用于确定位置的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于确定位置的方法和装置。其中，一种用于确定地下矿井坑道中的设备的位置的方法，其使用了一种摄像机，借助所述摄像机对坑道内部的标记进行电子分析。
【专利说明】用于确定位置的方法和装置
[0001]本发明涉及一种用于确定在地下矿井的坑道(Streb)中的设备的位置的方法和相应的系统，以及适用于该系统的摄像机。
[0002]由现有技术已知的是，采矿时使用摄像机，用于远距离观察采矿过程或对坑道内的工作区进行监控。但是使用现有的系统不可能做到的是，用一台摄像机同时还能监测坑道的直线度，记录节式支架(Ausbaugestelle)和运输机的垂直偏差和水平偏差，自动控制节式支架的运动过程(回收、推进、置放)和/或自动监控采煤机。
[0003]本发明的任务在于，提供用于确定在地下矿井坑道中的设备的位置的方法和装置，它们可以做到上述这些。
[0004]通过独立权利要求，所述特征可实现此目的。
[0005]根据本发明提供一种用于确定地下矿井坑道中的设备的位置的方法，其中设备被理解成节式支架、运输机、采煤机或这些设备的组件。根据本发明，首先将摄像机布置在节式支架的顶盖区域，即摄像机的取景方向主要为出风方向或与出风方向相反。取景方向优选出风方向，因为这样可使污染最小化。在通常具有120至200个节式支架的坑道中，其中每个节式支架的宽约为1.5-2m，有意义的是，一台摄像机分别只能监控到坑道的一部分，这样一来通过提供多个相应布置的摄像机就可自动监控整个坑道。
[0006]在另一步骤中，摄像机要以如下方式定向，即使得所拍摄的摄像机图像的消失点不在中心而在摄像机图像的右上角区域或左上角区域。如此所得的消失线是一条尽量长的直线，并且通过自动识别图像可很好地确定，哪些设备位于(期望的)成直线的消失线以外。
[0007]将摄像机相应地调节好方向后，在摄像机图像区域中将位于沿坑道布置的设备上的标记有针对性地照亮，于是可通过电子分析在摄像机图像上并且因照亮而易于识别的标记来确定设备的位置。
[0008]所述标记例如可以是电发光器件，也可以是由电发光器件照亮的反射器。可通过改变亮度，也可用不同的颜色来实现标记的照亮。用于照亮标记的发光器件优选与坑道控制装置相连，电子分析器也与坑道控制装置相连。用这种方式可以针对性地控制摄像机像场中的发光器件，从而使得可自动识别设备的各组成部件(如顶盖、防护板基座、运输机组件)。这些组件可分别附上清晰可辨的标记，这些标记的照亮也可被间歇地控制。
[0009]电子分析(图像识别)在摄像机图像上的标记实现了确定设备的位置。由于摄像机是固定取向的，因此也可至少近似已知消失点的位置。由两条消失线来确定交点，通过这种方式可更准确地确定消失点。为此有必要的是，清楚地将在某些节式支架上定义的点识别出来，这通过根据本发明的方法有可能实现。通过针对性地照亮和在两相邻节式支架的已知距离可计算出一点到摄像机的距离。在笔直对齐的坑道中，图像中的各点(每个标记)预期位于定义好的位置。与相对于消失线的所预期的位置的偏差是一定范围内的偏差，通过比例因子可将这种偏差计算出来，其中比例因子考虑了在摄像机图像上的防护板间距的透视缩短。为此，通过自动图像分析可确定在该区域中的运输机的位置、防护板至运输机的距离、厚度(防护板的高度)和顶盖相对于运输机的位置。例如也可识别出，对于一节式支架(防护板)，是否所有的采煤坑道伸展器(护帮板)进入坑道。此外，还可自动监控开采设备是否工作以及它是如何工作的。最后还可控制单个防护板的运行，即可以准确且自动监测出，防护板回收了多远、向前推进了多远以及防护板的顶盖是否又正常放置了。在放置好防护板后，摄像机也可从运输机的背面很好地识别出，运输机是否又在一条直线上。根据本发明，这时可通过适当的算法自动检测与期望的目标线(Sol 11 inie )的偏差，从而使得可启动纠正措施。
