井下人員面部圖像識(shí)別技術(shù)與下井作業(yè)人員管理系統(tǒng)綜合性研究與應(yīng)用

【摘 要】本文敘述了以工業(yè)以太網(wǎng)為骨干，以多種無線網(wǎng)絡(luò)為延伸，在井下配合已建立的總線型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上通過建立混合型局域網(wǎng)相互配合來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄分析下井人員相關(guān)信息與人員面部圖像采集的實(shí)時(shí)情況、位置信息判斷下井人員的真實(shí)性、有效性功能，對(duì)煤礦井下作業(yè)人員跟蹤定位研究及應(yīng)用情況。有效解決了當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中亟待解決的重要問題，井下人員面部圖像識(shí)別技術(shù)與下井作業(yè)人員管理系統(tǒng)綜合性研究與應(yīng)用技術(shù)含量高，保證了礦井作業(yè)人員安全，全面推廣可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】混合型局域網(wǎng)；面部圖像識(shí)別技術(shù)；管理系統(tǒng)；綜合性；研究應(yīng)用

我國(guó)煤礦事故多發(fā)的原因，除自然條件因素外，關(guān)鍵在于技術(shù)裝備和管理手段落后。目前，我國(guó)煤礦的安全管理主要是由管理人員憑主觀意志和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作，這種管理模式，由于受現(xiàn)有技術(shù)條件與管理人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心的限制，很難適應(yīng)礦井災(zāi)害事故的復(fù)雜多變條件。煤礦井下地形復(fù)雜，工作人員分布比較靈活，有些礦區(qū)人員分布過于集中，有的礦區(qū)人員分布又過于零散。而且在井下的通道是沒有規(guī)則的，人員分布又過于分散，不同礦區(qū)工作人員之間不能及時(shí)的溝通，管理人員針對(duì)意外情況所采取的措施不能及時(shí)的通知井下工作人員，井下情況得不到及時(shí)的反饋。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

由于國(guó)家對(duì)于礦井井下設(shè)備安全要求的行業(yè)檢測(cè)制度，以及井下環(huán)境的特殊性造成了現(xiàn)有礦山企業(yè)在管理與監(jiān)控管理方面主要存在如下的問題：

1）由于現(xiàn)有的人員管理系統(tǒng)與視頻圖像采集系統(tǒng)兩不能相互控制與有效地的數(shù)據(jù)交流彼此孤立，數(shù)據(jù)不能有效的綁定與匹配，從而造成了現(xiàn)有人員管理系統(tǒng)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(tǒng)一等問題一直困擾著煤礦企業(yè)。

2）由于早期的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)多樣而不統(tǒng)一，礦井企業(yè)在現(xiàn)階段使用的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中采用多種多樣的標(biāo)準(zhǔn)（例如：工業(yè)以太網(wǎng)、各種工業(yè)總線、企業(yè)內(nèi)部通訊協(xié)議等），這就造成了多套系統(tǒng)不能有效的即使交換數(shù)據(jù)（人員定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等），無法及時(shí)的把現(xiàn)場(chǎng)的安全信息在第一時(shí)間綜合性的反饋給指揮調(diào)度人員造成了出現(xiàn)問題是反應(yīng)不及時(shí)。而且現(xiàn)階段礦井企業(yè)所使用的安全管理軟件系統(tǒng)也存在著同樣的問題，不同管理系統(tǒng)之間彼此不兼容不能有效地通訊。每套系統(tǒng)只能查詢、監(jiān)控、管理自身的相關(guān)數(shù)據(jù)，不能同時(shí)反應(yīng)多種數(shù)據(jù)，操作管理人員需要手工的方式在不同的管理平臺(tái)之間切換。本次項(xiàng)目研發(fā)圍繞上述兩點(diǎn)問題提出了如下解決方案。

由上所述，提出了一種，以工業(yè)以太網(wǎng)為骨干，以多種無線網(wǎng)絡(luò)為延伸，在井下配合已建立的總線型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上通過建立混合型局域網(wǎng)相互配合來實(shí)現(xiàn)如下功能：

1）利用現(xiàn)有的人員定位管理系統(tǒng)配合井下人員面部圖像自動(dòng)采集系統(tǒng)為井下人員為日常生產(chǎn)、調(diào)度、安全監(jiān)控等與人員定位卡提供統(tǒng)一的軟件管理監(jiān)控平臺(tái)。

2）自動(dòng)記錄分析下井人員相關(guān)信息與人員面部圖像采集的實(shí)時(shí)情況、位置信息判斷下井人員的真實(shí)性、有效性。

3）通過人員管理系統(tǒng)與面部識(shí)別系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸、統(tǒng)一軟件管理平臺(tái)來提供更加高效、便捷、安全的應(yīng)用。

