一種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人機(jī)視頻感知方法，尤其涉及一種用于跟蹤煤礦井下采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采煤機(jī)是綜采工作面最重要的設(shè)備之一，其正常運(yùn)行是整個(gè)綜采工作面完成采掘作業(yè)的基礎(chǔ)，因此，對采煤機(jī)的監(jiān)測是煤礦井下綜采工作面的一項(xiàng)重要任務(wù)。綜采工作面采煤機(jī)滾筒及周邊頂?shù)装宓臓顩r過去一直是由人工目測，然后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整采煤機(jī)滾筒，費(fèi)事費(fèi)力，精確度差，同時(shí)也非常的不安全。
[0003]隨著綜采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下引入了攝像頭技術(shù)，既在工作面的支架上每隔η架安裝一個(gè)攝像頭，經(jīng)過視頻拼接技術(shù)可觀察采煤機(jī)的運(yùn)行情況和頂?shù)装宓那闆r，攝像頭安裝在頂梁下，朝向煤壁，帶或者不帶云臺的攝像頭把攝到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過光纖傳回順槽主控計(jì)算機(jī)。但這種攝像頭監(jiān)控方式安裝成本高，同時(shí)需要根據(jù)采煤機(jī)的位置主視頻進(jìn)行切換，當(dāng)滾筒落在2個(gè)攝像頭中間時(shí)易產(chǎn)生盲點(diǎn)，影響了監(jiān)控效果。
[0004]在其他監(jiān)控領(lǐng)域，如CN103869819A、CN104536456A等，公開了使用四旋翼無人機(jī)進(jìn)行路橋、輸送機(jī)、電力線路等的監(jiān)控。但其僅能監(jiān)測一個(gè)目標(biāo)，且目標(biāo)無運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)方式單一，對無人機(jī)的移動(dòng)的校準(zhǔn)方式?jīng)]有嚴(yán)格的要求，無法用于井下惡劣的環(huán)境，也無法對運(yùn)動(dòng)方式復(fù)雜、監(jiān)測目標(biāo)眾多的采煤機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，包括以下步驟:(1)選定工作面起點(diǎn)位置為原點(diǎn)(X，Υ，Ζ)，采煤機(jī)上電，根據(jù)采煤機(jī)紅外發(fā)射器的位置，通過固定參數(shù)計(jì)算出4個(gè)飛行器Al (xl，yl, zl)，A2(x2，y2, z2)，A3(x3，y3, z3)，A4(xl，yl，zl)的相對坐標(biāo)，把數(shù)據(jù)傳到工作面的路由器，由端頭無線路由發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)飛行器的控制器收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)自身的ID號，喚醒飛行器，存儲位置信號，并進(jìn)行回復(fù)，計(jì)算機(jī)接收回復(fù)信號并校驗(yàn)，校驗(yàn)無誤等待計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令；
[0006](2)系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令，飛行器接收命令啟動(dòng)，飛到坐標(biāo)位置，開啟高清攝像頭，并回傳數(shù)據(jù)；
[0007](3)采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行方向，飛行器監(jiān)測采煤機(jī)和鄰接煤壁的工況，并傳輸至計(jì)算機(jī)顯示；
[0008](4)當(dāng)采煤機(jī)停機(jī)后，計(jì)算機(jī)發(fā)送返回命令，飛行器順次平飛到各自起飛坐標(biāo)，然后關(guān)閉攝像頭，休眠飛行器，并進(jìn)行回復(fù)。
[0009]優(yōu)選計(jì)算機(jī)每5秒通過采煤機(jī)附近的無線路由器發(fā)送位置及速度校正信號。
[0010]優(yōu)選包括四個(gè)飛行器，兩個(gè)設(shè)置在采煤機(jī)前滾筒附近，兩個(gè)設(shè)置在采煤機(jī)后滾筒附近，前滾筒附近的飛行器一個(gè)拍攝前滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝頂板和煤壁工況；后滾筒附近的無人機(jī)一個(gè)拍攝后滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝底板和煤壁的工況。
[0011]優(yōu)選可隨時(shí)通過輸入坐標(biāo)和攝像頭角度來調(diào)整計(jì)算機(jī)顯示的實(shí)時(shí)畫面。
[0012]優(yōu)選所述飛行器根據(jù)所述采煤機(jī)運(yùn)行方向、速度、距離三種數(shù)據(jù)自動(dòng)跟隨移動(dòng)。
[0013]—種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，在采煤機(jī)上設(shè)置發(fā)射器，根據(jù)采煤機(jī)發(fā)射器的位置，計(jì)算出飛行器的相對坐標(biāo)；實(shí)時(shí)控制飛行器飛行至指定位置，跟隨采煤機(jī)運(yùn)行；飛行器監(jiān)測采煤機(jī)和鄰接煤壁的工況。
