[发明专利]一种基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统

说明书

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统，利用目标检测和图像处理的方法，实现煤炭开采沉陷的监测，且具有成本低、效果好等优点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统，具体包括以下步骤：(1)在煤矿开采工作面布置沉陷监测点，利用多闪高精度相机拍取工作面图像，(2)对采集来的图像进行预处理，提取沉陷监测点特征(3)以一定的标准，将预警等级划分为正常，一级、二级、三级、四级。(4)利用预处理后的图像训练一个具有风险等级辨识能力的模型。(5)利用训练好的网络模型进行风险等级预测，完成基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统的设计。

技术领域

本发明涉及目标检测和图像处理的领域，具体涉及基于图像处理的煤炭开采的预警系统

背景技术

我国工业建设正在随着国内经济的发展而不断进步，正逐渐趋于现代化，在实际中对煤炭质量和需求量的要求也越来越高。纵观现状，国内的煤矿开采技术得到了质的飞跃，并仍在快速发展，目前国内相关及行业所使用的煤炭开采方式安全性和可靠性更强，而且工作效率也得到大幅度提升。但是，国内的煤矿资源正随着人们的不断开采而逐渐减少。而煤炭资源对我国经济的发展起着重要的作用和意义。因此，持续研究、改进煤矿的开采技术，增加煤矿产量极其重要，而且是必然的。

煤炭资源的大规模开采，一方面满足了我国经济建设的需要，另一方面由于地下矿藏的开采，使得地表深处出现了大面积的采空区。在矿区开采前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。当地下有用矿物被采出后，破坏了采区周围岩体内部的原始应力平衡状态。当开采面积达到一定范围后，起始于采场附近的移动将扩展到地表，引起地表下沉，在地表形成一定范围的下沉区，这种下沉区俗称塌陷区。在此过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏(开裂、冒落等)的这种现象，我们称之为“开采沉陷”。开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿等因素的综合影响，包括自然地质因素和采矿技术因素。针对煤炭开采沉陷的问题，国内外学者都做出了巨大的努力，取得了巨大的成果，但是依旧存在诸多问题需要去解决。

(1)利用卫星监测技术，监测固定监测点的变化，从而对开采沉陷进行了监测，这种方法精度高，但是成本太高，没法做到全面的推广。

(2)利用D-InSAR监测技术对采煤沉陷进行监测，从而有效的监测沉陷问题，但是由于时空失相关和大气延迟的影响，常规的D-InSAR技术测量精度较低。

因此，有必要开发出一种成本低，并且监测效果好的煤炭开采沉陷的监测系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统，利用目标检测和图像处理的方法，实现在煤炭开采过程中，对开采沉陷问题进行有效的监测，且具有成本低，效果好等优点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统，具体包括以下步骤，相关流程图参见图1：

(1)在煤矿开采的工作面布置沉陷监测点，并且摆放高精度多闪相机，用来监测沉陷监测点不同时刻的位移变化，且需要利用快闪的功能，从而拍出监测点位置细微的变化，

(2)对采集来的图像数据进行预处理，将沉陷监测点的特征提取出来，将其他的背景抹去，这样有利于提高最终结果的精度。

(3)根据一定的标准，将预处理后的图像，进行风险等级的划分，分别为正常，一级预警、二级预警、三级预警、四级预警，这五个等级。其中，沉陷的程度越大，其风险的等级就越高。

(4)利用预处理后的图像来训练一个具有风险等级辨识能力的模型，其中该模型的选择，有很多种，常见的有卷积神经网络的VGG16模型、VGG19模型、ResNet模型、EfficientNet模型等。

(5)利用训练好的网络模型进行风险等级预测，从而完成基于图像处理的煤炭开采沉陷的预警系统的设计。