CN107489420A - 无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法，所述系统包括网络摄像机，硬盘录像机，图像数据传输系统，远程终端处理平台；实现了实时监测放矿过程中矿岩块度分布的变化，同时该系统采用图像传感器获取数字图像，图像数据存储在硬盘录像机里，经光纤通信和互联网将数字信号传输到实验中心控制室供远程终端处理平台进行数据处理与分析，降低了人为因素对块度分布结果的影响以及对现场生产的干扰，极大地提高了分析统计结果的可靠性。该系统记录和监测整个放矿过程，实时采集相关数据，经远程终端处理平台图像处理系统，使放矿过程块度分布数据实时化，方便进行分析与总结。
Description
技术领域
本发明涉及地下金属矿山无底柱分段崩落法采矿技术领域，特别涉及一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法。
背景技术
无底柱分段崩落采矿法因开采强度大，生产安全等众多优点，目前在国内外金属矿山广泛应用。矿岩块度分布是影响放矿效率的主要因素，因此充分认识并统计出出矿过程中块度分布的变化规律，对于爆破参数设计和优化，衡量爆破效果，以及出矿规律的研究具有重要的意义。
矿岩块度分布检测技术经过长期的研究与发展，先后出现了筛分法、二次爆破统计法、爆破直接测量法、不合格大块计数法等直接测试方法和相关数据测量法、经验公式法、摄影测量法等间接测试方法。它们能够在一定程度上对爆堆块度分布进行定量的评价，但都存在着一定的缺陷。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法，将传统的块度分布检测技术与传感器技术，互联网通讯技术以及计算机技术等相结合，实现了实时监测放矿过程中矿岩块度分布的变化，同时该系统采用图像传感器获取数字图像，图像数据存储在硬盘录像机里，经光纤通信和互联网将数字信号传输到实验中心控制室供远程终端处理平台进行数据处理与分析，降低了人为因素对块度分布结果的影响以及对现场生产的干扰，极大地提高了分析统计结果的可靠性。该系统记录和监测整个放矿过程，实时采集相关数据，经远程终端处理平台图像处理系统，使放矿过程块度分布数据实时化，方便进行分析与总结。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，包括网络摄像机，硬盘录像机，图像数据传输系统，远程终端处理平台；所述图像数据传输系统包括光纤收发器、无线网桥和网络交换机。
网络摄像机通过图像数据传输系统与硬盘录像机相连，网络摄像机与硬盘录像机具有相同的数据接口和兼容协议，硬盘录像机与远程终端处理平台通过有线宽带Internet网络连接，网络摄像机，硬盘录像机，光纤收发器和无线网桥安置在放矿现场。
所述硬盘录像机控制网络摄像机的快门自动获取监测区域图像；同时设置网络摄像机拍摄的时间间隔，随着矿石挖掘与装载工作的进行，摄像机以一定的时间间隔连续对爆堆表面进行拍摄，并以图片的形式存储在硬盘录像机里。
所述网络摄像机采集数据的角度和位置根据矿岩块度分布的监测要求确定，网络摄像机通过支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面的巷道顶部。
所述硬盘录像机通过访问远程终端处理平台的固定IP进行传输连接。在硬盘录像机中设置固定IP地址，端口以及密码，在远程终端处理平台中设置静态IP地址和客户端设备端口，并利用Internet网络，将图像数据传送给远程终端处理平台，实现图像数据的远程传输。
所述远程终端处理平台中包括图像数据采集模块；图像处理分析模块；数据储存与管理模块；分析结果显示模块。
一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的数据采集及图像处理方法，是基于LabView编程的方法，包括如下步骤：
步骤一、通过函数IMAQ ReadFile获取采集到的图像；
步骤二、用函数IMAQ Creat为图像创建临时内存位置；
步骤三、函数IMAQdx Grab2负责将将最新的帧获取到Image Out中；
步骤四、利用函数IMAQ Extract Single Color Plane将彩色图像转化为灰度图像；
