视频AI智能技术在煤矿中的应用

视频AI智能技术在煤矿中的应用

康健

（中煤平朔集团信息产业公司  山西朔州 036000）

摘要：随着人工智能技术的迅速发展，其在煤矿安全管理中的应用展现出巨大的潜力与价值。本研究深入探讨了视频AI智能技术在煤矿行业中的系统架构设计与实际应用情况，旨在通过智能化手段提升煤矿的安全监管水平，减少安全事故的发生。本研究明确了视频AI智能技术的重要性和研究的必要性，详细介绍了煤矿视频AI智能技术的系统架构，包括视频采集层、传输层、存储层、管理平台层、智能分析层及应用层等关键组成部分。通过在实际煤矿环境中部署该系统，本研究展示了基于视频AI识别的“反三违”系统和人员标准化作业行为监管系统等典型应用场景的实际效果。结果表明，视频AI智能技术能显著提高煤矿安全管理的效率和准确性，为煤矿安全生产提供了强有力的技术支持。最后，本研究对视频AI智能技术的未来发展趋势进行了展望，强调了持续优化AI模型和扩展应用场景的重要性。

关键词：煤矿智能化 系统架构 人工智能  视频AI 图像分析

0 引言：

随着科技的飞速发展，人工智能（AI）技术已经渗透到各行各业，为传统产业的转型升级提供了强大动力，煤矿智能化也经历了从无到有，从基础智能化到部分高级智能化方向发展，随着国家对煤矿智能化的积极推进，“智能感知、智能决策、自动执行”成为煤矿智能化运营和管理的关键。所以提升煤矿行业智能化水平，实现煤矿安全性、产能和效率提升，已成必然趋势，AI不可或缺。

煤矿是安全事故高发领域，面对井下环境恶劣、危险程度高、工人老龄化严重等问题，传统的人工管理方式难以做到风险管控，利用视频AI智能技术实现对煤矿关键地点、重要设备、关键固定场所等的实时监控分析，通过井下感知网络，利用多模态融合分析技术，满足多种面向业务场景的识别规则设定，最终实现人员违规行为、环境异常状态、设备异常运行等的智能化管理。

1. 煤矿视频 AI 智能技术系统架构

煤矿视频AI智能技术，是基于人工智能算法、视频图像处理技术，对煤矿井下视频内容按照不同场景算法进行深度分析和处理，最终代替人工解决井下实际需求。它能够通过图像识别、模式识别等技术手段，实时分析视频中的关键信息，如；人员行为、设备状态、环境参数等，为煤矿安全管理和事故预防提供有力的技术支撑。视频AI智能技术架构主要有以下几个部分：

1.1视频采集层

在煤矿各关键场所安装部署前端视频监控设备，对现场视频进行采集和初步处理，根据实际场景需求可采用高清摄像头、夜视摄像头以及高速高清摄像头（对高速运动物体进行监控如：井下皮带）。

1.2视频传输层

该层主要采用有线、无线或者二者相结合的方式，主要通过 4G、5G、WiFi6、光纤等方式实现视频流与各个数据层的通信与交互，保证了前端设备和各系统间的实时通信的高效性和整体性。

1.3视频存储层

视频存储层通过构建大容量、高可靠性的存储方式（如：本地存储、云存储等），确保监控数据的安全以及方便快速检索。

1.4视频管理平台层

视频管理平台层，作为视频监控系统的核心，负责接入前端视频监控设备或者级联其他子平台，将所有监控数据统一进行收集、展示，可对前端设备进行远程监控与管理。

1.5视频AI智能分析层

视频AI智能分析层对接收到的视频数据进行智能分析，利用视频智能分析系统或边缘AI计算硬件，通过AI算法识别出视频中的关键信息，如人员行为、设备状态、安全隐患等，进一步为应用层提供基础数据。

1.6视频AI应用层

视频AI应用层是依靠视频AI智能分析层得到的分析数据，实现对煤矿生产过程中的异常情况自动识别和预警，包括人脸识别、行为分析、烟火检测等，能够及时发现和处置安全隐患，保障煤矿安全生产。比如：当识别出异常情况时，会立即触发预警或报警机制，预警信息可以通过短信、邮件等方式发送给相关人员，以便他们及时采取措施。也可以通过设备联动，直接触发现场的安全设备，如警报器、喷淋装置等，以确保事故得到及时控制。

2  煤矿视频AI智能技术的典型应用场景

目前，煤矿视频AI智能技术已经在我国中煤平朔集团、中煤集团华晋王家岭煤矿等代表性煤矿进行了示范应用和推广，极大地推动了我国煤矿安全生产的进步和发展。由于各个矿井生产环境及应用场景的不同，结合每个矿井的自身独特工况条件和共性典型场景，选取几个典型应用场景介绍视频AI 智能技术的应用情况。

