[發明專利]基于圖像的井下人員測距定位監測方法

在審

• 申請號: 201810630452.6
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN109085534A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 劉毅;梁嬌
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于圖像的井下人員測距定位監測方法，本定位監測方法通過對井下人員頭戴礦燈的檢測進而對井下人員進行位置的確定，充分考慮了煤礦井下的復雜環境和井下工作人員的特征，實施簡單，自動檢測。可實時監測井下工作人員的位置信息，特別是局部區域的人員精確定位監測。所述方法定位過程簡單有效，抗電磁干擾能力強，可有效防止由于礦井的不同巷道環境的電磁波傳輸特性的不同所引起的定位誤差，具有較強的魯棒性；使用本定位方法的定位系統具有定位精度高，成本低，系統設備結構簡單，易實施等特點；便于安全生產管理人員調度管理。

技術領域

本發明涉及一種基于圖像的井下人員測距定位監測方法，該方法涉及數字圖像處理、模式識別等技術領域。

背景技術

我國是煤炭開采的大國，煤炭是我國的重要能源。煤炭生產行業屬高危行業，各類事故困擾著煤礦安全生產。礦井人員定位系統是煤礦安全避險六大系統之一，對保障礦山安全生產發揮著重大作用。

目前礦井人員定位系統主要采用RFID卡識別和無線電信號定位技術。基于RFID卡識別定位屬區域定位技術，只能識別人員是否經過某個區域，無法對區域內的人員進行精確定位。無線電信號定位技術基于無線電信號在礦井中的傳輸信號衰減RSSI或傳輸時間進行定位，由于無線電信號在傳輸過程中易受巷道尺寸、形狀、巷道粗糙度、障礙物等因素影響，信號衰減模型極其復雜，定位精度低。基于無線電信號傳輸時間的定位系統的定位精度高于RSSI定位系統，但無線電信號傳輸時間受多徑效應、非視距傳播時延、時鐘同步、時鐘計時誤差等影響，也無法實現對井下人員的精確定位要求，特別是特定區域內的三維精確定位。無線電信號定位系統還存在以下缺點：1.通信終端設備體積較大、成本較高。 2.系統涉及無線和有線通信系統，在巷道內每隔一段距離就需要安裝接入基站，建設周期長。3.輔助設備多，系統建設及維護成本高。

因此，需要一種簡單可靠、易于實現、建設成本低且定位精度高的新的井下人員精確測距定位報警方法，可對井下工作區域，特別是敏感和危險區域的人員進行定位和監測。

發明內容

本發明提供一種基于圖像的井下人員測距定位監測方法，利用視頻監控設備實現對監控區域內的井下人員三維精確定位。具體方法包括：在煤礦井下掘進工作面、采煤工作面和巷道放置攝像機，采集包括佩戴礦燈的井下人員視頻圖像數據，對視頻圖像數據中包含的礦燈進行識別，并通過對礦燈形狀的檢測和攝像機安裝位置及角度數據處理得到井下人員位置數據；處理過程包括：

a.對采集的圖像進行灰度化處理；

b.檢測圖像中滿足灰度值大于設定灰度閾值T₁且連通的像素數目大于設定閾值S₁的區域，如檢測到滿足以上條件的區域，則繼續執行步驟c；

c.對圖像進行邊緣檢測得到礦燈的邊緣；

d.判定步驟d處理得到的邊緣圖形是否為礦燈，如判定為礦燈，執行步驟e；

e.根據礦燈圖形的長軸長度、礦燈燈頭直徑和攝像機采集視頻圖像時的焦距值計算得到礦燈與攝像機距離；

f.根據礦燈與攝像機距離、攝像機位置坐標和攝像機偏轉角度確定井下人員位置；

當監測到井下人員位置與設定的警戒區域重合則發出報警信號。

1.所述井下人員測距定位監測方法進一步包括：步驟c邊緣檢測方法包括，用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向，設f(x,y)為圖像，f(x,y)的梯度用2×2一階有限差分近似式求解，檢測過程包括：

i.計算x,y的偏導數的兩個陣列f'_x(x,y)與f'_y(x,y)：

f'_x(x,y)≈G_x＝[f(x+1,y)-f(x,y)+f(x+1,y+1)-f(x,y+1)]/2