[发明专利]基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，该方法涉及自动控制、图像模式识别和通信等领域。

背景技术

目前，随着科技的发展，井下工作人员数量大大减少。然而煤矿井下综采设备仍多以人工现场操作为主。井下采煤工作面、掘进工作面是事故高发区域，采掘工作面生产环境恶劣多变，事故多发，严重威胁了生产人员的人身安全，降低了煤炭生产效率。因此，若要降低采掘工作面劳动强度，提高工作人员的安全系数和采煤效率，必须实现采掘工作面的自动化和少人化。

液压支架作为综采工作面的重要组成部分，必须实现设备的自动化和少人化。因此如何监测液压支架、控制液压支架变得尤为重要。目前，液压支架的监测系统多以传感器监测为主，所使用的传感器包括压力传感器、角度传感器、位移传感器、接触传感器等，通过AD转换，再经通信系统将数据传输给处理器等环节，过程复杂，数据处理比较繁琐。在井下工作面存在煤尘、水淋、大功率电气设备、振动等干扰条件，环境恶劣，特别是大功率设备开停等电磁干扰及振动对传感器影响较大，易造成传感器数据误差、甚至造成传感器的损坏；另外大数量的传感器成本比较高，同时可靠性低，效率低下。为解决以上问题，需要一种新的、不完全依赖于传感器，性能可靠、结构简单的液压监控报警系统。

发明内容

本发明提供了一种基于激光标尺的采煤工作面液压支架监控报警系统，所述报警系统采用图像识别的方式对采煤工作面液压支架监测，从而实现液压支架移架工作的自动控制。所述系统主要包括激光发射器、摄像机、液压支架控制设备、液压支架监测设备；所述激光发射器用于发射作为标尺的激光束；所述摄像机安装于采煤工作面巷道侧壁位置，用于采集包括至少一个激光束和至少一个液压支架的至少一个固定标志；所述液压支架控制设备负责对液压支架进行控制，并采集液压支架状态；所述液压支架监测设备通过摄像机采集液压支架的视频图像，通过对图像中激光束和液压支架的固定标志识别获得包括液压支架与激光束的相对位置和角度的数据，并将数据与已存储的与激光束的相对目标位置和工作角度数据进行比对，根据比对结果自动通过液压支架控制设备对液压支架进行控制，控制液压支架移动至设定的位置；所述液压支架监测设备当监测到液压支架角度异常，则向监控终端发出报警数据。

所述液压支架监控报警系统进一步包括：所述液压支架监测设备存储数据包括摄像机采集图像区域内的至少一个液压支架固定标志的模板图像数据；所述液压支架监测设备存储数据还包括液压支架与激光束的相对目标位置和工作角度数据；所述相对目标位置和工作角度数据是在摄像机和液压支架均处于工作位置的状态下测量得到的，相对目标位置数据包括液压支架固定标志的特定特征点与激光束的距离。

液压支架移架工作步骤包括:

第一步：将激光发射器和摄像机沿采煤方向移动至新的工作位置；

第二步：液压支架监测设备通过液压支架控制设备控制压支架降柱，再向采煤工作面方向移动；

第三步：液压支架监测设备对摄像机采集的视频图像与液压支架固定标志模板进行模式匹配，并识别激光束，如在设定时间找到匹配目标并识别出激光束，则进行第四步，否则停止移架并发送移架失败信号；

第四步：计算匹配目标与激光束的夹角，并求此角度数据与存储的该液压支架相对工作角度的差数据，如果得到的差的绝对值小于设定阈值则进行第五步，否则停止移动液压支架并发出报警信号；

第五步：计算获得匹配目标的特定特征点，计算匹配目标的特定特征点与激光束的距离，计算该距离数据与存储的该液压支架相对目标位置数据的差，如差值大于设定阈值则继续移动液压支架，并重复执行第三到第五步，直至差值小于设定阈值，则停止移动液压支架并升柱；

在移动摄像机监测范围内多个液压支架时，重复第二步至第五步，直至完成摄像机监测范围内所有液压支架的移动工作。

液压支架监测设备对摄像机采集的视频图像与液压支架固定标志模板进行比对的过程包括：

1.提取数字图像中的特定颜色特征；

2.运用滤波算法对图像进行滤波处理；

3.对数字图像进行边缘检测，获取图像边缘信息。

4.用已调取的各液压支架标记模板与经过边缘检测的数字图像进行模式匹配处理。对模式匹配结果进行判定。

所述液压支架监控报警系统进一步包括：所述激光发射器和摄像机安装位置包括垂直于采煤面安装的固定轨道装置；所述固定轨道装置包括可控移动轨道装置，装置主要包括轨道和电机；电机用于控制摄像机在轨道上移动；所述电机由液压支架控制设备控制。