基于面部瞳孔識(shí)別及數(shù)據(jù)采集器的電子巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭惠

摘要：為了最大程度保證數(shù)據(jù)采集和巡檢過程的客觀性、真實(shí)性，避免各種人為因素影響，提高巡檢工作規(guī)范化及科學(xué)化水平，減少安全隱患，避免重大事故發(fā)生，將精確識(shí)別人體特征技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)無縫集成，設(shè)計(jì)了電子巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)以煤礦行業(yè)為例，利用人臉識(shí)別和瞳孔識(shí)別技術(shù)、GPS定位技術(shù)和GIS技術(shù)，建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術(shù)架構(gòu)的煤礦關(guān)鍵設(shè)備電子巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)了手持式數(shù)據(jù)采集器（包括數(shù)字視頻信息采集）以及一系列相關(guān)配套軟件。系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，顯著提高了巡檢效率，大量降低了漏檢事故率和安全事故率。

關(guān)鍵詞：電子巡檢；面部瞳孔識(shí)別；GPS定位技術(shù)；GIS技術(shù)；手持式數(shù)據(jù)采集器

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16727800（2017）004010603

0引言

電子巡檢系統(tǒng)應(yīng)用于燃?xì)庑袠I(yè)、電力行業(yè)、管道運(yùn)輸以及石油石化行業(yè)等[12]。電力行業(yè)主要巡檢振動(dòng)和溫度；燃?xì)夂凸艿肋\(yùn)輸行業(yè)主要巡檢燃?xì)鈮毫?、管道壓力和溫度等。本文以煤礦生產(chǎn)設(shè)備巡檢為例，根據(jù)煤礦生產(chǎn)背景，通過計(jì)算機(jī)智能化和傳感器對(duì)設(shè)備前端進(jìn)行數(shù)字信息采集，同時(shí)利用數(shù)字信息傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸，從而達(dá)到對(duì)煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行定期、定時(shí)循環(huán)檢查和維修維護(hù)的目的。 該系統(tǒng)通過面部瞳孔識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別工作人員。巡檢人員在巡檢時(shí)手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器，通過視頻和數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)時(shí)在線傳送至煤礦安全監(jiān)控平臺(tái)及有關(guān)單位。巡檢完畢后，將采集的有關(guān)數(shù)據(jù)輸入電腦。管理人員可通過局域網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)督巡檢人員情況。比如某一崗位職工從何時(shí)開始巡檢、每站用了多長(zhǎng)時(shí)間、整體巡檢用時(shí)等。系統(tǒng)還可根據(jù)異常數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行時(shí)域分析，判斷發(fā)生故障的原因及部位。該系統(tǒng)是數(shù)據(jù)高速傳輸技術(shù)的無縫集成，能夠最大程度保證數(shù)據(jù)采集的真實(shí)有效，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新與人員動(dòng)態(tài)管理。 系統(tǒng)可將數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)為電子檔案，保存一年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，數(shù)據(jù)記錄量大，方便有關(guān)人員查詢，提高了工作效率。煤礦關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行電子巡檢系統(tǒng)對(duì)保證煤礦安全生產(chǎn)、提高工作效率有著重要意義。

1系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)精確采集煤礦關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字信息，智能分析和處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)非正常運(yùn)行設(shè)備自動(dòng)提示或報(bào)警處理；減少設(shè)備日常維護(hù)和檢修工作量，提高設(shè)備檢修效率和準(zhǔn)確性，防止設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作中漏檢、代檢現(xiàn)象發(fā)生；通過網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)遠(yuǎn)程聯(lián)合診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析事故原因；長(zhǎng)期保存設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)數(shù)據(jù)，為分析事故原因提供充分依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦設(shè)備巡檢管理系統(tǒng)主要根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)管理的閉環(huán)管理機(jī)制設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件主要包括服務(wù)器計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器（手持PDA以及與之配套的射頻卡）。軟件包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，覆蓋了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、展示的全過程。1.2.1系統(tǒng)原理 實(shí)時(shí)巡檢管理系統(tǒng)利用3G 網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)GPS 智能終端PDA 和系統(tǒng)管理平臺(tái)。人員在巡檢時(shí)攜帶手持式GPS 智能終端，通過3G網(wǎng)絡(luò)定時(shí)向管理中心發(fā)送位置信息，若發(fā)現(xiàn)巡檢設(shè)備故障，可記錄在GPS 智能終端內(nèi)，與工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)一并傳回系統(tǒng)管理平臺(tái)。

系統(tǒng)管理平臺(tái)會(huì)對(duì)巡檢人員的地理位置信息進(jìn)行分析，生成巡檢數(shù)據(jù)報(bào)表，從而了解巡檢過程；對(duì)設(shè)備故障、狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行分析，生成設(shè)備數(shù)據(jù)報(bào)表，掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，為技術(shù)人員分析設(shè)備狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支撐，如圖1所示。1.2.2系統(tǒng)工作流程 系統(tǒng)框圖如圖2所示。

設(shè)備巡檢系統(tǒng)流程如圖3所示。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1人臉識(shí)別和瞳孔識(shí)別技術(shù)

