一種煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法

專利名稱：一種煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法，具體是應用于礦井監控與通信領域，特別是涉及一種基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法。
背景技術：
《國家安全生產監督管理總局國家煤礦安全監察局關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知》(安監總煤裝[2010] 146號)要求“建設完善煤礦井下人員定位系統。發揮井下人員定位系統在定員管理和應急救援工作中的作用。”《煤礦井下安全避險“六大系統”建設完善基本規范》要求“礦井人員定位系統必須滿足《煤礦井下作業人員管理系統通用技術條件》(AQ6210-2007)的要求”。《煤礦井下作業人員管理系統通用技術條件》(AQ6210-2007)要求“各個人員出入井口應設置檢測識別卡工作是否正常和唯一性檢測的
盤晉”
目.ο在實際應用中，煤礦井下人員定位系統的入井人員唯一性檢測功能未能有效實現，不能自動、有效實現入井人員唯一性檢測，導致的隱患為采用射頻卡進行人員定位從技術手段上無法避免入井人員代刷卡、一人多卡、替班、考勤作弊等情況發生，會進一步形成煤礦安全生產、管理的隱患，特別是在發生緊急情況時，會影響到調度工作的準確有效進行。作為唯一性檢測的一種技術手段，生物特征識別技術以人體唯一性的生物特征作為識別依據，通過圖像采集、處理、特征點提取、生物特征搜索、比對從而實現人的唯一性檢測。生物特征識別技術包括掌紋識別、指紋識別、人臉識別、虹膜識別等方式，生物特征識別技術在地面環境中的應用研究涉及到安保、考勤、門票管理、銀行等領域，但目前未發現生物特征識別技術應用于煤礦入井人員唯一性檢測的研究成果。煤礦入井人員的工作環境與一般工業的工作環境具有較大區別，一方面井下工作 環境的空間相對狹小、存在煤塵、粉塵、水、瓦斯等物質、具有一定的危險性，煤礦入井人員在井下工作期間生物特征易受污染；另一方面煤礦為24小時生產的工作領域，采取三班制的工作制度，因此煤礦入井人員在會相對不固定的工作時間出入井口，因此采集生物特征時的光照條件會存在差異；此外，由于煤礦入井方式的特殊性，入井工作人員需要乘罐入井或升井，因此出入井會有相對集中的規律性。中國專利申請號00112976. 7,2001. 04. 18，公開了面像識別IC卡個人身份識別認證系統面像識別IC卡個人身份識別認證系統，能自動檢測與計算機相連的讀卡器狀態，并讀出IC卡中個人面部頭像，然后通過與計算機相連的攝像頭實時動態的捕捉人員頭像，與IC卡中讀出的個人面部頭像比較，作出是否通過或拒絕判斷，以進行控制后續報警器或開關等應用終端的動作。適應于如銀行自動取款機ATM，公司考勤，大樓屋業管理等場合。中國專利申請號200710087106.X，
公開日2008年9月24日，公開了記錄客戶唯一性特征的售票系統，該系統在售票時通過記錄標志客戶唯一性的指紋，生成訂票客戶的數字指紋庫，檢票系統通過比較該數字指紋確認客戶是否訂票，從而杜絕票務倒賣的行為。中國專利申請號200910100453. 0，
公開日2009年12月2日，公開了一種可保證駕駛員唯一性的防酒后駕車車載系統，該系統將酒精探測器作為主檢測，人臉識別系統作為輔助監測，將這兩個系統結合起來，對駕駛員進行唯一性控制，用以防止駕駛員找人代為吹起或中途停車換人駕駛的舞弊行為。由于煤礦應用唯一性檢測的特殊性，目前一般地面領域的唯一性檢測技術不能滿足需求，煤礦入井人員唯一性檢測需要滿足如下要求(I)需要甄別一個煤礦入井人員是否攜帶并且僅攜帶一張煤礦井下人員定位識別卡;(2)需要克服煤礦入井人員在工作中由于生物特征受到污染所造成的影響，采用 特殊算法，判別煤礦入井人員的即時生物特征信息是否與識別卡所存儲的個人信息及生物特征信息匹配；(3)需要較快的識別速度，以滿足在出入井人員相對集中時的工作效率。為滿足上述特點，本發明提供了一種集成于煤礦井下人員定位系統、基于人臉識別的唯一性檢測系統和檢測方法。

發明內容
