煤礦運(yùn)輸巷道危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別系統(tǒng)在司馬煤業(yè)中的應(yīng)用

吳連勇 ，韓 雨

(1.山西潞安集團(tuán) 司馬煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047105；2.太原科技大學(xué)，山西 太原 030024)

隨著近年來(lái)我國(guó)智能化產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)智能化、開(kāi)采機(jī)械自動(dòng)化逐步應(yīng)用于煤炭行業(yè)。運(yùn)輸巷道作為采煤體系中的重要環(huán)節(jié)也逐步實(shí)現(xiàn)著信息化、智能化。但受人員、機(jī)械、環(huán)境等因素的影響，在運(yùn)輸巷道中頻繁因行人誤闖入運(yùn)輸巷道危險(xiǎn)區(qū)域引起煤礦軌道運(yùn)輸事故發(fā)生甚至造成人身傷害。本文主要對(duì)煤礦的運(yùn)輸巷道中危險(xiǎn)區(qū)域，提出一種煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別系統(tǒng)，旨在通過(guò)AI視頻識(shí)別技術(shù)，對(duì)作業(yè)過(guò)程中運(yùn)輸巷道危險(xiǎn)區(qū)域人員誤入行為進(jìn)行主動(dòng)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)停車等方面系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用。

1 AI視頻識(shí)別原理

AI視頻識(shí)別的主要是匹配攝像頭的行人視頻信號(hào)和紅外傳感器的信號(hào)，利用特征提取的方法對(duì)提取人員的區(qū)別性特征，如：顯著性特征、中層特征等。AI視頻識(shí)別通過(guò)圖像分析、視頻處理、模型優(yōu)化等方法和技術(shù)，可不間斷地對(duì)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和記錄。利用熱成像攝像儀完成對(duì)運(yùn)輸巷道多區(qū)域的圖像采集，結(jié)合無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子控制技術(shù)，設(shè)計(jì)核心控制板、信息接受模塊、信息傳輸模塊，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M，以保證井下信息的無(wú)線傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性。

基于設(shè)定場(chǎng)景對(duì)所拍攝視頻進(jìn)行識(shí)別并分析。AI視頻識(shí)別主要流程如下：

1) 提取攝像儀輸出的視頻幀；

2) 根據(jù)提取的視頻幀,劃定檢測(cè)識(shí)別區(qū)域；

3) 預(yù)處理檢測(cè)區(qū)域的圖像；

4) 對(duì)處理后的圖像進(jìn)行特征提取，與已有樣本庫(kù)內(nèi)進(jìn)行特征比對(duì)，并輸出檢測(cè)識(shí)別結(jié)果。

熱成像攝像儀對(duì)巷道內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行24 h監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)區(qū)域有人員信號(hào)時(shí)，將檢測(cè)信號(hào)傳輸給中央控制器?？刂破鹘?jīng)過(guò)特征提取，與已有樣本庫(kù)內(nèi)特征比對(duì)，當(dāng)控制器經(jīng)過(guò)運(yùn)算識(shí)別確定劃定檢測(cè)區(qū)域?yàn)檎`入人員時(shí)，輸出信號(hào)到LED顯示屏，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)停止機(jī)車運(yùn)行。

2 裝置結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)

2.1 結(jié) 構(gòu)

煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別閉鎖系統(tǒng)由核心控制器、熱成像攝像儀、LED顯示屏、聲光報(bào)警器等部分構(gòu)成。系統(tǒng)示意如圖1所示。

1) 熱成像攝像儀。系統(tǒng)在斜巷各偏盤口安裝熱成像攝像儀，并且采用統(tǒng)一的視頻源和攝像機(jī)，盡可能規(guī)避各種復(fù)雜的視頻源數(shù)據(jù)，防止由于各類攝像機(jī)的光照度、色度、清晰度等差別造成對(duì)誤入人員的誤判斷。

2) 核心控制器。核心控制器本系統(tǒng)選用西門子模塊化控制器SI-MATIC S7-1200.該控制器具有模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面等特點(diǎn)，可應(yīng)用于多種系統(tǒng)場(chǎng)景，可以確保系統(tǒng)在巷道環(huán)境中安全穩(wěn)定長(zhǎng)期的運(yùn)行。并且該控制器擁有強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，可滿足本系統(tǒng)對(duì)通信接口的高標(biāo)準(zhǔn)要求，因此選用它作為一個(gè)組件集成在煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別系統(tǒng)中。

3) LED顯示屏、聲光報(bào)警器。LED顯示屏和聲光報(bào)警器可分體安裝，也可以選用一體化產(chǎn)品。安裝與煤礦運(yùn)輸巷道各偏口，用作信號(hào)提示。

圖1 系統(tǒng)示意

2.2 功 能

1) 實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。檢測(cè)巷道內(nèi)、巷道機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)人員動(dòng)態(tài)行為信息，通過(guò)LED顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示巷道內(nèi)機(jī)車位置及狀態(tài)，確保人員的安全性。當(dāng)巷道機(jī)車在運(yùn)行時(shí)，LED顯示屏發(fā)出“行車期間，嚴(yán)禁行人”的警示語(yǔ)句，同時(shí)紅燈亮。