2 研究方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解

2.1 系統(tǒng)技術(shù)方案概述

本項(xiàng)目系統(tǒng)產(chǎn)品是基于下一代通信網(wǎng)絡(luò)解決方案的綜合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)區(qū)中包括：

1）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，提供核心交換功能，能夠與多種網(wǎng)絡(luò)（如人員定位網(wǎng)路、視頻監(jiān)控網(wǎng)路等）互聯(lián)。向多種業(yè)務(wù)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口。

2）井下人員管理系統(tǒng)，為井下安全提供：定位、跟蹤、井下人員統(tǒng)計(jì)、禁區(qū)報(bào)警功能、人員軌跡查詢、系統(tǒng)自檢功能、網(wǎng)絡(luò)化和信息共享。

3）井下面部自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，用于監(jiān)控關(guān)鍵地點(diǎn)的視頻圖像和下井重要人員的自動(dòng)面部圖像采集，配合井下人員管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)確保“一人一卡”、以及看“卡人統(tǒng)一”等礦方提出的需求。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目的關(guān)鍵核心技術(shù)主要分為兩個(gè)層面：現(xiàn)有礦方提出的需求設(shè)計(jì)與所有設(shè)計(jì)設(shè)備的安全標(biāo)志認(rèn)證。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

2.3.1 可靠的系統(tǒng)穩(wěn)定性

鑒于礦井環(huán)境的復(fù)雜性及對(duì)安全的高要求，本方案設(shè)計(jì)的所有產(chǎn)品具有極高的穩(wěn)定性，符合MT 209-90煤礦通信、檢測(cè)、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求的規(guī)定。

2.3.2 靈活的外部接口

監(jiān)控類的產(chǎn)品主傳輸網(wǎng)絡(luò)全部采用以太網(wǎng)光纖傳輸，直線網(wǎng)絡(luò)可兼容現(xiàn)有井下主流的工業(yè)總線型設(shè)備。（如485接口、can接口等）并且加入人員定位與視頻監(jiān)控的自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)識(shí)別控制。

2.3.3 較強(qiáng)的適應(yīng)性

系統(tǒng)能夠適應(yīng)井下潮濕多塵的惡劣環(huán)境，符合MT 210-90煤礦通信、檢測(cè)、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求的規(guī)定。

2.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.5 核心功能描述

2.5.1 當(dāng)下井人員進(jìn)入到主巷道后首先被人員定位分站識(shí)別到，此時(shí)記錄當(dāng)前時(shí)間和識(shí)別卡的標(biāo)志號(hào)碼，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)核心交換機(jī)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井上中心機(jī)房的主服務(wù)器中。

2.5.2 在上步驟完成的同時(shí)人員定位分站通過485總線方式向面部識(shí)別系統(tǒng)發(fā)布一條命令，面部識(shí)別系統(tǒng)完成拍攝相片的功能并將其保存在井上中心機(jī)房的主服務(wù)器中一邊后續(xù)查詢使用。

2.5.3 主服務(wù)器安裝定制的分析統(tǒng)計(jì)軟件，通過上述兩部的采集人員信息與圖像信息進(jìn)行對(duì)下井人員自動(dòng)分析統(tǒng)計(jì)，以確保人卡的唯一對(duì)應(yīng)性。

3 現(xiàn)有研究基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢(shì)

1）統(tǒng)一了面部識(shí)別系統(tǒng)與人員定位系統(tǒng)，通過特有的井下人員面部圖像自動(dòng)采集技術(shù)解決了人員定位中“一人帶多卡”、“卡、人不統(tǒng)一”等現(xiàn)有技術(shù)難題。

2）跨越了工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)總線型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)瓶頸，使兩者能夠有機(jī)的整合為一體。采用國(guó)際最先進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)總線型網(wǎng)絡(luò)所組成的混合型網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)輸平臺(tái)，保證各種設(shè)備通訊完整，從而確保整體系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)“信息孤島”。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)考勤數(shù)據(jù)與面部識(shí)別數(shù)據(jù)的自動(dòng)數(shù)據(jù)綁定、顯示、查詢等功能，從而實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)為下井人員的管理提供了更加準(zhǔn)確、細(xì)致的數(shù)據(jù)支持。

4 應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景、市場(chǎng)需求

我國(guó)礦井事故多發(fā)的原因，除自然條件因素外，關(guān)鍵在于技術(shù)裝備和管理手段落后。經(jīng)查新顯示本項(xiàng)目目前國(guó)內(nèi)尚無煤礦企業(yè)應(yīng)用，研發(fā)成功后其技術(shù)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先狀態(tài)，市場(chǎng)化前景非常理想。

[責(zé)任編輯：丁艷]