基于视频技术的煤矿在线应急预警系统的研究与应用

基于视频技术的煤矿在线应急预警系统的研究与应用

李晖

身份证号码：610402199310240317

摘要：矿难事故在造成经济损失的同时，也严重威胁作业人员生命安全，而且由于矿井的瓦斯泄漏，对周围的环境和土壤都产生了污染，因此对矿井进行实时的实时预警显得十分必要。目前，开发的矿井安全预警系统，主要是针对煤矿的照明和传输信号的失真而造成的。

关键词：视频技术；煤矿在线；应急预警系统；研究应用

1、基于视频技术的煤矿在线应急预警系统

1.1煤矿在线应急预警系统结构

利用V4L2视频图像采集技术，将传感器用于煤矿现场的瓦斯、温湿度等数据采集，利用 USB摄像头通过视频接口与煤矿地面网络层的视频监控接入设备、地面控制设备等进行实时视频图像传输，通过煤矿内控制层、地面网络层、在线应急预警层构成，通过在煤矿内安装传感器、 USB摄像头、视频监控接入设备、地面控制设备等与地面网络层的视频监控接入设备、地面控制设备等相连实现矿井实时信息与视频图像传输，利用V4L2视频图像采集技术完成矿井视频图像采集，地面网络层负责将采集矿井视频图像接入设备，利用视频监控设备等将矿井内视频图像传输至在线应急预警层，该层预处理矿井视频图像后，利用模糊积分算法建立应急预警模型，并发布预警通告，通过视频监控、数据监控等方式进行应急响应。

1.2视频图像采集技术

利用 USB摄像头来采集矿井内的视频图像，将 USB摄像头转换成设备文件，将设备文件路径设定为预设格式，并与硬件接口相连，根据用户要求的单帧数据进行压缩和传输，直至视频图像采集完成。V4L2影像的获取需要时刻保持在开启的状态，根据需要设定相应的参数和各帧的集合格式，在存储空间中形成一个对应的映射，重复重复，直到收集完毕。

1.2.1视频图像预处理

在V4L2视频采集过程中，由于矿井灯光条件不佳，高斯白噪声的分贝很大，使得采集到的视频图像数据有一定的畸变，需要对其进行实时的预处理。

1.2.2视频图像格式转换

由于 USB摄像头所获取的影像资料是YUY2格式，所以在对影像进行预处理前，先将其转化成 RGB格式。

1.2.3视频图像灰度处理

在彩色影像中，每一个像素都由 R、 G、 B三部分构成，每一部分的像素点可以达到2553，经过灰度处理的视频图像可以达到255的像素点，并且可以很好地保留原视频图像的特征，从而减少了后期的计算量。

1.2.4中值滤波处理

由于图像采集的条件较差，加上滤波等因素，使得所获取的影像有一定的干扰，需要对所采集的影像进行过滤处理。本文提出了一种基于中值滤波的视频图像降噪方法。

2、煤矿在线智能应急预警系统设计

2.1危险预测指标

在煤矿生产环境中，瓦斯浓度是影响煤矿安全的重要因素，它以甲烷为主体，含有少量的碳氢化合物和二氧化碳，一旦遇到火灾就会发生燃烧或爆炸。在爆破过程中产生的高温高压会产生很大的冲击，造成人员伤亡和设备损坏，严重时会造成煤矿安全事故。井下温度、湿度的变化不仅会对工人的工作效率、身心健康产生不利的影响，还会造成人员的工作分心，从而诱发工伤，而且操作的机械设备也会因为散热效率低下而影响生产效率，从而降低设备的安全性能。

2.2预警系统结构

利用V4L2视频图像采集技术，将传感器应用于煤矿现场应急预警系统中，主要功能是采集煤矿内的瓦斯、温湿度等实时数据，利用 USB摄像头将煤矿地面网与煤矿地面网连接，并将矿井的实时视频图像传输到煤矿地面网络层，通过在矿井内安装传感器， USB摄像头利用视频端口和数据端口与地面网络层的视频监控接入设备和地面控制设备等相连实现矿井实时信息与视频图像传输，使用V4L1视频图像获取技术完成矿井视频图像采集，地面网络层负责将采集矿井视频图像接入设备，利用视频监控设备和视频处理服务器等将矿井内视频图像传输至在线应急预警层。

