CN103667563B - 平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统，包括：图像采集系统，包括安装在高炉内的多个内窥镜，用于采集高炉内料面不同角度的光学图像，将该光学图像转化为数字图像；通信系统，用于将所述图像采集系统采集到的所述数字图像传输给计算机成像系统；所述计算机成像系统，用于对所述数字图像进行处理、重构和显示。本发明通过将图像采集系统安装在高炉内，采集高炉内料面的不同角度的图像，通信系统将图像传输给计算机成像系统进行处理、重构和显示，由于该图像采集系统实现了在高炉炉内安全可调、近距离采集高炉料面信息，因此利用该系统能够实时、高精度的获取高炉全料面图像。

Description

平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统

技术领域

本发明涉及高炉炉顶检测技术领域，特别涉及一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统。

背景技术

钢铁工业属于基础原材料工业，是国民经济的支柱产业。我国是钢铁生产和消费大国，其钢铁产量居世界第一位，高炉冶炼作为钢铁生产过程的上游工序，是钢铁生产中CO₂的主要排放工序和能耗最大的环节。因此，降低炼铁工序能耗、减少炼铁工序二氧化碳排放，是促进钢铁行业发展、提高钢铁企业竞争力的重要前提。要实现高炉炼铁的节能降耗减排就必须对高炉进行精确控制，而要对高炉进行控制，则必须在高炉内部高温，多尘，密闭等恶劣环境下获得高炉内可直接检测的高炉全料面形状信息。这对于调控布料方式和高炉煤气分布、保证炉缸活跃和高炉顺行、降低焦比与节约能源及稳定高产、减少炉壁侵蚀和延长高炉寿命等有着十分重要的价值。

目前专利中，例如公开号101256069，公开日2008年09月03日的中国发明专利:以激光测距技术量测高炉料面外形及料流轨迹的方法，其特点是利用高炉料面上方的激光扫描仪，通过激光扫描手段获得高炉内部料面各点的高度信息，再由计算机进行图像重建获得料面的形状。但是该专利仍然没有解决高炉正常运行时，高温多粉尘的恶劣环境对激光测量影响的问题，不适合高炉运行时的料面实时监测。

再如，公开号101020933，公开日2007年08月22日的中国专利:高炉料面形状动态立体监测系统及检测方法，其特点是:在高炉顶部安装多台雷达对高炉料面形状进行检测，将雷达测量出的料面高度数据为基准，再以算法拟合出动态的料面曲线。但是由于雷达测量精度低于激光，而且多个雷达安装于炉顶也是不现实的，实用价值不高。

并且，目前的高炉料面现有检测方法还包括：机械探尺检测法、高炉料面间接判断法、高炉视频采集法、激光扫描测量法、红外成像检测法和先进的微波雷达料位测量成像法，然而这些方法中对料面图像进行采集的设备是安装在高炉炉顶，由于高炉内粉尘较多，因此严重制约了检测精度，无法获取高精度的高炉全料面图像。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：如何在高炉运行时实时、高精度的获取高炉全料面图像。

（二）技术方案

本发明提供了一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统，包括：

图像采集系统，包括安装在高炉内的多个内窥镜，用于采集高炉内料面不同角度的光学图像，将该光学图像转化为数字图像；

通信系统，与所述图像采集系统连接，用于将所述图像采集系统采集到的所述数字图像传输给计算机成像系统；

所述计算机成像系统，与所述通信系统连接，用于对所述数字图像进行处理、重构和显示。

优选地，所述计算机成像系统包括：图像处理单元、图像重构单元和图像显示单元。

本发明还提供了一种如上述所述的系统中图像采集系统的安装方法，包括：

获取高炉安装参数；

根据所述高炉安装参数确定高炉炉顶检测设备的安装开孔点以及内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置；

根据所述开孔点和所述内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置，确定所述内窥镜的实际长度和安装内窥镜时的斜插角度，从而确定在所述开孔点的开孔方向；

根据所述斜插角度将所述内窥镜插入高炉炉内，当所述内窥镜的镜头达到所述内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置时停止插入。

优选地，所述高炉安装参数包括：高炉的料面圆面半径和选定的所述内窥镜的镜头的视场角、视向角以及拍摄料面的距离；

所述高炉安装参数还包括：根据所述内窥镜的镜头的视场角、视向角和所述拍摄料面的距离确定的所述内窥镜正面俯视料面时对应的取像椭圆的面积，以及根据所述取像椭圆的面积确定的所述内窥镜的个数。