[0010]根据本发明的另一方面，根据本发明的方法也可进行自动观测，在自动观测时与摄像机相连的控制装置根据开采设备的位置选择最适合相应任务的摄像机。开采设备(即刨煤机或者轧辊机)的位置可用根据本发明的方法通过图片分析来确定。可替代地或另外地(即冗余地)，位置检测例如可通过红外技术来实现。此外通过冗余地检测开采设备的位置也可对用自动图片识别获得的开采设备的位置进行校对。在这些情况下，即借助自动图片识别来检测开采设备的位置会因大量灰尘形成或喷射而变得不可靠时，则冗余的位置检测可能是有利的。
[0011]如果开采设备的位置和各摄像机的位置已知的话，则可选择自动关联的视图，即一方面是为电子图片分析，另一方面是为给屏幕前的操作人员或监测人员显示。这种情况下有利的视图是指开采设备前的防护板区域(通过监测护帮板和/或顶盖的位置以防碰撞)，开采设备区域(监测开采过程)，开采设备后面的防护板区域(监测防护板的运行和拉动)和/或移动的运输机区域(监测运输机的背面)。
[0012]根据另一方面，本发明涉及一种用于实施前述类型的方法的系统，所述系统具有至少一台摄像机和与摄像机相连的电子控制和分析单元，通过这些单元，可控制在摄像机图像区域中沿着坑道布置的设备上用于确定位置的光源。使用电子控制和分析单元可进行上述自动图片识别和分析。通过控制单元可将沿坑道布置的设备上的各光源有针对性地接通和关断。
[0013]根据一个有利的实施形式，系统也可具有至少一个倾斜传感器，该倾斜传感器可检测节式支架顶盖的倾斜度。由此可确定固定在顶盖上的摄像机的倾斜度，从而易于获取消失点。
[0014]根据本发明的另一方面，本发明涉及一种摄像机，该摄像机具有方形的壳体，该壳体具有至少一个位于后部的电缆出口，该电缆出口界定壳体的X轴。摄像机可偏转地安装在壳体内，其透镜与X轴成横向地取向。在这里，“横向”不一定被理解成成90°定向。相反，只要摄像机方向与X轴夹角大于45°就足够了。此外，在壳体内还布置了轴承，通过该轴承，摄像机在壳体绕水平取向的X轴偏转180°后因重力作用导致得到与偏转前相同的、相对于水平面的倾斜度。换句话说，壳体要以如下方式取向，即使得X轴是水平的，并接着将壳体绕X轴偏转180°，这样一来在壳体(关于水平面)偏转后，摄像机的倾斜度与偏转前一样。
[0015]上述摄像机具有的优点是，其可安装在防护板的顶盖上的两个不同位置处并且电缆出口总是指向节式支架的背面，但是摄像机也可朝向出风方向或者也可与出风方向相反且具有与水平面相对的相同倾斜度。以这种方式将同一摄像机安装在顶盖的两个不同方向上，而不需要重新调整摄像机，从而实现所需要的、相对于水平面的摄像机倾斜度。
[0016]可能有利的是，摄像机绕可围绕与X轴共面布置的偏转轴偏转，原因在于在这种情况下也可产生期望的效果，只要摄像机的透镜不与X轴垂直取向即可。
[0017]根据一个有利的实施形式，摄像机可负有一定的重量块，该重量块在壳体偏转时因重力作用使得摄像机相对于壳体发生偏转。
[0018]下面借助有利的实施形式并参考附图仅仅示例性地对本发明进行描述。图中显示:
[0019]图1为通过摄像机根据本发明的方法所拍摄的地下矿井坑道的摄像机图像；
[0020]图2为图1中的坑道的视图；
[0021]图3为摄像机且其盖已被取下；
[0022]图4为图3所示摄像机的摄像机单元的透视图；并且
[0023]图5为图3所示摄像机的剖面图。
[0024]图1示出了由摄像机所拍摄的图像，其中在坑道的开放空间中的摄像机安装在顶盖旁的巷道(Fahrgasse)中，尽量远离采煤坑道且紧靠节式支架(防护板)的矿用支柱安装。在这个区域内，开采时形成的灰尘最少并且空气中的水滴最少。取景方向优选在出风方向上，因为这时摄像机受到的污染最少。
[0025]根据本发明，沿坑道布置多个摄像机并且摄像机以如下方式取向，即使得消失线在图像上是一条尽量长的直线。这意味着，消失点F位于摄像机图像的右上角区域或者-如图1所示-位于摄像机图像的左上角区域。通过摄像机的取向来获得消失点F的准确位置，其方法是将摄像机安装在防护板的顶盖上，使得消失点(远点)肯定位于图像内并且离图像边缘的距离为预定值。如图1所示，两条(后来画上的)消失线LI和L2在消失点F交汇。
