视频快速检索技术在矿井人员定位系统中的应用.pdf

第4 6 卷第7 期2023年7 月机电与自动化视频快速检索技术在矿井人员定位系统中的应用煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023王艳，刘云，陈安国（开滦（集团）有限责任公司，河北唐山0 6 3 0 18）摘要：针对开滦集团吕家坨矿井下视频矿灯配套蓝牙信标安装和维护不方便的现状，提出将视频快速检索技术应用到矿井人员定位系统中的技术。通过北斗卫星导航信号搭建局域网时间同步服务器，构建人员井下轨迹信息与矿灯视频文件的关联关系，实现了系统的横向融合。针对视频文件传输不稳定、关键信息无法快速查看等问题，采用智能化方式对视频进行时间压缩，生成低余度的新视频，再利用人员定位信息获取所需数据、视频标签处理控制视频播放时间点，实现了海量视频的快速检索，对提升煤矿安全管理智能化水平具有重要意义。关键词：视频矿灯；人员定位；快速检索中图分类号：TD65文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-59 7 9（2 0 2 3）0 7-0 0 9 8-0 4Application of video fast retrieval technology in minepersonnel positioning systemWang Yan,Liu Yun,Chen Anguo(Kailuan(Group)Co.,Ltd.,Tangshan 063018,China)Abstract:In view of the inconvenient installation and maintenance of Bluetooth beacons for video mine lights in LvjiatuoMine of Kailuan Group,the idea of applying video fast retrieval technology to mine personnel positioning system isproposed.The local area network time synchronization server is built through the Beidou satellite navigation signal,and thecorrelation between the underground trajectory information of the personnel and the video file of the miner s lamp isconstructed,and the horizontal fusion of the system is realized.In view of the instability of video file transmission and theinability to quickly view key information,the video is compressed in an intelligent way to generate new video with lowredundancy.Then,the personnel positioning information is used to obtain the required data,and the video tag processing isused to control the video playback time point.The rapid retrieval of massive video is realized,which is of great significanceto improve the intelligent level of coal mine safety management.Key words:video miners lamp;personnel positioning;quick search员工岗位行为形成隐形监督，在煤矿安全生产管理1概况中发挥重要作用。随着煤矿智能化建设的稳步推进，在煤矿井下开滦吕家坨矿选用上海山源视频矿灯，首次购使用智能化的视频设备成为趋势，可以解决井下特进2 0 0 个，主要由通风区瓦斯检测工、放炮工和地种作业过程视频材料少、出现安全事故后调查取证测科钻控工等特种用业人员下井携带使用，并将重难、事故原因容易被人编造等问题，因而井下视频要操作过程全程录像。