本發明提供了一種基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法。本發明采用煤礦入井人員出入井自動控制方式、基于煤礦井下人員定位系統識別卡唯一性判別、基于煤礦井下人員定位識別卡存儲人臉特征與即時人臉特征對比判別相結合的檢測，其中即時人臉特征的特征提取采用改進的廣義對稱變換算法，實現煤礦入井人員唯一性檢測。以下對本發明加以論述。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，包括以下模塊人員限入模塊，限定煤礦入井人員的在唯一性檢測點的進入方式；自動檢測模塊，采集煤礦入井人員攜帶的煤礦井下人員定位識別卡的唯一性信息及其中存儲的個人身份信息、人臉特征以及煤礦入井人員的即時人臉特征，將所述人臉特征進行比對，判定煤礦井下人員定位識別卡的唯一性及煤礦入井人員身份的唯一性；報警限行模塊，所述煤礦井下人員定位識別卡的唯一性及煤礦入井人員身份的唯一性檢測未通過，進行報警并禁止該人員入井，進行人工核查；所述唯一性檢測通過，對檢測人員放行。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，所述人員限入模塊進一步包括標識模塊、重力感應模塊、限入模塊；所述標識模塊標識接受檢測的位置，同時也是電容式稱重傳感器構成的重力感應模塊所在位置；所述重力感應模塊感應為電容式稱重傳感器，當有人員進入檢測區，檢測到重力變化，發送“檢測開始”指令至限入模塊和圖像采集模塊；所述限入模塊為智能通道控制器，用于接收“檢測開始”指令并關閉檢測通道入口，接收“檢測結束”指令并打開檢測通道入口。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，所述自動檢測模塊進一步包括識別卡檢測模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、判別模塊，所述識別卡檢測模塊為煤礦井下人員定位系統低功率RFID讀卡器，用于檢測煤礦井下人員定位RFID識別卡信息，所述圖像采集模塊為CCD攝像頭，檢測點內采集標識模塊指定區域的圖像信息，所述圖像處理模塊和圖像判決模塊為計算機，處理即時人臉圖像，提取人臉特征信息，對比識別卡人臉特征和即時人臉特征判別唯一性。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，所述識別卡檢測模塊，煤礦井下人員定位系統低功率RFID讀卡器檢測以檢測點長度的1/2為半徑的區域，檢測煤礦井下人員定位RFID識別卡數量信息、讀取身份信息和人臉特征并發送至判別模塊，根據檢測點內煤礦井下人員定位識別卡的數量判別是否存在“一人多卡”違章行為，向報警限行模塊發出“報警禁行”指令。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，所述圖像采集模塊接收“檢測開始”指令，CCD攝像頭對采集標識模塊指定區域進行拍照，并發送至圖像處理模塊的計算機。基于煤礦井下人員定位系統識別卡與人臉識別的煤礦入井人員唯一性檢測系統，所述圖像處理模塊，計算機利用改進的廣義對稱變換算法對所述采集到的圖像進行處理，所述改進的廣義對稱變換算法具體內容為步驟一圖像預處理，采用二維小波變換的Mallat算法對采集到的圖像進行分解重構；過程為對二維圖像的每一列利用分析濾波器作列卷積再進行行抽樣保留偶數行，分別得到低頻系數和高頻系數，再對所得到的低頻系數和高頻系數分別利用分析濾波器作行卷積再進行列抽樣保留偶數列，分別得到一組低頻系數和高頻系數，完成二維圖像的一級小波變換，即二維圖像的分解；對低頻系數繼續進行上述過程，可實現二維圖像的多級小波變換；對二維圖像小波變換得到的兩組低頻系數和高頻系數分別進行列插值在不同列間插入O組成的列再利用分析濾波器進行行卷積，得出一組高頻系數和低頻系數，對該組高頻系數和低頻系數分別進行行插值在不同行間插入O組成的行再利用分析濾波器進行列卷積，得出重構的二維圖像，完成二維圖像的重構；步驟二 利用廣義對稱變換算法檢測圖像中具有強對稱性的圓形結構礦燈；廣義對稱算法檢測圓形結構礦燈具體內容為作為針對梯度圖像的一個局部算子，對稱變換被用來處理圖像上各點的點對稱性；Szn= (xn,yn)為圖像上的一個任意的點，其中η = 1,2,3. . . N,x,y分別為直角坐標系
橫、縱坐標；定義Vzn =為點Zn處的梯度算子，變換成極坐標形式為Pn =
(rn, θ n)，其中
權利要求
