CN108733095A - 基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统及方法，隔爆型摄像组由水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪组成，水平隔爆型摄像仪设置在转载机的一侧，垂直隔爆型摄像仪设置在转载机的正上方，所述水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪处于同一垂直于转载机的平面内，所述LED信标为四个，四个LED信标对称的设置在转载机机身两侧；水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪与远程计算机控制中心连接，远程计算机控制中心与运输系统控制器连接。本发明根据图像拍摄测得的瞬间输送煤量对刮板输送机和转载机运行速度调整，使带式输送机瞬间输送煤量始终处于系统瞬间输送煤量标准范围内，防止带式输送机出现空程，堆煤，撒料，跑偏等情况。

Description

基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统及方法
技术领域
本发明涉及一种智能调速系统及方法，具体是一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统及方法。
背景技术
在煤矿综采工作面上，煤料的运输主要由刮板输送机，转载机和带式输送机三者之间协同工作所完成。采煤机截割所生产的煤料，通过刮板输送机运送到转载机上，经转载机转运后输送到带式输送机上，最终输送到地面上。
在当前的煤矿综采工作面上，由于刮板输送机、转载机和带式输送机在运行的过程中速度均保持不变，当采煤机所截割生产的煤量出现变化时，就导致了刮板输送机所运输的煤量发生变化，继而输送到转载机上的煤量发生变化，最后送达到带式输送机上的煤量也不稳定。由于刮板输送机、转载机和带式输送机对煤料进行连续的输送，且带式输送机瞬间输送煤量的范围比刮板输送机和转载机都要小，为保证整个运输系统始终保持正常工作，运输系统的瞬间输送煤量的标准范围应与带式输送机的瞬间输送煤量标准范围一致。当转载机瞬间输送煤量大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值时，则带式输送机容易出现堆煤，撒料，跑偏等一系列问题，大大降低了带式输送机的工作性能和使用寿命。另外如转载机瞬间输送煤量小于系统瞬间输送煤量标准范围的最小值时，则会浪费带式输送机的运载工况，从而降低煤矿整体的煤料运输量。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统及方法，根据图像拍摄测得的转载机瞬间煤量对刮板输送机和转载机的运行速度进行调整，从而使带式输送机瞬间输送煤量始终处于系统瞬间输送煤量标准范围内，防止带式输送机出现空程，堆煤，撒料，跑偏等情况。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统，包括隔爆型摄像组、LED信标、运输系统控制器和远程计算机控制中心，隔爆型摄像组由水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪所组成，水平隔爆型摄像仪设置在转载机的一侧，垂直隔爆型摄像仪设置在转载机的正上方，所述水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪处于同一垂直于转载机的平面内，所述LED信标为四个，四个LED信标对称的设置在转载机机身两侧；水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪与远程计算机控制中心相连接，远程计算机控制中心与运输系统控制器相连接。
进一步，所述隔爆型摄像组和LED信标均设置在距离转载机机尾的三分之一处。
一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统的工作方法，具体步骤为：
A、首先设定带式输送机的瞬间输送煤量标准范围并确定与之对应的带式输送机的标准运行速度；系统瞬间输送煤量标准范围与带式输送机的瞬间输送煤量标准范围相一致；然后将刮板输送机的运行速度分为一挡至五挡，每个挡位运行速度从一挡至五挡按照等差数列依次递增，转载机和刮板输送机的运行速度保持一致；刮板输送机和转载机的三挡的运行速度与带式输送机的标准运行速度相一致；
B、煤料在转载机上输送并经过隔爆型摄像组的拍摄范围时，水平隔爆型摄像仪和垂直隔爆型摄像仪分别在同一时刻对煤料进行图像信息的采集，并将得到的图像信息通过工业以太网传输到远程计算机控制中心；