步骤五、利用函数IMAQ Write File 2将图像以所选格式写入文件，该函数有许多数据接口，其中包括调色板，文件夹路径，以及图片分辨率等，路径的设置是可以指定的，将处理分析后的图片存储在指定的路径，图片的相对路径以日期以及时间命名。在IMAQWrite File 2与IMAQ Extract Single Color Plane之间，设置一个子VI，负责图像分析，寻找图像边缘，以及显示分析结果；
步骤六、利用IMAQ Extract Curves VI对要寻找的曲线特征进行限定，该VI有一个曲线参数的接口，可以对要寻找的曲线特征进行限定，包括提取模式，边缘阈值，边缘滤波器尺寸，最小长度，行列搜索步长以及最大终点差距；设定不同的曲线参数，经过IMAQExtract Curves VI处理之后，会得到不同的曲线边缘，因此合理选择曲线参数是极其重要的；
步骤七、原始图像经过IMAQ Extract Curves VI分析处理之后，用Curves to XYGraph将检测到的封闭曲线显示到二维平面直角坐标上，进而计算其包围的面积。
所述的步骤三中，IMAQdx Grab2将图像转化为灰度图像并进行滤波，使图像边缘更加清晰。
所述的步骤六、七中，要寻找的曲线特征为图像中的封闭曲线，并计算其二维平面中包围的面积，为更真实准确地对矿岩块度分布进行描述，在岩块的一维或二维尺寸与其体积的定量统计关系确定之后，也可将图像分析结果转换成以体积为块度特征量的体积块度分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法，将传统的块度分布检测技术与传感器技术，互联网通讯技术以及计算机技术等相结合，实现了实时监测放矿过程中矿岩块度分布的变化。
2、本发明的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法，采用图像传感器获取数字图像，图像数据存储在硬盘录像机里，经光纤通信和互联网将数字信号传输到实验中心控制室供远程终端处理平台进行数据处理与分析，降低了人为因素对块度分布结果的影响以及对现场生产的干扰，极大地提高了分析统计结果的可靠性。
3、本发明的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统及方法，记录和监测整个放矿过程，实时采集相关数据，经远程终端处理平台图像处理系统，使放矿过程块度分布数据实时化，方便进行分析与总结。
附图说明
图1为本发明的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统整体架构图；
图2为视觉系统控制器背面图；
图3为视觉系统控制器正面图；
图4为网络摄像机；
图5为硬盘录像机物理接口示意图；
图6为图像采集系统和数据存储系统；
图7为图像数据传输系统；
图8为远程终端处理平台；
图9为图像数据采集与存储管理模块；
图10为图像数据处理分析与分析结果显示模块。
其中：1-GigE Vision端口 2-10/100/1000以太网端口 3-USB 2.0端口 4-RJ-45串口 5-数字I/O端口 6-VGA连接器 7-LED显示灯 8-电源插口 9-摄像机支架 10-以太网接口 11-LAN以太网口 12-音频输出 13-语音对讲输入 14-HDMI高清接口 15-VGA接口16-USB接口 17-eSATA接口 18-报警输入输出以及RS-485串行接口 19-电源输入 20-电源开关 21-RS-232串行接口 22-边缘检测子VI I-网络摄像机II-硬盘录像机 III-为网络交换机 IV-光纤收发器 V-无线网桥 VI-视觉系统控制器 VII-大屏控制设备 VIII-远程终端服务器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，包括网络摄像机，硬盘录像机，图像数据传输系统，远程终端处理平台；所述图像数据传输系统包括光纤收发器、无线网桥和网络交换机。
网络摄像机通过图像数据传输系统与硬盘录像机相连，网络摄像机与硬盘录像机具有相同的数据接口和兼容协议，硬盘录像机与远程终端处理平台通过有线宽带Internet网络连接，网络摄像机，硬盘录像机，光纤收发器和无线网桥安置在放矿现场。
所述硬盘录像机控制网络摄像机的快门自动获取监测区域图像；同时设置网络摄像机拍摄的时间间隔，随着矿石挖掘与装载工作的进行，摄像机以一定的时间间隔连续对爆堆表面进行拍摄，并以图片的形式存储在硬盘录像机里。
所述网络摄像机采集数据的角度和位置根据矿岩块度分布的监测要求确定，网络摄像机通过支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面的巷道顶部。
