[發明專利]一種基于機器視覺技術的激光礦井氣體遙測方法

有效

• 申請號: 201710965241.3
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107884363B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 孫繼平;孫雁宇;劉毅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G08B21/16;G08B21/14
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技術領域

本發明涉及一種基于機器視覺技術的激光礦井氣體遙測方法。

背景技術

煤炭被譽為“烏金”，在我國能源供給中占據主要地位。煤炭開采面臨的危險也多種多樣，如瓦斯、火災、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產。井下災害氣體監測預警一直是煤礦安全監測領域研究的重要方向，對煤礦安全生產和指導災后應急救援具有重要意義。

對井下災害氣體的遙感監測，一方面保證了煤礦井下安全生產的順利進行；另一方面對災后應急救援的順利開展，具有一定的指導作用。現有的井下災害氣體監測方法主要有催化傳感器、氣相色譜法以及紅外法等。催化傳感器容易受到環境影響，不穩定；氣相色譜法成本高，不利于操作；紅外法受水蒸氣、煤塵以及背景氣體的影響較大，安裝和維護困難，普及應用困難。

現有的煤礦井下災害氣體測量方法中，當氣體濃度較低不需要報警，但是氣體濃度有明顯聚增趨勢時，不能及時準確的判斷出來，對井下安全生產和工作人員造成潛在的危害，且現有的測量方法都無法將氣體運動情況可視化。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于機器視覺技術的激光礦井氣體遙測方法，本發明可遙感監測較遠距離范圍內的氣體濃度值，既可以實時獲取氣體濃度、又能動態分析下一時刻氣體濃度變化趨勢以及將這種變化趨勢可視化、定位有害氣體位置，當有害氣體濃度有明顯聚增趨勢時，能及時準確的判斷出來，大大提高了井下安全生產和工作人員的人身安全，用以解決現有的測量方法在有害氣體濃度有明顯聚增趨勢時，不能及時準確的判斷出來，對井下安全生產和工作人員造成潛在危害的問題。

為實現上述目的，本發明的方案是：一種基于機器視覺技術的激光礦井氣體遙測方法，所述方法將機器視覺技術和激光技術相結合，通過激光器發射激光實現對目標區域內某目標點的氣體濃度進行測量，同時，通過對目標區域氣體空間狀態的激光視場成像和實時光譜數據的采集，將得到的視場圖像和光譜數據通過相應的算法，分析得到氣體濃度的動態變化趨勢，并根據氣體濃度的高低分布，分析得到風向，從而計算氣體目標點氣體的流動速度和預判下一時刻氣體濃度，進行氣體實時運動分析；

具體的遙測方法如下：

(1)設定礦井內氣體濃度從突出到異常的預報警值和報警閾值；

(2)實時發送激光信號到待測目標區域，測量目標區域內目標點的氣體流動速度以及目標點的氣體濃度；

(3)采集目標氣體被激光照射區域的圖像和光譜信息，通過傅里葉變換，應用計算機數值分析方法，得到氣體濃度的動態變化趨勢，從而確定風向；

(4)根據目標點的氣體濃度、風向變化規律、時間差推斷得到某一時刻氣體的濃度；

(5)記錄每個時刻的氣體濃度，并對下一時刻氣體濃度進行預判，若判定下一時刻氣體的濃度超過設定的預報警值時，對相應目標區域的氣體進行預報警；

(6)若判定當前時刻的氣體濃度超過設定的濃度閾值時，對相應目標區域的氣體進行報警。

進一步地，根據本發明所述的激光礦井氣體遙測方法，將氣體的動態變化趨勢在顯示器上顯示，且同一氣體通過不同顏色來顯示濃度的高低變化。

進一步地，根據本發明所述的激光礦井氣體遙測方法，所述的步驟(5)中，對下一時刻氣體濃度進行預判的方法為：設在測量過程中風速不變，則氣體濃度變化率保持不變，在t_A時刻的濃度表示為v_A，氣體濃度從零時刻到t_A時刻的變化率表示為：設下一時刻t_A+1的氣體濃度為ν_A+1，濃度變化率表示為：得出t_A+1時刻的氣體濃度為：

進一步地，根據本發明所述的激光礦井氣體遙測方法，所述步驟(2)中，目標點氣體濃度測量方法為：目標區域的氣體選擇性吸收接收到的激光信號，攜帶氣體濃度的激光信號被轉換為相應的電信號，并經過降噪和放大處理，提取出其中含有氣體濃度信號的諧波信號，并最終反演出氣體濃度值。

進一步地，根據本發明所述的激光礦井氣體遙測方法，所述步驟(2)中，目標點氣體流動速度測量方法為：由于發出的激光信號的入射光頻率與接收到的激光信號的散射光頻率存在頻率偏移，根據入射光與散射光的頻差，通過計算得到氣體流動速度。

進一步地，根據本發明所述的激光礦井氣體遙測方法，所述的遙測方法通過望遠鏡成像，將攝像頭安裝在望遠鏡目鏡位置上，所述望遠鏡遙測獲取不同距離目標區域的氣體，得到的氣體空間分布情況呈現在攝像頭上，攝像頭獲取來自望遠鏡的圖像信息。