矿灯优势突显，被广泛应用，作为安全管理辅助工但在实际应用的过程中，由于视频矿灯存在配具，不仅实现了井下现场作业可视化管理，而且对套井下蓝牙信标安装和维护不方便、视频文件传输责任编辑：张彤D0I：10.192 8 6/j.c n k i.c c i.2 0 2 3.0 7.0 2 6作者简介：王艳（198 2 一），女，河北唐山人，高级工程师。引用格式：王艳，刘云，陈安国.视频快速检索技术在矿井人员定位系统中的应用 J.煤炭与化工，2 0 2 3，4 6（7）：98-10 1.98王艳等：视频快速检索技术在矿井人员定位系统中的应用不稳定，以及海量视频管理单一、信息封闭、视频量大导致的关键信息无法快速查看等问题，严重影响视频矿灯的使用效果。针对这些问题，本文提出一种将视频矿灯与井下人员定位系统横向融合的思想，研究构建一套视频矿灯数据管理及数据价值挖掘系统，通过无线WIFI进行连接，在技术层面采用FTP方式将视频数据自动上传策略，并结合井下人员定位系统，统一时间刻度，以时间为纽带建立井下人员定位与视频矿灯融合的快速索引模型。同时，由于井下环境光线昏暗，照明不均匀，视频画面单一，视频数据存储量大且增长速度快，考虑从时间上对视频进行智能压缩，生成低穴余度的新视频，实现视频信息快速浏览、检索、查看，使视频矿灯的安全管理效果最大化。2系统功能设计2.1视频矿灯与矿井人员定位系统信息融合设计通过调研分析开滦集团吕家坨矿视频矿灯应用现状、人员定位系统功能、基站分布、信息融合方式等情况，认为井下人员定位系统作为煤矿六大系统之一，按照安监局的要求应用于各个煤矿，是入井作业人员唯一性身份核实，能够显示每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，可随时方便的观看井下人员的分布情况等，如果视频矿灯系统能够与人员定位系统的行为轨迹建立联系并利用，可以减少硬件设施的重复建设。吕家坨矿使用的是南京北路有限公司开发的井下人员定位系统，提出将视频蓝牙信标替换为人员定位基站，再将人员定位信息和视频矿灯信息通过员工工号、唯一码建立对应关系，服务端通过OLEDB的方式连接人员定位系统后台SQLServer数据库获取需要的数据，达到数据的共享。利用矿井人员定位系统，建立矿灯视频与人员定位信息融合的模型，解决了矿灯信息配置维护繁琐和信息封闭的问题，实现了视频矿灯与人员定位系统信息的横向融合。2.2时间同步服务器设计吕家坨矿视频矿灯系统和人员定位系统虽然通过关键信息建立了连接，但在应用的过程中发现两套系统在运行的时间上还是存在差异，以月为时间单位的计算单元里，两套系统在独立的运行过程中存在2 3 s的时间差，长此以往，时间差异会逐渐扩大，以致影响后续视频的查看。因此通过分析研究，提出以时间为纽带，采用北斗2023年第7 期导航授时信号，建立局域网时间同步服务器，通过NTP（Ne t w o r k T im e Pr o t o c o l，网络时间协议）使井下人员定位系统服务器和矿灯视频系统服务器与时间服务器同步，如图1所示，在系统时间上做到完全一致。北斗导北斗导航卫星航卫星导航信号时间服务器接受终端图1矿灯视时间与人员定位时间同步原理Fig.1 Synchronization principle of miner s lamp visual time andpersonnel positioning time2.3矿灯视频采样处理随着吕家坨矿矿灯视频的数据量快速增长，以目前在用的2 0 0 盏矿灯为例，平均工作日每日产生的视频个数是159 3 个，视频数据150 G，每年产生视频个数4 7 万个，总数据量达到4 TB，给数据存储和查看带来了压力。为了解决这一问题，提出对原始视频进行定时抽样生成采样图片的解决方案，采用k 均值聚类算法（k-means clusteringalgorithm）对采样图片进行线性聚类，利用顿间差分技术对聚类后的图片分别进行低位、中位、高位处理，获取熵值最大的图片作为关键图片，构建自适应的视频关键图片提取模型，并通过Python+OpenCV将所有关键图片生成低穴余度的新视频。视频采样处理流程如图2 所示视频时间轴定时采样K均值聚类顿间差分最大摘值图片提取新视频生成Fig.2 Video sampling processing flow2.4矿灯视频快速检索矿灯视频快速检索的工作原理是视频数据经过视频矿灯和无线路由器进入服务器，进行视频数据的分析处理，通过对海量视频信息与人员定位信息的融合处理和视频时间压缩处理，完成员工移动视99定位基站定位基站人员定位定位基站服务器视频矿灯视频矿灯矿灯视频视频矿灯服务器S.5001.20201217._122642.mp4图2 视频采样处理流程2023年第7 期频的对应存储和特定信息甄别。