智能分析在煤炭安防中的應用
閱讀：2719發布時間：2011-4-26
智能視頻分析技術從20世紀90年代初開始出現，到現在經過了幾個階段的發展已逐步趨于成熟，其中技術發展一直走在前列的要屬美國、英國和以色列。在幾年前智能視頻分析還是安防界的神秘寵兒，安防同仁對其知之甚少，幾年以來，隨著國內各類展會的大力宣傳，特別是在國內一些重大工程上的應用，人們逐漸揭開它神秘的面紗，現在國內一些對安保要求較高的環境都會優先采用智能分析產品。
智能視頻分析國內稱之為智能視頻監控（IVS，InligentVideoSurveillance）而在上稱之為視頻內容分析（VCA，VideoContentAnalysis）,其原理都是一樣，均源自計算機視覺CV（ComputerVision）技術。計算機視覺技術是人工智能AI（ArtificialInligent）研究分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關系，從而能夠通過數字圖像處理和分析，來理解視頻畫面中的內容。如果把攝像機看作人的眼睛，則智能視頻分析的處理設備就可以看作是人的大腦。二者的結合就成為智能視頻監控，智能視頻監控是結合對運動目標的智能跟蹤與識別技術，采用背景減除和模式識別的原理和方法對視頻中的運動物體的進行檢測和識別，然后進行跟蹤，并記錄下各個物體的運動軌跡（在視頻中標出）和運動信息（包括大小，速度，方向等），再實時分析這些運動和事先定義的報警規則是否吻合，從而給出報警提示，進行人工干預處理。
近年來，隨著我國經濟的高速發展，國家對能源的需求也日益增長，作為主要能源之一的煤炭一直國家能源的支柱，可是歷年以來，礦難事故頻發，人員傷亡和經濟損失嚴重，煤礦安全已經成為我國經濟發展中的熱點和難點問題之一，在礦難頻發、安全監管壓力升級的情況之下，中國煤礦對安防的投資力度逐漸加大。在這個特殊的行業，作為安防技術的代表——智能分析產品也將在煤炭安防領域轉露頭角，智能監控的應用將為煤礦安全提供更加有力的保障。
一、煤礦斜井概況
河南平煤集團公司共有煤礦十三個，斜井zui作為礦井物料通道和人行通道的必須設施，其安全運行至關重要。斜井全長有1200多米，坡度在30-45度之間，主通道是料車通道，旁邊是人行通道，料車通道禁止礦工通行。裝料車長3米，寬1.5米，重約3-5噸，下行依靠自身重力沿斜坡軌道下滑，上行則是依靠大型絞車拖動鋼絲繩拉動提升。斜井主通道與8個采煤面彎道相連，拐彎處為人工扳道，絞車操作工通過與下面8個彎道的同事溝通來確定裝料車的運行工況，同時絞車上有一個刻度盤來顯示料車的大概位置。此次智能監控的目標即是實現斜井通道的運行安全，利用智能分析設備的預警功能，確保在裝料車運行時及時語音提示礦工離開物料通道，保障車行通道和人行通道的安全。
二、智能監控系統需求
煤炭生產的各個環節都是非常重要，其中斜井通道煤礦是井下運送工程器材和礦工上下班（采煤面至交通車）的必經通道，礦工經常與物料車在這個區域交匯，發生危險的概率更高，因此成為此次智能監控的重點。在之前，由于絞車操作工無法看到實際的情況，導致運行效率低下，料車撞人的情況時有發生，為保障員工上下班安全和提高生產效率，集團領導決定在煤礦斜井通道建立智能監控系統。
1、集團下屬13處煤礦，分布在不同的區域，每個煤礦斜井通道全線安裝防爆攝像機8臺，均安裝在岔道口與直行交匯的上行方向位置，要求能看到直行通道和岔道口的全景視頻，不留死角。
2、在絞車房操作臺的正前方安裝2臺21寸液晶監視器，加裝防爆外殼，8路視頻分割顯示在2個監視器上，絞車操作工需要通過實時視頻和對象運動軌跡來了解絞車的運行工況和礦工的活動狀況，準確控制絞車運行。
3、絞車房后面是絞車動力機電房，是井下區段線纜交匯的地方，按要求智能分析設備必須安裝在機電房內，并且需要加裝符合煤炭安監標準防爆機箱。（煤安認證礦用隔爆型機箱標準：全鋼密封型構造，密封性能好，并且防腐、防塵、防水，整體結構須通過煤安隔爆等級認證D級標準）。
