CN103557917B - 基于运输设备上的煤量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于运输设备上的煤量计算方法，包括以下步骤：将两台数字相机安装在运输皮带的侧方并标定数字相机参数；数据处理计算机对数字相机采集的相邻两幅图形进行处理得到一秒钟运输皮带上煤的图形；对皮带上煤的图形进行特征提取；采用切片方法计算一秒钟运输皮带上煤的体积；根据一秒钟煤的体积和煤的密度计算煤的重量，然后通过累加的方式计算一定时间段内运输皮带上的运煤量。本发明通过数字相机拍摄运输设备上煤的图形并对其进行分析进而计算出运输设备的运煤量，具有速度快、精度高、方法简便等特点，并且所使用的设备成本较低，可广泛用于计算矿井下皮带等运输设备上某一时间内所承载的煤量，并可为井下其它控制提供依据。

Description

基于运输设备上的煤量计算方法

技术领域

本发明属于矿井自动化技术领域，尤其是一种基于运输设备上的煤量计算方法。

背景技术

随着井下自动化技术的发展，对运输设备（皮带）上运煤量的计算也变得越来越重要。由于运输设备的动态性以及运输设备上的煤量不均匀性，因此，运煤量的计算难度很大。目前，还没有自动计算运输设备上运煤量的方法，现有技术只能对固定地点的煤堆储量（如煤场的存煤量）进行计量。对固定地点的煤堆储量的计量方法其主要使用以下技术：

（1）三维激光扫描技术。例如，美国天宝公司发表的论文《天宝三维激光扫描技术在煤堆体积测量上的应用》,天宝三维激光扫描技术解决方案不依附于任何设备，不要求储煤场底面平整，不要求形状规则，通过短时间的密集的高精度激光扫描，建立整个煤堆的高分辨率的真实尺寸三维TIN模型，直接计算并输出详细的储量体积报告。该方法可以实现每日扫描甚至更短的时间间隔的检测；将每天同一时点的三维TIN模型进行计算，即可输出体积变化（日耗量）报告。该技术方案存在的问题是：由于煤堆的不均匀和波在不同介质中反射不一致，而带来测量误差影响测算精度；此外盘点一次所用时间相对较长。该方法自动化程度和技术含量都很高，但是成本也比较高。

（2）摄影测量技术。例如，上海市杨浦区城市规划管理局在测绘信息网发表的《自动化煤堆体积测量系统的开发应用》，该自动化煤堆体积测量系统硬件主要由PH-301P室外重型云台、视频采集卡、全站仪、计算机房及微机五部分组成，其主要设计思路是利用常规的监控设备，包括云台，摄相机，采用数字摄影测量的方法自动计算煤体体积。该自动化煤堆体积测量系统测量速度快，成本相对较低，但是它只适用于固定地点煤堆体积的计算，不能对运输设备（皮带）上运煤量进行计算，其实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高、速度快的基于运输设备上的煤量计算方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于运输设备上的煤量计算方法，包括以下步骤：

步骤1、将两台数字相机安装在运输皮带的侧方并与数据处理计算机相连接，标定数字相机内部参数及两台数字相机之间的结构参数；

步骤2、两台数字相机对运输皮带上的煤进行拍摄并传送给数据处理计算机，数据处理计算机对一秒钟采集的相邻两幅图形进行对比，去除重叠部分并将相邻图形拼接为一幅图形，得到一秒钟运输皮带上煤的图形；

步骤3、数据处理计算机对皮带上煤的图形进行特征提取；

步骤4、数据处理计算机采用切片方法计算一秒钟运输皮带上煤的体积；

步骤5、数据处理计算机根据一秒钟煤的体积和煤的密度计算煤的重量，然后通过累加的方式计算一定时间段内运输皮带上的运煤量。

而且，所述步骤1标定数字相机参数是采用基于2D平面方格点的相机标定方法实现的。

而且，所述的数字相机为具有测速功能的相机。

而且，所述步骤3对皮带上煤的图形进行特征提取是采用Harris角点检测算法来提取图形的特征点。

而且，步骤4的具体计算方法为：将图形中高度曲线上相邻两个特征点之间的体积看做成一个长方体V(i)，计算出每一个长方体的体积V(i)，然后将图形中所有长方体的体积累加得到煤的总体积V。

