dòng)化的處置流程關(guān)聯(lián)機(jī)制，無法針對(duì)不同類型和等級(jí)的異常情況提供精準(zhǔn)的處置指導(dǎo)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的快速響應(yīng)和有效控制，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)對(duì)智能化、精細(xì)化監(jiān)控的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)方案仍存在諸多亟待解決的問題：一方面，煤礦井下環(huán)境復(fù)雜惡劣，光照條件差、粉塵濃度高、電磁干擾強(qiáng)等客觀因素嚴(yán)重影響視頻圖像質(zhì)量，導(dǎo)致傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方法難以精準(zhǔn)提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，普遍存在設(shè)備識(shí)別錯(cuò)誤、人員行為誤判等問題，大幅降低了監(jiān)控的準(zhǔn)確性與可靠性；另一方面，當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)缺乏對(duì)煤礦井下正常作業(yè)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)分析能力，通常采用固定的閾值和規(guī)則進(jìn)行異常判斷，無法適應(yīng)不同作業(yè)時(shí)段和不同生產(chǎn)場景下正常狀態(tài)的差異化變化，極易產(chǎn)生大量誤報(bào)或漏報(bào)，干擾正常安全生產(chǎn)秩序；在異常處理環(huán)節(jié)，現(xiàn)有技術(shù)大多僅能發(fā)出簡單的警報(bào)，缺乏完善的異常規(guī)則庫和自動(dòng)化的處置流程關(guān)聯(lián)機(jī)制，無法針對(duì)不同類型和等級(jí)的異常情況提供精準(zhǔn)的處置指導(dǎo)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的快速響應(yīng)和有效控制，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)對(duì)智能化、精細(xì)化監(jiān)控的需求。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，包括以下步驟：

3、步驟s1，獲取歷史視頻數(shù)據(jù)，提取歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)；

4、步驟s2，對(duì)所述歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立煤礦井下正常作業(yè)狀態(tài)的特征基線范圍，針對(duì)不同異常類型構(gòu)建異常規(guī)則庫，建立歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)和異常規(guī)則映射關(guān)系；

5、步驟s3，獲取煤礦井下實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)與音頻數(shù)據(jù)，提取所述實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)中的實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)；

6、步驟s4，將所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)與所述特征基線范圍比對(duì)，結(jié)合實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)分析結(jié)果，基于已建立的歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)和異常規(guī)則映射關(guān)系，在異常規(guī)則庫中匹配對(duì)應(yīng)規(guī)則，輸出異常分析結(jié)果；

7、步驟s5，根據(jù)所述異常分析結(jié)果，若判定存在異常，則根據(jù)異常規(guī)則觸發(fā)對(duì)應(yīng)的警報(bào)，并關(guān)聯(lián)異常處置流程。

8、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述歷史視頻數(shù)據(jù)包括煤礦井下早班時(shí)段作業(yè)場景的歷史視頻數(shù)據(jù)、中班時(shí)段作業(yè)場景的歷史視頻數(shù)據(jù)和夜班時(shí)段作業(yè)場景的歷史視頻數(shù)據(jù)；

9、所述歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)通過圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行提取，具體包括：

10、將所述歷史視頻數(shù)據(jù)按照時(shí)間序列分解為圖像幀集合；

11、采用固定模板匹配法識(shí)別設(shè)備特征，所述設(shè)備包括采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)和瓦斯傳感器；

12、在巷道預(yù)設(shè)反光標(biāo)識(shí)點(diǎn)，通過計(jì)算所述反光標(biāo)識(shí)點(diǎn)的像素坐標(biāo)偏移量確定設(shè)備位移偏差；

13、基于灰度閾值分割提取環(huán)境特征，將圖像幀灰度值高于第一閾值的區(qū)域識(shí)別為強(qiáng)光，低于第二閾值的區(qū)域識(shí)別為陰影；

14、通過幀間差分法捕捉動(dòng)態(tài)特征，對(duì)所述圖像幀選取相鄰兩個(gè)圖像幀進(jìn)行像素差值計(jì)算，將相鄰幀圖像間像素點(diǎn)灰度值發(fā)生改變且數(shù)量超過設(shè)定閾值的區(qū)域標(biāo)記為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，通過輪廓分析區(qū)分人員與設(shè)備；