所述硬盘录像机通过访问远程终端处理平台的固定IP进行传输连接。在硬盘录像机中设置固定IP地址，端口以及密码，在远程终端处理平台中设置静态IP地址和客户端设备端口，并利用Internet网络，将图像数据传送给远程终端处理平台，实现图像数据的远程传输。
如图4-6所示，网络摄像机I采用海康威视DS-FB4024产品，具有防爆功能以及较高的分辨率，硬盘录像机II采用海康威视DS-8608N-I8产品，该产品能够保证网络摄像机I以一定的时间间隔对爆堆表面进行拍摄，并以图片的形式存储在硬盘录像机II里，网络摄像机I与硬盘录像机II具有相同的数据接口和兼容协议。
如图4、5所示，网络摄像机I的以太网接口(图4中的10)与硬盘录像机II的LAN以太网网口(图5中的11)通过图像数据传输系统相连。
如图7所示，图像数据传输系统是用来联通图像采集系统、数据存储系统以及远程终端处理平台的，主要包括交换机(DS-3D214F)(图7中的III)，光纤收发器(DS-3D201R-A(FC))(图7中的IV)和无线网桥(DS-3WF03A)(图7中的V)，辅助部分还包括光纤光缆以及Internet网络。
如图8所示，远程数据处理平台主要由视觉系统控制器(图8中的VI)，大屏控制设备(图8中的VII)和远程终端服务器(图8中的VIII)组成，其中远程终端服务器采用海康威视DS-VE2208C-BBC产品，该服务器是基于Intel最新的Grantey平台开发的一款高性能双路服务器，全模块化设计，按需配置，具有较强的可靠和可用性。大屏控制设备用来显示采集到的图像信息以及图像处理后的统计结果。
如图2-3所示，视觉系统控制器选用NI CVS1457RT，其内嵌可靠的实时操作系统，能够保证图片数据的实时传输与处理，远程终端服务器与大屏控制设备通过VGA线相连，与视觉系统控制器通过双绞线连接。远程终端处理平台内嵌图像数据采集模块，图像处理分析模块，数据储存与管理模块，分析结果显示模块。这些模块之间的数据接口和数据格式都是兼容的。
一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的安装调试，包括以下步骤：
步骤一、根据矿岩块度分布的监测要求，确定网络摄像机(图6中I)采集数据的角度和位置，之后将网络摄像机通过支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面的巷道顶部。
步骤二、网络摄像机与图像数据传输系统中的光纤发送器(图7中IV1)相连，光纤发送器IV1和光纤接收器IV2之间由单模光缆连接，光纤接收器IV2安装在斜坡道末端与井口的衔接处，此处距离井口有200米的无遮挡直线距离，可以使用无线传输代替光缆传输，光纤接收器IV2通过超六类双绞线连接无线网桥V1，无线网桥V2安装在井口位置，并通过超六类双绞线连接井口处的光纤发送器IV3，光纤发送器IV3经由光缆连接光纤接收器IV4，将数据传送至井口具有互联网的地点，同时光纤接收器IV4将光电信号转化为数字信号传送给此处的交换机(图7中III)，交换机通过超六类双绞线连接互联网，将图像数据传送到互联网。
步骤三、数据存储系统通过超六类双绞线与交换机相连，在硬盘录像机(图6中的II)中进行第一次原始数据存储。利用硬盘录像机设置网络摄像机的快门速度和分辨率，结合放矿过程块度分布变化的实际情况以及图片数据处理、传输时间，设置网络录像机的拍摄时间间隔为15s，图像分辨率为1920×1440。
步骤四、远程终端处理平台(图8)安放在实验室，远程终端服务器VIII分别与视觉系统控制器VI和大屏控制设备VII相连，并给实验室申请静态IP网络。之后在远程终端服务器中设置静态IP地址和客户端设备端口，在硬盘录像机中选择远程终端处理平台的IP地址和端口，利用Internet网络，就可以将数据存储系统中的图像数据传送给远程终端处理平台，实现图像数据的远程传输。
步骤五、利用远程终端处理平台获取的图像对爆堆表面进行监测，同时检测矿岩块度分布。
所述远程终端处理平台中包括图像数据采集模块；图像处理分析模块；数据储存与管理模块；分析结果显示模块。
本系统的图像处理分析等是基于LabView进行编程的，LabView使用的是图形化编辑语言G编写程序，广泛应用于测量，控制，仿真等领域，其中包括编程，测量I/O，仪器I/O，视觉与运动，数字，信号处理，数据通信，控制仿真等函数，其中视觉与运动函数广泛应用于图像处理，包括图像数据的获取，分析，储存等。