而且，所述每一个长方体的体积V(i)的计算方法为：

V(i)=L(i)*W*((y1+y2)/2)

其中，长度L(i)为长方体切片的长度，其计算公式为：L(i)=S/(n-1)；S为运输皮带的速度，n为高度曲线上特征点的个数；

W为长方体切片的宽度，其取值为皮带的宽度；

H(i)为长方体切片的高度，其取值为高度曲线上相邻两个特征点的高度平均值；

y1和y2是高度曲线上相邻两个特征点的纵向坐标。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其通过数字相机拍摄运输设备上煤的图形并对其进行分析进而计算出运输设备的运煤量，解决了现有技术不能对运输设备运输过程中计算所承载煤量的问题，具有速度快、精度高、方法简便等特点，并且所使用的设备成本较低，这对于降低开采成本、提高工作效率有着不可估量的作用，可广泛用于计算矿井下皮带等运输设备上某一时间内所承载的煤量，还可以为井下其它控制提供依据。

附图说明

图1是本发明的计量原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于运输设备上的煤量计算方法，主要是利用双目定位（用两部相机来定位）的原理获取图形以及切片的方法计算运输设备（皮带）上煤的体积，从而获得煤的重量。双目定位的原理是对物体上一个特征点，用两部固定于不同位置的相机拍摄物体，分别获得该点在两部相机像平面上的坐标，只要知道两部相机精确的相对位置，就可用几何的方法得到该特征点在固定一部相机的坐标系中的坐标，即确定了特征点的位置。

一种基于运输设备上的煤量计算方法，包括以下步骤：

步骤1、将两台数字相机安装在运输皮带的侧方并与数据处理计算机相连接，标定每个数字相机内部参数及两台数字相机之间的结构参数。

在本实施例中，标定数字相机参数的方法采用基于2D平面方格点的相机标定方法。

在本实施例中，数字相机采用GRAS-20S4M/C型数字相机，该数字相机具有测速功能，该数字相机的最大帧速为30fps，分辨率为1624*1224。数据处理计算机内部设有图形处理卡，该图形处理卡用于捕捉相机所采集的图形并对图形进行处理，数据处理计算机根据采集的图形进行分析、计算处理。

步骤2、两台数字相机对运输皮带上的煤进行拍摄并传送给数据处理计算机，数据处理计算机对一秒钟采集的相邻两幅图形进行对比，去除重叠部分，然后将图形拼接为一幅图形，得到一秒钟运输皮带上煤的图形。

在本步骤中，数字相机采集图形采用定时采集的方式，例如每秒钟采集一次，经图形处理后得到每一秒钟皮带上煤的图形。

步骤3、数据处理计算机对皮带上煤的图形进行特征提取。

在本实施例中，针对生成的每一秒钟皮带上煤的图形，采用Harris角点检测算法提取图形的特征点。

步骤4、数据处理计算机采用切片方法计算一秒钟运输皮带上煤的体积。

由于煤的高度是一条曲线，采用切片的方法来计算煤的体积，即：将图形中作为煤高度的曲线上相邻两个特征点之间的体积看做成一个长方体V(i)，根据长方体体积=长*宽*高计算出V(i)，然后将这一秒钟煤的图形中所有长方体的体积累加得出总体积V。

如图1所示，图中灰色区域为经过图形处理后拼接的一秒钟皮带上煤的图形，图形上面的曲线为图形的高度曲线，该高度曲线上圆点为提取的特征点，高度曲线上特征点的个数为n，灰色图形中每两条竖线之间的区域为一个切片，将切片看做是长为L(i)、宽为W、高为(y1+y2)/2的长方体。黑色边框内的白色图形为皮带，假设皮带的速度是S米/秒，则每一切片的长、宽、高计算如下：