15、所述圖像幀包括歷史視頻數(shù)據(jù)中視頻圖像序列中的幀圖像。

16、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：對(duì)所述歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立煤礦井下正常作業(yè)狀態(tài)的特征基線范圍，具體包括：

17、按設(shè)備類型建立基線庫，所述設(shè)備類型包括采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)和瓦斯傳感器；

18、所述采煤機(jī)包括滾筒和截割電機(jī)，基于所述滾筒高度偏移量和截割電機(jī)溫度確定第一基線范圍；

19、所述帶式輸送機(jī)包括輸送帶和托輥，基于所述輸送帶跑偏量和托輥轉(zhuǎn)速波動(dòng)確定第二基線范圍；

20、所述通風(fēng)機(jī)包括葉片，基于所述葉片風(fēng)壓波動(dòng)量和葉片振動(dòng)頻率確定第三基線范圍；

21、所述瓦斯傳感器，基于所述瓦斯傳感器響應(yīng)時(shí)間和零點(diǎn)漂移確定第四基線范圍；

22、所述特征基線范圍作為設(shè)備類型及作業(yè)時(shí)段差異化判定條件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

23、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：按設(shè)備類型和正常作業(yè)時(shí)段設(shè)置差異化判定條件，具體包括：

24、早班時(shí)段，設(shè)定人員活動(dòng)密集區(qū)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)量判定條件；

25、中班時(shí)段，設(shè)定設(shè)備運(yùn)行噪聲判定條件；

26、夜班時(shí)段，設(shè)定巷道照明亮度判定條件。

27、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：針對(duì)不同異常類型，構(gòu)建異常規(guī)則庫，建立所述歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)和異常規(guī)則映射關(guān)系，具體包括：

28、構(gòu)建異常規(guī)則庫，按異常等級(jí)建立規(guī)則體系，包括一級(jí)異常規(guī)則、二級(jí)異常規(guī)則和三級(jí)異常規(guī)則；

29、所述一級(jí)異常規(guī)則，觸發(fā)時(shí)自動(dòng)切斷區(qū)域電源并啟動(dòng)緊急撤離流程；

30、所述二級(jí)異常規(guī)則，觸發(fā)時(shí)暫停輸送并通知檢修班組流程；

31、所述三級(jí)異常規(guī)則，觸發(fā)時(shí)語音警告并記錄違規(guī)人員信息流程；

32、建立特征數(shù)據(jù)與異常規(guī)則的映射關(guān)系，包括單一特征觸發(fā)規(guī)則和多特征關(guān)聯(lián)觸發(fā)規(guī)則，所述多特征關(guān)聯(lián)觸發(fā)規(guī)則基于邏輯與、邏輯或的組合判定異常等級(jí)；

33、基于歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建異常特征決策表，所述異常特征決策表包括設(shè)備位移偏差、灰度值波動(dòng)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間的正常狀態(tài)判定條件、以及對(duì)應(yīng)的一級(jí)異常、二級(jí)異常和三級(jí)異常判定條件；

34、將設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行劃分，包括正常狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)、異常狀態(tài)和故障狀態(tài)；

35、根據(jù)所述設(shè)備正常狀態(tài)判定條件和設(shè)備異常判定條件對(duì)應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，具體包括：

36、當(dāng)位移偏差超出正常狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)；當(dāng)位移偏差超出預(yù)警狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入異常狀態(tài)；當(dāng)位移偏差超出異常狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入故障狀態(tài)；

37、當(dāng)灰度值波動(dòng)超出正常狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)；當(dāng)灰度值波動(dòng)超出預(yù)警狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入異常狀態(tài)；當(dāng)灰度值波動(dòng)超出異常狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入故障狀態(tài)；

38、當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間超出正常狀態(tài)判定條件時(shí)，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)；

39、基于所述設(shè)備正常狀態(tài)判定條件、設(shè)備異常判定條件和異常規(guī)則，建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，用于記錄設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)移與異常規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體包括：

40、當(dāng)設(shè)備狀態(tài)從預(yù)警狀態(tài)轉(zhuǎn)移至異常狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警并通知巡檢人員；

