CN108737790B - 基于图像信息采集的煤流监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于图像信息采集的煤流监控方法，主要原理为通过摄像头将皮带当前现场实时图像传送回控制箱内的服务器，服务器内加载摄像头相关SDK函数接口采集到图像帧，然后经过OpenCV图像处理后将真彩图像转换为二值化图像，再通过相关代码获取客户在图像上所选取的范围像素，经过算法分析后算出图像中黑色像素的占比然后输出对应的IO设备上的点位给PLC来控制电机转速达到控制皮带机不同煤量下的速度以实现节能降耗。

Description

基于图像信息采集的煤流监控方法
技术领域
本发明属于煤炭生产领域，具体为一种基于图像信息采集的煤流监控方法。
背景技术
随着煤炭生产企业机械化程度的不断提高，运输皮带已经成为生产过程中必不可少的设备。由于各种原因导致在煤炭开采的过程中皮带的空转率过高，空转率过高导致电能的浪费，其中皮带的电费占用了煤矿生产用电量很大的比重，给煤炭的成本增加更大的负重。
目前，煤炭行业皮带多数使用变频电机，但由于煤矿皮带较多，皮带都比较分散，靠人为的进行调速无法满足节能增效的目的，同时在正常煤炭运输过程中有可能会随机出现不同大小的矸石和锚杆，如果不进行清除处理的话有很大的可能将运输皮带损坏对客户造成不必要的损失。
发明内容
本发明目的是提供一种基于图像信息采集的煤流监控方法，提供煤炭生产效率。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于图像信息采集的煤流监控方法，如下：
（1）、煤流量检测：
在运输煤炭的皮带机的多个检测点上方安装摄像头，监测主机利用监控软件在摄像头视频中画定一个虚拟的检测区域，通过摄像头将皮带当前现场实时图像传送回监测主机，监测主机内加载摄像头相关SDK函数接口采集到图像帧，然后经过OpenCV图像处理后将真彩图像转换为二值化图像；
若有煤流经过虚拟的检测区域时，将每一帧画面转换为二值化图像，通过采集当前选定监测区域内的二值化视频像素进行像素扫描，经过算法分析后算出图像中黑色像素的占比，即可判断对应煤炭像素在整体选择像素中的占比，然后输出占比值，监测主机发出反映煤在检测区域内所占比例的信号，即根据对应分段不同的速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，再经过可编程序控制箱内的PLC后控制变频调速装置的给定频率，从而实现皮带机的调速；
当监测主机监测到设备故障时，将自动皮带调为高速，同时隔离视频煤量检测系统，将运输皮带调节到无调速的正常运行状态；
（2）、矸石监测
监测主机利用监控软件通过探头实时传回的视频信号在选定的视频范围内对体积大的矸石进行轮廓分析，当在二值化图像下采集到的像素内凡是被黑色像素包围的白色像素区域符合等于或者超过设定面积的轮廓，即被认定为矸石，监测主机随后将信号通过MODBUS 通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位；
（3）、锚杆监测
监测主机利用监控软件通过探头传回的画面中，将当前真彩画面转化为二值化图像后分析选定画面中某一位置的像素部分进行分析，在选定像素范围内通过对白色像素的轮廓监测，在黑色像素中如果连续多行出现白色像素并且是连续出现的每行白色像素数量的误差在3-6个像素点，同时连续出现行数达到规定的累计数量后，被判断为锚杆，监测主机随后将信号通过MODBUS通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位。
本发明为一种基于机器视觉，图像分析在井下皮带煤炭运输上的应用系统，基于图像信息采集的煤流监控系统是专门为井下皮带机煤炭运输根据煤量大小来控制皮带机的运行速度，以及实现顺煤流启车，可降低功耗提高生产效率，同时可在皮带机正常运行过程中实时的检出煤炭中存在的矸石和锚杆等异物可有效的起到保护皮带机的作用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
智能皮带机调速系统由矿用隔爆兼本安型摄像机、矿用隔爆兼本安型电气控制箱（核心为监测主机）、矿用隔爆兼本安型可编程序控制箱和光缆等部分组成。
主要原理为通过摄像头将皮带当前现场实时图像传送回控制箱内的服务器，服务器内加载摄像头相关SDK函数接口采集到图像帧，然后经过OpenCV图像处理后将真彩图像转换为二值化图像，再通过相关代码获取客户在图像上所选取的范围像素，经过算法分析后算出图像中黑色像素的占比然后输出对应的IO设备上的点位给PLC来控制电机转速达到控制皮带机不同煤量下的速度，以实现节能降耗。
一种基于图像信息采集的煤流监控方法，如下：
（1）、煤流量检测：
在运输煤炭的皮带机的多个检测点上方安装摄像头，监测主机利用监控软件在摄像头视频中画定一个虚拟的检测区域，通过摄像头将皮带当前现场实时图像传送回监测主机，监测主机内加载摄像头相关SDK函数接口采集到图像帧，然后经过OpenCV图像处理后将真彩图像转换为二值化图像。
若有煤流经过虚拟的检测区域时，将每一帧画面转换为二值化图像，通过采集当前选定监测区域内的二值化视频像素进行像素扫描，经过算法分析后算出图像中黑色像素的占比，即可判断对应煤炭像素在整体选择像素中的占比，当实际皮带上煤量增加时反应到画面上煤量的黑色像素会随之增加，根据黑色像素增加在整体像素占比的多少然后输出占比值，黑色像素占比越大系统就会认为煤量在增大，这时监测主机发出反映煤在检测区域内所占比例的信号，即根据对应分段不同的速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，再经过可编程序控制箱内的PLC后控制变频调速装置的给定频率，从而实现皮带机的调速；当煤量减少后反应到视频帧画面上黑色像素占比减少然后对应输出煤量减少的信号。
