[发明专利]基于图像和水质监测设备的井下水灾报警系统

权利要求书

1.一种基于图像和水质监测设备的井下水灾报警系统，其特征在于：系统主要包括摄像机、视频分路器、图像和水质监测设备、视频服务器、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中摄像机、视频分路器、图像和水质监测设备、视频服务器在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；摄像机安装于煤矿井下掘进工作面、采煤工作面或其它可能发生透水事故的作业面，摄像机采集井下现场视频模拟图像；

图像和水质监测设备组成包括：核心处理器、水质传感器探头、检测模块、存储模块、视频采集模块、网络通信模块、电源与时钟模块和隔爆壳；在图像和水质监测设备工作前，需对图像和水质监测设备的摄像机监控范围内的部分区域A进行设定，存储在存储模块中；运算K帧图像的区域A内各灰度值的像素数的算术平均值；求大于等于设定灰度值M₁的像素总和D_S，并将最后一帧图像作为背景图像b(x，y)存储，间隔时间T_S对D_S和b(x，y)进行更新；每间隔P帧求最新图像帧中区域A内大于等于设定灰度值M₂的像素总和D_H，当D_H大于等于D_S设定阈值M₃时触发预警；K、P、T_S、M₁、M₂、M₃通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中；

图像和水质监测设备采集巷道排水渠的水质参数数据，并监测煤矿井下现场视频中的突发且持续水流，根据监测结果发出水灾报警信号，报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。

2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米；在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致；手动设定摄像机焦距和曝光值，并关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。

3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像和水质监测设备的视频采集模块连接摄像机模拟视频输出口，视频采集模块负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器。

4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像和水质监测设备安装在摄像机所在巷道的排水渠的下游位置，安装位置不在摄像机监控区域内；在满足以上条件的情况下图像和水质监测设备应尽量靠近摄像机。

5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：图像和水质监测设备采集以下参数中的一种或多种水质参数数据：水的特定光谱、PH值、电导、水温、浊度；图像和水质监测通过网络通信模块连接矿用以太网，再通过矿用以太网与井上的监控终端通信。

6.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于：进入预警模式后，每间隔Q₁帧对摄像机采集的实时视频图像f(x，y)与所存背景图像b(x，y)进行累积差值处理，累积差值运算公式为：且(x，y)∈A

式中P_n(x，y)为处理了n帧的累积差值图像初始值为0，A为设定区域，T₁为设定灰度阈值；通过累积差值运算处理Q₂帧后，求大于等于设定灰度值T₂的像素总和D_T，如满足D_T≥R，则发出水灾报警信号；式中R为设定的增长阈值；Q₁、Q₂、T₁、T₂、R通过测量设定或人为设定，存储在存储模块中。

7.如权利要求6所述的报警系统，其特征在于：当监测到图像数据异常后，计算并监测水质数据变化，当在时间T_J内，如所监测各种水质参数中的某种参数或多种参数满足则发出水灾报警信号，式中i为监测各种水质参数的编号，L_Ii为实时采集的水质参数的数据，L_Si为所监测的水质参数的数据的算数平均值，R_i为设定的水质参数的数据变化率阈值；T_J、R_i通过测量设定或人为设定得到。