基于面部瞳孔识别及数据采集器的电子巡检系统设计

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摘要：为了最大程度保证数据采集和巡检过程的客观性、真实性，避免各种人为因素影响，提高巡检工作规范化及科学化水平，减少安全隐患，避免重大事故发生，将精确识别人体特征技术、网络视频技术和自动化数据处理技术无缝集成，设计了电子巡检系统。系统以煤矿行业为例，利用人脸识别和瞳孔识别技术、GPS定位技术和GIS技术，建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5为技术架构的煤矿关键设备电子巡检系统数据库和管理平台，设计了手持式数据采集器（包括数字视频信息采集）以及一系列相关配套软件。系统运行效果良好，显著提高了巡检效率，大量降低了漏检事故率和安全事故率。

关键词：电子巡检；面部瞳孔识别；GPS定位技术；GIS技术；手持式数据采集器

中图分类号：TP319

文献标识码：A

文章编号：16727800（2017）004010603

0引言

电子巡检系统应用于燃气行业、电力行业、管道运输以及石油石化行业等[12]。电力行业主要巡检振动和温度；燃气和管道运输行业主要巡检燃气压力、管道压力和温度等。本文以煤矿生产设备巡检为例，根据煤矿生产背景，通过计算机智能化和传感器对设备前端进行数字信息采集，同时利用数字信息传输技术实时传输，从而达到对煤矿主要生产设备进行定期、定时循环检查和维修维护的目的。 该系统通过面部瞳孔识别系统自动识别工作人员。巡检人员在巡检时手持数据采集器，通过视频和数字监控系统现场采集关键设备运行数据参数，实时在线传送至煤矿安全监控平台及有关单位。巡检完毕后，将采集的有关数据输入电脑。管理人员可通过局域网实时监督巡检人员情况。比如某一岗位职工从何时开始巡检、每站用了多长时间、整体巡检用时等。系统还可根据异常数据对设备故障进行时域分析，判断发生故障的原因及部位。该系统是数据高速传输技术的无缝集成，能够最大程度保证数据采集的真实有效，实现数据的动态更新与人员动态管理。 系统可将数据自动实时转为电子档案，保存一年甚至更长时间，数据记录量大，方便有关人员查询，提高了工作效率。煤矿关键设备安全运行电子巡检系统对保证煤矿安全生产、提高工作效率有着重要意义。

1系统概述

1.1系统目标

系统目标包括：实现精确采集煤矿关键生产设备数字信息，智能分析和处理设备运行状态，对非正常运行设备自动提示或报警处理；减少设备日常维护和检修工作量，提高设备检修效率和准确性，防止设备运行维护工作中漏检、代检现象发生；通过网络视频技术远程联合诊断设备运行状态，分析事故原因；长期保存设备运行、维护数据，为分析事故原因提供充分依据和数据支撑。

1.2系统设计

煤矿设备巡检管理系统主要根据煤矿安全生产管理的闭环管理机制设计。系统由硬件和软件组成，硬件主要包括服务器计算机、数据采集器（手持PDA以及与之配套的射频卡）。软件包括数据采集系统及数据分析管理系统，覆盖了从数据采集到数据处理、展示的全过程。1.2.1系统原理 实时巡检管理系统利用3G 网络组成一个GPS 智能终端PDA 和系统管理平台。人员在巡检时携带手持式GPS 智能终端，通过3G网络定时向管理中心发送位置信息，若发现巡检设备故障，可记录在GPS 智能终端内，与工作状态和运行参数一并传回系统管理平台。

系统管理平台会对巡检人员的地理位置信息进行分析，生成巡检数据报表，从而了解巡检过程；对设备故障、状态及参数进行分析，生成设备数据报表，掌握设备运行状况，为技术人员分析设备状态提供数据支撑，如图1所示。1.2.2系统工作流程 系统框图如图2所示。