C、步骤B中所得到图像信息通过远程计算机控制中心，经过图像处理后得出转载机瞬间输送煤量的值，通过与系统瞬间输送煤量的标准范围相对比，将转载机瞬间输送煤量分为三种煤量状态，少量煤料状态、正常煤料状态和超量煤料状态；
D、根据步骤C中的三种煤量状态调整刮板输送机和转载机的运行速度，然后隔爆型摄像组再次进行煤料拍摄，确定调整后的转载机瞬间输送煤量是否处于系统瞬间输送煤量的标准范围内并进行再次调整，直至使带式输送机的瞬间输送煤量处于瞬间输送煤量的标准范围内，其具体判断方法为：
Ⅰ、若图像所反映的转载机瞬间输送煤量小于系统瞬间输送煤量标准范围的最小值，即处于少量煤料状态，则远程计算机控制中心向运输系统控制器发送提速指令，运输系统控制器控制刮板输送机和转载机进行调速，将刮板输送机和转载机的运行速度提高一个档位；
Ⅱ、若图像所反映的转载机瞬间输送煤量处于系统瞬间输送煤量标准范围内，即处于正常煤料状态，则刮板输送机和转载机的速度保持不变；
Ⅲ、若图像所反映的转载机瞬间输送煤量大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值，即处于超量煤料状态，则远程计算机控制中心向运输系统控制器发送降速指令，运输系统控制器控制刮板输送机和转载机进行调速，将刮板输送机和转载机的速度降低一个档位，当降速至一挡后隔爆型摄像组拍摄的转载机瞬间输送煤量仍大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值时，通过人工进行紧急调控。
进一步，所述步骤B中具体的图像处理方法为：
a、通过水平隔爆型摄像仪得到的煤料水平视图，经二值化和滤波处理后，将得到的水平视图中两LED信标间的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机运动方向在两LED信标之间均匀分为100份，提取出每一份的前景面积，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份实际的面积值，分别记作S1，S2…S100；
b、通过垂直隔爆型摄像仪得到的煤料俯视图，经二值化和滤波处理后，将得到的俯视图中四个LED信标所构成的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机运动方向将两LED信标之间均匀分为100份，提取出每一份前景的左边缘长度，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份的实际长度值，分别记作L1，L2…L100；
c、将从水平视图中得到的100份面积值S1，S2…S100，分别与从俯视图中得到的100份长度值L1，L2…L100对应相乘，将得到的100个体积值相加，从而得到图像信息中所携带的转载机瞬间煤量。
与现有技术相比，本发明隔爆型摄像组、LED信标、运输系统控制器和远程计算机控制中心相结合的方式，通过隔爆型摄像组拍摄的转载机瞬间输送煤量，进而与系统瞬间输送煤量的标准范围进行比较。若是超量煤料状态，则调整刮板输送机和转载机降低一个挡位；若是少量煤料状态，则调整刮板输送机和转载机提升一个档位；若处于正常煤料状态，则不进行档位调整。因此本发明通过检测转载机的瞬间输送煤量，预测带式输送机即将处于的煤料状态，及时调整刮板运输机和转载机的运行速度，从而使带式输送机瞬间输送煤量始终处于瞬间输送煤量的标准范围内，防止带式输送机出现空程，堆煤，撒料，跑偏等情况。另外采用机器视觉进行煤料量监测的方式，机器视觉可以方便的测量物体的体积信息，尤其可以自动测量连续的散状物料的运量，这是其他传统测量方法所不能比拟的，而且由于机器视觉进行的测量为非接触式测量，故这种测量装置其具有使用寿命长，测量效果好的优点。
附图说明
图1是本发明的整体布置示意图；
图2是本发明中隔爆型摄像组与LED信标布置俯视图；
图3是本发明中隔爆型摄像组与LED信标布置水平视图；
图4是本发明中水平隔爆型摄像仪拍摄的图像处理原理图；
图5是本发明中垂直隔爆型摄像仪拍摄的图像处理原理图；
图6是本发明的工作流程图。
图中：1、刮板输送机，2、远程计算机控制中心，3、运输系统控制器，4、水平隔爆型摄像仪，5、垂直隔爆型摄像仪，6、转载机，7、带式输送机，8、LED信标。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统，包括隔爆型摄像组、LED信标8、远程计算机控制中心2和运输系统控制器3，隔爆型摄像组由水平隔爆型摄像仪4和垂直隔爆型摄像仪5，水平隔爆型摄像仪4设置在转载机6的一侧，垂直隔爆型摄像仪5设置在转载机6的正上方，所述水平隔爆型摄像仪4和垂直隔爆型摄像仪5处于同一垂直于转载机6的平面内，所述LED信标8为四个，四个LED信标8对称的设置在转载机6机身两侧；水平隔爆型摄像仪4和垂直隔爆型摄像仪5与远程计算机控制中心2相连接，远程计算机控制中心2与运输系统控制器3相连接。