41、當(dāng)設(shè)備狀態(tài)從異常狀態(tài)轉(zhuǎn)移至故障狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)切斷設(shè)備電源并啟動(dòng)緊急停機(jī)流程；

42、對(duì)于多特征關(guān)聯(lián)觸發(fā)規(guī)則，若兩個(gè)及以上特征數(shù)據(jù)同時(shí)超出正常狀態(tài)判定條件且達(dá)到故障狀態(tài)判定條件，觸發(fā)一級(jí)異常規(guī)則；若僅達(dá)到異常狀態(tài)判定條件，觸發(fā)二級(jí)異常規(guī)則，若單一特征數(shù)據(jù)超出正常狀態(tài)判定條件，但未達(dá)到預(yù)警狀態(tài)判定條件，標(biāo)記為正常狀態(tài)；若超出預(yù)警狀態(tài)判定條件但未達(dá)到異常狀態(tài)判定條件，觸發(fā)三級(jí)異常規(guī)則。

43、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)包括設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、人員活動(dòng)數(shù)據(jù)和環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)；

44、所述視頻數(shù)據(jù)中的實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)通過圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行提取，具體包括：

45、利用預(yù)設(shè)的設(shè)備形狀模板，對(duì)圖像幀進(jìn)行模板匹配；

46、當(dāng)匹配度超過根據(jù)歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)的均值或標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)定的閾值時(shí)，識(shí)別出設(shè)備并記錄其位置信息；

47、對(duì)圖像幀進(jìn)行灰度處理，將灰度值低于根據(jù)巷道正常光照歷史數(shù)據(jù)設(shè)定的閾值的區(qū)域標(biāo)記為陰影，將高于所述閾值的區(qū)域標(biāo)記為高亮，用于識(shí)別巷道內(nèi)光照異常；

48、通過計(jì)算相鄰兩幀圖像幀中像素位置的變化，檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；

49、當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)面積超過設(shè)定的閾值像素時(shí)，通過輪廓形狀區(qū)分人員和設(shè)備；

50、對(duì)提取的實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)進(jìn)行去重處理，剔除重復(fù)出現(xiàn)的相同實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)；

51、按照時(shí)間順序?qū)λ鰧?shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)，建立實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)與采集時(shí)間和采集位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫。

52、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：將所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)與所述特征基線范圍比對(duì)，基于已建立的歷史關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)和異常規(guī)則映射關(guān)系，在異常規(guī)則庫中匹配對(duì)應(yīng)規(guī)則，輸出異常分析結(jié)果，具體包括：

53、所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)與所述正常作業(yè)狀態(tài)的特征基線范圍比對(duì)時(shí)，優(yōu)先采用對(duì)應(yīng)作業(yè)時(shí)段的差異化判定條件；

54、將所述設(shè)備位移偏差、灰度值波動(dòng)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間，與所述設(shè)備類型和作業(yè)時(shí)段的基線差異化判定條件進(jìn)行比對(duì)。

55、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述規(guī)則匹配邏輯，包括：

56、若單一特征數(shù)據(jù)超出正常狀態(tài)判定條件，但未達(dá)到預(yù)警狀態(tài)判定條件，標(biāo)記為正常狀態(tài)；若超出預(yù)警狀態(tài)判定條件但未達(dá)到異常狀態(tài)判定條件，觸發(fā)三級(jí)異常規(guī)則，標(biāo)記為預(yù)警狀態(tài)；

57、若單一特征數(shù)據(jù)達(dá)到或超過異常狀態(tài)判定條件，觸發(fā)二級(jí)異常規(guī)則，標(biāo)記為異常狀態(tài)；

58、若兩個(gè)及以上特征數(shù)據(jù)同時(shí)超出正常狀態(tài)判定條件且滿足對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)判定條件，觸發(fā)一級(jí)異常規(guī)則，標(biāo)記為故障狀態(tài)；

59、所述異常分析結(jié)果包括異常類型、異常位置和異常等級(jí)，并對(duì)所述異常分析結(jié)果中異常發(fā)生時(shí)間戳進(jìn)行標(biāo)注；

