煤礦運輸巷道危險區域AI視頻識別系統在司馬煤業中的應用

吳連勇 ，韓 雨

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

隨著近年來我國智能化產業不斷發展，產業智能化、開采機械自動化逐步應用于煤炭行業。運輸巷道作為采煤體系中的重要環節也逐步實現著信息化、智能化。但受人員、機械、環境等因素的影響，在運輸巷道中頻繁因行人誤闖入運輸巷道危險區域引起煤礦軌道運輸事故發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域，提出一種煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別系統，旨在通過AI視頻識別技術，對作業過程中運輸巷道危險區域人員誤入行為進行主動報警，聯動停車等方面系統聯動的設計方案及關鍵技術進行研究與應用。

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、模型優化等方法和技術，可不間斷地對設備采集的數據進行分析和記錄。利用熱成像攝像儀完成對運輸巷道多區域的圖像采集，結合無線物聯網技術、電子控制技術，設計核心控制板、信息接受模塊、信息傳輸模塊，并通過現場試驗模擬，以保證井下信息的無線傳輸的穩定性及可靠性。

基于設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) 根據提取的視頻幀,劃定檢測識別區域；

3) 預處理檢測區域的圖像；

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

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

2 裝置結構及系統

2.1 結 構

煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別閉鎖系統由核心控制器、熱成像攝像儀、LED顯示屏、聲光報警器等部分構成。系統示意如圖1所示。

1) 熱成像攝像儀。系統在斜巷各偏盤口安裝熱成像攝像儀，并且采用統一的視頻源和攝像機，盡可能規避各種復雜的視頻源數據，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、結構緊湊、功能全面等特點，可應用于多種系統場景，可以確保系統在巷道環境中安全穩定長期的運行。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域AI視頻識別系統中。

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品。安裝與煤礦運輸巷道各偏口，用作信號提示。

圖1 系統示意

2.2 功 能

1) 實時監視功能。檢測巷道內、巷道機車運行狀態、作業人員動態行為信息，通過LED顯示屏進行實時顯示巷道內機車位置及狀態，確保人員的安全性。當巷道機車在運行時，LED顯示屏發出“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。裝置結合煤礦安全生產業務，系統可以設定危險區域，利用AI視頻識別控制平臺，實現對巷道內人員的誤入行為進行智能分析、并自動報警，對誤入危險區域人員進行警告，同時暫停巷道機車的運行，人員誤入后的預警及制動。

3) 輔助管理功能。在綜、連采工作面生產期間，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據庫中的樣本圖像進行比對，當比對相似度達到85%以上時，完成關聯匹配，識別為正常作業人員，此外，管理人員和動態檢查人員可結合現有的身份定位卡系統輔助視頻識別系統，對井下作業安全做到雙重保險，避免造成對現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生率。

3 煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別閉鎖系統在司馬煤業中的應用

在潞安集團司馬煤業的一采區輔助回風巷運輸巷道中，安裝了該運輸巷道危險區域AI視頻識別系統，該系統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、參數設置等，避免目標過小或是過大而造成的漏報和誤報，在系統安裝的過程控制中，根據不同需求安裝統一的位置、高度等，補光燈采用統一的補光方式。煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別閉鎖系統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控有效區內，并且確保了當有誤入人員進入運輸巷危險區域內才進行警報驅逐、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，如圖2所示。在該系統安裝的過程中補光燈采用相同的方式進行補光，根據不同環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

煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別閉鎖系統在山西潞安集團司馬煤業有限公司運輸巷已成功應用并取得良好效果，總結如下：

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

2) 煤礦運輸巷危險區域AI視頻識別閉鎖系統安裝便捷、成本低、調節便利、在應用中有效降低了人員占比,實現了經濟與安全的雙重效益。

3) AI視頻識別技術的應用,實現了運輸巷道的自動化功能,對于智能化煤礦建設創新發揮著推進作用。

4 結 語

隨著礦井“新基建”的不斷推進，人工智能技術必將在智能化煤礦建設中發揮重大作用?；贏I視頻識別技術的運輸巷道人員誤入報警閉鎖系統，其核心技術是人工智能圖像識別，根本目的是保障巷道內作業人員的人身安全，通過閉鎖系統最終實現裝置的自動化、智能化運行。該系統在潞安集團司馬煤業的運行中有效解決了當定位卡失效導致的定位失敗和無法得知誤入人員信息的問題，實現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域后機車啟動運行的目標，極大增加了巷道運輸系統的穩定性和可靠性，故該系統具有很大的推廣應用價值。