[0026]图2示出了用图1所示被获取的坑道的图像，该坑道具有许多彼此相邻布置的节式支架10，所述节式支架按已知的方式具有两个滑道12、14和一个顶盖18，该顶盖由矿用支柱20支撑，其中迈步机构16位于滑道12和14之间，并且所述迈步机构还与运输机22相连。摄像机固定在顶盖18的下侧，下面还将对所述摄像机进行详细描述。此外，沿坑道布置了多个可发光的标记，这些标记可由控制和分析单元单独控制。在所示实施例中，标记Ml位于运输机的沟槽24上。其它标记M2由灯构成，这些灯安装在其它有间隔地布置在坑道中的防护板的顶盖上。其它标记M3位于各防护板的基座上，并且优选地位于迈步机构上方的桥中间。在这个位置，标记还可以很好地防止受到过重的污染。也可能有利的是，将标记Ml分别安装在运输机的每个沟槽的中间位置，因为这个范围与迈步机构中的距离测量相关。标记M1、M2和M3可以是受主动控制的发光器件或者是反射器，所述反射器由受主动控制的发光器件照亮。
[0027]为了能够从摄像机图像中轻松识别出水平线的位置，可能有利的是，用倾斜传感器来确定与摄像机相连的顶盖的位置。可以将所述倾斜传感器集成到摄像机内，但是也可以将它们设置在防护板的顶盖上。
[0028]当摄像机拍摄对应于图1的图像并且标记M1、M2和M3沿坑道布置时，若运输机是平放着，则它会在一条直线(L2)上。防护板相距较远，但各防护板间的距离在图像上看起来则较短。然而由于实际间隔距离是已知的，因此相应的图片部分的空间距离缩短也是已知的。如果图像中的标记点与线LI偏离，则此偏差对应于运输机的实际偏差的两个坐标X和Y，其通过透视方面的缩小量校正。
[0029]下面结合图3至图5来描述前面所使用的摄像机。
[0030]图3示出了用于实施前述方法的摄像机的顶部透视图，该摄像机具有方形的壳体30,该壳体自身闭合。壳体上侧的盖在图3中未被不出。
[0031]在顶视图中，壳体30近似方形地构造，但是与边长相比，其只有50mm左右的较小的高度。在所示实施例中，在壳体30背面共布置了三个平行的电缆出口 32、34和36，该电缆出口被实现为插入式触头并且通过其电缆出口方向来定义壳体30的X轴方向。电缆出口或插入式触头只布置在壳体30背面。为了保护各个插头，用采矿常用的方法布置弹簧夹，这些弹簧夹将插头固定在其配对插座上。所述弹簧夹38、39和40布置在横截面为轨道形式的安全支架42内，该安全支架与壳体30旋接在一起。
[0032]在图中还示出，壳体30的三面(后面、右侧和前面)闭合，而在第四面布置了观察窗44，观察窗后面为摄像机模块46。从观察窗44延伸出来两个遮光罩48和50，其用途是防污。
[0033]如图3所示，在摄像机壳体上固定了多个磁体M，在所示位置磁体指向上端并且只在壳体(放置了盖)的上边缘处略微突起。为了将壳体固定在节式支架上，可以先将带有磁体的壳体固定在顶盖的下侧，并调节壳体使之该处存在的组件边缘平行，直至拍摄到想要的图像细节。如果先前在摄像机壳体上涂覆了粘合剂，则在完成所需调节后粘合剂能够硬化，其中在硬化过程中磁体会固定在壳体上。在粘合剂完全硬化后，壳体便永久固定在节式支架上了。
[0034]图5示出，在摄像机模块46上布置了电子摄像机52，并且该摄像机模块可相对于壳体30偏转地安装，即可绕轴54偏转地安装，所述轴的偏转轴位于壳体的X-Y平面中(t匕较图3)。如果壳体30是水平安装的，则所述轴54为水平取向并且摄像机52可绕水平轴偏转，此轴与水平面以及壳体的X-Y方向共面。
[0035]如图5所示，摄像机52的透镜53横向于X轴方向，并且透镜53的取景方向与Y轴方向成15°左右的角YB。此外，透镜53与X-Y平面相对，条件是X-Y平面经过透镜中心，并且呈一定角度αΒ (图3)向下倾斜，该角度α B大约为15°。
[0036]由于摄像机模块46可绕轴54自由偏转，因此该模块在壳体30水平取向时自己运动到往下偏转的位置，并且在这个位置由挡块支撑，原因在于摄像机模块46负有重量块56，通过该重量块摄像机模块因重力作用导致绕轴54偏转(图4)。