4、物料車在運行過程中需要掌握運行工況，需要在鐵軌上安裝狀態傳感器并且與智能分析設備聯動工作，因此需要工業PLC控制系統，接收來自智能設備的DO輸出信號和傳感器信號，并作出相應的動作和發出語音信息。
5、智能視頻分析技術特點
經對比測試多家智能分析設備，zui終確定優迪數碼智能分析盒，該設備采用了美國德州儀器（TEXASINSTRUMENTS）達芬奇（DAVINCI）DM6446雙核DSP處理方案，支持3種（H.264\MPEG4\MJPEG）編碼格式并且將智能視頻分析算法的結合到硬件DSP里面，所以優迪的智能分析設備能在硬件中完成視頻編碼和智能分析，從而大大減輕了監控系統*處理器的負擔。因其硬件穩定功能強大，智能分析算法，設計簡約,操作便捷，報警準確而在國內多個重點智能監控項目中使用。
1、硬件功能強大，支持3種（H.264\MPEG4\MJPEG）編碼格式，支持實時雙碼流，支持雙向語音，支持WIFI無線傳輸，支持標準的數據流傳輸協議，提供完整的SDK開發文件，便于客戶做系統集成和監控平臺對接。
2、算法：來自優迪英國VCA研究所的智能分析圖像處理算法,能很好的辨別不同環境中監控對象的行為，如目標穿越警戒線，進入、離開、出現、消失于預定區域或者在預定區域內徘徊、停止、尾隨以及遺棄包裹、不按規定方向、速度行走時，智能分析設備都會發出報警信息。該產品的智能追蹤引擎可以連續追蹤移動或靜止的物體,并且自動適應各種復雜的檢測環境,例如場景光照變化、攝像機抖動、樹枝擺動干擾、水紋干擾都不會影響智能分析設備正常工作等。
3、設計簡約：系統設置簡單,即插即用,用戶通過WEB界面可以方便快捷的添加多個檢測區域,設置各種報警規則,當對象觸發預先設置的警報規則，系統會自動產生實時報警信號,在模擬視頻輸出端疊加分析后的信息，移動的對象會被跟蹤，使畫面更加直觀，極大的降低了監視人員的勞動強度，同時提高勞動效率,輕松的實現視頻監控智能化。
4、報警準確：整套系統高度集成，采用高性能芯片結合公司嚴謹工藝生產的硬件和多年厚積薄發的算法，精心制作的智能分析設備，通過英國內政部下屬HomeOffice檢測機構zui嚴格的測試，綜合各項性能指標，到達了95.3%的檢測正確率，符合英國政府采購要求標準。
三、智能視頻監控的特點
經對比測試多家智能分析設備，zui終確定優迪數碼智能分析盒，該設備
采用了美國德州儀器（TEXASINSTRUMENTS）達芬奇（DAVINCI）DM6446雙核DSP處理方案，支持3種（H.264\MPEG4\MJPEG）編碼格式并且將智能視頻分析算法的結合到硬件DSP里面，所以優迪的智能分析設備能在硬件中完成視頻編碼和智能分析，從而大大減輕了監控系統*處理器的負擔。因其算法，設計簡約,操作便捷，報警準確而在煤礦斜井智能監控項目中使用。
1、算法：來自優迪英國VCA研究所的智能分析圖像處理算法,能很好的辨別不同環境中監控對象的行為，如目標穿越警戒線，進入、離開、出現、消失于預定區域或者在預定區域內徘徊、停止、尾隨以及遺棄包裹、不按規定方向、速度行走時，智能分析設備都會發出報警信息。該產品的智能追蹤引擎可以連續追蹤移動或靜止的物體,并且自動適應各種復雜的檢測環境,例如場景光照變化、攝像機抖動、樹枝擺動干擾、水紋干擾都不會影響智能分析設備正常工作等。
2、設計簡約：系統設置簡單,即插即用,用戶通過WEB界面可以方便快捷的添加多個檢測區域,設置各種報警規則,當對象觸發預先設置的警報規則，系統會自動產生實時報警信號,在模擬視頻輸出端疊加分析后的信息，移動的對象會被跟蹤，使畫面更加直觀，極大的降低了監視人員的勞動強度，同時提高勞動效率,輕松的實現視頻監控智能化。
3、報警準確：整套系統高度集成，采用高性能芯片結合公司嚴謹工藝生產的硬件和多年厚積薄發的算法，精心制作的智能分析設備，通過英國內政部下屬HomeOffice檢測機構zui嚴格的測試，綜合各項性能指標，到達了95.3%的檢測正確率，符合英國政府采購要求標準。
四、智能視頻監控功能的實現