优选地，所述拍摄料面的距离为1m～1.5m。

优选地，高炉中的溜槽布料器的炉料最外落点位置距离高炉中心线的水平距离小于所述高炉内内窥镜的镜头距离高炉中心线的水平距离。

优选地，所述安装方法还包括同轴旋转操作，用于对所述内窥镜进行同轴旋转，调整其取像面积和取像位置，且同轴旋转的幅度小于等于90度。

优选地，所述内窥镜均安装在高炉炉顶的同一平面的圆面上。

（三）有益效果

本发明实施例通过提供一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统，通过将图像采集系统安装在高炉内，采集高炉内料面的不同角度的光学图像，进而通过通信系统将图像传输给计算机成像系统，通过计算机成像系统对图像进行处理、重构和显示，由于该图像采集系统实现了在高炉炉内安全可调、近距离采集高炉料面信息，因此利用该系统能够实时、高精度地获取高炉全料面图像。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的系统结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的系统图像采集系统示意图；

图3是本发明实施例1提供的内窥镜未进行同轴旋转时示意图；

图4是本发明实施例1提供的内窥镜进行同轴旋转时示意图；

图5是本发明实施例1提供的成像单元的工作示意图。

其中，本发明实施例的图中标号为：1为上位机，2为现场工业总线，3为数据采集单元，4、5、6为平行低光损背光高温内窥镜，7为高炉料面，8为高炉零料线位，9为最外料流轨迹曲线，10为溜槽布料器，11为内窥镜镜头取像方向，12为内窥镜镜头，13为高炉炉顶的小坡度斜面，14为炉壳上设备安装孔，15为高炉炉顶小坡度下端焊接处，16、17、18为内窥镜正面俯视的取像椭圆，19、20、21为内窥镜同轴旋转后的取像椭圆，22、23、24为清晰的料面数字图像，25为高炉全料面图像，A点为内窥镜镜头在高炉炉内所处的位置，B点为设备安装开孔点。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

本发明提供一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统，如图1所示，采用平行低光损背光高温内窥镜（以下简称内窥镜，在图1中内窥镜的个数为3个，分别为内窥镜4、内窥镜5和内窥镜6）作为图像采集系统，再结合一种高炉内图像采集系统的安装方法，从而获取高炉全料面光学图像并将其转换成数字图像，再通过数据采集单元3和线场工业总线2将数字图像信息传输给高炉总控室的上位机1，最后通过上位机1的计算机成像系统获得精确的高炉全料面形状信息。

基于平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统的构建，首先需要寻找一种能在高温、密闭无光环境中稳定清晰成像的设备。为此，本发明采用平行低光损背光高温内窥镜，获取高炉全料面光学图像并将其转换成数字图像；其次，由于高炉炉内多尘环境，导致平行低光损背光高温内窥镜的远距离成像很难保证成像清晰度，而近距离成像又对安装和取像面积提出了极大挑战。为此，本发明通过对布料模型精确的分析，结合高炉的实际建造结构，充分考虑到多个内窥镜协调工作等因素，提出一种全新的炉顶检测设备安装方案，为获得全料面清晰的光学图像提供了保证；最后，通过数据采集单元和现场工业总线，将采集到的清晰的料面数字图像信息上传到高炉总控室的上位机上，利用计算机成像系统对料面数字图像进行处理、合并、重构后，实时、清晰的显示出高炉料面图像。

为实现上述目的，本发明实施例的工作流程为：

首先，制定最佳的高炉安装参数，在炉顶安装多个内窥镜。

然后，通过获取高炉全料面光学图像并将其转换成数字图像。同时数据采集单元对内窥镜获得数字图像信息进行顺序采集后，再通过现场工业总线依次传送给上位机。

最后，上位机上的成像系统将数字图像信息进行处理、合并、重构后在上位机显示器上实时、清晰地显示出高炉料面图像。

显然在整个系统的组建过程中，炉顶多个内窥镜的安装方法是该系统组建的核心技术之一。因此，本发明实施例中内窥镜的安装方法包括以下内容。

如图2所示，为了实现内窥镜在高炉炉内安全可调、近距离采集高炉料面信息的目标，该方法需满足：首先，为保证内窥镜在高炉炉内获取清晰的料面图像，安装方案必须确保内窥镜能够近距离取像，即内窥镜镜头距离高炉料面为1～1.5m；其次，要保证内窥镜实现近距离取像，内窥镜就要伸入高炉炉内一定距离，则安装方法必须确保内窥镜不被溜槽布料器布的料砸坏，即安装方案必须保证内窥镜在高炉炉内安全取像；再次，由于内窥镜近距离取像，内窥镜的取像面积将随之减少，则安装方法必须确保内窥镜的取像面积和取像位置具有简易可调的特点，便于炉顶多个内窥镜的协调安装和工作；最后，由于单个内窥镜的取像面积大大减少，单一的内窥镜无法实现全料面的取像，必须采用多个内窥镜协调工作，实现全料面取像，则安装方案必须给出内窥镜个数的确定策略以及多个内窥镜在炉顶协调安装策略。

