CN107680075A - 一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统及方法，所述系统包括前端传感器模块、传输系统模块、数据存储与处理系统模块。所述前端传感器模块连续不断的采集出矿过程中的铲取频率，经由数据传输模块传输至互联网，数据存储与处理系统模块经由互联网接收数据后进行快速的存储分析，实现对地下矿出矿过程及效果远程实时的调控。能够大量采集出矿过程视频，并分析出矿过程中出矿设备每次的铲装时间、每段工作时间内的铲装总量。此系统能够在收集到数据后进行远程实时的处理分析，计算出出矿设备的铲取频率、车数等，衡量出矿效果的好坏，结合施工工艺参数最终为优化采矿工艺参数提供依据。

Description

一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统及方法

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出矿效果远程实时监测系统及方法。

背景技术

随着国民经济的持续增长，人类对矿物产品的需求量逐步增大，矿产资源的开采量也也随之增加。然而，矿产资源是不可再生的珍贵资源，其高效地开采利用是当前采矿业的必由之路。现阶段虽然露天矿山矿物资源的开采量仍然占据采矿业的绝大部分比例，但是未来地下矿将逐渐取代露天矿的重要地位，因此对地下矿山的开采尤其是无底柱分段崩落法的监测和掌控是十分重要的。这为采矿工艺参数的优化提供了科学的依据，对于降低矿石损失贫化，实行矿山科学化管理，提高矿山经济效益具有重要意义。

为了进一步研究出矿设备的铲取频率、车数等出矿效果，有效地降低矿石损失贫化，最终为优化采矿技术参数提供科学的理论指导，我们需要一种能够大量采集、分析出矿过程中出矿设备每次的铲装时间、每段工作时间内的铲装总量的系统。此系统能够在收集到数据后进行远程实时的处理分析，计算出出矿设备的铲取频率、车数等，衡量出矿效果的好坏，结合施工工艺参数最终为优化采矿工艺参数提供依据。

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出矿效果远程实时监测系统及方法，能够大量采集出矿过程视频，并分析出矿过程中出矿设备每次的铲装时间、每段工作时间内的铲装总量。此系统能够在收集到数据后进行远程实时的处理分析，，通过视频图像处理及分析方法计算出出矿设备的铲取频率、车数等，衡量出矿效果的好坏，结合施工工艺参数最终为优化采矿工艺参数提供依据。

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出矿效果远程实时监测系统，包括前端传感器模块、传输系统模块、数据存储与处理系统模块。

所述前端传感器模块由防爆视频采集传感器、合金支架和防爆补光灯组成。

所述传输系统模块由网络硬盘录像机、交换机、光纤收发器、无线网桥、光缆、超六类网线组成。

所述数据存储与处理系统模块由服务器、监视器、可视化应用管理平台软件和自主编辑数据抓取分析软件组成。

所述前端传感器模块连续不断的采集出矿过程中的铲取频率，经由数据传输模块传输至互联网，数据存储与处理系统模块经由互联网接收数据后进行快速的存储分析，实现对地下矿出矿过程及效果远程实时的调控。

所述前端传感器模块中，防爆视频采集传感器和补光灯通过合金支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面巷道壁上的合适位置。

所述防爆视频采集传感器为防爆摄像机，其和防爆补光灯自带有线路防爆管装置，能够确保供电线路和数据输出线路不受地下矿日常爆破工作的影响，实现视频数据的不间断采集和转换。

一种无底柱分段崩落法出矿效果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、网络硬盘录像机内部系统采用高斯模型采集到的图像进行建模，获得初始背景模型；

步骤二、视频采集传感器开始采集视频数据，同时网络硬盘录像机开始进行监测识别记录工作。网络硬盘录像机识别到监测区域有物体移动时，利用背景差分法对画面进行差分比对，对差分后的结果分析计算，若结果符合出矿设备的判定原则，则视为有效数据进行记录，此数据将会被传输至下一模块进行处理；若计算结果不符合出矿设备的判定原则，则视为无效数据不进行记录，每次判定结束，防爆视频采集传感器开始新一轮的信息采集；

步骤三、当前端传感器模块采集到有效数据时，通过传输系统模块连接互联网，最终将数据上传至数据存储与处理系统模块；

步骤四、数据存储与处理系统模块的服务器通过互联网接收信息后交由可视化应用管理平台软件进行初步的转换分类存储，把互联网传输的数字化信息解码转化，筛分出视频数据和出矿设备进出记录进行原始备份存储；