处理后的视频信息自动生成新文件夹，标注工号和日期进行存储。根据构建的矿灯视频与人员定位信息融合模型，在视频浏览时首先循环遍历该员工的视频文件夹，选择时间节点，调用定位数据库、筛选出这名员工这段时间内所经过的所有基站，点击基站名称，后台代码获取经过该基站的时间，调用前台页面中的JavaScript视频插件，通过视频标签处理控制视频播放时间点、GIS地图管理完成图与视频联动查询、视频提取可提供不同条件的索引，实现快速检索。3应用功能效果验证吕家坨矿系统横向融合的思想，避免了井下蓝牙信标的建设，降低了成本与维护费用，节省资金120万元以上。将矿灯音视频信息和井下人员的行走轨迹时间点结合起来，实现了矿灯音视频实时远程通信，在遇到紧急情况时，能第一时间汇报险情，为指挥者提供了决策依据。3.1采采样视频与原始视频的差异性验证采样视频是通过采样后的图片再进行处理而全采样样本样本数量样本均值样本方差样本数量样本均值样本方差分段1195分段1295视频1分段13分段14分段2 1分段2 2视频2分段2 3分段2.4分段3 1分段3 2视频3分段3 3分段3.4分段4.1分段4 2视频4分段4 3分段4.4分段51分段52视频5分段5.3分段543.2原视频与采样视频对比验证原始视频经过采样处理后，新生成的视频文件自动添加到对应员工工号的文件夹，在时间、空间上都实现了大比例的压缩，视频处理前后对比如图100煤炭与化工生成的，如果采样视频原视频成立，则需要证明采样顿与样本空间帧在一定显著水平下没有显著差异。科学地认定采样视频原视频，根据概率统计学中假设检验方法，随机挑选5个视频，每个视频随机截取4 段，每段5s，对每段视频进行全采样X（19/s）和定时采样Y（5顿/s)，计算采样帧的图像熵，在显著性水平=0.05，采用t检验进行显著性检验假设计算。独立样本t检验统计量为：X,-X,t(n,-1)s)+(n-1)s,n;+n2-2拒绝域为：It/t/2(ni+n2-2)表1为在显著性水平=0.05，t 检验显著性检验假设计算数据。数据表明么，采样帧与样本空间顿在显著性水平=0.05下没有显著差异，验证了采样视频与原始视频差异的不显著，即采样视频原视频，保障了采样视频的有效性。表1t检验显著性检验假设计算数据（=0.05)Table 1 T test significance test hypothesis calculation data(=0.05)56.8764.129545.219598.029567.319568.889575.309520.159538.589579.329584.099574.559563.189566.529548.569546.399585.599597.459586.549549.55第4 6 卷(1)1+1nn2定时采样to.025(120)120.6520112.642089.4520151.682089.3220140.8720108.352098.502081.2120120.8920148.2420121.502097.2120118.342099.8520130.5020143.2720150.6820115.102086.97203所示。解决了矿灯视频文件多、信息窗口变化大、信息密度低、图像抖动拖拽大的问题，视频的综合空间占比达到了预期，并且保证了采样视频的有效性。(2)结果54.12130.1465.11125.3246.85182.3598.43143.1869.2297.1470.02162.1075.45121.6418.22103.2237.6580.2676.21141.1187.01169.3175.45105.7065.93110.8066.50102.3148.0699.8745.97164.2088.14140.3198.77150.2885.05131.2250.0291.561.0110.3760.6500.1360.8150.3860.0580.7870.4201.1340.9630.3361.1210.0080.2030.1460.8670.4370.5580.2041.