介于上面对安装方案提出的目标，下面对安装方案的具体内容说明如下：

（1）近距离取像的实现

本发明实施例提供的内窥镜的安装方法为了实现内窥镜4的近距离取像，将内窥镜4安装于如图2所示的高炉炉顶的小坡度斜面13上，并且与小坡度斜面下端焊接处15留有一定的安全域度，然后在此处对炉壳开设备安装孔14，再将内窥镜4按照一定的角度斜插入高炉炉内，同时保证内窥镜镜头12处于零料线8下方，从而对于高炉标准控制料线1.5m而言，内窥镜镜头12距离料面7的距离能保证在1～1.5m范围内。从而实现了内窥镜4的近距离的取像。

（2）安全取像的实现

本发明实施例提供内窥镜的安装方法为了确保安装于高炉炉内的内窥镜4不被溜槽布料器10布的料砸坏，采用如下方案：

首先，通过理论分析建立了如下的高炉炉顶布料料流轨迹理论模型，为了简便，只考虑停风时候布料料流轨迹模型。此时，炉料落点堆尖位置距离高炉中心线的水平距离n，可以由以下公式求得：

$n={({(l_0\cos \mathrm{\β}-e\sin \mathrm{\β})}^2+2(l_0\cos \mathrm{\β}-e\sin \mathrm{\β})L_x+(1+\frac{4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{(l_0-e\tan \mathrm{\β})}^2}{C_1^2})L_x^2)}^{\frac{1}{2}}---\left(1\right)$

其中（1）式中的炉料落点堆尖位置距溜槽末端在x轴方向的水平距离L_x和炉料离开溜槽末端的速度c₁由如下公式计算：

$L_x=\frac{1}{g}{C}_1^2{\sin }^2\mathrm{\α}({({\cot }^2\mathrm{\α}+\frac{2g}{C_1^2{\sin }^2\mathrm{\α}}(l_0(1-\cos \mathrm{\α})-e\sin \mathrm{\α}+h))}^{\frac{1}{2}}-\cot \mathrm{\α})---\left(2\right)$

$C_1={(2g(l_0-\mathrm{eoct\α})(\cos \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α})+4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{(l_0-e\cot \mathrm{\α})}^2\sin \mathrm{\α}(\sin \mathrm{\α}+\mathrm{\μ}\cos \mathrm{\α}))}^{\frac{1}{2}}---\left(3\right)$

其中，式子中的其它量均为已知量，各个量的具体含义为：l₀溜槽长度；α为溜槽与垂直方向夹角；β为溜槽与水平方向夹角，即ω溜槽布料的旋转转速；e溜槽倾动距；μ溜槽滑动摩擦系数；g重力加速度；h是炉料落程，溜槽末端到堆尖的距离；C₁炉料在溜槽末端的速度；L_x炉料落点堆尖位置距溜槽末端在x轴方向的水平距离；n炉料堆尖位置距离高炉中心线的水平距离。

由上面的溜槽布料料流理论模型，容易获得炉料落程h和炉料堆尖位置距离高炉中心线的水平距离n之间的函数关系曲线，即获得溜槽布料的料流轨迹曲线。

然后，根据实际高炉溜槽的工艺参数以及生产中的布料操作规则，结合上面的溜槽布料料流理论模型，获得溜槽布料的最外料流轨迹曲线如图2中9所示。

最后，只要内窥镜镜头12的安装位置在最外料流轨迹曲线9的外面，即可保证其安装于安全区域内。基于此，本发明的安装方案将内窥镜镜头12置于最外料流轨迹曲线9外面并且留有一定的安全域度，从而实现内窥镜4在高炉内的安全取像。