2.1 基于视频AI识别的“反三违”系统

中煤平朔集团分别在井工一矿、井工三矿、小回沟煤业、下梨园煤业构建了基于视频AI 识别的“反三违”系统，该系统是人工智能（AI）技术在煤矿安全生产领域的具体应用，采用人工智能视频分析识别技术，对煤矿生产过程中的“三违”行为进行实时检测和识别，目前已经实现了以下场景：工作区规范佩戴安全帽分析、重点场所人员抽烟识别、重点场所人员脱岗、睡岗识别、行车不行人、乘车点人员拥挤，通过对以上场景进行实时监控，利用多模态融合的智能AI分析技术，实现对井下作业场所进行全覆盖、全天候、高精度的动态识别监控，针对人员违规行为进行实时识别、分级报警，并可针对不同等级的报警实现分级推送、声光警示，系统通过多次AI模型的训练，可以精准的辨识违规人员，实现人员三违的处罚、帮教、学习考核的安全管理闭环，有效提升了监管效率，达到减员增效、全员落实安全生产责任制的目的。

2.2 基于视频AI识别的人员标准化作业行为监管系统

中煤华晋王家岭煤矿所构建的基于视频AI 识别的人员标准化作业行为监管系统通过多维度、多角度的视频识别、分析及统计，可及时发现隐患，保障煤矿安全生产制度落实，显著提升煤矿安全生产水平，为安全生产提供决策支撑。系统能够对如下场景进行监管：

1）可以对变电所、水泵房等重要场所定期巡检，监管主副井的定时验绳检修任务，以及对是否按时执行任务进行精确识别，分析统计任务完成情况。

2）通过在指定区域的所有出入口安装摄像仪，对电子围栏、危险区域检测，统计进出的人员进行，实现区域的闭合管理，超员报警，输出控制命令闭锁作业设备。

2.3基于视频AI识别的皮带异物识别系统

系统将视频识别分析、工业联动控制等功能集成为一体，利用矿用本安型图像处理摄像仪、AI 控制主机、远程控制设备等组成一个智能化、多功能、全天候的动态视频智能识别系统。通过将机器视觉分析识别与工业控制相结合，系统对皮带上可能存在的异物进行采集训练，结合已有的异物数据集进行联合训练，然后利用训练好的皮带异物识别模型识别摄像机拍摄的实时视频数据，对视频中的目标进行实时识别，对皮带运行中的大块异物、木头、异形铁器等特征明显的异物进行识别，当识别到异物时，系统及时报警，并能联动煤矿井下输送带等主要生产设备进行自动保护停机。

2.4 基于视频AI 识别的煤矿智能顺煤流控制系统

中煤平朔集团井工一矿利用视频AI 分析技术，通过在皮带沿线、皮带机头、机尾安装智能分析矿用隔爆型煤量检测仪、矿用隔爆型煤量检测仪控制器、调速摄像仪等设置，通过实时监测皮带状态，分析皮带运行视频，进行智能调速。在实现顺煤流操作方式下,设备联锁依托于PLC 集中控制系统,自动形成联锁关系避免压带、堆煤等事故;设备运行状态和各类保护采集后集中监控，无论顺煤流或逆煤流操作，发生故障停机后都能大幅减少上下联系确认的繁琐环节，提高系统响应速度，提升煤矿安全智能化管理水平。

2.5 基于视频AI 识别的智能钻场视频智能分析

基于视频AI 识别技术建立钻场智能管理系统现已成熟，已作为智能化基础系统在各个矿部署，系统能够实现以下功能：

1）可以根据钻孔施工管理要求，对钻场钻孔设计、计划及台账录入、审批、查看及导出功能，实现钻场打钻全过程管理。

2）采用深度学习技术自动计数验钻，智能识别自动计数后可将钻杆数量实时显示；通过将打钻视频与钻孔台帐关联，有效杜绝谎报进尺、违章操作、打假孔。

3）系统可基于填报和识别数据自动生成瓦斯抽放分析统计报表，并形成瓦斯钻孔概览。

参考文献：

[1] 潘涛,赵永峰,丁涛,等.国家能源集团智能矿山建设实践与探索[J].中国煤炭,2020,46(5):30-40.

[2] 刘素华,郭坤闪.平煤神马集团智能矿山建设的研究与示范[J].科技视界,2019(29):200-202.

作者简历：康健（1986•11—），男，山西省朔州人，2011年6月毕业于东南大学成贤学院计算机科学与技术专业，现就职于中煤平朔集团信息产业公司，从事信息化、智能化的工作。