本系統(tǒng)人臉識(shí)別采用多種方法以便提供更精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，步驟如下： （1） 服務(wù)器收集存儲(chǔ)特征模版，設(shè)定特定閾值。主要方法包括人臉圖像的灰度變換、幾何校正、歸一化、直方圖均衡化、濾波等。（2）人臉圖像特征提取[3]。APP通過攝像頭拍照，根據(jù)人臉幾何數(shù)據(jù)提取有利于人臉圖像分類的圖像特征數(shù)據(jù)，例如特征點(diǎn)間歐氏距離、角度等。提出的圖像數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)特征模版進(jìn)行搜索、匹配，定位人員。（3） 虹膜識(shí)別技術(shù)[4]。系統(tǒng)根據(jù)虹膜身份識(shí)別唯一性的特征，不需要和設(shè)備直接接觸就能獲取人臉圖像，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷和識(shí)別。

2.2系統(tǒng)管理平臺(tái)

本系統(tǒng)采用SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5框架[5]和MVC模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。MVC模型將軟件系統(tǒng)分為三層，分別是視圖層、控制層和業(yè)務(wù)邏輯層。視圖層向用戶提供圖形界面，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)，控制層負(fù)責(zé)命令傳輸，三者關(guān)系如圖4所示。

2.3軟件設(shè)計(jì)

電子巡檢系統(tǒng)包括井下數(shù)據(jù)采集器端軟件與井上服務(wù)器端軟件。圖5和圖6分別為井下PDA 客戶端軟件架構(gòu)和服務(wù)器端軟件架構(gòu)程序框圖。

服務(wù)器端軟件包括配置參數(shù)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、數(shù)據(jù)處理及保存模塊、時(shí)鐘同步模塊。其中WCF 服務(wù)的使用是一個(gè)難點(diǎn)，在服務(wù)器端與在PDA 設(shè)備中使用方式截然不同。首先，調(diào)用WCF服務(wù)的方式不同，在PDA端必須采用BasicHttpBinding方式來進(jìn)行綁定，而在PC則需使用IIS部署；此外，在PDA上開發(fā)桌面應(yīng)用程序使用和配置WCF時(shí)也和PC 機(jī)有所不同，需用第三方工具NetCFSvcUtil.exe生成 CFClientBase.cs和WcfServcie.cs兩個(gè)WCF 服務(wù)代理類，然后再在程序中引用這兩個(gè)類。

2.4硬件設(shè)計(jì)

2.4.1手持式煤礦用數(shù)據(jù)采集器 采集器[67] 由PDA以及與之配套的射頻卡組成，集成了RFID、GPRS、GPS 等模塊，內(nèi)置安卓6.0操作系統(tǒng)和PDA端軟件，可通過手寫或鍵盤輸入信息，保存巡檢路線和設(shè)備照片、維護(hù)維修記錄等大量數(shù)據(jù)庫信息，還可在巡檢過程中填寫巡檢詳細(xì)內(nèi)容，同時(shí)上傳現(xiàn)場(chǎng)視頻、照片等。

2.4.2RFID無線射頻卡 每個(gè)RFID電子標(biāo)簽提供唯一的電子編碼，無需和識(shí)別器建立機(jī)械接觸，能夠穿透霧、冰、塵垢等，工作在各種惡劣環(huán)境下，以每秒50～100次的頻率和識(shí)別器通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控位置。

2.5GPS 定位技術(shù)和GIS 地理信息系統(tǒng)

本系統(tǒng)獨(dú)立安裝GPS 和GIS模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖信息和巡檢線路、巡檢人員的管理。

3結(jié)語

電子巡檢系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，效果良好，最大程度保證了數(shù)據(jù)和巡檢過程真實(shí)有效，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故〖LL〗障和隱患，保障被檢設(shè)備良好運(yùn)行。該系統(tǒng)降低勞動(dòng)強(qiáng)度90%，節(jié)約工時(shí)90%，有效避免了誤報(bào)、漏檢等事故的發(fā)生，減少了安全隱患。系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）研發(fā)了防爆型手持式數(shù)據(jù)采集器（包括數(shù)字視頻信息采集）以及一系列相關(guān)的配套軟件，做到精確采集煤礦關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字信息。（2）建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術(shù)架構(gòu)的煤礦關(guān)鍵設(shè)備電子巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和管理平臺(tái)，能夠自動(dòng)記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，智能分析和處理相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)非正常運(yùn)行設(shè)備自動(dòng)提示或報(bào)警。（3）編制了一整套軟件系統(tǒng)及相關(guān)安全維護(hù)軟件。（4）開發(fā)巡檢人員GPS 定位系統(tǒng)，采用面部瞳孔精確識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)跟蹤管理巡檢軌跡。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）

Abstract：In order to ensure the greatest objectivity and authenticity of data acquisition and inspection process in various industries，avoid the influence of various human factors，improve the standardized and scientific level of all kinds of inspection work，reduce security risks and avoid the occurrence of major accidents，the system is designed by the seamless integration of the body characteristics identification technology，network video technology and automatic data processing technology.The system takes the coal industry as an example，using the technology of face recognition and pupil identification，GPS location technology and GIS technology，to establish the coal mine key equipment electronic patrol system database and management platform based on SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5 as the technical framework.It also designs the handheld data collector （including digital video information collection） and a series of related software.The system has good operation effect，greatly improves the inspection efficiency，and reduces undetected accident rate and safety accident rate.

Key Words：Electronic Patrol；Facial Pupil Recognition；GPS Location Technology；GIS Technology；Handheld Data Collector