（3）取像面积大小和位置，简易可调的实现

本发明的安装方案为了实现在内窥镜镜头12距离料面7距离一定时，能够简易调整内窥镜镜头12的取像面积的大小和对应料面上的取像位置，采用如下方案：

首先，采用具有视向角的内窥镜，即内窥镜镜头12的取像方向如图2中11所指方向所示，与内窥镜4具有一个夹角。一般而言，选择视向角小于45度的内窥镜。并且一般采用视场角大于90度的内窥镜，来保证内窥镜在取像距离相同的情况下具有更大的取像面积。

然后，在安装的过程中，在其它安装条件均不改变的情况下，根据内窥镜的成像原理，简单的对内窥镜4进行同轴转动，并且保证同轴旋转的幅度不超过90度，从而增大内窥镜的取像视野，同时改变内窥镜的取像位置，实现在无须其它任何辅助操作的情况下，简便快捷地调节内窥镜取像面积和取像位置。

最后，利用上面所示的操作，对图1中的内窥镜4、5、6进行逆时针同轴旋转一定角度后的效果图如图3、4所示，图3中，在内窥镜4、5、6未同轴旋转前，内窥镜4、5、6均是正面俯视料面，即此时的旋转角为0度，显然它们对应的取像面积和取像位置对应为椭圆16、17、18；在图4中，在对内窥镜4、5、6进行逆时针同轴旋转相同角度后，它们对应的取像面积和取像位置变成对应的椭圆19、20、21，显然由图3和图4的对照可以得出通过对内窥镜的同轴旋转，能够在不添加任何其它的辅助操作的情况下，实现简便快捷的调节内窥镜取像面积和取像位置。

（4）内窥镜安装个数和多个内窥镜协调安装方案的确定

本发明实施例提供的内窥镜的安装方法为了给出不同高炉实现全料面取像的最少内窥镜个数的计算方案以及方便多个内窥镜协调工作的多个内窥镜协调安装方案，采用如下步骤：

内窥镜安装个数的确定，首先确定不同的高炉的炉喉半径，即高炉料面圆面的半径，计算出料面的面积；然后计算出当内窥镜与料面距离一定，正面俯视料面时，对应的取像椭圆的面积；最后用高炉料面面积除以内窥镜取像椭圆的面积获得的商的整数部分作为内窥镜的安装个数。特别说明一点，虽然确定的内窥镜个数的取像椭圆的面积之和小于高炉料面面积，但是只需要对安装的内窥镜进行简单的同轴旋转一定角度，就能实现全料面的覆盖取像。

多个内窥镜协调安装方案的确定，为了方便多个内窥镜获得料面图像的合并和重构，在本发明的安装方案中规定所有的内窥镜安装在高炉炉顶的同一平面的圆面上，并且为了获得每个内窥镜的最大利用效果，内窥镜均分的安装于同一安装圆面上。当安装3个内窥镜时，安装的效果图如图3图4中所示。

针对上面对本发明的安装方案原理的说明，下面给出本发明实施例提供的内窥镜的安装方法的整体实施步骤如下：

101：确定高炉的料面圆面半径，并选定内窥镜镜头的视场角、视向角、拍摄料面的理想距离。

102：根据内窥镜镜头的视场角、视向角、拍摄料面的理想距离确定内窥镜正面俯视料面时，对应的取像椭圆的面积，再结合高炉料面面积确定内窥镜个数。

103：在如图2所示的高炉炉顶的小坡度斜面13上，选择一个合适的安装位置，确定如图2所示的设备安装开孔点B，并且在同一平面上高炉四周均等的为其它内窥镜确定好安装孔。

104：根据预定的内窥镜镜头拍摄料面的理想距离，以及通过理论溜槽布料料流模型确定的安全区域，确定内窥镜镜头在高炉炉内所处的位置，如图2所示的A点。

105：根据图2所示的已经确定的A、B两点，确定定制的内窥镜的实际长度，以及安装内窥镜时的斜插角度，从而确定在已选开孔点的开孔方向，进行开孔作业。

106：将所有内窥镜按照正面俯视料面的要求，逐一插入高炉炉内，当内窥镜镜头达到图2所示的A点时停止插入。

107：分别同轴旋转各个内窥镜，同时启动内窥镜，实时观测获取的料面图像，当能够清晰获取高炉的整个料面图像时，停止同轴旋转操作，对各个内窥镜进行珐琅固定密封，完成整个安装过程。

综上所述，按照本发明设计的安装方案，实现了内窥镜在高炉炉内安全可调、近距离采集高炉料面信息的目标，为整个基于平行低光损背光高温内窥镜的高炉全料面光学成像系统的搭建奠定了基础和前提。下面对平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统构成的各个子系统：图像采集系统、通信系统和计算机成像系统进行逐一说明。

