[發明專利]一種基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統

在審

• 申請號: 202011303134.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112508861A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 洪炎;徐濤;蘇靜明
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;E21F17/18;G01B11/02;G01C5/00;G06N3/04;G06N3/08
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本發明要解決的技術問題是，提供一種基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統，利用目標檢測和圖像處理的方法，實現煤炭開采沉陷的監測，且具有成本低、效果好等優點。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統，具體包括以下步驟：(1)在煤礦開采工作面布置沉陷監測點，利用多閃高精度相機拍取工作面圖像，(2)對采集來的圖像進行預處理，提取沉陷監測點特征(3)以一定的標準，將預警等級劃分為正常，一級、二級、三級、四級。(4)利用預處理后的圖像訓練一個具有風險等級辨識能力的模型。(5)利用訓練好的網絡模型進行風險等級預測，完成基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統的設計。

技術領域

本發明涉及目標檢測和圖像處理的領域，具體涉及基于圖像處理的煤炭開采的預警系統

背景技術

我國工業建設正在隨著國內經濟的發展而不斷進步，正逐漸趨于現代化，在實際中對煤炭質量和需求量的要求也越來越高。縱觀現狀，國內的煤礦開采技術得到了質的飛躍，并仍在快速發展，目前國內相關及行業所使用的煤炭開采方式安全性和可靠性更強，而且工作效率也得到大幅度提升。但是，國內的煤礦資源正隨著人們的不斷開采而逐漸減少。而煤炭資源對我國經濟的發展起著重要的作用和意義。因此，持續研究、改進煤礦的開采技術，增加煤礦產量極其重要，而且是必然的。

煤炭資源的大規模開采，一方面滿足了我國經濟建設的需要，另一方面由于地下礦藏的開采，使得地表深處出現了大面積的采空區。在礦區開采前，巖體在地應力場作用下處于相對平衡狀態。當地下有用礦物被采出后，破壞了采區周圍巖體內部的原始應力平衡狀態。當開采面積達到一定范圍后，起始于采場附近的移動將擴展到地表，引起地表下沉，在地表形成一定范圍的下沉區，這種下沉區俗稱塌陷區。在此過程中，使巖層和地表產生連續的移動、變形和非連續的破壞(開裂、冒落等)的這種現象，我們稱之為“開采沉陷”。開采沉陷的分布規律取決于地質和采礦等因素的綜合影響，包括自然地質因素和采礦技術因素。針對煤炭開采沉陷的問題，國內外學者都做出了巨大的努力，取得了巨大的成果，但是依舊存在諸多問題需要去解決。

(1)利用衛星監測技術，監測固定監測點的變化，從而對開采沉陷進行了監測，這種方法精度高，但是成本太高，沒法做到全面的推廣。

(2)利用D-InSAR監測技術對采煤沉陷進行監測，從而有效的監測沉陷問題，但是由于時空失相關和大氣延遲的影響，常規的D-InSAR技術測量精度較低。

因此，有必要開發出一種成本低，并且監測效果好的煤炭開采沉陷的監測系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統，利用目標檢測和圖像處理的方法，實現在煤炭開采過程中，對開采沉陷問題進行有效的監測，且具有成本低，效果好等優點。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統，具體包括以下步驟，相關流程圖參見圖1：

(1)在煤礦開采的工作面布置沉陷監測點，并且擺放高精度多閃相機，用來監測沉陷監測點不同時刻的位移變化，且需要利用快閃的功能，從而拍出監測點位置細微的變化，

(2)對采集來的圖像數據進行預處理，將沉陷監測點的特征提取出來，將其他的背景抹去，這樣有利于提高最終結果的精度。

(3)根據一定的標準，將預處理后的圖像，進行風險等級的劃分，分別為正常，一級預警、二級預警、三級預警、四級預警，這五個等級。其中，沉陷的程度越大，其風險的等級就越高。

(4)利用預處理后的圖像來訓練一個具有風險等級辨識能力的模型，其中該模型的選擇，有很多種，常見的有卷積神經網絡的VGG16模型、VGG19模型、ResNet模型、EfficientNet模型等。

(5)利用訓練好的網絡模型進行風險等級預測，從而完成基于圖像處理的煤炭開采沉陷的預警系統的設計。