[0037]以如下方式设计和构建壳体30，即使得其可绕水平取向的X轴偏转，其中摄像机模块46在偏转后再次得到与偏转前相同的、相对于水平面的倾斜度，因为摄像机模块46和摄像机52会因重量块56的重力作用导致又重新得到相同的向下倾斜的位置。因此，摄像机也可如图3所示那样安装在顶盖的下侧。然而，该摄像机同样可(绕与X轴平行的水平轴)旋转180°，其中在这种情况下电缆出口 32至36的基本取向不变。角度YB也几乎不变(另有壳体30的方向不变)。这意味着，也可“倒置”安装摄像机，并且在这两种情况下得到相同的结果。在其中一种情况下摄像机大致指向出风方向，而在另一种情况下大致与出风方向相反。
[0038]为了确保同一摄像机有两种安装可能性，在其壳体的下侧布置其它安装点60、62和64，从而使得在旋转180°安装时不必安装磁体Μ，以便摄像机安装时可指向另一个出风方向。
[0039]如上所述，用于确定地下矿井坑道中设备的位置的系统具有一台或多台上述类型的摄像机和一个(未示出)与摄像机相连的电子控制和分析单元，通过这些单元可控制在摄像机图像(图1)区域中沿着坑道布置的设备上用于确定位置的光源。为了便于确定位置，将标记Ml、M2和M3沿坑道布置在预定位置，以便能为摄像机清楚地标记例如节式支架、运输机和/或开采设备的位置，从而使得处理单元可通过自动图片识别计算出所述设备的位置。一旦确定与目标位置的偏差，接着就可通过确认节式支架来进行校正。
【权利要求】
1.一种用于确定地下矿井坑道中的设备的位置的方法，所述方法包括以下步骤: 将摄像机布置在节式支架的顶盖区域中，所述摄像机的取景方向为出风方向或与出风方向相反， 定向所述摄像机，使得摄像机图像的消失点在所述摄像机图像的右上角区域或左上角区域， 在摄像机图像区域中沿坑道布置的设备上设置并控制发光的标记，并且通过电子分析位于所述摄像机图像上的标记来确定设备的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电发光器件或由电发光器件照亮的反射器被用作发光标记。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过电子分析确定在区域中运输机的位置、节式支架至运输机的距离和/或顶盖到运输机的位置。
4.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在节式支架之间的已知间距和比例因子被用来确定位置，所述比例因子考虑了在摄像机图像上的防护板间距的透视缩短。
5.一种摄像机，特别是用于实施前述权利要求中至少一项所述方法的摄像机，所述摄像机具有:方形的壳体(30),所述壳体具有一个或多个仅仅位于后部的电缆出口(32-36),所述电缆出口界定所述壳体(30)的X轴；可偏转地安装在所述壳体(30)内的摄像机(52)，其透镜(53)与X轴成横向地取向；以及，在所述壳体(30)内的轴承(54)，通过所述轴承，摄像机(52)在所述壳体绕水平取向的X轴偏转180°后因重力作用导致得到与偏转前相同的、相对于水平面的倾斜度。
6.如权利要求5所述的摄像机，其特征在于，所述摄像机(52)能够绕与X轴共面布置的偏转轴(S)偏转。
7.如权利要求5或6所述的摄像机，其特征在于，所述摄像机(52)负有重量块(56)，所述重量块在所述壳体(30 )偏转时因重力作用使得所述摄像机(52 )相对于所述壳体(30 )发生偏转。
8.一种用于实施权利要求1至4中至少一项所述的方法的系统，所述系统具有至少一个摄像机，特别是根据权利要求5至7中至少一项所述的摄像机，和与所述摄像机相连的电子控制和分析单元，通过所述单元，能够控制在摄像机图像区域中沿着坑道布置的设备上用于确定位置的光源。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统具有至少一个倾斜传感器，所述倾斜传感器检测节式支架(10)的顶盖(18)的倾斜度。
10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述系统具有标记(M1-M3)，所述标记设置在节式支架(10)、运输机(22)和/或开采设备的预定位置上。
【文档编号】H04N7/18GK104052966SQ201410087841
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】马丁·路透 申请人:玛珂系统分析和开发有限公司