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矿井钻孔救援监控系统的研究与开发

发布时间:2017-08-01 00:03

  本文关键词:矿井钻孔救援监控系统的研究与开发


  更多相关文章: 钻孔救援 监测监控 图像处理 孔壁异常预警 DSP+FPGA 煤矿应急救援


【摘要】:煤炭工业在有力推动我国经济发展的同时,所带来的煤矿事故也给国家、社会造成了重大的损失。作为近年来煤矿应急救援领域逐渐发展起来的一种新型救援方式,钻孔救援已在全世界范围内多次成功运用。但钻孔救援尚处于发展阶段,我国在此方面的研究还远远落后于国外,总体上呈现出救援能力不足、救援响应迟缓、应急能力较差,信息化程度薄弱等问题。通过研究目前我国钻孔救援的发展现状及救援特点,综合运用计算机多媒体技术、数字图像处理技术以及通信技术,研究开发了矿井钻孔救援监控系统,其由地面中心站和孔内采集终端两部分组成,有效实现对钻孔救援过程的可视化监控,具有监测、预警、通讯、存储等功能。文章依据软件工程指导思想进行了系统的总体设计与功能设计。孔内采集终端中,视频采集部分深入研究了基于H.264视频压缩标准的视频解码子系统,能对孔内传回的实时视频流进行解码,复原可视化图像;图像压缩部分研究了以JPEG2000图像压缩标准为核心的图像压缩解压子系统,从而实现了对单帧图像高压缩比的压缩及解压;预警部分研究了数字图像处理(DIP)技术,实现了对钻孔内壁异常的检测,能对救援过程中可能发生的二次事故进行预警。地面中心站通过救援通信线路获取孔内救援图像,同时控制孔内监控状态,完成系统与救援人员的人机交互功能;通过对钻孔救援通信线路的分析,文章研究实现了一种基于DSP+FPGA的高速调制解调器设计方案,能解决当前钻孔救援通信线路速率瓶颈问题,有效提升了传输速率,从而保证系统的监控实时性。经过系统测试及实际应用,证明本系统实现了矿井钻孔救援的有效监控,满足煤矿监控安全规程,在一定程度上推动了我国钻孔救援信息化的发展,为应急救援决策支持,灾后评估及经验总结等方面的进步做出了一定的贡献。
【关键词】:钻孔救援 监测监控 图像处理 孔壁异常预警 DSP+FPGA 煤矿应急救援
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD774;TP277
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 1 绪论8-13
  • 1.1 课题研究背景及意义8-9
  • 1.2 国内外研究现状9-11
  • 1.2.1 国外钻孔救援技术现状9-10
  • 1.2.2 我国钻孔救援技术现状10-11
  • 1.3 主要研究内容11-12
  • 1.4 本文结构安排12-13
  • 2 矿井钻孔救援监控系统总体设计方案13-26
  • 2.1 矿井钻孔救援监控系统需求分析13-14
  • 2.2 矿井钻孔救援监控系统设计原则14-15
  • 2.3 矿井钻孔救援监控系统相关技术15-18
  • 2.3.1 系统开发环境15-16
  • 2.3.2 视频压缩标准16
  • 2.3.3 数字图像处理技术16-17
  • 2.3.4 图像压缩编码技术17
  • 2.3.5 载波调制通信技术17-18
  • 2.4 矿井钻孔救援监控系统总体设计18-26
  • 2.4.1 系统总体结构设计18-20
  • 2.4.2 系统功能设计20-23
  • 2.4.3 系统通信方案设计23-24
  • 2.4.4 系统技术指标24-26
  • 3 孔内采集监控子系统核心模块研究与实现26-47
  • 3.1 视频捕获及解码模块26-32
  • 3.1.1 视频捕获实现26-29
  • 3.1.2 视频解码实现29-32
  • 3.2 孔壁异常检测预警模块32-42
  • 3.2.1 检测技术研究及适用性分析33-35
  • 3.2.2 基于三帧差分与背景建模的模块实现35-42
  • 3.3 静态图像压缩解压模块42-44
  • 3.3.1 图像压缩编码43-44
  • 3.3.2 图像解码与重构44
  • 3.4 环境参数采集模块44-47
  • 4 钻孔救援高速通信技术研究47-68
  • 4.1 通信问题分析及解决方案47-52
  • 4.1.1 通信电缆分析47-49
  • 4.1.2 高速通信方案设计49-52
  • 4.2 高速调制解调器硬件设计52-59
  • 4.2.1 核心器件的选取52-53
  • 4.2.2 载波发生电路53-55
  • 4.2.3 信号调制电路55-57
  • 4.2.4 信号解调电路57-59
  • 4.2.5 其他模块电路59
  • 4.3 高速调制解调器软件设计59-68
  • 4.3.1 调制模块软件流程59-61
  • 4.3.2 解调模块软件流程61-68
  • 5 地面中心监控子系统设计与实现68-75
  • 5.1 系统管理模块设计68-69
  • 5.2 系统设置模块设计69
  • 5.3 图像显示及视频存储模块设计69-72
  • 5.3.1 孔内图像预览69-70
  • 5.3.2 视频存储70-72
  • 5.4 视频查询回放模块设计72-73
  • 5.5 通信协议设计73-75
  • 6 系统运行与测试75-83
  • 6.1 测试环境75-76
  • 6.2 系统功能测试76-81
  • 6.2.1 单元测试77-80
  • 6.2.2 系统测试80-81
  • 6.2.3 功能测试分析81
  • 6.3 系统性能测试81-83
  • 7 结论83-85
  • 致谢85-86
  • 参考文献86-89
  • 附录89

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本文编号:601666

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