下面结合附图对利用LabView视觉与运动函数对块度分布检测过程进行详细说明：
如图9所示，一种无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的数据采集及图像处理方法，包括如下步骤：
步骤一、通过函数IMAQ ReadFile获取采集到的图像；
步骤二、用函数IMAQ Creat为图像创建临时内存位置；
步骤三、函数IMAQdx Grab2负责将将最新的帧获取到Image Out中；
步骤四、利用函数IMAQ Extract Single Color Plane将彩色图像转化为灰度图像；
步骤五、利用函数IMAQ Write File 2将图像以所选格式写入文件，该函数有许多数据接口，其中包括调色板，文件夹路径，以及图片分辨率等，路径的设置是可以指定的，将处理分析后的图片存储在指定的路径，图片的相对路径以日期以及时间命名。在IMAQWrite File 2与IMAQ Extract Single Color Plane之间，设置一个子VI(图8中的22)，该子VI即为(图10)所示的程序框图，负责图像分析，寻找图像边缘，以及显示分析结果；
步骤六、利用IMAQ Extract Curves VI对要寻找的曲线特征进行限定，该VI有一个曲线参数的接口，可以对要寻找的曲线特征进行限定，包括提取模式，边缘阈值，边缘滤波器尺寸，最小长度，行列搜索步长以及最大终点差距；设定不同的曲线参数，经过IMAQExtract Curves VI处理之后，会得到不同的曲线边缘，因此合理选择曲线参数是极其重要的；
步骤七、原始图像经过IMAQ Extract Curves VI分析处理之后，用Curves to XYGraph将检测到的封闭曲线显示到二维平面直角坐标上，进而计算其包围的面积。
所述的步骤三中，IMAQdx Grab2将图像转化为灰度图像并进行滤波，使图像边缘更加清晰。
所述的步骤六、七中，要寻找的曲线特征为图像中的封闭曲线，并计算其二维平面中包围的面积，为更真实准确地对矿岩块度分布进行描述，在岩块的一维或二维尺寸与其体积的定量统计关系确定之后，也可将图像分析结果转换成以体积为块度特征量的体积块度分布。
传统的边缘检测方法有对像素点进行算子带入，如Roberts Cross算子、Prewitt算子、Sobel算子、Canny算子等，数学形态学下的开闭运算，以及图像二值化之后的阈值处理等，由于这些方法是基于像素点进行边缘寻找，处理一副图像的计算工作量大，耗时时间长，为了能够实时检测矿岩图像边缘，必须寻找一种工作效率高的检测方法，矿岩边缘以及重叠部分在平面图像上实则是一条闭合曲线，因此，在对图像进行高通滤波使之边缘清晰的情况下，可以采用寻找矿岩图像上封闭曲线的方法来确定图像边缘，此方法方便快捷。LabView提供了一种寻找封闭曲线的VI，即IMAQ Extract Curves VI，该VI有一个曲线参数的接口，可以对要寻找的曲线特征进行限定，包括提取模式，边缘阈值，边缘滤波器尺寸，最小长度，行列搜索步长以及最大终点差距。设定不同的曲线参数，经过IMAQ ExtractCurves VI处理之后，会得到不同的曲线(边缘)，因此合理选择曲线参数是极其重要的。如图10所示，原始图像经过IMAQ Extract Curves VI分析处理之后，将检测到的封闭曲线显示到二维平面直角坐标上，进而计算其包围的面积。
从直观上讲，由于岩块属于三维实体，因而以其体积作为衡量块度的标准几何特征参量最为理想。实验检验的结果证明，岩块投影的面积在统计意义上与岩块的体积有着十分良好的线性相关关系，因而采用图像处理的方法，以岩石碎块平面投影尺寸来反映其块度的大小和分布，是具有充分的理论根据的。当然，为更真实准确地对矿岩块度分布进行描述，在岩块的一维或二维尺寸与其体积的定量统计关系确定之后，也可将图像分析结果转换成以体积为块度特征量的体积块度分布。
本系统中，由远程终端处理平台对爆堆图像进行分析处理，得出面积分布，进一步，得出以面积为块度特征量的矿岩块度分布。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (8)
1.无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，其特征在于，包括网络摄像机，硬盘录像机，图像数据传输系统，远程终端处理平台；所述图像数据传输系统包括光纤收发器、无线网桥和网络交换机；