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.9801.980不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著不显著王艳等：视频快速检索技术在矿井人员定位系统中的应用原始视频时长：0 0:3 8:2 4文件：大小:94.8 MB5001-20201221120009顿速率：19.3 9顿/秒顿宽度：6 4 0.mp4顿高度：4 8 0时长：0 0:18:0 0-00:50:00整体大小:94.0 MB-94.9MB顿速率：19.3 9顿/秒顿宽度：6 4 0顿高度：4 8 0图3 采样视频处理前后播放时间和存储空间对照Fig.3 Comparison of playback time and storage space before andafter sampling video processing3.3视视频快速检索验证系统提供了多渠道的检索路径，将人员定位系统中的员工姓名、工号、工种、工作时间、工作内容等信息与视频矿灯信息一一对应，录像信息实现了分类管理，解决了视频内容读取过程麻烦的问题，节省了大量的人力。可按照区域、员工工号、行走路线、基站、时间、班组、工种等分类查询，以及多条件检索，如选定人员、区域、时间等。还可利用下井人员动态行走过程快速定位视频矿灯音视频信息的播放时间点，解决了浏览视频内容缺乏明确的目的性，不知道重点应该看哪里的问题，避免了查找音视频信息的盲目性，快速定位人员下井过程中经历的重要区域的音像信息，节约查阅时间80%以上。4结语将视频快速检索技术应用到矿井人员定位系统中是现代煤矿智能化建设中系统横向融合的成果实践，该系统已在开滦集团吕家坨矿成功应用。吕家坨矿在灯房部署视频数据汇集、数据存储等硬件设(上接第8 2 页）5 结 语结合了开元矿的水文地质条件，对该矿可能发生的水害类型进行了分析。分析的结果可以为后期的开采过程中水害防治提供一定的参考。但是，由于地下水存在一定的流动性，分析的水害类型存在较强的时效性。为了提高水害防治的效果，还应该做好相应的地质勘探工作。参考文献：【1刘罡.矿井水水文地质研究及水害防治对策研究 J.西部探矿工程，2 0 2 3，3 5（6）：10 5-10 7.2023年第7 期采样处理后视频施，对灯房内归还后的矿灯内视频，利用无线局域时长：0 0:0 3:55网络自动识别链接，建立视频文件调度列表，矿灯大小：3 5.2 MB顿速率：19顿/秒时间压缩率：8 9%空间压缩率：6 2%时长：0 0:0 1:0 0-0 0:8:0 0大小:5MB-80MB顿速率：19顿/秒时间压缩率：7 5%-95%空间压缩率：4 0%-90%连接自动排队、执行任务、删除任务、异常任务重复执行和跟踪的策略，实现了矿灯视频的自动稳定上传。经过不同系统间时间服务器的比对、采样视频差异性及有效性验证、视频检索效率及精准度验证等，均达到了预期效果，同时为该矿的煤矿岗位行为“慎独”安全管理平台提供数据支撑。应用过程中在一定程度上减少了员工违章事故的发生，完成了移动视频的对应存储和特定信息甄别，有效提高了煤矿井下应急救援能力，提升了煤矿的安全管理水平。通过对系统进行管理设置、参数设置，满足了安全管理部门的实际管理要求，更好的发挥了系统的普遍性和特殊性。参考文献：1 李志强，李根.煤矿智能化建设探索与实践 J中国煤炭，2 0 2 2，4 8（1)：4 6-52.2马旭攀，惠飞，景首才，等。一种基于蓝牙信标的室内定位系统 J1.测控技术，2 0 16，3 5（4）：55-58，6 6.3 刘振远，侯明祥，方维维，等.基于低功耗蓝牙信标的室内定位方法研究 J中国电子科学研究院学报，2 0 18，13（5）：618-624.4陈跃辉.海量视频图像检索系统设计及应用研究 J.电视技术,2 0 18,4 2（9)：7 0-7 3.5 郑定超，陈彩微.智能视频监控系统设计 J.自动化技术与应用，2 0 2 0，3 9（3）：91-93.6杨锦涛，单庆晓，肖昌炎，等.电网卫星驯服时钟的网络时间同步服务器设计 J1.计算机系统应用，2 0 11，2 0（3）：94-97.7张一凡，李家辰，旷远有，等.基于K均值聚类的视频关键顿提取技术研究 J.电脑与信息技术，2 0 2 1，2 9（1）：13-16.2王芳.煤矿水文地质类型的划分及防治水工作建议 J.西部探矿工程，2 0 2 3，3 5（6)：111-113.3车夏光，代涛，责世连.信湖煤矿水文地质特征及矿井涌水量估算 J.资源信息与工程，2 0 2 3，3 8（3）：8 8-91.4韩志远.芦子沟煤矿水文地质条件勘查及水害应对 J.煤炭技术，2 0 2 3，4 2（6)：10 8-111.5孙健睿.煤矿水文地质条件及水灾害影响因素分析 J.西部探矿工程，2 0 2 3，3 5（5）：17 8-18 1.6吾斯曼江.煤矿区域地下水特征及水文地质结构充水模式探析 J.黑龙江水利科技，2 0 2 3，51（4）：6 3-6 5.7崔鑫.大斗沟煤矿充水因素分析及涌水量预测 J江西煤炭科技，2 0 2 3（2)：14 9-152.8胡方坤.方山店坪煤矿水文地质条件分析及防治水措施 J.江西煤炭科技，2 0 2 3（2）：14 6-14 8，152.101