基于机器视觉的煤矿电子封条智能通信系统的研究与应用

王海君 张世杰 黄朝晖 贾佩学

（1.华洋通信科技股份有限公司，江苏徐州 221116；2.山西临汾天煜恒晋煤业公司，山西临汾 041000）

1.项目背景

众所周知传统的纸质封条不仅容易脱落，还易被人为撕毁，且难以查找“肇事者”，查封效果不理想。本文介绍的一种基于图像识别通信技术的煤矿井下电子封条系统可以对煤矿井下形成全天候监控、取证，当有异常情况时可以报警，这套系统可以避免人员私自闯入危险区域，导致危险情况发生，为人员监管提供精准保障，减轻了煤矿监管人员的工作量，大大提升了监管效率，用科学的手段实现高效、智能的监管。

2.系统概述

本项目通过在煤矿井下长期停产、停建和正在实施关闭的相关地点安装摄像机、电子锁等设备，实现对关键地点、关键设备的远程监控和监管，在地面调度中心开发统一的智能监管平台，利用信息化、智能化及视频识别等技术手段，远程监控矿井出入井人员、人数和相关设备开停状态，智能分析异常情况，实现自动报警和信息推送功能，便于监管监察部门利用分析结果对矿井进行有针对性的核查，严防长期关停矿井违法组织生产行为。

3.系统设计的原则

矿山电子封条系统设计时遵循了技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，并综合考虑维护及操作因素，将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。具有以下原则：符合矿井安全要求，在达到国家规定的安全指标的基础上，全面提升系统的性能，煤矿电子封条系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；系统的安装调试、软件编程和操作使用应简便易行，容易掌握，该系统集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求；充分考虑煤矿电子封条系统实际需要和信息技术发展趋势，根据煤矿电子封条系统的现场环境、设计选用功能适合现场情况、符合煤矿电子封条系统要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用；本系统基于可靠的网络通信技术，能确保系统级别的高稳定性和可靠性，满足7×24h、全年365d的全天候长期稳定运行；煤矿电子封条系统的设计具有较高的稳定性，系统具有一整套完整的系统管理策略，可以保证系统的运行安全；模块化设计，界面清晰，无论硬件还是软件，各个分层间结构清楚，完全标准化，便于升级和扩容；采用标准TCP/IP接口，完全满足信息化要求，可与各种应用软件接口传递数据；识别算法可以进化升级和扩展；煤矿电子封条系统与现有矿井视频系统及本要求中的摄像仪具备大平台兼容、同步显示效果。

4.系统设计

系统在煤矿关键位置安装普通摄像仪和智能分析装置或者基于机器视觉的摄像仪对矿上图像进行实时分析[1]，将分析结果实时传送到矿山安监局“电子封条”智能监管平台，及时向监管监察部门推送报警信息，系统设计架构如图1所示。

图1 系统设计架构

系统分为3层，煤矿层、国家矿山局层以及监察监管部门层。煤矿层主要由流媒体服务器、智能分析装置、普通摄像仪、基于机器视觉的图像识别摄像机组成。国家矿山局层主要由智能监控平台、流煤体服务器、FTP服务器组成。监控监管部门主要通过电脑终端访问国家矿山局智能监控平台。

（1）Web端：采用B/S架构，监管监察部门人员通过Web方式访问国家矿山局的智能监控平台，查询各矿的人员、运输车、运输设备以及摄像机的报警信息，并可以回放视频和下载图片和视频。

（2）智能监控平台：作为整个系统的总调度和监控平台，负责接受和存储各矿提交的报警信息，负责协调FTP服务器提供上传报警图片和视频的显示和下载，负责协调流媒体服务器提供实时视频预览地址。

（3）流煤体服务器：负责接受各矿上传的实时视频，并转化为HTTP格式，提供给各省监管监察部门通过Web页面进行预览。

（4）FTP服务器：负责接收各矿山流媒体服务器上传的报警图片和视频，并提供查看和下载接口。

（5）流媒体服务器：负责接受矿山和AI分析装置、AI摄像仪上报的实时报警信息、图片和视频，并实时转发到智能监控平台和FTP服务器；负责将矿山的各摄像机视频流进行代理转发到流煤体服务器，以便监管监察部门人员实时查看。

（6）智能分析装置：基于ARM+DSP的架构，主要进行各种智能分析算法的运算，实时获取普通摄像仪图像通过深度学习功能进行分析人员入井检测、货运车辆进出厂检测、运输状态识别以及摄像仪挪动和遮挡检测，并将报警信息实时上传到矿山流媒体服务器。

（7）智能分析摄像仪：自带智能分析模块，除了普通摄像机功能外，可通过深度学习功能进行分析人员入井检测、货运车辆进出厂检测、运输状态识别以及摄像仪挪动和遮挡检测，并将报警信息实时上传到矿山流媒体服务器。

（8）普通摄像仪：将双向音频处理、广播、光电交换机、WiFi、双绞线等整合到一块主板上，任意搭配。支持级联、音视频对讲等功能，为AI分析装置提供分析图像。

5.系统实现功能

（1）人员入井识别实时上报。煤矿每当识别到入井人员下井时，生成一个特征图片，图片中用矩形框标记识别到的人员，并立即上传到矿山安监局监管平台。

（2）货运车辆识别实时上报。当煤矿每当识别到货运车辆出厂时，生成一个特征图片，图片中用矩形框标记识别到的货运车辆，并立即上传。

（3）运输状态识别。煤矿每当识别主井口运输设备工作时，生成一个特征视频流（时长10s），在运行工作状态遇到有煤或无煤状态变化时，生成一个特征视频流（时长10s），并立即上传。

（4）摄像头遮挡、挪动角度识别信息。每当识别到摄像头被遮挡、挪动角度时（1h识别一次），生成一个特征图片，并立即上传。

基于机器视觉通信的电子封条系统平台采用统一的软件技术架构，以组件化方式构成，集成了消息中间件、数据库服务、分布式缓存、应用容器、事件分发、流媒体转发、联动设备接入、存储接入、短信接入、邮件接入等各类服务[2]，由各个组件承载相关服务能力，提供了平台及支撑组件的各种功能需求。平台根据项目规模和应用场景，设计时考虑了AI智能识别GPU服务器的水平扩展能力，尤其是设备接入、流分发、流存储、事件、数据库等关键服务。

平台从设备、网络、主机、数据、应用多个层面考虑各类安全防护点并采用多种安全控制策略。访问存储设备、前端设备等各类设备均需通过设备的身份认证才能访问。访问平台支持https访问，敏感数据的传输统一经过安全认可的加密方式加密后传输[3]，对非本地局域网的外网通过映射专用端口进行访问。通过防火墙控制非平台使用端口的访问。

6.结语

基于机器视觉的煤矿电子封条智能通信系统的成功实施，为新时代煤矿的安全监管起到了表率作用，系统无论是在平台效果、软件功能、成本投入上都达到了最优，值得行业推广。