设备巡检系统流程如图3所示。

2系统关键技术

2.1人脸识别和瞳孔识别技术

本系统人脸识别采用多种方法以便提供更精确的基础数据，步骤如下： （1） 服务器收集存储特征模版，设定特定阈值。主要方法包括人脸图像的灰度变换、几何校正、归一化、直方图均衡化、滤波等。（2）人脸图像特征提取[3]。APP通过摄像头拍照，根据人脸几何数据提取有利于人脸图像分类的图像特征数据，例如特征点间欧氏距离、角度等。提出的图像数据和数据库中存储特征模版进行搜索、匹配，定位人员。（3） 虹膜识别技术[4]。系统根据虹膜身份识别唯一性的特征，不需要和设备直接接触就能获取人脸图像，可同时进行多个人脸的分拣、判断和识别。

2.2系统管理平台

本系统采用SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5框架[5]和MVC模型进行设计。MVC模型将软件系统分为三层，分别是视图层、控制层和业务逻辑层。视图层向用户提供图形界面，业务逻辑层负责具体业务，控制层负责命令传输，三者关系如图4所示。

2.3软件设计

电子巡检系统包括井下数据采集器端软件与井上服务器端件。图5和图6分别为井下PDA 客户端软件架构和服务器端软件架构程序框图。

服务器端软件包括配置参数模块、数据交换模块、数据处理及保存模块、时钟同步模块。其中WCF 服务的使用是一个难点，在服务器端与在PDA 设备中使用方式截然不同。首先，调用WCF服务的方式不同，在PDA端必须采用BasicHttpBinding方式来进行绑定，而在PC则需使用IIS部署；此外，在PDA上开发桌面应用程序使用和配置WCF时也和PC 机有所不同，需用第三方工具NetCFSvcUtil.exe生成 CFClientBase.cs和WcfServcie.cs两个WCF 服务类，然后再在程序中引用这两个类。

2.4硬件设计

2.4.1手持式煤矿用数据采集器 采集器[67] 由PDA以及与之配套的射频卡组成，集成了RFID、GPRS、GPS 等模块，内置安卓6.0操作系统和PDA端软件，可通过手写或键盘输入信息，保存巡检路线和设备照片、维护维修记录等大量数据库信息，还可在巡检过程中填写巡检详细内容，同时上传现场视频、照片等。

2.4.2RFIDo线射频卡 每个RFID电子标签提供唯一的电子编码，无需和识别器建立机械接触，能够穿透雾、冰、尘垢等，工作在各种恶劣环境下，以每秒50～100次的频率和识别器通信，实现实时监控位置。

2.5GPS 定位技术和GIS 地理信息系统

本系统独立安装GPS 和GIS模块，该模块实现对地图信息和巡检线路、巡检人员的管理。

3结语

电子巡检系统运行情况稳定，效果良好，最大程度保证了数据和巡检过程真实有效，还能及时发现设备运行故〖LL〗障和隐患，保障被检设备良好运行。该系统降低劳动强度90%，节约工时90%，有效避免了误报、漏检等事故的发生，减少了安全隐患。系统创新点如下：（1）研发了防爆型手持式数据采集器（包括数字视频信息采集）以及一系列相关的配套软件，做到精确采集煤矿关键生产设备的数字信息。（2）建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5为技术架构的煤矿关键设备电子巡检系统数据库和管理平台，能够自动记录设备运行状态和参数，智能分析和处理相应数据，对非正常运行设备自动提示或报警。（3）编制了一整套软件系统及相关安全维护软件。（4）开发巡检人员GPS 定位系统，采用面部瞳孔精确识别技术，自动跟踪管理巡检轨迹。

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Abstract：In order to ensure the greatest objectivity and authenticity of data acquisition and inspection process in various industries，avoid the influence of various human factors，improve the standardized and scientific level of all kinds of inspection work，reduce security risks and avoid the occurrence of major accidents，the system is designed by the seamless integration of the body characteristics identification technology，network video technology and automatic data processing technology.The system takes the coal industry as an example，using the technology of face recognition and pupil identification，GPS location technology and GIS technology，to establish the coal mine key equipment electronic patrol system database and management platform based on SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5 as the technical framework.It also designs the handheld data collector （including digital video information collection） and a series of related software.The system has good operation effect，greatly improves the inspection efficiency，and reduces undetected accident rate and safety accident rate.

Key Words：Electronic Patrol；Facial Pupil Recognition；GPS Location Technology；GIS Technology；Handheld Data Collector