1、視頻采集
視頻采集作為智能分析的前端視頻采集設備，也是將井下主要生產環節、重要設備及關鍵場合的實時圖像傳送到煤礦調度指揮中心和礦領導辦公室的zui直接手段。可使調度指揮人員和煤礦領導能夠直觀、快捷地了解生產一線情況，掌握井上下重要設備的實時工況，利用安防監控系統，地面或中心監控人員可以直接對井下情況進行實時監控，不僅能直觀地監視和記錄井下工作現場的安全生產情況，同時，通過在井下安裝的監控設備，能及時發現事故的征兆和苗頭，排除隱患，防患于未然，也能為事后救援和分析提供有關的*手影像資料，為將來的安全生產提供可靠的保證。因此，視頻采集系統是現代煤礦安全生產智能監控系統的重要組成部分。
由于我國煤炭資源儲藏條件和開采條件比較差，地下礦占95%礦井距離地面幾百米，甚至一千多米，井下環境極其復雜，光照度很差，而且環境燈光變化頻繁（礦工礦燈在行進中經常會照射到攝像機），又加上在易燃易爆的危險環境應用，因此在礦井下選用攝像機需要符合特定的標準，本次視頻采集設備采用的裕華的煤炭本安攝像機，具體參數如下：
a、機械指標:采用304不銹鋼材質，防護等級達到IP65,視窗采用堅固的鋼化平板玻璃,視窗厚度8mm，直徑50mm，整機重量8kg，設出線孔2個，可以云臺安裝或者固定支架安裝
b、電氣指標：輸入電壓：127VAC,50/60Hz輸入電壓范圍-20%~+10%
工作電流≤0.功耗≤30W
C、攝像機指標：支持NTSC,PAL制式，2:1隔行掃描1/2″CCD圖像傳感器
復合視頻輸出，1Vp-p，75Ω清晰度570線
zui低照度0.0003Lux，F1.4信噪比46dB內同步系統
d、認證標準：防爆標志ExdⅠ煤安標志號MHB070011
2、存在規則
存在規則檢測是指在規劃的區域或者防線內，有對象發生進入，離開，出現，消失等動作時，都會被觸發報警，在斜井通道的攝像機可視范圍內，我們在物料通道建立*個防區，啟用存在規則，在檢測的下拉菜單中選擇檢測，在包含選項的下拉菜單中選擇包含，在包含對象分類的下拉菜單中選擇人（person），這樣的設置就是在物料通道中，只對人的存在發出報警，而物料車通過時則不會發生報警。當物料車在運行過程中，有礦工試圖進入物料通道，智能分析設備檢測到存在規則，在1秒鐘內會在事件輸出端DO1輸出開關量信號送給PLC，PLC通過獲取軌道傳感器信息判斷物料車運行狀況后，經邏輯處理確認后，立即驅動揚聲器發出語音報警信息，阻止礦工進入物料通道，避免了事故的發生，如果PLC在獲取開關量信息后，沒有檢測到物料車的運行，則PLC不會驅動揚聲器發出報警聲音，礦工可以安全通過，但在監控視頻上依然可以看到該礦工觸發存在規則，并在事件信息列表中顯示進入和離開的時間。
3、徘徊規則
徘徊規則是指在規劃的區域或者防線內，對象滯留一定時間而不離開防區的一種行為。當對象在規劃區域或者防線內滯留的時間達到我們自定義時間（1秒—3600秒）后，智能分析設備就會發出報警。我們還是在物料通道使用同一個監測區域，啟用徘徊規則，在檢測的下拉菜單中選擇檢測，在包含選項的下拉菜單中選擇包含，在包含對象分類的下拉菜單中選擇人（Person），在時長選擇欄中輸入5，單位是秒，這樣在物料通道在如果有礦工滯留超過5秒，智能分析設備檢測到徘徊規則觸發，在1秒鐘內會在事件輸出端DO2輸出開關量信號送給PLC，PLC接收到DO2輸出的開關量信號后，無需經邏輯運算，直接驅動揚聲器發出報警，通知礦工迅速離開。
4、遺棄物檢測（停止規則）
遺棄物監測是指在規劃的區域或者防線內，有東西跌落或者人為放置物品在防區內超過一段時間的行為。物料車在運行過程中難免會有物件跌落的現象發生，甚至有礦工坐在路軌上休息，如果物料車突然下行，這些行為都會造成災難性后果。我們在物料通道和人行通道建立第二個防區，啟用停止規則，在檢測的下拉菜單中選擇檢測，在包含選項的下拉菜單中選擇不包含，在不包含對象分類的下拉菜單中選擇車（Vehicle），在時長選擇欄中輸入5，單位是秒，這樣在物料通道和人行通道如果有物料跌落或者礦工停下來休息超過5秒，智能分析設備檢測到停止規則觸發（物料車的停止不會被觸發），在1秒鐘內會在事件輸出端DO3輸出開關量信號送給PLC，PLC接收到DO3輸出的開關量信號后，無需經邏輯運算，直接驅動揚聲器發出報警，通知相關礦工迅速排除軌道上的遺棄物，保障軌道暢通運行，同時在防區的休息的礦工聽到報警信息后迅速離開。