步骤五、根据铲装设备驶出工作面的时刻和进入工作面的时刻做差，计算出出矿设备的铲取间隔时间，将出矿设备的铲取间隔时间汇总，分析其变化规律，并将每天出矿设备的工作情况进行系统化的分析统计。

所述步骤二中的出矿设备的判定原则为：设定出矿设备像素点为M(x，y，t)，因为出矿设备形状及尺寸比较独特，在相同环境中没有其他干扰源与其相似，因此在运行至监控区域范围内，投影像素点集成的形状S与出矿设备相似度差异在±α以内，像素点的差异在±δ的范围内，即可判定为出矿设备；在确定有物体经过监测区域时，对经过物体的判别为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，远程实时地监测无底柱分段崩落法的出矿效果；替代了人工计量车数等落后的生产方法，填补了地下矿山放矿过程中无法自动计量出矿设备铲出车数的空白，有效地提高了生产效率，节约了大量人力资源的投入，节省了生产成本；

2、本发明的一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，采可以实时地统计出铲装车辆的铲装次数、铲装间隔时间、铲取频率，结合出矿设备满斗系数、单车载重、铲出旷矿石容重变化等数据，有效地降低出矿过程造成的贫化损失；

3、本发明的一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，结合爆破施工工艺参数为爆破参数优化提供比对衡量的依据；

4、整个系统实现了实时监测地下矿放矿工作的生产过程，弥补了以前科技对地下矿生产监测不到的不足。

附图说明

图1为本监测系统具体安装位置结构图；

图2为本监测系统的构造图；

图3-5为前端传感器模块的视频采集传感器的三视图；

图6-7为前端传感器模块的补光灯的主视图和侧视图；

图8-9为前端传感器模块的合金支架的主视图和侧视图；

图10-11为传输系统模块的交换机的主视图和侧视图；

图12-13为传输系统模块的网络硬盘录像机的主视图和侧视图；

图14-15为传输系统模块的光纤收发器的主视图和侧视图；

图16-17为本传输系统模块的无线网桥的主视图和侧视图；

图18-19为数据存储与处理系统模块的服务器的主视图和后视图；

图20-21为数据存储与处理系统模块的显示装置的主视图和后视图；

图22为本监测系统的逻辑运行图；

图23为本监测系统背景差分法的基本逻辑图；

图24为本监测系统背景差分法选取的背景模型图像的象素点图；

图25为本监测系统背景差分法的出矿设备图像的像素点图。

其中，1-前端传感器模块 2-传输系统模块 3-数据存储与处理系统模块 4-视频采集传感器 5-补光灯 6-防爆辅料 7-网络硬盘录像机 8-交换机 9-光纤发送器10-无线网桥 11-光纤接收器 12-超六类双绞线 13-光缆 14-互联网 15-服务器16-控制显示器17-视频采集传感器镜头 18-视频采集传感器防爆护罩 19-补光灯镜头 20-补光灯支架21-合金支架嵌入板 22-合金支架底座 23-双绞线 RJ-45接口24-交换机电源接口 25-交换机电源指示灯 26-USB3.0接口 27-网络硬盘录像机电源插口 28-录像机双绞线 RJ-45接口 29-RS232接口 30-录像机电源插口 31-VGA接口32-光模块插口 33-光纤收发器电源接口 34-光纤收发器双绞线 RJ-45接口 35-无线网桥电源接口 36-USB插口 37-音频输出接口 38-音频输入接口 39-服务器电源键40-硬盘矩阵接口 41-服务器电源接口 42-PS/2接口 43-VGA接口 44-打印机并口45-服务器双绞线 RJ-45接口 46-显示屏 47-显示器底座 48-显示器电源接口49-VGA接口 50-崩落体 51-出矿凿岩进路 52-竖井。

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1-2所示，一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，包括前端传感器模块1、传输系统模块2、数据存储与处理系统模块3。

所述前端传感器模块1由防爆视频采集传感器4、合金支架和防爆补光灯5组成。

所述传输系统模块2由网络硬盘录像机7、交换机8、光纤收发器9和11、无线网桥10、光缆13、超六类网线12组成。

所述数据存储与处理系统模块3由服务器15、监视器16、可视化应用管理平台软件和自主编辑数据抓取分析软件组成。

所述前端传感器模块1连续不断的采集出矿过程中的铲取频率，经由数据传输模块2传输至互联网14，数据存储与处理系统模块3经由互联网14接收数据后进行快速的存储分析，实现对地下矿出矿过程及效果远程实时的调控。

