吳連勇 ，韓 雨

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

隨著近年來我國智能化產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)智能化、開采機械自動化逐步應(yīng)用于煤炭行業(yè)。運輸巷道作為采煤體系中的重要環(huán)節(jié)也逐步實現(xiàn)著信息化、智能化。但受人員、機械、環(huán)境等因素的影響，在運輸巷道中頻繁因行人誤闖入運輸巷道危險區(qū)域引起煤礦軌道運輸事故發(fā)生甚至造成人身傷害。本文主要對煤礦的運輸巷道中危險區(qū)域，提出一種煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別系統(tǒng)，旨在通過AI視頻識別技術(shù)，對作業(yè)過程中運輸巷道危險區(qū)域人員誤入行為進行主動報警，聯(lián)動停車等方面系統(tǒng)聯(lián)動的設(shè)計方案及關(guān)鍵技術(shù)進行研究與應(yīng)用。

1 AI視頻識別原理

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

基于設(shè)定場景對所拍攝視頻進行識別并分析。AI視頻識別主要流程如下：

1) 提取攝像儀輸出的視頻幀；

2) 根據(jù)提取的視頻幀,劃定檢測識別區(qū)域；

3) 預(yù)處理檢測區(qū)域的圖像；

4) 對處理后的圖像進行特征提取，與已有樣本庫內(nèi)進行特征比對，并輸出檢測識別結(jié)果。

熱成像攝像儀對巷道內(nèi)危險區(qū)域進行24 h監(jiān)控，當檢測到危險區(qū)域有人員信號時，將檢測信號傳輸給中央控制器?？刂破鹘?jīng)過特征提取，與已有樣本庫內(nèi)特征比對，當控制器經(jīng)過運算識別確定劃定檢測區(qū)域為誤入人員時，輸出信號到LED顯示屏，輸出信號驅(qū)動聲光報警器發(fā)出報警信號的同時停止機車運行。

2 裝置結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)

2.1 結(jié) 構(gòu)

煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別閉鎖系統(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，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的光照度、色度、清晰度等差別造成對誤入人員的誤判斷。

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，可應(yīng)用于多種系統(tǒng)場景，可以確保系統(tǒng)在巷道環(huán)境中安全穩(wěn)定長期的運行。并且該控制器擁有強大的擴展功能，可滿足本系統(tǒng)對通信接口的高標準要求，因此選用它作為一個組件集成在煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別系統(tǒng)中。

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

圖1 系統(tǒng)示意

2.2 功 能

1) 實時監(jiān)視功能。檢測巷道內(nèi)、巷道機車運行狀態(tài)、作業(yè)人員動態(tài)行為信息，通過LED顯示屏進行實時顯示巷道內(nèi)機車位置及狀態(tài)，確保人員的安全性。當巷道機車在運行時，LED顯示屏發(fā)出“行車期間，嚴禁行人”的警示語句，同時紅燈亮。

2) 智能識別報警功能。裝置結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)，系統(tǒng)可以設(shè)定危險區(qū)域，利用AI視頻識別控制平臺，實現(xiàn)對巷道內(nèi)人員的誤入行為進行智能分析、并自動報警，對誤入危險區(qū)域人員進行警告，同時暫停巷道機車的運行，人員誤入后的預(yù)警及制動。

3) 輔助管理功能。在綜、連采工作面生產(chǎn)期間，對井下重點場所如變電所、水泵房、綜采工作面、移變列車處等區(qū)域，安裝補光燈及熱成像攝像儀對工作人員進行人臉識別，進行自動人臉抓拍與識別。平臺處理器通過隨機抓拍到的面部視頻圖像與數(shù)據(jù)庫中的樣本圖像進行比對，當比對相似度達到85%以上時，完成關(guān)聯(lián)匹配，識別為正常作業(yè)人員，此外，管理人員和動態(tài)檢查人員可結(jié)合現(xiàn)有的身份定位卡系統(tǒng)輔助視頻識別系統(tǒng)，對井下作業(yè)安全做到雙重保險，避免造成對現(xiàn)場工作人員的誤報警，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 煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別閉鎖系統(tǒng)在司馬煤業(yè)中的應(yīng)用

在潞安集團司馬煤業(yè)的一采區(qū)輔助回風(fēng)巷運輸巷道中，安裝了該運輸巷道危險區(qū)域AI視頻識別系統(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，避免目標過小或是過大而造成的漏報和誤報，在系統(tǒng)安裝的過程控制中，根據(jù)不同需求安裝統(tǒng)一的位置、高度等，補光燈采用統(tǒng)一的補光方式。煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別閉鎖系統(tǒng)的熱成像攝像儀安裝在巷道機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°，不僅使得運輸巷道全部處于監(jiān)控有效區(qū)內(nèi)，并且確保了當有誤入人員進入運輸巷危險區(qū)域內(nèi)才進行警報驅(qū)逐、停運機車等一系列閉鎖動作；LED顯示屏、聲光報警器每隔5 m均勻安裝于運輸巷道內(nèi)，如圖2所示。在該系統(tǒng)安裝的過程中補光燈采用相同的方式進行補光，根據(jù)不同環(huán)境位置安裝于相同的位置、高度等。避免熱成像攝像機由于高度、位置等其他參數(shù)造成“對象”的誤識別。

圖2 熱成像攝像儀、聲光報警器安裝圖

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

1) 系統(tǒng)通過熱成像攝像儀對巷道內(nèi)危險區(qū)域進行實時監(jiān)控，并于機車設(shè)備形成閉鎖回路，同時利用聲光報警器進行報警提示，有效防止了巷道內(nèi)因人員誤入危險區(qū)域而造成人身傷害事故的發(fā)生。

2) 煤礦運輸巷危險區(qū)域AI視頻識別閉鎖系統(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,實現(xiàn)了經(jīng)濟與安全的雙重效益。

3) AI視頻識別技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)了運輸巷道的自動化功能,對于智能化煤礦建設(shè)創(chuàng)新發(fā)揮著推進作用。

4 結(jié) 語

隨著礦井“新基建”的不斷推進，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視頻識別技術(shù)的運輸巷道人員誤入報警閉鎖系統(tǒng)，其核心技術(shù)是人工智能圖像識別，根本目的是保障巷道內(nèi)作業(yè)人員的人身安全，通過閉鎖系統(tǒng)最終實現(xiàn)裝置的自動化、智能化運行。該系統(tǒng)在潞安集團司馬煤業(yè)的運行中有效解決了當定位卡失效導(dǎo)致的定位失敗和無法得知誤入人員信息的問題，實現(xiàn)人員誤入后迅速控制機車停機、閉鎖和聲光報警器報警提示，以及在闖入人員撤離危險區(qū)域后機車啟動運行的目標，極大增加了巷道運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，故該系統(tǒng)具有很大的推廣應(yīng)用價值。