1.一種煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，包括以下模塊 人員限入模塊，用于限定煤礦入井人員在唯一性檢測點的進入方式； 自動檢測模塊，用于采集煤礦入井人員攜帶的煤礦井下人員定位識別卡的數量唯一性信息及其中存儲的個人身份信息、人臉特征以及煤礦入井人員的即時人臉特征，將所述人臉特征進行比對，判定煤礦井下人員定位識別卡的唯一性及煤礦入井人員身份的唯一性； 報警限行模塊，所述煤礦井下人員定位識別卡的唯一性及煤礦入井人員身份的唯一性檢測未通過，進行報警并禁止該人員入井，進行人工核查；所述唯一性檢測通過，對檢測人員放行。
2.根據權利要求I所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述人員限入模塊進一步包括標識模塊、重力感應模塊、限入模塊；所述標識模塊用于標識接受檢測的位置；所述重力感應模塊用于感應是否有人員進入檢測區，發送“檢測開始”指令至限入模塊 和圖像采集模塊；所述限入模塊用于接收“檢測開始”指令并關閉檢測通道入口，接收“檢測結束”指令并打開檢測通道入口。
3.根據權利要求I所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述自動檢測模塊進一步包括識別卡檢測模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、判別模塊，所述識別卡檢測模塊用于檢測煤礦井下人員定位識別卡信息，所述圖像采集模塊和圖像處理模塊分別用于采集和處理即時人臉圖像，判別模塊用于比對煤礦井下人員定位識別卡存儲的人臉特征和即時人臉特征判別唯一性。
4.根據權利要求3所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述識別卡檢測模塊的檢測以檢測點長度的1/2為半徑的區域，檢測煤礦井下人員定位識別卡數量、讀取身份信息和人臉特征并發送至判別模塊，根據檢測點內煤礦井下人員定位識別卡的數量判別是否存在“一人多卡”違章行為，向報警限行模塊發出“報警禁行”指令。
5.根據權利要求3所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述圖像采集模塊用于接收“檢測開始”指令、采集標識模塊指定區域的圖像并發送至圖像處理模塊。
6.根據權利要求3所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述圖像處理模塊用于對采集到的圖像進行處理，提取具有即時人臉特征，人臉圖像處理采用改進的廣義對稱變換算法，所述改進的廣義對稱變換算法具體內容為 步驟一圖像預處理，采用二維小波變換的Mallat算法對采集到的圖像進行分解重構； 過程為對二維圖像的每一列利用分析濾波器進行列卷積再進行行抽樣保留偶數行，分別得到低頻系數和高頻系數，再對所得到的低頻系數和高頻系數分別利用分析濾波器作行卷積再進行列抽樣保留偶數列，分別得到一組低頻系數和高頻系數，完成二維圖像的一級小波變換，即二維圖像的分解；對二維圖像小波變換得到的兩組低頻系數和高頻系數分別進行列插值在不同的列之間插入由O組成的列后再利用分析濾波器進行行卷積，得出一組高頻系數和低頻系數，對該組高頻系數和低頻系數分別進行行插值在不同的行之間插入由O組成的行再利用分析濾波器進行列卷積，得出重構的二維圖像，完成二維圖像的重構； 步驟二 利用廣義對稱變換算法檢測圖像中具有強對稱性的圓形結構礦燈； 廣義對稱變換算法是通過計算圖像中各點的距離因子、方向權重找到具有強對稱性的點或區域，從而檢測出圖像中具有對稱結構的特征；廣義對稱算法檢測圓形結構礦燈具體內容為 作為針對梯度圖像的一個局部算子，對稱變換被用來處理圖像上各點的點對稱性；設Zn= (xn, yn)為圖像上的一個任意的點,其中η = 1,2,3. ..N, x, y分別為直角坐標系橫、縱坐標；定義7zn = ￡ Zn.^Zn為點Zn處的梯度算子,變換成極坐標形式為Pn = (rn,
7.根據權利要求3所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述判別模塊用于接收識別卡檢測模塊發送的人臉特征和圖像處理模塊發送的即時人臉特征并進行比對，判別兩種人臉特征是否匹配，人臉特征不匹配判別為“代替刷卡”的違章行為，發送“報警禁行”指令至報警放行模塊，人臉特征匹配判別為“通過檢測”的正常行為，發送“放行”指令至報警放行模塊和“檢測結束”指令至限入模塊。
8.根據權利要求I所述的煤礦入井人員唯一性檢測系統，其特征在于，所述報警限行模塊進一步包括報警模塊及放行模塊，用于接收“報警禁行”指令，由所述報警模塊播放報警提示音，所述放行模塊保持檢測通道出口關閉；接收“放行”指令，由所述放行模塊打開檢測通道出口。