2.3预警系统硬件组成

2.3.1摄像头驱动设计

利用 USB摄像头来获取矿井内的影像资料，采用V4L2作为相机核心，利用V4L2驱动，将 USB相机转换成装置文件，设定装置档案路径为预设格式，与硬件接口相连后，根据使用者要求的单帧数据进行压缩和传输，直至影像采集完成。V4L2的摄像要求总是要将装置文件保存在开启状态，并根据需要设定相应的参数和各帧的集合格式，在存储空间中形成一个对应的映射，然后重复重复，直到采集完毕。

2.3.2视频处理服务器设计

矿井实时监控视频采集、传输、处理，并对监控视频的每一帧进行分析。通过对视频图像进行格式变换、对视频图像进行灰度调节，以缩短信息运算过程、降低 CPU使用率、提高突发事件的预警效果。在彩色视频图像中，每一个像素都由三个成分构成，每一个成分的点间隔可以达到2553，经过灰度处理的视频图像可以达到255个像素点，并且可以精确地存储原始视频图像的特性，从而减少了后期的计算工作量。

为了提高经过灰度处理的煤矿视频影像的反差，采用了一种非线性的方法，把直方图中的灰度集中点区域的灰度值还原成统一的状态。由于图像采集的条件较差，加上滤波等因素，使得所获取的影像具有一定的噪声，所以利用中值滤波技术对所获取的影像进行了滤波处理。通过对视频图像进行处理，为矿井的突发事件进行预警和分析提供技术支撑。系统采用 Visual

Studio语言和 C++语言进行视频处理，在系统运行时，会存储图像、视频、矢量图像等数据，并将Access2003作为服务器的存储数据库。

2.4预警系统软件组成

2.4.1系统功能模块设计

（1）数据输入和编辑模块

在此基础上，将数据输入到Access2003数据，以图形和视频为主，以支持以后的数据调用。同时，数据库还在不断地对影响煤矿水灾的各种影响因子进行数据的调整，为煤矿的进一步预警和治理工作提供了可靠的数据基础。

（2）视频控制模块

采用 H.264编码完成对矿井视频的数据进行编码，然后由显示模块向用户展示。

（3）信息检索模块

实现了视频、空间数据的实时查询与定位，保证了用户能够在系统中实时地获取数据。

（4）空间数据可视化模块

通过对数据库中的文字、图片等数据进行实时显示，并能直观地反映煤矿灾害的规模。

（5）煤矿灾害预测和防治模块

在 GIS平台上，根据所获得的影像、空间资料，对矿井的灾害进行全面的预报，并利用空间数据的可视化模块向使用者进行预警，从而为使用者提供科学的防灾对策。

2.4.2报警短信拦截程序设计

该系统实现了对报警录像的检索、显示和过滤。报警短信截获程序对于有效地实现报警视频相关模块的管理功能有着很大的关系。当视频服务器检测到了入侵对象，用户端收到了由 SMS平台提供的报警信息，而客户端的短消息截获程序与短消息的消息相匹配。

3、结束语

综上所述，在信息融合过程中，由于信息的形式不一致，造成了突发事件的预警效果不理想。视频技术，也就是所谓的动态图象传送技术，已经广泛地应用于各种场合，例如视频会议、可视化管理等，在提高人们的视觉体验的同时，也提高了它的应用技术。

参考文献

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[2]格日勒,王刚,柳智鑫.基于视频技术的煤矿在线应急预警系统研究[J].能源与环保,2021,43(09):41-45.

[3]赵志敏.煤矿应急供电电源供电质量在线监控系统设计[J].当代化工研究,2019,(04):126-127.