图像采集系统

如图1所示，由安装在高炉炉顶的内窥镜4、内窥镜5、内窥镜6组成，主要用于获取高炉全料面光学图像并将其转换成数字图像，其工作流程为，内窥镜4、5、6同时对高炉料面的不同部分进行光学图像采集，并且把采集到的光学图像转化成对应的数字图像，同时按照一定次序将采集到的高炉料面数字图像信息传送给数据采集单元3，完成对高炉全料面数字图像的采集工作。

通讯系统

本发明的通讯系统如图1所示，由安装在高炉炉顶的数据采集单元3和高炉的现场工业总线2组成，主要用于实现上位机和内窥镜取像系统之间的数据传输和通信，其工作流程为，数据采集单元3按照预定的顺序逐一对内窥镜4、5、6获取料面数字图像进行采集并分别储存，然后数据采集单元3将储存的料面数字图像信息再按照预定的顺序通过现场工业总线2传送给上位机1，同时清空其对应的储存单元，为下一次数据采集做好准备，如此反复，完成系统的通讯功能。

计算机成像系统

本发明的计算机成像系统如图1所示，主要由安装在上位机1上的图像处理单元、图像重构单元和图像显示单元组成，主要利用计算机图像处理技术，把多个内窥镜采集的料面图像信息进行处理、合并、重构后，再在上位机上实时、清晰的显示出高炉全料面图像。其工作流程如图5所示，首先通信系统将由内窥镜4、5、6采集的数字图像信息上传到上位机1，上位机1通过图像处理单元对其进行储存、去噪、滤波、几何变换、光照矫正、图像增强等处理，从而获得清晰的料面数字图像22、23、24；其次，图像重构单元利用拼合、重构算法对数字图像22、23、24进行拼合、重构，从而获得高炉的全料面图像25；最后，由图像显示单元将获得的全料面图像25实时的显示于上位机的显示器上，完成整个高炉全料面成像工作。

实施例2

下面通过具体例子对本发明实施例提供的平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统进行说明。

本实例选择在国内某2650m³高炉上进行安装运行，首先根据如下安装步骤进行炉顶内窥镜的安装：

201：确定此高炉的料面直径为8.3m，选定内窥镜镜头的视场角为90°，视向角30°，内窥镜设备直径为80mm，拍摄料面的理想距离为1.2m。

202：根据内窥镜镜头的视场角、视向角、拍摄料面的理想距离确定内窥镜正面俯视料面时，对应的取像椭圆的面积，再结合高炉料面面积确定内窥镜个数为3个。

203：在如图2所示的高炉炉顶的小坡度斜面13上，选择正南方向的距离高炉炉顶小坡度斜面下端焊接处160mm处为第一个内窥镜的安装位置即图2所示的B点，再在同一平面上以120°为间隔，确定另外两个内窥镜的安装位置。

204：根据内窥镜镜头拍摄料面的理想距离1.2m，以及通过理论溜槽布料料流模型确定的安全区域，确定内窥镜镜头在高炉炉内所处的位置A点即离高炉料面7距离为1.2m，离高炉炉壁距离为1.15m。

205：根据图2所示的已经确定的A、B两点，确定定制的内窥镜在高炉内部的长度为2054mm，内窥镜的实际长度为2.5m，以及安装内窥镜时的斜插角度为39°，再按照此角度在已选开孔点进行开孔作业。

206：将所有内窥镜按照正面俯视料面的要求，逐一插入高炉炉内，当内窥镜插入高炉内的长度为2054mm停止插入。

207：分别同轴旋转各个内窥镜，同时启动内窥镜，实时观测获取的料面图像，当能够清晰获取高炉的整个料面图像时，停止同轴旋转操作，对各个内窥镜进行珐琅固定密封。

208：将数据采集单元和各个内窥镜连通，同时将数据采集单元和现场工业总线连通，完成图像采集系统的安装。

209：在高炉总控室配置一台与现场工业总线连通的上位机，并且在其上安装好计算机成像系统所需的相关软件后，完成整个平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统的安装和搭建工作。