所述前端传感器模块1中，防爆视频采集传感器4和补光灯4通过合金支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面巷道壁上的合适位置。

所述防爆视频采集传感器4为防爆摄像机，其和防爆补光灯4自带有线路防爆管装置，能够确保供电线路和数据输出线路不受地下矿日常爆破工作的影响，实现视频数据的不间断采集和转换。

本发明的监测系统的具体安装位置如图1所示，安装地点分为三部分：

(1)第一部分是无底柱分段崩落法靠近爆破现场的回采进路，此处光线照明不足、爆破震动较大,铲装车辆来回往返会造成和那的噪声和灰尘，在此处主要安装前端传感器模块；

(2)第二部分是无底柱分段崩落法回采进路至井口具有互联网环境的地点之间的这一地段。传输系统模块将在此处安装。这一地段情况较为复杂，其中包括斜坡道、斜坡道末端至、井口至具有互联网环境的地段。斜坡道全程长达700m，在临近井口井口的衔接地段是长达200m的无遮挡直线地段，井口至具有互联网环境的地段有效距离在300m左右。在斜坡道安装设备时要紧贴巷道壁，防止车辆剐蹭对系统设备造成损伤；

(3)第三部分是放置数据存储与处理系统模块的实验室或者监测室，这一地点要求有良好的互联网环境。

如图2-9所示，所述前端传感器模块1由防爆视频采集传感器4、合金支架和防爆补光灯5组成。防爆视频采集传感器4(图3-5)和补光灯5(图4-7)通过合金支架(图8-9)固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面的巷道壁上合适位置，以确保防爆视频采集传感器采集数据的角度和位置符合工作要求。在防爆视频采集传感器4和补光灯5的尾部连接防爆辅料，其管壁内部保护的是和井下供电系统连接的电缆以及和传输系统模块相连接的超六类双绞线。井下电力系统给防爆视频采集传感器4和补光灯5供电之后，前端传感器模块1开始工作，并将采集到的信息通过传感器尾部的超六类双绞线12传送给传输系统模块2。

如图2、10-17所示，所述传输系统模块2由交换机8、光纤收发器9和11、无线网桥10、光缆13、超六类网线12、网络硬盘NVR、互联网等组成。前端传感器模块1经由超六类双绞线12与传输系统模块2中的交换机8相连接。交换机8接收到数据信息后通过超六类双绞线12传送给光纤发送器G1。光纤发送器G1和光纤接收器G2之间由单模光缆连接，G1接收到数据后将数字信息转换为光电信息传送给G2。光纤接收器G2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G2通过超六类双绞线连接无线网桥Q1将光电信息传送给无线网桥Q2。无线网桥Q2安装在井口位置，并通过超六类双绞线12连接井口处的光纤发送器G3，光纤发送器G3经由光缆连接光纤接收器G4，将数据传送至井口具有互联网14的地点，同时光纤接收器G4将光电信号转化为数字信号传送给此处的交换机8，交换机8通过超六类双绞线12连接互联网14和网络硬盘NVR 7，将数据创送至互联网14，并在网络硬盘NVR7中进行第一次原始数据存储。

如图18-21所示，所述数据存储与处理系统模块3包括硬件和软件部分，硬件部分由内置大容量存储硬盘的服务器15和监视器16组成。软件部分为可视化应用管理平台软件和自主编辑数据抓取分析软件组成。服务器15通过互联网14接收到前端传感器1采集到的信息，交由系统内的软件进行处理分析存储，并以一定形式通过监视器16显示出来。

