基于面部瞳孔識別及數據采集器的電子巡檢系統設計

郭惠

摘要：為了最大程度保證數據采集和巡檢過程的客觀性、真實性，避免各種人為因素影響，提高巡檢工作規范化及科學化水平，減少安全隱患，避免重大事故發生，將精確識別人體特征技術、網絡視頻技術和自動化數據處理技術無縫集成，設計了電子巡檢系統。系統以煤礦行業為例，利用人臉識別和瞳孔識別技術、GPS定位技術和GIS技術，建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術架構的煤礦關鍵設備電子巡檢系統數據庫和管理平臺，設計了手持式數據采集器（包括數字視頻信息采集）以及一系列相關配套軟件。系統運行效果良好，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。

關鍵詞：電子巡檢；面部瞳孔識別；GPS定位技術；GIS技術；手持式數據采集器

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004010603

0引言

電子巡檢系統應用于燃氣行業、電力行業、管道運輸以及石油石化行業等[12]。電力行業主要巡檢振動和溫度；燃氣和管道運輸行業主要巡檢燃氣壓力、管道壓力和溫度等。本文以煤礦生產設備巡檢為例，根據煤礦生產背景，通過計算機智能化和傳感器對設備前端進行數字信息采集，同時利用數字信息傳輸技術實時傳輸，從而達到對煤礦主要生產設備進行定期、定時循環檢查和維修維護的目的。 該系統通過面部瞳孔識別系統自動識別工作人員。巡檢人員在巡檢時手持數據采集器，通過視頻和數字監控系統現場采集關鍵設備運行數據參數，實時在線傳送至煤礦安全監控平臺及有關單位。巡檢完畢后，將采集的有關數據輸入電腦。管理人員可通過局域網實時監督巡檢人員情況。比如某一崗位職工從何時開始巡檢、每站用了多長時間、整體巡檢用時等。系統還可根據異常數據對設備故障進行時域分析，判斷發生故障的原因及部位。該系統是數據高速傳輸技術的無縫集成，能夠最大程度保證數據采集的真實有效，實現數據的動態更新與人員動態管理。 系統可將數據自動實時轉為電子檔案，保存一年甚至更長時間，數據記錄量大，方便有關人員查詢，提高了工作效率。煤礦關鍵設備安全運行電子巡檢系統對保證煤礦安全生產、提高工作效率有著重要意義。

1系統概述

1.1系統目標

系統目標包括：實現精確采集煤礦關鍵生產設備數字信息，智能分析和處理設備運行狀態，對非正常運行設備自動提示或報警處理；減少設備日常維護和檢修工作量，提高設備檢修效率和準確性，防止設備運行維護工作中漏檢、代檢現象發生；通過網絡視頻技術遠程聯合診斷設備運行狀態，分析事故原因；長期保存設備運行、維護數據，為分析事故原因提供充分依據和數據支撐。

1.2系統設計

煤礦設備巡檢管理系統主要根據煤礦安全生產管理的閉環管理機制設計。系統由硬件和軟件組成，硬件主要包括服務器計算機、數據采集器（手持PDA以及與之配套的射頻卡）。軟件包括數據采集系統及數據分析管理系統，覆蓋了從數據采集到數據處理、展示的全過程。1.2.1系統原理 實時巡檢管理系統利用3G 網絡組成一個GPS 智能終端PDA 和系統管理平臺。人員在巡檢時攜帶手持式GPS 智能終端，通過3G網絡定時向管理中心發送位置信息，若發現巡檢設備故障，可記錄在GPS 智能終端內，與工作狀態和運行參數一并傳回系統管理平臺。

系統管理平臺會對巡檢人員的地理位置信息進行分析，生成巡檢數據報表，從而了解巡檢過程；對設備故障、狀態及參數進行分析，生成設備數據報表，掌握設備運行狀況，為技術人員分析設備狀態提供數據支撐，如圖1所示。1.2.2系統工作流程 系統框圖如圖2所示。

設備巡檢系統流程如圖3所示。

2系統關鍵技術

2.1人臉識別和瞳孔識別技術

本系統人臉識別采用多種方法以便提供更精確的基礎數據，步驟如下： （1） 服務器收集存儲特征模版，設定特定閾值。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，根據人臉幾何數據提取有利于人臉圖像分類的圖像特征數據，例如特征點間歐氏距離、角度等。提出的圖像數據和數據庫中存儲特征模版進行搜索、匹配，定位人員。（3） 虹膜識別技術[4]。系統根據虹膜身份識別唯一性的特征，不需要和設備直接接觸就能獲取人臉圖像，可同時進行多個人臉的分揀、判斷和識別。

2.2系統管理平臺

本系統采用SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5框架[5]和MVC模型進行設計。MVC模型將軟件系統分為三層，分別是視圖層、控制層和業務邏輯層。視圖層向用戶提供圖形界面，業務邏輯層負責具體業務，控制層負責命令傳輸，三者關系如圖4所示。

2.3軟件設計

電子巡檢系統包括井下數據采集器端軟件與井上服務器端軟件。圖5和圖6分別為井下PDA 客戶端軟件架構和服務器端軟件架構程序框圖。

服務器端軟件包括配置參數模塊、數據交換模塊、數據處理及保存模塊、時鐘同步模塊。其中WCF 服務的使用是一個難點，在服務器端與在PDA 設備中使用方式截然不同。首先，調用WCF服務的方式不同，在PDA端必須采用BasicHttpBinding方式來進行綁定，而在PC則需使用IIS部署；此外，在PDA上開發桌面應用程序使用和配置WCF時也和PC 機有所不同，需用第三方工具NetCFSvcUtil.exe生成 CFClientBase.cs和WcfServcie.cs兩個WCF 服務代理類，然后再在程序中引用這兩個類。

2.4硬件設計

2.4.1手持式煤礦用數據采集器 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，內置安卓6.0操作系統和PDA端軟件，可通過手寫或鍵盤輸入信息，保存巡檢路線和設備照片、維護維修記錄等大量數據庫信息，還可在巡檢過程中填寫巡檢詳細內容，同時上傳現場視頻、照片等。

2.4.2RFID無線射頻卡 每個RFID電子標簽提供唯一的電子編碼，無需和識別器建立機械接觸，能夠穿透霧、冰、塵垢等，工作在各種惡劣環境下，以每秒50～100次的頻率和識別器通信，實現實時監控位置。

2.5GPS 定位技術和GIS 地理信息系統

本系統獨立安裝GPS 和GIS模塊，該模塊實現對地圖信息和巡檢線路、巡檢人員的管理。

3結語

電子巡檢系統運行情況穩定，效果良好，最大程度保證了數據和巡檢過程真實有效，還能及時發現設備運行故〖LL〗障和隱患，保障被檢設備良好運行。該系統降低勞動強度90%，節約工時90%，有效避免了誤報、漏檢等事故的發生，減少了安全隱患。系統創新點如下：（1）研發了防爆型手持式數據采集器（包括數字視頻信息采集）以及一系列相關的配套軟件，做到精確采集煤礦關鍵生產設備的數字信息。（2）建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術架構的煤礦關鍵設備電子巡檢系統數據庫和管理平臺，能夠自動記錄設備運行狀態和參數，智能分析和處理相應數據，對非正常運行設備自動提示或報警。（3）編制了一整套軟件系統及相關安全維護軟件。（4）開發巡檢人員GPS 定位系統，采用面部瞳孔精確識別技術，自動跟蹤管理巡檢軌跡。

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（責任編輯：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