重大進展特刊┃60余座礦井見證，程德強教授揭秘AI視頻智能監(jiān)管黑科技

2025年04月10日 17:12 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

語音播報

點擊播放

重大進展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設先進經(jīng)驗和創(chuàng)新成果，發(fā)揮典型示范引領作用，《智能礦山》于2025年第2期策劃出版了《2024年煤礦智能化重大進展成果特刊》，刊登代表新時代煤礦人創(chuàng)造性實踐和智慧結晶的11項智能化建設成果，以饗讀者。

文章來源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進展成果特刊”

第一作者：程德強，教授，博士生導師，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學信息與控制工程學院黨委書記，主要從事圖像處理與視頻分析、智能檢測與模式識別等相關研究工作。E-mail：chengdq@cumt.edu.cn

作者單位：中國礦業(yè)大學信息與控制工程學院；濟寧能源發(fā)展集團有限公司；山東海納智能裝備科技股份有限公司；中國礦業(yè)大學計算機科學與技術學院

引用格式：程德強，王崇景，朱凱，等.煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術研發(fā)與應用[J].智能礦山，2025，6(2)：59-63.

點擊文末左下角閱讀原文，免費下載閱讀pdf全文

中國礦業(yè)大學聯(lián)合濟寧能源發(fā)展集團有限公司等單位，以國家《煤礦重大災害風險防控實施方案》為指導方針，利用新一代信息技術，專注于煤礦重大安全風險的實時識別、監(jiān)測技術攻關，煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術取得重大突破，完成了系列技術創(chuàng)新和成果示范應用，實現(xiàn)了煤礦重大災害全域感知與智能防控，保障了煤炭高效、可靠、安全的智能化開采。

主要研究內容

煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術在煤礦復雜環(huán)境中，以本安型攝像機和多參數(shù)傳感器為基礎感知單元，實現(xiàn)井下重點區(qū)域的視頻監(jiān)控和環(huán)境參數(shù)采集，通過深度學習和計算機視覺技術實現(xiàn)對煤礦安全的全面、動態(tài)、智能監(jiān)管，煤礦安全隱患AI輔助監(jiān)管監(jiān)察技術方案拓撲如圖1所示。

圖1 煤礦安全隱患AI輔助監(jiān)管監(jiān)察技術方案拓撲

（1）研發(fā)先進的人-機-環(huán)目標特征檢測與識別算法群，采用多模態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡架構，綜合運用時空特征提取、自適應學習和跨維度識別等核心技術，通過深度學習和計算機視覺技術，實現(xiàn)對井下系統(tǒng)的智能感知與精準分析，精準捕捉人員行為、設備運行狀態(tài)和環(huán)境變化的微弱特征。

（2）研制AI視頻分析與預警裝備，融合高分辨率攝像、多參數(shù)傳感和智能分析算法，在毫秒級時間內捕獲復雜地下環(huán)境中的細微異常。通過深度學習模型，實時識別潛在安全隱患，如違規(guī)操作、設備異常、環(huán)境突發(fā)變化等，構建全方位的安全預警體系。

（3）開發(fā)煤礦AI圖像智能識別與控制系統(tǒng)平臺，具備自主學習和算法迭代能力，實現(xiàn)跨系統(tǒng)的信息交互與協(xié)同分析。將視頻監(jiān)控、生產(chǎn)自動化和安全管理系統(tǒng)有機整合，形成一體化的智能安全管理解決方案。通過預測、預判、預控的創(chuàng)新模式，提升煤礦安全管理的智能化水平。

關鍵技術創(chuàng)新

2.1 復雜井下環(huán)境圖像增強與智能識別

研發(fā)基于深度學習的自適應圖像增強算法，針對井下弱光照、高噪聲等復雜環(huán)境，構建基于注意力機制的多尺度圖像增強網(wǎng)絡，實現(xiàn)圖像質量智能提升。引入對比度自適應調節(jié)模塊，改善圖像細節(jié)表現(xiàn)，識別準確率提升30%。突破傳統(tǒng)目標檢測算法在復雜背景適應性限制，創(chuàng)新性地提出基于時空特征融合的目標檢測框架。采用輕量化神經(jīng)網(wǎng)絡設計，在邊緣端實現(xiàn)毫秒級響應，目標檢測準確率大于95%，可靠跟蹤多個動態(tài)目標，井下超分辨率重建圖像增強網(wǎng)絡結構如圖2所示。

圖2 井下超分辨率重建圖像增強網(wǎng)絡結構

2.2 基于知識圖譜的智能分析與預警

構建煤礦安全領域知識圖譜，融合設備、環(huán)境、人員等多維數(shù)據(jù)。開發(fā)智能化知識抽取算法，實現(xiàn)非結構化數(shù)據(jù)到結構化知識的自動轉換，知識圖譜覆蓋率大于90%。突破傳統(tǒng)單一數(shù)據(jù)源分析局限，提出基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡的多源數(shù)據(jù)融合模型，實現(xiàn)視頻、傳感器、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的協(xié)同分析，構建安全風險評估體系，預警準確率提升40%，復雜場景下物體識別方案如圖3所示。

圖3 復雜場景下物體識別方案

2.3 邊緣智能協(xié)同計算技術

針對邊緣計算資源受限特點，開發(fā)出模型壓縮與優(yōu)化算法，通過知識蒸餾和結構裁剪，實現(xiàn)模型壓縮80%，推理速度提升200%，保持識別精度損失小于5%。提出了邊緣感知?云端訓練?邊緣優(yōu)化的協(xié)同計算框架如圖4所示。開發(fā)自適應任務調度算法，根據(jù)計算負載動態(tài)分配資源，實現(xiàn)計算效率提升50%，系統(tǒng)響應時延降低60%。