60、所述特征數(shù)據(jù)包括設(shè)備位移偏差、灰度值波動(dòng)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間，所述特征數(shù)據(jù)的判定條件依據(jù)異常特征決策表和狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則確定；

61、所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在連續(xù)視頻幀中出現(xiàn)的累計(jì)時(shí)長。

62、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述異常分析結(jié)果，若判定存在異常，則根據(jù)異常規(guī)則觸發(fā)對(duì)應(yīng)的警報(bào)，并關(guān)聯(lián)異常處置流程，具體包括：

63、當(dāng)所述異常分析結(jié)果為三級(jí)異常時(shí)，觸發(fā)煤礦井下局部區(qū)域語音警告裝置，并在地面監(jiān)控中心界面以黃色標(biāo)識(shí)標(biāo)注異常位置；

64、當(dāng)所述異常分析結(jié)果為二級(jí)異常時(shí)，啟動(dòng)井下聲光報(bào)警系統(tǒng)，燈光閃爍頻率設(shè)定為c次/秒，警報(bào)聲強(qiáng)度達(dá)d分貝，同時(shí)向巡檢人員手持終端推送異常信息；

65、當(dāng)所述異常分析結(jié)果為一級(jí)異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切斷異常區(qū)域電源，啟動(dòng)井下緊急撤離聲光指示系統(tǒng)，撤離信號(hào)頻率設(shè)定為e次/秒，并向全礦安全指揮中心發(fā)送緊急警報(bào)，并進(jìn)行異常處置流程自動(dòng)關(guān)聯(lián)；

66、所述異常處置流程自動(dòng)關(guān)聯(lián)，包括：

67、若異常類型為設(shè)備故障，自動(dòng)調(diào)取對(duì)應(yīng)設(shè)備檢修手冊(cè)，通過煤礦井下防爆終端推送給維修班組；

68、若異常類型為人員違規(guī)，自動(dòng)生成含違規(guī)時(shí)間、地點(diǎn)、行為照片的電子工單，發(fā)送至安全管理部門；

69、若異常類型為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，立即關(guān)閉異常區(qū)域前后風(fēng)門，將通風(fēng)系統(tǒng)切換至應(yīng)急模式。

70、作為本發(fā)明所述的一種煤礦井下視頻監(jiān)控方法的一種優(yōu)選方案，其中：啟動(dòng)異常處置流程后，通過rfid定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)追蹤處置人員位置；若未響應(yīng)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)長，自動(dòng)向其直屬上級(jí)發(fā)送提醒；

71、所述rfid定位系統(tǒng)采用uhf頻段技術(shù)，通過間隔部署在井下巷道的定位基站實(shí)現(xiàn)人員位置的精準(zhǔn)定位；

72、處置完成后，通過掃描設(shè)備二維碼確認(rèn)操作，系統(tǒng)記錄處置完成時(shí)間并歸檔異常處理記錄。

73、本發(fā)明的有益效果：通過多時(shí)段歷史視頻數(shù)據(jù)采集與圖像識(shí)別技術(shù)，建立精準(zhǔn)的特征基線與差異化閾值，結(jié)合多層次異常規(guī)則庫和觸發(fā)機(jī)制，有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)控特征提取不準(zhǔn)確、誤報(bào)漏報(bào)率高的問題，精準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境和人員異常，顯著降低事故風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，構(gòu)建三級(jí)響應(yīng)體系，針對(duì)不同等級(jí)異常觸發(fā)對(duì)應(yīng)警報(bào)并關(guān)聯(lián)處置流程，實(shí)現(xiàn)資源合理調(diào)配，將故障平均處理時(shí)間縮短，大幅提升故障處理效率；此外，全流程自動(dòng)化減少人力成本，自動(dòng)記錄的異常處理數(shù)據(jù)為管理優(yōu)化提供支撐，結(jié)合rfid定位追蹤處置人員、掃碼歸檔處理記錄，便于復(fù)盤優(yōu)化異常處理流程和規(guī)則閾值，最終實(shí)現(xiàn)煤礦智能化、高效化、安全化生產(chǎn)，長期可降低綜合管理成本，全面提升整體管理水平。