2) 智能識(shí)別報(bào)警功能。裝置結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)，系統(tǒng)可以設(shè)定危險(xiǎn)區(qū)域，利用AI視頻識(shí)別控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道內(nèi)人員的誤入行為進(jìn)行智能分析、并自動(dòng)報(bào)警，對(duì)誤入危險(xiǎn)區(qū)域人員進(jìn)行警告，同時(shí)暫停巷道機(jī)車的運(yùn)行，人員誤入后的預(yù)警及制動(dòng)。

3) 輔助管理功能。在綜、連采工作面生產(chǎn)期間，對(duì)井下重點(diǎn)場(chǎng)所如變電所、水泵房、綜采工作面、移變列車處等區(qū)域，安裝補(bǔ)光燈及熱成像攝像儀對(duì)工作人員進(jìn)行人臉識(shí)別，進(jìn)行自動(dòng)人臉抓拍與識(shí)別。平臺(tái)處理器通過(guò)隨機(jī)抓拍到的面部視頻圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中的樣本圖像進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)比對(duì)相似度達(dá)到85%以上時(shí)，完成關(guān)聯(lián)匹配，識(shí)別為正常作業(yè)人員，此外，管理人員和動(dòng)態(tài)檢查人員可結(jié)合現(xiàn)有的身份定位卡系統(tǒng)輔助視頻識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)井下作業(yè)安全做到雙重保險(xiǎn)，避免造成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的誤報(bào)警，輔助井上管理人員，提升管理效率，降低煤礦巷道安全事故的發(fā)生率。

3 煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別閉鎖系統(tǒng)在司馬煤業(yè)中的應(yīng)用

在潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)的一采區(qū)輔助回風(fēng)巷運(yùn)輸巷道中，安裝了該運(yùn)輸巷道危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)在斜巷各偏盤口安裝熱成像攝像儀，為避免攝像機(jī)安裝條件各不相同，包括安裝高度、角度、參數(shù)設(shè)置等，避免目標(biāo)過(guò)小或是過(guò)大而造成的漏報(bào)和誤報(bào)，在系統(tǒng)安裝的過(guò)程控制中，根據(jù)不同需求安裝統(tǒng)一的位置、高度等，補(bǔ)光燈采用統(tǒng)一的補(bǔ)光方式。煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別閉鎖系統(tǒng)的熱成像攝像儀安裝在巷道機(jī)車入口處蓋板焊接的鐵支架上，距地面高度約2.3 m，角度為水平方向-45°，垂直方向向下-60°，不僅使得運(yùn)輸巷道全部處于監(jiān)控有效區(qū)內(nèi)，并且確保了當(dāng)有誤入人員進(jìn)入運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)才進(jìn)行警報(bào)驅(qū)逐、停運(yùn)機(jī)車等一系列閉鎖動(dòng)作；LED顯示屏、聲光報(bào)警器每隔5 m均勻安裝于運(yùn)輸巷道內(nèi)，如圖2所示。在該系統(tǒng)安裝的過(guò)程中補(bǔ)光燈采用相同的方式進(jìn)行補(bǔ)光，根據(jù)不同環(huán)境位置安裝于相同的位置、高度等。避免熱成像攝像機(jī)由于高度、位置等其他參數(shù)造成“對(duì)象”的誤識(shí)別。

圖2 熱成像攝像儀、聲光報(bào)警器安裝圖

煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別閉鎖系統(tǒng)在山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司運(yùn)輸巷已成功應(yīng)用并取得良好效果，總結(jié)如下：

1) 系統(tǒng)通過(guò)熱成像攝像儀對(duì)巷道內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并于機(jī)車設(shè)備形成閉鎖回路，同時(shí)利用聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警提示，有效防止了巷道內(nèi)因人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域而造成人身傷害事故的發(fā)生。

2) 煤礦運(yùn)輸巷危險(xiǎn)區(qū)域AI視頻識(shí)別閉鎖系統(tǒng)安裝便捷、成本低、調(diào)節(jié)便利、在應(yīng)用中有效降低了人員占比,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與安全的雙重效益。

3) AI視頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸巷道的自動(dòng)化功能,對(duì)于智能化煤礦建設(shè)創(chuàng)新發(fā)揮著推進(jìn)作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著礦井“新基建”的不斷推進(jìn)，人工智能技術(shù)必將在智能化煤礦建設(shè)中發(fā)揮重大作用?；贏I視頻識(shí)別技術(shù)的運(yùn)輸巷道人員誤入報(bào)警閉鎖系統(tǒng)，其核心技術(shù)是人工智能圖像識(shí)別，根本目的是保障巷道內(nèi)作業(yè)人員的人身安全，通過(guò)閉鎖系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。該系統(tǒng)在潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)的運(yùn)行中有效解決了當(dāng)定位卡失效導(dǎo)致的定位失敗和無(wú)法得知誤入人員信息的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)人員誤入后迅速控制機(jī)車停機(jī)、閉鎖和聲光報(bào)警器報(bào)警提示，以及在闖入人員撤離危險(xiǎn)區(qū)域后機(jī)車啟動(dòng)運(yùn)行的目標(biāo)，極大增加了巷道運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，故該系統(tǒng)具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。