本实施例平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统的应用，包括步骤：

启动上位机，接通内窥镜和数据采集单元的工作电源，开始工作；

内窥镜采集的料面图像通过数据采集单元传送给现场工业总线，现场工业总线根据传输协议将图像传送给上位机；

上位机将接收的图像信息利用计算机成像系统的图像处理单元，获取如图5所示的清晰的料面图像22、23、24；

料面图像22、23、24在计算机成像系统的图像重构单元的处理下获取高炉全料面图像25；

由上位机上计算机成像系统的图像显示单元将高炉全料面图像25实时显示在上位机的显示器上，完成整个工作流程。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种平行低光损背光高温内窥镜下的高炉全料面光学成像系统，其特征在于，包括：

图像采集系统，包括安装在高炉内的多个内窥镜，用于近距离采集高炉内料面不同角度的光学图像，将该光学图像转化为数字图像；

通信系统，与所述图像采集系统连接，用于将所述图像采集系统采集到的所述数字图像传输给计算机成像系统；

所述计算机成像系统，与所述通信系统连接，用于对所述数字图像进行处理、重构和显示。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机成像系统包括：图像处理单元、图像重构单元和图像显示单元。

3.一种如权利要求1所述的系统中图像采集系统的安装方法，其特征在于，包括：

获取高炉安装参数，包括：

建立下面的高炉炉顶布料料流轨迹理论模型：

$n={({(l_0\cos \mathrm{\β}-e\sin \mathrm{\β})}^2+2(l_0\cos \mathrm{\β}-e\sin \mathrm{\β})L_x+(1+\frac{4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{(l_0-e\tan \mathrm{\β})}^2}{C_1^2})L_x^2)}^{\frac{1}{2}}$

n为炉料落点堆尖位置距离高炉中心线的水平距离，上式中的炉料落点堆尖位置距溜槽末端在x轴方向的水平距离L_x和炉料离开溜槽末端的速度C₁由下面公式计算：

$L_x=\frac{1}{g}{C}_1^2{\sin }^2\mathrm{\α}({({\cot }^2\mathrm{\α}+\frac{2g}{C_1^2{\sin }^2\mathrm{\α}}(l_0(1-\cos \mathrm{\α})-e\sin \mathrm{\α}+h))}^{\frac{1}{2}}-\cot \mathrm{\α});$

$C_1={(2g(l_0-e\cot \mathrm{\α})(\cos \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α})+{4\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{(l_0-e\cot \mathrm{\α})}^2\sin \mathrm{\α}(\sin \mathrm{\α}+\mathrm{\μ}\cos \mathrm{\α}))}^{\frac{1}{2}};$

其中，l₀为溜槽长度；α为溜槽与垂直方向夹角；β为溜槽与水平方向夹角，即ω为溜槽布料的旋转转速；e为溜槽倾动距；μ为溜槽滑动摩擦系数；g为重力加速度；h为是炉料落程，溜槽末端到堆尖的距离；C₁为炉料在溜槽末端的速度；L_x为炉料落点堆尖位置距溜槽末端在x轴方向的水平距离；

根据上面的溜槽布料料流理论模型，获得炉料落程h和炉料堆尖位置距离高炉中心线的水平距离n之间的函数关系曲线，即获得溜槽布料的料流轨迹曲线，再根据实际高炉溜槽的工艺参数和上面的溜槽布料料流理论模型，获得溜槽布料的最外料流轨迹曲线；

根据所述高炉安装参数确定高炉炉顶检测设备的安装开孔点以及内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置，以使内窥镜的镜头在高炉炉内的安装位置处于所述最外料流轨迹曲线的外面；

根据所述开孔点和所述内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置，确定所述内窥镜的实际长度和安装内窥镜时的斜插角度，从而确定在所述开孔点的开孔方向；

根据所述斜插角度将所述内窥镜插入高炉炉内，当所述内窥镜的镜头达到所述内窥镜的镜头在高炉炉内所处位置时停止插入。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高炉安装参数包括：高炉的料面圆面半径和选定的所述内窥镜的镜头的视场角、视向角以及拍摄料面的距离；

所述高炉安装参数还包括：根据所述内窥镜的镜头的视场角、视向角和所述拍摄料面的距离确定的所述内窥镜正面俯视料面时对应的取像椭圆的面积，以及根据所述取像椭圆的面积确定的所述内窥镜的个数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拍摄料面的距离为1m～1.5m。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，高炉中的溜槽布料器的炉料最外落点位置距离高炉中心线的水平距离小于所述高炉内内窥镜的镜头距离高炉中心线的水平距离。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述安装方法还包括同轴旋转操作，用于对所述内窥镜进行同轴旋转，调整其取像面积和取像位置，且同轴旋转的幅度小于等于90度。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内窥镜均安装在高炉炉顶的同一平面的圆面上。