[0014]本發(fā)明把無人機(jī)的自動(dòng)跟蹤技術(shù)應(yīng)用到煤礦工作面，用無人機(jī)替代人工，解決工作面采煤機(jī)無人化監(jiān)控的問題；用少量的攝像頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)工作面大量的攝像頭，節(jié)約成本，節(jié)省線纜，避免了密集布線；使用設(shè)備少，減少了潛在的故障點(diǎn)；無人機(jī)跟隨拍攝，距離、角度可調(diào)，比傳統(tǒng)攝像頭方式拍攝的畫面更清晰，靈活度更高，且畫面連續(xù)，無需切換；可實(shí)現(xiàn)由控制器控制的無人機(jī)休眠模式，節(jié)省電量，續(xù)航時(shí)間更長。
【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明所述無人機(jī)視頻感知方法中所使用視頻感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0016]附圖2為本發(fā)明所使用飛行器的結(jié)構(gòu)布置圖。
[0017]附圖標(biāo)記如下:
[0018]1-煤壁；2_采煤機(jī)；3_液壓支架；4_耦合器；5_紅外發(fā)射器；6_飛行器(無人機(jī))；7_控制器；8-攝像頭。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參見附圖1，其描述了無人機(jī)視頻感知系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。無人機(jī)視頻感知系統(tǒng)主要用于監(jiān)測煤礦井下采煤機(jī)等采掘設(shè)備的運(yùn)行狀況，包括四個(gè)四旋翼飛行器、紅外發(fā)射器、耦合器和計(jì)算機(jī)；飛行器為一種無人機(jī)，參見附圖2，其可以實(shí)現(xiàn)程控或遙控的全方位運(yùn)動(dòng)和懸停，其上設(shè)置有攝像頭和控制器，攝像頭為高清攝像頭，達(dá)到1280*720的分辨率，拍攝現(xiàn)場畫面，控制器帶有無線WIFI模塊，以每秒2M的傳輸速率即可實(shí)時(shí)攝像頭實(shí)時(shí)場景的畫面?zhèn)鬏敚⑼ㄟ^WiFi接收控制信號，通過WiFi傳送視頻信號，控制飛行器的高低左右位置，控制器上還具有休眠功能，在需要時(shí)可以關(guān)閉飛行器，增加飛行器的續(xù)航時(shí)間，由于采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，四個(gè)飛行器應(yīng)分開設(shè)置，如分別設(shè)置采煤機(jī)前滾筒的兩側(cè)和后滾筒的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)的全方位監(jiān)控，消除視頻死角；工作面空間狹小，為避免飛行器碰撞頂板或支架，飛行器上還需要設(shè)置定高單元，以隨時(shí)確定和改變飛行器的飛行高度，定高單元可以為超聲波定高裝置、加速度計(jì)、視覺定位裝置、3維陀螺儀、紅外光柵定位中的一種，也可以同時(shí)使用多種裝置定高，紅外發(fā)射器設(shè)置在采煤機(jī)上，其與工作面紅外系統(tǒng)連接，用于確定采煤機(jī)的空間位置；耦合器設(shè)置在工作面的液壓支架上，用于組成無線局域網(wǎng)通過無線路由功能與飛行器進(jìn)行通訊；計(jì)算機(jī)無線連接耦合器，一方面，其接收攝像頭采集的采煤機(jī)視頻信號，通過顯示屏進(jìn)行顯示；另一方面，其接收采煤機(jī)和無人機(jī)的位置信息，保證飛行器跟隨采煤機(jī)運(yùn)行，并隨時(shí)校正各飛行器的跟隨軌跡。
[0020]系統(tǒng)的工作原理和工作過程如下:
[0021](1)選定工作面起點(diǎn)位置為原點(diǎn)(X，Y，Z)，采煤機(jī)上電，根據(jù)采煤機(jī)紅外發(fā)射器的位置，通過固定參數(shù)計(jì)算出4個(gè)飛行器Al (xl, yl, zl)，A2(x2，y2, z2)，A3(x3，y3, z3)，A4(xl，yl，zl)的相對坐標(biāo)，通過2.4GHz頻率無線WiFi信號，802.lln協(xié)議，把數(shù)據(jù)傳到工作面的路由器，由端頭無線路由發(fā)送數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)類型l，0，Al，Xl，yl，Zl，A2，X2，y2，Z2，A3，x3，y3，z3，A4，xl, yl, zl)，當(dāng)飛行器的控制器收到數(shù)據(jù)后根據(jù)自身的ID號，喚醒飛行器，存儲位置信號，并回復(fù)(數(shù)據(jù)類型1，1，An，xn，yn，zn)，系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)接收回復(fù)信號并校驗(yàn)，校驗(yàn)無誤等待計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令；
[0022](2)系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令(數(shù)據(jù)類型2，0，A1，A2，A3，A4，方向，速度)，無人機(jī)接收命令啟動(dòng)，飛到坐標(biāo)位置，開啟高清攝像頭，并回傳數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)類型2，1，An，視頻數(shù)據(jù))；
[0023](3)系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)每5秒通過采煤機(jī)附近的無線路由器發(fā)送位置及速度校正信號;
[0024](4)采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行方向，以四個(gè)飛行器為例，前滾筒的無人機(jī)一個(gè)拍攝前滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝頂板和煤壁工況；后滾筒的無人機(jī)一個(gè)拍攝后滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝底板和煤壁的工況；