采用智能视频分析技术，对运输皮带设置检测区域，当煤流通过检测区域时，煤流量检测主机实时检测运输皮带煤流的情况；具体如下：
当煤流量检测主机检测到皮带无煤状态时（根据实际检测中黑色像素在整体像素占比而定，此时应是黑色素占比最低），根据对应低速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，则满足PLC所设定的低速条件，PLC发出调速信号给运输皮带变频器，皮带自动调为低速。
当煤流量检测主机检测到皮带有煤状态时（根据实际检测中黑色像素在整体像素占比而定，此时应是黑色素占比居中），根据对应中速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，满足PLC所设定的中速条件时，PLC发出调速信号给运输皮带变频器，皮带自动调为中速。
当煤流量检测主机检测到皮带有煤状态时（根据实际检测中黑色像素在整体像素占比而定，此时应是黑色素占比最高），根据对应高速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，满足PLC所设定的高速条件时，PLC发出调速信号给运输皮带变频器，皮带自动调为高速。
当监测主机监测到设备故障时，自动将皮带调为高速，同时隔离视频煤量检测系统，运输皮带调节到无调速的正常运行状态。监控主机所监控的故障包括：视频信号丢失、视频模糊、电气控制箱故障等，同时皮带沿线的扩音电话以语音的方式报警给皮带沿线人员，同时上传到地面服务器，地面客户端同时语音报警，显示报警故障位置、状态等。
（2）、矸石监测
监测主机利用监控软件通过探头实时传回的视频信号在选定的视频范围内对体积大的矸石进行轮廓分析，当在二值化图像下采集到的像素内凡是被黑色像素包围的白色像素区域符合等于或者超过设定面积的轮廓，即被认定为矸石，监测主机随后将信号通过MODBUS 通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位。
（3）、锚杆监测
监测主机利用监控软件通过探头传回的画面中，将当前真彩画面转化为二值化图像后分析选定画面中某一位置的像素部分进行分析，在选定像素范围内通过对白色像素的轮廓监测，在黑色像素中如果连续多行出现白色像素并且是连续出现的每行白色像素数量的误差在3-6个像素点，同时连续出现行数达到规定的累计数量后，被判断为锚杆，监测主机随后将信号通过MODBUS通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位。
本监控方法产生的优点如下：
（1）、功能特点
1、检测区域设置多样化：可在视场内设置任意的检测区域，满足不同场景下对煤流量检测的需求；
2、多种调速设置：当检测到的煤流量满足预设条件时及时调速，可以同时对所有煤流量变化分别进行检测、跟踪、分类；只对满足预设条件的煤流量变化进行调速。
（2）、智能视频监控的主要优势：
1、快速的反应时间：毫秒级的触发反应时间；
2、更有效的监视：值班人员只需要注意相关报警信息及可了解各个部位故障。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于图像信息采集的煤流监控方法，其特征在于：
（1）、煤流量检测：
在运输煤炭的皮带机的多个检测点上方安装摄像头，监测主机利用监控软件在摄像头视频中画定一个虚拟的检测区域，通过摄像头将皮带当前现场实时图像传送回监测主机，监测主机内加载摄像头相关SDK函数接口采集到图像帧，然后经过OpenCV图像处理后将真彩图像转换为二值化图像；
若有煤流经过虚拟的检测区域时，将每一帧画面转换为二值化图像，通过采集当前选定的虚拟的检测区域内的二值化视频像素进行像素扫描，经过算法分析后算出图像中黑色像素的占比，即可判断对应煤炭像素在整体选择像素中的占比，然后输出占比值，监测主机发出反映煤在检测区域内所占比例的信号，即根据对应分段不同的速度值输出给可编程序控制箱内的PLC一个反映综合煤量信息的信号，再经过可编程序控制箱内的PLC后控制变频调速装置的给定频率，从而实现皮带机的调速；
当监测主机监测到设备故障时，自动将运输皮带调为高速，同时隔离视频煤量检测系统，然后将运输皮带调节到无调速的正常运行状态；
（2）、矸石监测
监测主机利用监控软件通过摄像头实时传回的视频信号在选定的虚拟的检测区域内对体积大的矸石进行轮廓分析，当在二值化图像下采集到的像素内凡是被黑色像素包围的白色像素区域符合等于或者超过设定面积的轮廓，即被认定为矸石，监测主机随后将信号通过MODBUS 通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位；
（3）、锚杆监测
监测主机利用监控软件通过摄像头传回的画面中，将当前真彩画面转化为二值化图像后分析选定画面中某一位置的像素部分进行分析，在选定像素范围内通过对白色像素的轮廓监测，在黑色像素中如果连续多行出现白色像素并且是连续出现的每行白色像素数量的误差在3-6个像素点，同时连续出现行数达到规定的累计数量后，被判断为锚杆，监测主机随后将信号通过MODBUS通讯协议输出至IO设备对应点位进行置位。
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