论文中文题名: | 基于人脸与姿态疲劳特征的煤矿从业人员不安全状态检测研究 |
姓名: | |
学号: | 19220089005 |
保密级别: | 保密(2年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 083700 |
学科名称: | 工学 - 安全科学与工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2022 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 安全与应急管理 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-06-18 |
论文答辩日期: | 2022-06-06 |
论文外文题名: | Research on Unsafe State Detection of Coal Mine Workers Based on Face and Posture Fatigue Features |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Coal mine ; Unsafe state ; Fatigue ; Identification and detection algorithm ; System fusion model |
论文中文摘要: |
近年来,虽然我国煤炭行业的安全生产情况持续好转,但是易导致煤矿安全生产事故的不安全行为时有发生,而不安全行为的前提是不安全状态。因此,及时检测煤矿从业人员岗前不安全状态,从根源上杜绝不安全行为,可以在一定程度上预防煤矿安全事故。本研究选取不安全状态中对煤矿从业人员影响较大的疲劳状态,通过提取人脸与姿态的相关检测指标,运用计算机视觉技术,构建煤矿从业人员不安全状态检测系统,以期达到预防和减少煤矿安全事故发生的目的。论文的主要研究内容和结论如下: (1)开展了不安全行为、不安全状态与疲劳的理论研究。分析三者关系,确定不安全状态的内涵,明确不安全状态的分级。通过对比不同疲劳程度与不同等级不安全状态可能导致的后果,得出疲劳与不安全状态的映射关系:非疲劳与轻度疲劳对应Ⅰ级安全状态,中度疲劳对应Ⅱ级较不安全状态,重度疲劳对应Ⅲ级完全不安全状态。 (2)设计了人脸与姿态不安全状态检测算法。运用Media Pipe多媒体机器学习框架设计人脸不安全状态检测算法,识别睁闭眼、张闭嘴状态,检测眨眼频率、打哈欠频率;运用Open Pose算法设计姿态不安全状态检测算法,识别头部与背部的异常动作,检测头部左右旋转角Roll、背部胸腔弯曲度Bend。 (3)利用疲劳诱发实验测定了人脸检测阈值与姿态检测范围。实验时间为连续的24小时,将该时间段平均划分为12次进行测试,依次计为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12。选取20个男生做为被试,每隔2小时对所有被试进行疲劳测定以及反应准确率的判断。经过实验发现,被试在T1时间段处于非疲劳程度,T2时间段处于轻度疲劳程度,T4时间段达到中度疲劳程度,T6时间段达到重度疲劳程度。并分别测定被试在T1、T2、T4、T6时间段的人脸与姿态数据,最终得到Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级不安全状态的人脸检测阈值与姿态检测范围。 (4)构建了系统融合模型检测不安全状态。一种融合模型是将眼部、嘴部、头部、背部特征分别做为单个向量进行检测,另一种融合模型是将眼部、嘴部特征组合成向量一,头部、背部特征组合成向量二,这两种模型都是先通过SVM训练后再进行D-S融合。最终训练得到模型一的检测准确率为85.23%,模型二的检测准确率为93.65%,可知组合特征模型的检测效果更好。 |
论文外文摘要: |
In recent years, although the safety production situation of our country's coal industry has continued to improve, unsafe behaviors that easily lead to safety production accidents in coal mines have occurred from time to time, and the premise of unsafe behavior is unsafe state. Therefore, timely detection of the pre-job unsafe state of coal mine employees and the root cause of unsafe behavior can prevent coal mine safety accidents to a certain extent. This paper selected fatigue that has a greater impact on coal mine employees in the unsafe state, extracted detection indicators of face and posture, and useed computer vision technology to construct an unsafe state detection system for coal mine employees, in order to prevent and reduce coal mine safety accidents. The main research contents and conclusions of the paper are as follows: (1) Theoretical research on unsafe behavior, unsafe state and fatigue was carried out. Analyzed their relationship, determined and clarified unsafe state. By comparing the possible consequences of different fatigue degrees and different levels of unsafe states, obtained the mapping relationship between fatigue and unsafe states: non-fatigue and mild fatigue correspond to level I safe state, moderate fatigue corresponds to level II less safe state, Severe fatigue corresponds to a level III completely unsafe state. (2) A face and posture unsafe state detection algorithm was designed. Used the Media Pipe to design a face unsafe state detection algorithm, identified the state of open and closed eyes, open and closed mouth, and detected the frequency of blinking and yawning; used the Open Pose to design a posture unsafe state detection algorithm, identified abnormal movement of the head and back, and detected the head rotation angle-Roll, and the back curvature-Bend. (3) The threshold of face detection and the range of posture detection were determined by fatigue-induced experiments. The experimental time was 24 consecutive hours, and it was equally divided into 12 times to test, which were sequentially counted as T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9, T10, T11, and T12. Twenty male students were selected as subjects, and all subjects were tested for fatigue and the judgment of response accuracy every 2 hours. After the experiment, it was found that the subjects were in the non-fatigue level in the T1, mild fatigue in the T2, moderate fatigue in the T4, and severe fatigue in the T6. The face and posture data of T1, T2, T4, and T6 were measured respectively, and finally the face detection threshold and posture detection range of the unsafe state of I, II and III were obtained. (4) A system fusion model was constructed to detect the unsafe state. One fusion model was to detect the features of eyes, mouth, head and back separately, and the other fusion model was to combine the features of the eyes and mouth into vector one, and the features of the head and back into vector two, both models were first trained by SVM and then D-S fusion. In the final training, the detection accuracy of model 1 was 85.23%, and the detection accuracy of model 2 was 93.65%. It can be seen that the detection effect of the combined feature model is better. |
参考文献: |
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中图分类号: | X921 |
开放日期: | 2024-06-19 |