进一步，所述隔爆型摄像组和LED信标8均设置在距离转载机6机尾的三分之一处。设置在这个位置的原因有两个，第一是转载机的工作环境较刮板输送机要好，粉尘，电磁，光线等因素对图像采集和传输干扰小；第二是由于从图像采集到调速控制有一定的时间延迟，这需要有一定的滞后距离，从而可以比较精确地控制输送到带式输送机的瞬间输送煤量。
如图6所示，一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统的工作方法，具体步骤为：
A、首先设定带式输送机的瞬间输送煤量标准范围并确定与之对应的带式输送机7的标准运行速度，系统瞬间输送煤量标准范围与带式输送机的瞬间输送煤量标准范围相一致；所述标准速度处于1m/s至2m/s之间；然后将刮板输送机1的运行速度分为一挡至五挡，每个挡位运行速度从一挡至五挡按照等差数列依次递增，转载机6和刮板输送机1的运行速度保持一致；刮板输送机1和转载机6的三挡运行速度与带式输送机7的标准运行速度相一致；
B、煤料在转载机6上输送并经过隔爆型摄像组的拍摄范围时，水平隔爆型摄像仪4和垂直隔爆型摄像仪5分别在同一时刻对煤料进行图像信息的采集，并将得到的图像信息通过工业以太网传输到远程计算机控制中心2；
C、步骤B中所得到图像信息通过远程计算机控制中心2，经过图像处理后得出转载机6瞬间输送煤量的值，通过与系统瞬间输送煤量的标准范围相对比，将转载机6瞬间输送煤量分为三种煤量状态，少量煤料状态、正常煤料状态和超量煤料状态；
D、根据步骤C中的三种煤量状态调整刮板输送机1和转载机6的运行速度，然后隔爆型摄像组再次进行煤料拍摄，确定调整后的转载机6瞬间输送煤量是否处于系统瞬间输送煤量的标准范围内并进行再次调整，直至使带式输送机7的瞬间输送煤量处于瞬间输送煤量的标准范围内，其具体判断方法为：
Ⅰ、若图像所反映的转载机6瞬间输送煤量小于系统瞬间输送煤量标准范围的最小值，即处于少量煤料状态，则远程计算机控制中心2向运输系统控制器3发送提速指令，运输系统控制器3控制刮板输送机1和转载机6进行调速，将刮板输送机1和转载机6的运行速度提高一个档位；
Ⅱ、若图像所反映的转载机6瞬间输送煤量处于系统瞬间输送煤量标准范围内，即处于正常煤料状态，则刮板输送机1和转载机6的速度保持不变；
Ⅲ、若图像所反映的转载机6瞬间输送煤量大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值，即处于超量煤料状态，则远程计算机控制中心2向运输系统控制器3发送降速指令，运输系统控制器3控制刮板输送机1和转载机6进行调速，将刮板输送机1和转载机6的速度降低一个档位，当降速至一挡后隔爆型摄像组拍摄的转载机6瞬间输送煤量仍大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值时，通过人工进行紧急调控。
进一步，所述步骤B中具体的图像处理方法为：
a、通过水平隔爆型摄像仪4得到的煤料水平视图，经二值化和滤波处理后，将得到的水平视图中两LED信标8间的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机6运动方向在两LED信标8之间均匀分为100份，提取出每一份的前景面积，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份实际的面积值，分别记作S1，S2…S100；
b、通过垂直隔爆型摄像仪5得到的煤料俯视图，经二值化和滤波处理后，将得到的俯视图中四个LED信标8所构成的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机6运动方向将LED信标8之间均匀分为100份，提取出每一份前景的左边缘长度，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份的实际长度值，分别记作L1，L2…L100；
