基于单目视觉的矿井机车防撞预警系统设计

摘要

安全生产是煤矿安全的一个永恒话题，其中安全运输又是安全生产中的一个重要组成部分。目前，我国绝大多数矿井的辅助运输仍然采用轨道运输，轨道安全运输领域多是采用智能传感器，如使用轨道电路探测仪和压力传感器等手段定点的对机车本身状况进行检测，不能有效的防止机车追尾事故与机车撞人事故发生。运输事故呈不断上升的趋势，轨道安全运输面临严峻的考验。针对此问题，本论文设计了一种安装在机车前端的预警装置，利用单目摄像机采集前方路况信息，通过图像处理技术识别机车与矿工，并进行主动测距，如判断目标距离小于警戒值则报警，减少矿井下运输事故。
　　 论文采用嵌入式处理器与视频编码芯片构建了矿井下防撞预警系统硬件平台，利用嵌入式处理器负责图像数据处理与预警机制的实现，视频编码芯片实现视频数据采集与编码。本文的防撞预警算法设计主要包括以下内容：①采用灰度拉伸与中值滤波两个图像预处理步骤实现图像去噪、灰度增强。②提出了矿井下轨道形状属性检测算法，弯道区域是运输事故最容易发生的地方，因此轨道属性检测就尤为重要，由于轨道在灰度图像中的特征明显，在阈值分割后根据轨道形状确定轨道底端起始点，利用轨道区域上其它点与起始点间的斜率变化趋势判断轨道是否为弯道，并提出来一种快速直线检测算法，设计了过已知点且限制斜率的Hough变换直线检测算法；③研究了矿井下目标物识别算法，目标物识别分为正向前方机车与反向前方机车的识别、正向行走矿工与反向行走矿工识别，利用特征参数提取的方法识别目标，论文主要选择圆形度与面积参数计算识别矿灯灯光。④提出来基于轨间距的测距模型，预警决策的依据是机车前方目标物与本机车之间的距离，因此就需要对目标物进行测距，根据轨道间距为定值以及实验数据拟合得到测距公式，根据目标物低端所在像素行的轨道间距确定实际距离值。⑤制定矿井下防撞预警决策，根据测距值、机车行驶速度与制动时间设计了三级防撞预警级别。
　　 论文中的算法均已在硬件平台上得到了验证，程序运行情况表明整套系统能够满足实时防撞预警需求，从而有效地减少了机车运输事故发生，在论文的最后提出了本设计的不足和待解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1选题背景

1.2课题的提出

1.3国内外现状及研究意义

1.3.1煤矿下安全检测现状

1.3.2测距技术现状

1.3.3研究意义

1.4论文的主要研究内容及组织结构

2系统总体设计

2.1需求分析

2.1.1图像传感器的选择

2.1.2嵌入式系统的选择

2.1.3视频图像编码芯片的选择

2.1.4图像采集接口的选择

2.1.5系统实时性的考虑

2.2系统的总体功能模块

2.3系统硬件设计概述

2.4系统软件设计概述

2.4.1图像采集算法

2.4.2图像处理算法

2.5小结

3视频图像采集模块的设计

3.1系统硬件的结构

3.2图像采集功能的实现

3.2.1视频编码模块设计

3.2.2主控模块视频数据采集接口驱动设计

3.3声光报警模块设计

3.4小结

4安全预警算法设计

4.1视觉测距原理

4.2矿井运输安全预警算法总体设计

4.3确定感兴趣区

4.4图像的预处理

4.4.1灰度增强

4.4.2图像平滑

4.5运输轨道的提取

4.5.1确定低端的轨道起始点

4.5.2轨道形状属性检测

4.5.3直道的检测

4.6目标物的提取

4.6.1目标物提取方法

4.6.2理论基础与方法

4.6.3机车的识别

4.6.4前方矿工的识别

4.7目标物的测距

4.7.1前方机车的测距

4.7.2前方矿工的测距

4.7.3测距公式拟合

4.8报警策略的制定与执行

4.9实验结果分析

4.9.1实验结果统计

4.9.2误差原因分析

4.10小结

5总结与建议

致谢

参考文献

附录