井下人員面部圖像識別技術與下井作業人員管理系統綜合性研究與應用

【摘 要】本文敘述了以工業以太網為骨干，以多種無線網絡為延伸，在井下配合已建立的總線型網絡的基礎上通過建立混合型局域網相互配合來實現自動記錄分析下井人員相關信息與人員面部圖像采集的實時情況、位置信息判斷下井人員的真實性、有效性功能，對煤礦井下作業人員跟蹤定位研究及應用情況。有效解決了當前煤礦生產中亟待解決的重要問題，井下人員面部圖像識別技術與下井作業人員管理系統綜合性研究與應用技術含量高，保證了礦井作業人員安全，全面推廣可取得較好的經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】混合型局域網；面部圖像識別技術；管理系統；綜合性；研究應用

我國煤礦事故多發的原因，除自然條件因素外，關鍵在于技術裝備和管理手段落后。目前，我國煤礦的安全管理主要是由管理人員憑主觀意志和經驗進行工作，這種管理模式，由于受現有技術條件與管理人員的知識、經驗和責任心的限制，很難適應礦井災害事故的復雜多變條件。煤礦井下地形復雜，工作人員分布比較靈活，有些礦區人員分布過于集中，有的礦區人員分布又過于零散。而且在井下的通道是沒有規則的，人員分布又過于分散，不同礦區工作人員之間不能及時的溝通，管理人員針對意外情況所采取的措施不能及時的通知井下工作人員，井下情況得不到及時的反饋。

1 國內外現狀和發展趨勢

由于國家對于礦井井下設備安全要求的行業檢測制度，以及井下環境的特殊性造成了現有礦山企業在管理與監控管理方面主要存在如下的問題：

1）由于現有的人員管理系統與視頻圖像采集系統兩不能相互控制與有效地的數據交流彼此孤立，數據不能有效的綁定與匹配，從而造成了現有人員管理系統存在無法判定下井人員所攜帶的人員定位卡與攜卡人唯一性匹配的問題：一人帶多卡、人卡不統一等問題一直困擾著煤礦企業。

2）由于早期的網絡結構標準多樣而不統一，礦井企業在現階段使用的安全監控網絡中采用多種多樣的標準（例如：工業以太網、各種工業總線、企業內部通訊協議等），這就造成了多套系統不能有效的即使交換數據（人員定位系統、計算機網絡系統、視頻監控系統等），無法及時的把現場的安全信息在第一時間綜合性的反饋給指揮調度人員造成了出現問題是反應不及時。而且現階段礦井企業所使用的安全管理軟件系統也存在著同樣的問題，不同管理系統之間彼此不兼容不能有效地通訊。每套系統只能查詢、監控、管理自身的相關數據，不能同時反應多種數據，操作管理人員需要手工的方式在不同的管理平臺之間切換。本次項目研發圍繞上述兩點問題提出了如下解決方案。

由上所述，提出了一種，以工業以太網為骨干，以多種無線網絡為延伸，在井下配合已建立的總線型網絡的基礎上通過建立混合型局域網相互配合來實現如下功能：

1）利用現有的人員定位管理系統配合井下人員面部圖像自動采集系統為井下人員為日常生產、調度、安全監控等與人員定位卡提供統一的軟件管理監控平臺。

2）自動記錄分析下井人員相關信息與人員面部圖像采集的實時情況、位置信息判斷下井人員的真實性、有效性。

3）通過人員管理系統與面部識別系統統一網絡傳輸、統一軟件管理平臺來提供更加高效、便捷、安全的應用。

2 研究方案、技術路線、組織方式與課題分解

2.1 系統技術方案概述

本項目系統產品是基于下一代通信網絡解決方案的綜合網絡平臺區中包括：

1）網絡交換機，提供核心交換功能，能夠與多種網絡（如人員定位網路、視頻監控網路等）互聯。向多種業務層提供標準的數據接口。

2）井下人員管理系統，為井下安全提供：定位、跟蹤、井下人員統計、禁區報警功能、人員軌跡查詢、系統自檢功能、網絡化和信息共享。

3）井下面部自動識別系統，用于監控關鍵地點的視頻圖像和下井重要人員的自動面部圖像采集，配合井下人員管理系統實現確保“一人一卡”、以及看“卡人統一”等礦方提出的需求。

2.2 關鍵技術

本項目的關鍵核心技術主要分為兩個層面：現有礦方提出的需求設計與所有設計設備的安全標志認證。

2.3 主要技術參數

2.3.1 可靠的系統穩定性

鑒于礦井環境的復雜性及對安全的高要求，本方案設計的所有產品具有極高的穩定性，符合MT 209-90煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求的規定。

2.3.2 靈活的外部接口

監控類的產品主傳輸網絡全部采用以太網光纖傳輸，直線網絡可兼容現有井下主流的工業總線型設備。（如485接口、can接口等）并且加入人員定位與視頻監控的自動化控制實現全自動識別控制。

2.3.3 較強的適應性

系統能夠適應井下潮濕多塵的惡劣環境，符合MT 210-90煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求的規定。

2.4系統結構圖

2.5 核心功能描述

2.5.1 當下井人員進入到主巷道后首先被人員定位分站識別到，此時記錄當前時間和識別卡的標志號碼，并將相關數據通過以太網核心交換機把數據存儲在井上中心機房的主服務器中。

2.5.2 在上步驟完成的同時人員定位分站通過485總線方式向面部識別系統發布一條命令，面部識別系統完成拍攝相片的功能并將其保存在井上中心機房的主服務器中一邊后續查詢使用。

2.5.3 主服務器安裝定制的分析統計軟件，通過上述兩部的采集人員信息與圖像信息進行對下井人員自動分析統計，以確保人卡的唯一對應性。

3 現有研究基礎、特色和優勢

1）統一了面部識別系統與人員定位系統，通過特有的井下人員面部圖像自動采集技術解決了人員定位中“一人帶多卡”、“卡、人不統一”等現有技術難題。

2）跨越了工業以太網與傳統總線型網絡數據瓶頸，使兩者能夠有機的整合為一體。采用國際最先進工業以太網與傳統總線型網絡所組成的混合型網絡作為基礎輸平臺，保證各種設備通訊完整，從而確保整體系統不會出現“信息孤島”。

3）能夠實現考勤數據與面部識別數據的自動數據綁定、顯示、查詢等功能，從而實現軟件自動為下井人員的管理提供了更加準確、細致的數據支持。

4 應用或產業化前景、市場需求

我國礦井事故多發的原因，除自然條件因素外，關鍵在于技術裝備和管理手段落后。經查新顯示本項目目前國內尚無煤礦企業應用，研發成功后其技術水平處于國內領先狀態，市場化前景非常理想。

[責任編輯：丁艷]