c、将从水平视图中得到的100份面积值S1，S2…S100，分别与从俯视图中得到的100份长度值L1，L2…L100对应相乘，将得到的100个体积值相加，从而得到图像信息中所携带的转载机瞬间煤量。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统，其特征在于，包括隔爆型摄像组、LED信标(8)、运输系统控制器(3)和远程计算机控制中心(2)，隔爆型摄像组由水平隔爆型摄像仪(4)和垂直隔爆型摄像仪(5)，水平隔爆型摄像仪(4)设置在转载机(6)的一侧，垂直隔爆型摄像仪(5)设置在转载机(6)的正上方，所述水平隔爆型摄像仪(4)和垂直隔爆型摄像仪(5)处于同一垂直于转载机(6)的平面内，所述LED信标(8)为四个，四个LED信标(8)对称的设置在转载机(6)机身两侧；水平隔爆型摄像仪(4)和垂直隔爆型摄像仪(5)与远程计算机控制中心(2)连接，远程计算机控制中心(2)与运输系统控制器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统，其特征在于，所述隔爆型摄像组和LED信标(8)均设置在距离转载机(6)机尾的三分之一处。
3.一种根据权利要求1所述的基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
A、首先设定带式输送机的瞬间输送煤量的标准范围并确定与之对应的带式输送机(7)的标准运行速度；系统瞬间输送煤量标准范围与带式输送机的瞬间输送煤量标准范围相一致；然后将刮板输送机(1)的运行速度分为一挡至五挡，每个挡位运行速度从一挡至五挡按照等差数列依次递增，转载机(6)和刮板输送机(1)的运行速度保持一致；刮板输送机(1)和转载机(6)的三挡运行速度与带式输送机(7)的标准运行速度相一致；
B、煤料在转载机(6)上输送并经过隔爆型摄像组的拍摄范围时，水平隔爆型摄像仪(4)和垂直隔爆型摄像仪(5)分别在同一时刻对煤料进行图像信息的采集，并将得到的图像信息通过工业以太网传输到远程计算机控制中心(2)；
C、步骤B中所得到图像信息通过远程计算机控制中心(2)，经过图像处理后得出转载机(6)瞬间输送煤量的值，通过与系统瞬间输送煤量的标准范围相对比，将转载机(6)瞬间输送煤量分为三种煤量状态，少量煤料状态、正常煤料状态和超量煤料状态；
D、根据步骤C中的三种煤量状态调整刮板输送机(1)和转载机(6)的运行速度，然后隔爆型摄像组再次进行煤料拍摄，确定调整后的转载机(6)瞬间输送煤量是否处于系统瞬间输送煤量的标准范围内并进行再次调整，直至使带式输送机(7)的瞬间输送煤量处于瞬间输送煤量的标准范围内，其具体判断方法为：
Ⅰ、若图像所反映的转载机(6)瞬间输送煤量小于系统瞬间输送煤量标准范围的最小值，即处于少量煤料状态，则远程计算机控制中心(2)向运输系统控制器(3)发送提速指令，运输系统控制器(3)控制刮板输送机(1)和转载机(6)进行调速，将刮板输送机(1)和转载机(6)的运行速度提高一个档位；
Ⅱ、若图像所反映的转载机(6)瞬间输送煤量处于系统瞬间输送煤量标准范围内，即处于正常煤料状态，则刮板输送机(1)和转载机(6)的速度保持不变；
Ⅲ、若图像所反映的转载机(6)瞬间输送煤量大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值，即处于超量煤料状态，则远程计算机控制中心(2)向运输系统控制器(3)发送降速指令，运输系统控制器(3)控制刮板输送机(1)和转载机(6)进行调速，将刮板输送机(1)和转载机(6)的速度降低一个档位，当降速至一挡后隔爆型摄像组拍摄的转载机(6)瞬间输送煤量仍大于系统瞬间输送煤量标准范围的最大值时，通过人工进行紧急调控。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的煤矿成套运输设备智能调速系统的工作方法，其特征在于，所述步骤B中具体的图像处理方法为：
a、通过水平隔爆型摄像仪(4)得到的煤料水平视图，经二值化和滤波处理后，将得到的水平视图中两LED信标(8)间的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机(6)运动方向在两LED信标(8)之间均匀分为100份，提取出每一份的前景面积，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份实际的面积值，分别记作S1，S2…S100；
b、通过垂直隔爆型摄像仪(5)得到的煤料俯视图，经二值化和滤波处理后，将得到的俯视图中四个LED信标(8)所构成的图像通过图像差分处理提取煤料前景，沿转载机(6)运动方向将LED信标(8)之间均匀分为100份，提取出每一份前景的左边缘长度，结合拍摄的图像与拍摄的实际面积之间的比例关系，计算出每一份的实际长度值，分别记作L1，L2…L100；
c、将从水平视图中得到的100份面积值S1，S2…S100，分别与从俯视图中得到的100份长度值L1，L2…L100对应相乘，将得到的100个体积值相加，从而得到图像信息中所携带的煤料量。
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