网络摄像机通过图像数据传输系统与硬盘录像机相连，网络摄像机与硬盘录像机具有相同的数据接口和兼容协议，硬盘录像机与远程终端处理平台通过有线宽带Internet网络连接，网络摄像机，硬盘录像机，光纤收发器和无线网桥安置在放矿现场。
2.根据权利要求1所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，其特征在于，所述硬盘录像机控制网络摄像机的快门自动获取监测区域图像；同时设置网络摄像机拍摄的时间间隔，随着矿石挖掘与装载工作的进行，摄像机以一定的时间间隔连续对爆堆表面进行拍摄，并以图片的形式存储在硬盘录像机里。
3.根据权利要求1所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，其特征在于，所述网络摄像机采集数据的角度和位置根据矿岩块度分布的监测要求确定，网络摄像机通过支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面的巷道顶部。
4.根据权利要求1所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，其特征在于，所述硬盘录像机通过访问远程终端处理平台的固定IP进行传输连接，在硬盘录像机中设置固定IP地址，端口以及密码，在远程终端处理平台中设置静态IP地址和客户端设备端口，并利用Internet网络，将图像数据传送给远程终端处理平台，实现图像数据的远程传输。
5.根据权利要求1所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统，其特征在于，所述远程终端处理平台中包括图像数据采集模块；图像处理分析模块；数据储存与管理模块；分析结果显示模块。
6.无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的数据采集及图像处理方法，是基于LabView编程的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过函数IMAQ ReadFile获取采集到的图像；
步骤二、用函数IMAQ Creat为图像创建临时内存位置；
步骤三、函数IMAQdx Grab2负责将将最新的帧获取到Image Out中；
步骤四、利用函数IMAQ Extract Single Color Plane将彩色图像转化为灰度图像；
步骤五、利用函数IMAQ Write File 2将图像以所选格式写入文件，该函数有许多数据接口，其中包括调色板，文件夹路径，以及图片分辨率等，路径的设置是可以指定的，将处理分析后的图片存储在指定的路径，图片的相对路径以日期以及时间命名，在IMAQ WriteFile 2与IMAQ Extract Single Color Plane之间，设置一个子VI，负责图像分析，寻找图像边缘，以及显示分析结果；
步骤六、利用IMAQ Extract Curves VI对要寻找的曲线特征进行限定，该VI有一个曲线参数的接口，可以对要寻找的曲线特征进行限定，包括提取模式，边缘阈值，边缘滤波器尺寸，最小长度，行列搜索步长以及最大终点差距；设定不同的曲线参数，经过IMAQExtract Curves VI处理之后，会得到不同的曲线边缘，因此合理选择曲线参数是极其重要的；
步骤七、原始图像经过IMAQ Extract Curves VI分析处理之后，用Curves to XYGraph将检测到的封闭曲线显示到二维平面直角坐标上，进而计算其包围的面积。
7.根据权利要求6所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的数据采集及图像处理方法，其特征在于，所述的步骤三中，IMAQdx Grab2将图像转化为灰度图像并进行滤波，使图像边缘更加清晰。
8.根据权利要求6所述的无底柱分段崩落法矿岩块度分布远程实时监测系统的数据采集及图像处理方法，其特征在于，所述的步骤六、七中，要寻找的曲线特征为图像中的封闭曲线，并计算其二维平面中包围的面积，为更真实准确地对矿岩块度分布进行描述，在岩块的一维或二维尺寸与其体积的定量统计关系确定之后，也可将图像分析结果转换成以体积为块度特征量的体积块度分布。
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