基于嵌入式视觉的矿井涌水量监测系统设计

摘要

煤炭在我国的能源消费中占主导地位，但与此同时我国也深受煤矿水害的影响。现阶段，由于冲水断层或者人为预防不当原因引起的矿井涌水事故时有发生。传统的矿下水文监测系统无法同时获取井下精确的水位信息与实时水位图像，这为安全生产带来了极大的不便。随着安全生产意识的提高，设计一套既能实时观测水位图像又能准确获得涌水量的可视化水文监测系统显得至关重要。
　　针对中国矿井水文监测存在的现实问题，系统以机器视觉技术、嵌入式处理器平台以及OpenCV为基础，设计并实现了一套基于嵌入式视觉的矿井涌水量监测系统。该系统通过图像采集模块对水位图像进行采集，将采集到的水位图像在嵌入式视觉图像处理平台处理后转变为水位值，经由以太网通信发送到上位机后得到矿井下的涌水量。本设计为了更好的对水位图像进行处理，需要将Linux系统移植入ARM中，在此基础上再利用OpenCV库对水位图像进行处理。
　　本文首先对现有的矿井涌水量监测方案进行分析，根据现有的涌水量监测方案弊端提出了基于嵌入式视觉监测的方案，同时对该监测系统整体结构进行设计；然后对该监测系统的硬件电路和软件部分进行了介绍；最后对整个监测系统进行测试、分析，验证了本设计的可行性。

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摘 要

ABSTRACT

Contents

1 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 嵌入式视觉发展现状

1.4 本课题研究的主要内容

1.5 本章小结

2 系统总体方案设计

2.1 涌水量监测原理

2.2 涌水量监测方案比较

2.3 嵌入式视觉监测系统设计

2.4 本章小结

3 监测仪硬件设计

3.1 功能与结构设计

3.2 水位尺与照明光源设计

3.3 远程数据传输方式设计

3.4 图像采集模块及其电路设计

3.5 嵌入式视觉图像处理平台

3.6 本章小结

4 系统软件设计

4.1 水位图像预处理算法设计

4.2 水位线提取算法设计

4.3 软件开发环境搭建

4.4 嵌入式系统移植

4.5 OV9650驱动配置与程序设计

4.6 OpenCV库在Linux系统上的移植

4.7 上位机监测软件

4.8 本章小结

5 实验测试与结果分析

5.1 实验测试

5.2 误差分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

致谢