切片的长度L(i)计算：根据皮带的速度S（米/秒）得出这一秒钟皮带上煤体积的长度（L），高度曲线上相邻两个特征点之间的距离L(i)为图形中每一切片的长度为：L(i)=S/(n-1)；

切片的宽度W计算：皮带的宽度作为图形的宽度（W）。

切片的高度H(i)计算：为了减小误差，采用高度曲线上相邻两个特征点的高度平均值作为每一个切片的高度H(i)。

切片的体积：V(i)=L(i)*W*((y1+y2)/2)。

一秒钟煤的总体积：V=(n-1)*V(i)。

步骤5、数据处理计算机根据一秒钟煤的体积和煤的密度，计算一秒钟煤的重量，然后根据需要计算某段时间内运输皮带上的运煤量。

由于煤的密度是已知的，根据重量重量公式（m=ρV），可以得出一秒钟煤的重量，进而以秒为单位计算某一时间段内皮带煤的重量，从而实现运输设备的运煤量计量功能。

本发明可以广泛用于计算矿井下皮带等运输设备上某一时间内所承载的煤量并为井下其它控制提供依据。例如：

如果皮带是使用变频的方式启动的，则可以根据煤量的大小来调节变频器的频率，这样给井下控制系统对于调节皮带变频器的频率提供了更精确、更简便的算法，最重要的是通过准确的调频控制达到了节能的效果。

通过煤量还可以实现皮带的堆煤保护。现有技术的堆煤保护是通过皮带上方的堆煤传感器检测来实现的，堆煤传感器检测到皮带上的煤接触到堆煤传感器（即皮带上的某一点的煤具有一定高度）的时候报警，给控制系统保护信号，这种保护方式的精确度较低。如果使用煤量来进行堆煤检测，可以避免由于皮带上某一点的煤过高而造成保护停车从而延误生产的现象，以及皮带上的煤确实达到堆煤保护但是煤的高度没有触及到堆煤传感器而造成皮带重载的情况。因此，通过煤量来实现堆煤保护则更准确、更合理。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于运输设备上的煤量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将两台数字相机安装在运输皮带的侧方并与数据处理计算机相连接，标定数字相机内部参数及两台数字相机之间的结构参数；

步骤2、两台数字相机对运输皮带上的煤进行拍摄并传送给数据处理计算机，数据处理计算机对一秒钟采集的相邻两幅图形进行对比，去除重叠部分并将相邻图形拼接为一幅图形，得到一秒钟运输皮带上煤的图形；

步骤3、数据处理计算机对皮带上煤的图形进行特征提取；

步骤4、数据处理计算机采用切片方法计算一秒钟运输皮带上煤的体积；

步骤5、数据处理计算机根据一秒钟煤的体积和煤的密度计算煤的重量，然后通过累加的方式计算一定时间段内运输皮带上的运煤量；

所述步骤1标定数字相机参数是采用基于2D平面方格点的相机标定方法实现的；

所述步骤3对皮带上煤的图形进行特征提取是采用Harris角点检测算法来提取图形的特征点。

2.根据权利要求1所述的基于运输设备上的煤量计算方法，其特征在于：所述的数字相机为具有测速功能的相机。

3.根据权利要求1所述的基于运输设备上的煤量计算方法，其特征在于：步骤4的具体计算方法为：将图形中高度曲线上相邻两个特征点之间的体积看作成一个长方体V(i)，计算出每一个长方体的体积V(i)，然后将图形中所有长方体的体积累加得到煤的总体积V。

4.根据权利要求3所述的基于运输设备上的煤量计算方法，其特征在于：所述每一个长方体的体积V(i)的计算方法为：

V(i)＝L(i)*W*((y1+y2)/2)

其中，长度L(i)为长方体切片的长度，其计算公式为：L(i)＝S/(n-1)；S为运输皮带的速度，n为高度曲线上特征点的个数；

W为长方体切片的宽度，其取值为皮带的宽度；

H(i)为长方体切片的高度，其取值为高度曲线上相邻两个特征点的高度平均值；

y1和y2是高度曲线上相邻两个特征点的纵向坐标。