圖4 邊緣智能協(xié)同計算框架

發(fā)布重要成果

3.1 發(fā)布國內外首個井下視頻AI分析數(shù)據(jù)集

構建了煤礦帶式輸送機異物、巷道作業(yè)等2類煤礦專用公共標準數(shù)據(jù)集，并通過GitHub發(fā)布煤礦井下圖像數(shù)據(jù)集CUMT-CMUID如圖5所示，包含作業(yè)人員、作業(yè)設備以及巷道環(huán)境等多種場景；煤礦井下異物數(shù)據(jù)集CUMT-BelT如圖6所示，包含大塊煤炭、煤矸石、塑料、木頭等常見的皮帶異常物體。2類數(shù)據(jù)集均為國內外首批面向公眾公開發(fā)布的井下視頻AI分析數(shù)據(jù)集，為煤礦安全智能監(jiān)控和分析提供了重要的技術支撐。數(shù)據(jù)集在科研領域獲得廣泛關注，吸引了大量國內外學者下載和應用，推動了煤礦人工智能技術的研究與發(fā)展。

圖5 煤礦井下圖像數(shù)據(jù)集CUMT-CMUID

圖6 煤礦井下異物數(shù)據(jù)集CUMT-BelT

3.2 研發(fā)煤礦安全隱患AI視頻智能平臺

煤礦安全隱患AI視頻智能平臺將視頻識別分析、工業(yè)聯(lián)動控制等功能集成控制，利用通用數(shù)字攝像儀、AI智能攝像儀、控制主機、智能分析裝置、遠程控制設備等組成智能化、多功能、全天候的動態(tài)視頻智能識別系統(tǒng)，將視頻機器視覺識別與工業(yè)控制深度融合，實現(xiàn)人員行為、礦井環(huán)境及物品（設備）狀態(tài)等的識別，并實現(xiàn)對帶式輸送機等主要生產(chǎn)設備的自動保護停機、智能調速等自動化聯(lián)動控制，煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察平臺界面如圖7所示。

圖7 煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察平臺界面

3.3 建設成果示范應用基地

煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術在全國60余座礦井實現(xiàn)示范應用，包括濟寧能源發(fā)展集團有限公司、河南神火煤電股份有限公司、山西中煤華晉能源有限責任公司以及永貴能源開發(fā)有限責任等多家煤炭企業(yè)。以濟寧能源發(fā)展集團有限公司金橋煤礦為重點示范基地，通過智能化安全監(jiān)管技術的深入應用，助力入選2024年煤炭行業(yè)標桿煤礦和2024年數(shù)字礦山融合發(fā)展提升本質安全水平優(yōu)秀案例，并成為山東省煤礦井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設應用現(xiàn)場會的承辦單位（圖8）。

圖8 承辦山東省煤礦井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設應用現(xiàn)場會

應用效果及推廣前景

4.1 應用效果

（1）煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術，深度融合人工智能視頻分析技術及智能裝備與現(xiàn)代煤炭開采，實現(xiàn)安全隱患智能預警，并與自動化系統(tǒng)聯(lián)動，提升了煤礦企業(yè)智能化生產(chǎn)水平，保障了煤礦生產(chǎn)安全，降低了煤炭開采成本的同時極大提升了開采效率。

（2）煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術在60余座礦井示范應用，在成果示范單位金橋煤礦已處理35070條報警信息，其中32615條有效報警精準聚焦人員巡檢、帶式輸送機運行、人員入侵等關鍵風險點。企業(yè)“三違”現(xiàn)象顯著減少，不安全與不標準作業(yè)行為月均降幅為5.1%，隱患數(shù)量月均下降10.3%，實現(xiàn)了“人防”到“技防”的轉型。

（3）煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術成果經(jīng)專家組現(xiàn)場會議鑒定達到國際先進水平，榮獲2024年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術一等獎，受到國家礦山安全監(jiān)察局山東局、地方政府的關注和認可。技術成果及應用情況也得到中國煤炭網(wǎng)、大眾日報、齊魯晚報、中國經(jīng)濟導報等多家媒體關注，其中齊魯晚報以“濟寧能源金橋煤礦投入運行重大災害防控平臺，筑起安全生產(chǎn)智防安全墻”為題進行了重點報道。

4.2 推廣前景

煤礦安全隱患AI視頻智能輔助監(jiān)管監(jiān)察技術成果在煤炭行業(yè)具有廣泛的推廣價值和市場潛力。隨著國家對礦山安全生產(chǎn)的持續(xù)重視以及數(shù)字化轉型需求的快速增長，成果在現(xiàn)有煤礦中可快速復制推廣，可針對不同規(guī)模和生產(chǎn)條件的煤礦靈活適配，全面提升行業(yè)在安全生產(chǎn)、智能化管理和運營效率等方面的整體水平。

“煤礦智能化重大進展發(fā)布會”自 2021年開始，至今已舉辦4次，發(fā)布會吸引了眾多煤礦智能化建設領域的專家及科研、工程技術人員，成為展示煤礦智能化建設成果，交流煤礦智能化科技成果的盛會。

往期回顧 | 點擊圖片了解詳情

2024年煤礦智能化重大進展發(fā)布會

2023年煤礦智能化重大進展發(fā)布會

2022年煤礦智能化重大進展發(fā)布會

2021年煤礦智能化重大進展發(fā)布會

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤科總院出版?zhèn)髅郊瘓F成立于2015年，擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業(yè)最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產(chǎn)學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

往期薦讀