9.一種煤礦入井人員唯一性檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一標識模塊標識接受檢測的位置；煤礦入井人員進入檢測點的標識模塊，重力感應模塊感應到有人員進入檢測區，發送“檢測開始”指令至限入模塊和自動檢測模塊；限入模塊收到“檢測開始”指令，關閉通道入口并等待接收“檢測結束”指令，不允許兩名以上煤礦入井人員同時進入檢測點； 步驟二 識別卡檢測模塊檢測以檢測點長度的1/2為半徑的檢測區域，檢測到有煤礦井下人員定位識別卡，如數量為兩個或兩個以上判定為“一人多卡”的違章行為，向報警限行模塊發出“報警禁行”指令；檢測到只有唯一的煤礦井下人員定位識別卡時，讀取煤礦井下人員定位識別卡存儲的身份信息和人臉特征，發送人臉特征到判別模塊； 步驟三圖像采集模塊接收到“檢測開始”指令，對所述標識模塊指定的區域進行圖像采集，并發送至圖像處理模塊； 步驟四圖像處理模塊對所述采集到的圖像進行處理，采用改進的廣義對稱變換算法，提取出具有包括礦燈、眼睛、嘴巴等對稱性局部特征的即時人臉特征； 步驟五判別模塊接收識別卡檢測模塊發送的人臉特征和圖像處理模塊發送的即時人臉特征并進行判別，人臉信息不匹配判別為“代替刷卡”的違章行為向所述報警限行模塊發送“報警禁行”指令，人臉特征匹配判別為“通過檢測”向所述報警限行模塊發送“放行”指令，向人員限入模塊發送“檢測結束”指令； 步驟六報警限行模塊接收到所述識別卡檢測模塊發送的“一人多卡”違章行為“報警禁行”指令或所述圖判別模塊發送的“代替刷卡”違章行為“報警禁行”時，報警模塊播放報警提示音，放行模塊不開啟檢測通道出口，等待人工核查；接收到所述圖像判別模塊發送的“放行”指令時放行模塊開啟檢測通道出口，允許煤礦入井人員正常出入井口。
10.根據權利要求9所述的煤礦入井人員唯一性檢測方法，其特征在于，步驟四對所述采集到的圖像進行處理，采用的改進廣義對稱變換算法，進一步包括以下步驟 步驟一圖像預處理，采用二維小波變換的Mallat算法對采集到的圖像進行分解重構； 過程為對二維圖像的每一列利用分析濾波器進行列卷積再進行行抽樣保留偶數行，分別得到低頻系數和高頻系數，再對所得到的低頻系數和高頻系數分別利用分析濾波器作行卷積再進行列抽樣保留偶數列，分別得到一組低頻系數和高頻系數，完成二維圖像的一級小波變換，即二維圖像的分解；對低頻系數繼續進行上述過程，可實現二維圖像的多級小波變換；對二維圖像小波變換得到的兩組低頻系數和高頻系數分別進行列插值在不同的列之間插入由O組成的列后再利用分析濾波器進行行卷積，得出一組高頻系數和低頻系數，對該組高頻系數和低頻系數分別進行行插值在不同的行之間插入由O組成的行再利用分析濾波器進行列卷積，得出重構的二維圖像，完成二維圖像的重構； 步驟二 利用廣義對稱變換算法檢測圖像中具有強對稱性的圓形結構礦燈； 廣義對稱變換算法是通過計算圖像中各點的距離因子、方向權重找到具有強對稱性的點或區域，從而檢測出圖像中具有對稱結構的特征； 廣義對稱算法檢測圓形結構礦燈具體內容為 作為針對梯度圖像的一個局部算子，對稱變換被用來處理圖像上各點的點對稱性；設zn= (xn, yn)為圖像上的一個任意的點,其中η = 1,2,3. ..N, x, y分別為直角坐標系橫、縱坐標；定義= j去zn,gzn|為點Zn處的梯度算子,變換成極坐標形式為Pn = (rn,θη)，其中
全文摘要
本發明公開了一種煤礦入井人員唯一性檢測系統和檢測方法，屬于礦井監控與通信領域。標識模塊1指定檢測位置，重力感應模塊2檢測到人員進入，發送指令關閉限入模塊3。識別卡檢測模塊4檢測識別卡數量、判別“一人多卡”違章、讀取識別卡存儲的人臉特征。圖像采集模塊5采集即時人臉圖像，圖像處理模塊6利用改進的廣義對稱變換算法提取即時人臉特征，判別模塊7比對人臉特征判別“代替刷卡”違章。報警模塊8用于違章報警，放行模塊9用于違章禁行和檢測通過放行。本發明的煤礦入井人員唯一性檢測系統與檢測方法，通過檢測唯一性人臉特征與煤礦井下人員定位識別卡來實現煤礦入井人員唯一性檢測，杜絕“一人多卡”、“代替刷卡”違章。
文檔編號E21F17/18GK102968613SQ20121030632
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者孫繼平, 李晨鑫 申請人:中國礦業大學(北京)