如图22所示，系统的具体工作流程如下：

(1)前端传感器1准备工作检测：

当系统各部分正确连接并启动之后，前端传感器模块1会自动进行侦测，以便于检测采集角度和周围工作环境光线是否合适开始工作。

状态一、取景角度合适，焦距远近合适，补光灯5光照充足，防爆视频采集传感器4镜头17无遮挡，前端传感器模块1开始工作；

状态二、若取景角度有偏差，无法聚焦，防爆视频采集传感器4会进行校正角度，调整焦距，并调节取景模式以适应工作环境；

状态三、若遇到状态二问题无法解决，或者镜头17前有遮挡无法取景，系统内部预警装置会发出预警信息提示系统运行故障，需人工辅助检测清理故障。

(2)数据采集及图像处理与判断，当系统各部分监测无故障时，系统开始正常工作，前端传感器模块1开始信息采集。包括如下步骤：

步骤一、网络硬盘录像机7内部系统采用高斯模型采集到的图像进行建模，获得初始背景模型；

步骤二、视频采集传感器4开始采集视频数据，同时网络硬盘录像机7开始进行监测识别记录工作。网络硬盘录像机7识别到监测区域有物体移动时，利用背景差分法对画面进行差分比对，对差分后的结果分析计算，若结果符合出矿设备的判定原则，则视为有效数据进行记录，此数据将会被传输至下一模块进行处理；若计算结果不符合出矿设备的判定原则，则视为无效数据不进行记录，每次判定结束，防爆视频采集传感器4开始新一轮的信息采集；

如图23所示，背景差分法的基本思想是利用背景的参数模型来近似背景图像的像素值，将当前帧与背景图像对应象素点的灰度差进行差分比较实现对运动区域的检测。

如果当前图像的象素点和背景图像的象素点(如图24所示)灰度值差别很大，大于系统设定阈值就认为监测区域有物体通过。反之，如果当前图像的象素点和背景图像的象素点灰度值差别较小，在一定范围内小于阈值，我们就认为此象素点为背景象素点。初步判定原理如下：

如不考虑噪音n(x，y，t)的影响，视频帧图像I(x，y，t)可以看作是由背景图像b(x，y，t)和运动目标m(x，y，t)组成：

I(x,y,t)＝b(x,y,t)+m(x,y,t) (2-1)

由式(2-1)可得运动目标m(x，y，t)：

m(x,y,t)＝I(x,y,t)-b(x,y,t) (2-2)

而在实际中，由于噪音的影响，式(2-2)得到的结果不是真正的运动目标，而是由运动目标区域和噪音组成的差分图像d(x，y，t)，即：

d(x,y,t)＝I(x,y,t)-b(x,y,t)+n(x,y,t) (2-3)

得到运动目标需要依据某一判断原则进一步处理，最常用的方法为阈值分割的方法：

式中T为一阈值。

为了减少人员等干扰源对检测结果的干扰，分辨通过物体是否为出矿设备，系统模块会对经过监测区域的物体进一步判别。

所述的出矿设备的判定原则为：设定出矿设备像素点为M(x，y，t)(如图25所示)。因为出矿设备形状及尺寸比较独特，在相同环境中没有其他干扰源与其相似，因此在运行至监控区域范围内，投影像素点集成的形状S与出矿设备相似度差异在±α以内，像素点的差异在±δ的范围内，即可判定为出矿设备。因此在确定有物体经过监测区域时，对经过物体的判别为：

步骤三、当前端传感器模块1采集到有效数据时，通过传输系统模块2连接互联网14，最终将数据上传至数据存储与处理系统模块3；

传输系统模块2中的网络硬盘录像机7接收原始的视频数据进行一级存储并对视频数据实时解码识别。原始视频数据经过网络硬盘录像机7的解码识别后会筛选出铲装设备经过监测区域的一系列信息，进行下一步处理。处理后的数据经由网络硬盘录像机7编写成SQL语言指令传输至光纤交换机和无线网桥10最终连接至互联网14，最终数据上传至数据存储与处理系统模块3中的数据库。在SQL语言指令上传至互联网14的同时，原始的视频数据也会选择性上传至互联网14(选择性是指，数据存储与处理系统模块终端需要看到那一部分原始视频数据时，便发出相应的访问请求，网络硬盘录像机7会将请求访问的这一部分原始视频数据传输至相应的传输设备，直至上传至互联网14)在传输过程中，网络硬盘录像机7会将需要上传的数据信息由视频数据或者SQL语言指令传输给光纤收发器9，光纤收发器9和11将视频数据或者SQL语言指令转换成光电信息经由光纤收发器和无线网桥传10输给直接连接互联网14的光纤收发器11。直接连接互联网14的光纤收发器11接收光电信息后转换成数字信息至互联网。

步骤四、数据存储与处理系统模块3的服务器15通过互联网14接收信息后交由可视化应用管理平台软件进行初步的转换分类存储，把互联网14传输的数字化信息解码转化，筛分出视频数据和出矿设备进出记录进行原始备份存储；

筛分出视频数据和出矿设备进出SQL语言指令信息进行分类备份存储。视频数据最终存储在服务器15的相应存储硬盘里，SQL语言指令信息会写入服务器中相应的数据库，两种数据在服务器中由数据存储与处理系统模块3中的其他他软件共享并进行下一步处理。