五、智能視頻監控系統的管理
1、絞車智能視頻監視
智能分析盒采用模擬和數字信號同時輸出，不需要另加解碼器，模擬信號由智能分析盒的VIDEOOUTBNC口輸出送到液晶監視器，顯示前端視頻信息，由于智能分析盒的模擬輸出信號疊加了VCA信息，當有礦工通過視頻畫面的時候，就會立即被跟蹤，并用黃色的方框提示，一旦進入規劃的防區，黃色的方框立即變成紅色，絞車操作工根據報警的提示快速的了解現場情況，正確操作機器，達到提高工作效率的目的。
2、煤礦監控中心的管理
數字信號由智能分析盒的RJ45接口輸出，連接16口局域網交換機，網絡交換機與礦井主干網絡連接送到煤礦監控中心，監控中心有獨立的監控服務器進行管理。客戶端軟件具備以下功能：
A、支持實時預覽和回放,可分別顯示在兩個監視器上
B、支持在監視器上進行多種操作（現場監控、通道設置和錄像回放）
C、支持多種錄像方式（智能分析，運動檢測、傳感器、持續和計劃）
D、支持移動偵測和智能視頻分析報警時發送電子郵件/短信通知
E、支持任何事件發生，均自動語音提示，通知報警
F、支持終端和I/O設備集成、系統日志，及時的音頻流和通道記錄
G、支持AVI文件或低數據文件備份（支持在其他裝置上存儲特殊文件）
H、支持通過鼠標拖拽屏幕和顯示位置
I、支持同時搜索和回放,方便快捷
J、支持多級用戶帳號登錄和密碼保護
3、煤礦集團監控中心
集團下屬13個煤礦均通過專網與集團中心監控機房連接，集團監控中心設有獨立智能分析監控服務器來管理13個礦井的斜井通道運行工況，中心管理軟件出具備客戶端的基本功能外還增加以下功能：
A、中心軟件支持zui大連接1024路,
B、支持多站點同時監控64路（雙屏顯示器可以到達128路）
C、支持PDA監視
D、中心管理支持雙監視模式（多站點/單站點）
E、實時遠程監控圖像和聲音
F、遠程保存圖像和聲音
G、支持遠程打印保存的圖片（連續地打印）
H、支持遠程云臺及報警裝置的控制
I、支持遠程管理和有效設置
J、支持雙向語音通訊（DVR—遠程）
K、支持獨立通道傳輸圖像質量和流量控制
L、支持用戶輸入有效身份和密碼后進行連接和控制權限管理
4、文件管理
A、快速搜索時間的圖片
B、快速便捷的搜索功能（縮略圖，事件列表）
C、多通道同步回放
D、圖片和音頻回放
E、回放速度可變
F、搜索運動偵測—在運動偵測圖片庫中保存特定的圖片
G、保存和打印搜查到的圖片
H、備份（AVI、源碼流格式的文件）
I、支持關鍵詞搜索
J、在事件列表中直接搜索圖片和視頻
六、結束語
智能視頻分析技術較之普通的監控技術zui明顯的三個優勢在于：快速的反應時間-毫秒級的報警觸發反應時間；更有效的監視–安保操作員只需要注意相關信息；強大的數據檢索和分析功能，能提供快速的反應時間和調查時間。智能視頻分析技術能夠做到一些我們人類目前還無法完成的功能，它是一個非常良好的輔助監控手段，雖然實現*無人值守尚需時日，但是值得我們關注的是，通過使用智能視頻分析技術，已經能夠對相當多的基本行為進行識別和判斷，對減輕監控人員的工作強度，提高監控質量已經起到了革命性的變化。
在煤礦井下環境中各種意外的情況隨時都可能發生，單單依靠監控中心操作員的眼睛是不足以*及時知曉，在一些重點的區域增加智能分析監控就顯得尤為重要，這次智能分析技術煤礦斜井智能監控項目中的應用，將事故的苗頭及時發現并發出語音報警提示礦工離開危險區域，有效避免事故的發生的同時也提高了生產效率。當然井下像這樣類似的區域還有很多，如果都裝上智能分析報警系統，將一個個事故隱患及時化解，就可以大大降低事故發生的概率，真正做到生產安全，讓高科技產品體現出真正的價值。