[0025](5)觀察人員可隨時(shí)通過輸入坐標(biāo)和攝像頭角度來調(diào)整實(shí)時(shí)畫面；
[0026](6)當(dāng)采煤機(jī)停機(jī)后，系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)發(fā)送返回命令(數(shù)據(jù)類型3，0，Al，A2，A3，A4)，無人機(jī)順次平飛到各自起飛坐標(biāo)，然后關(guān)閉攝像頭，休眠無人機(jī)，回復(fù)(數(shù)據(jù)類型3，1，An,1，1，1)ο
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于包括以下步驟: (1)選定工作面起點(diǎn)位置為原點(diǎn)，采煤機(jī)上電，根據(jù)采煤機(jī)紅外發(fā)射器的位置，通過固定參數(shù)計(jì)算出4個(gè)飛行器Al，A2，A3，A4的相對坐標(biāo)，把數(shù)據(jù)傳到工作面的路由器，由端頭無線路由發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)飛行器的控制器收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)自身的ID號，喚醒飛行器，存儲位置信號，并進(jìn)行回復(fù)，計(jì)算機(jī)接收回復(fù)信號并校驗(yàn)，校驗(yàn)無誤等待計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令； (2)系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令，飛行器接收命令啟動(dòng)，飛到坐標(biāo)位置，開啟飛行器上的攝像頭，并回傳數(shù)據(jù)，等待采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)； (3)采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行方向，飛行器監(jiān)測采煤機(jī)和鄰接煤壁的工況，并傳輸至計(jì)算機(jī)顯示； (4)當(dāng)采煤機(jī)停機(jī)后，計(jì)算機(jī)發(fā)送返回命令，飛行器順次平飛到各自起飛坐標(biāo)，然后關(guān)閉攝像頭，休眠飛行器，并進(jìn)行回復(fù)。2.如權(quán)利要求1所述的用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于:計(jì)算機(jī)每5秒通過采煤機(jī)附近的無線路由器發(fā)送位置及速度校正信號。3.如權(quán)利要求1所述的用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于:包括四個(gè)飛行器，兩個(gè)設(shè)置在采煤機(jī)前滾筒附近，兩個(gè)設(shè)置在采煤機(jī)后滾筒附近，前滾筒附近的飛行器一個(gè)拍攝前滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝頂板和煤壁工況；后滾筒附近的無人機(jī)一個(gè)拍攝后滾筒和煤壁工況，一個(gè)拍攝底板和煤壁的工況。4.如權(quán)利要求1所述的用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于:可隨時(shí)通過輸入坐標(biāo)和攝像頭角度來調(diào)整計(jì)算機(jī)顯示的實(shí)時(shí)畫面。5.如權(quán)利要求1所述的用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于:所述飛行器根據(jù)所述采煤機(jī)運(yùn)行方向、速度、距離三種數(shù)據(jù)自動(dòng)跟隨移動(dòng)。6.一種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，其特征在于:在采煤機(jī)上設(shè)置發(fā)射器，根據(jù)采煤機(jī)發(fā)射器的位置，計(jì)算出飛行器的相對坐標(biāo)； 實(shí)時(shí)控制飛行器飛行至指定位置，跟隨采煤機(jī)運(yùn)行； 飛行器監(jiān)測采煤機(jī)和鄰接煤壁的工況。
【專利摘要】一種用于跟蹤采煤機(jī)的無人機(jī)視頻感知方法，包括以下步驟：(1)確定采煤機(jī)和飛行器位置；(2)采煤機(jī)上電，飛行器就位；(3)飛行器監(jiān)測采煤機(jī)和鄰接煤壁的工況，并傳輸至計(jì)算機(jī)顯示；(4)當(dāng)采煤機(jī)停機(jī)后，計(jì)算機(jī)發(fā)送返回命令。本發(fā)明把無人機(jī)的自動(dòng)跟蹤技術(shù)應(yīng)用到煤礦工作面，用無人機(jī)替代人工，解決工作面采煤機(jī)無人化監(jiān)控的問題；用少量的攝像頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)工作面大量的攝像頭，節(jié)約成本，節(jié)省線纜，避免了密集布線；使用設(shè)備少，減少了潛在的故障點(diǎn)；無人機(jī)跟隨拍攝，距離、角度可調(diào)，比傳統(tǒng)攝像頭方式拍攝的畫面更清晰，靈活度更高，且畫面連續(xù)，無需切換；可實(shí)現(xiàn)由控制器控制的無人機(jī)休眠模式，節(jié)省電量，續(xù)航時(shí)間更長。
【IPC分類】H04N7/18
【公開號】CN105338308
【申請?zhí)枴緾N201510616939
【發(fā)明人】韋文術(shù), 田成金, 畢東柱, 黃曾華, 黃韶杰, 牛劍峰, 張晶晶, 王偉, 洪鵑, 李森, 馬楠, 李俊士, 趙文生, 劉清
【申請人】北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月24日