步骤五、根据铲装设备驶出工作面的时刻和进入工作面的时刻做差，计算出出矿设备的铲取间隔时间，将出矿设备的铲取间隔时间汇总，分析其变化规律，并将每天出矿设备的工作情况进行系统化的分析统计。

自主编辑数据抓取分析软件读取平台软件筛分后的信息进行分析计算。根据工程量驶出工作面的时刻和进入工作面的时刻做差，计算出出矿设备的铲取间隔时间。

(3)数据的最终分析处理

根据出矿设备铲取时间间隔的变化规律结合施工过程中的出矿设备的满斗系数、单车重量、爆破施工工艺参数等来衡量出矿、爆破效果的好坏，并将结果进行存储备份。

(4)数据结果显示

最终结果以一定形式通过系统级液晶监视器16显示，同时后台生成图表一边打印。

通过以上这些步骤本系统能监测出出矿过程中出矿设备的铲取频率、车数等出矿数据，结合施工工艺参数为采矿工艺参数的优化提供了科学的依据，对降低出矿过程中矿石的损失贫化，实行矿山科学化管理，提高矿山经济效益具有重要意义。

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 (5)

1.一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，其特征在于，包括前端传感器模块、传输系统模块、数据存储与处理系统模块；

所述前端传感器模块由防爆视频采集传感器、合金支架和防爆补光灯组成；

所述传输系统模块由网络硬盘录像机、交换机、光纤收发器、无线网桥、光缆、超六类网线组成；

所述数据存储与处理系统模块由服务器、监视器、可视化应用管理平台软件和自主编辑数据抓取分析软件组成；

所述前端传感器模块连续不断的采集出矿过程中的铲取频率，经由数据传输模块传输至互联网，数据存储与处理系统模块经由互联网接收数据后进行快速的存储分析，实现对地下矿出矿过程及效果远程实时的调控。

2.根据权利要求1所述的一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，其特征在于，所述前端传感器模块中，防爆视频采集传感器和补光灯通过合金支架固定在无底柱分段崩落法回采进路接近工作面巷道壁上的合适位置。

3.根据权利要求1所述的一种无底柱分段崩落法出矿效果远程实时监测系统，其特征在于，所述防爆视频采集传感器为防爆摄像机，其和防爆补光灯自带有线路防爆管装置，能够确保供电线路和数据输出线路不受地下矿日常爆破工作的影响，实现视频数据的不间断采集和转换。

4.一种无底柱分段崩落法出矿效果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，包括如下步骤：

步骤一、网络硬盘录像机内部系统采用高斯模型采集到的图像进行建模，获得初始背景模型；

步骤二、视频采集传感器开始采集视频数据，同时网络硬盘录像机开始进行监测识别记录工作，网络硬盘录像机识别到监测区域有物体移动时，利用背景差分法对画面进行差分比对，对差分后的结果分析计算，若结果符合出矿设备的判定原则，则视为有效数据进行记录，此数据将会被传输至下一模块进行处理；若计算结果不符合出矿设备的判定原则，则视为无效数据不进行记录，每次判定结束，防爆视频采集传感器开始新一轮的信息采集；

步骤三、当前端传感器模块采集到有效数据时，通过传输系统模块连接互联网，最终将数据上传至数据存储与处理系统模块；

步骤四、数据存储与处理系统模块的服务器通过互联网接收信息后交由可视化应用管理平台软件进行初步的转换分类存储，把互联网传输的数字化信息解码转化，筛分出视频数据和出矿设备进出记录进行原始备份存储；

步骤五、根据铲装设备驶出工作面的时刻和进入工作面的时刻做差，计算出出矿设备的铲取间隔时间，将出矿设备的铲取间隔时间汇总，分析其变化规律，并将每天出矿设备的工作情况进行系统化的分析统计。

5.根据权利要求4所述的一种无底柱分段崩落法出矿效果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，所述步骤二中的出矿设备的判定原则为：设定出矿设备像素点为M(x，y，t)，因为出矿设备形状及尺寸比较独特，在相同环境中没有其他干扰源与其相似，因此在运行至监控区域范围内，投影像素点集成的形状S与出矿设备相似度差异在±α以内，像素点的差异在±δ的范围内，即可判定为出矿设备；在确定有物体经过监测区域时，对经过物体的判别为：