CN108946360A

CN108946360A - 一种矿井提升设备的位移监测系统及方法

Info

Publication number: CN108946360A
Application number: CN201810623820.4A
Authority: CN
Inventors: 寇子明; 杨芬; 杨建伟; 焦少妮; 郭宁; 赵晓莉
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: AU2018353927A1; ZA201902693B; CN108946360B; AU2018353927B2; WO2019237490A1

Abstract

本发明公开了一种矿井提升设备的位移监测系统及方法，系统包括图像处理设备、激光扫描仪和至少两个图像获取设备，图像处理设备分别与激光扫描仪和图像获取设备电连接；至少两个图像获取设备中的各图像获取设备所处位置不同，且在矿井提升设备提升过程中，能拍摄矿井提升设备的待检测部位；图像处理设备根据激光扫描仪扫描获得的待检测部位的轮廓数据和图像获取设备拍摄的包含待检测部位的图像确定待检测部位的位置信息，并根据不同时间点的位置信息确定待检测部位的位移。本发明公开的矿井提升设备的位移监测系统及方法，能实时监测矿井提升设备因振动而产生的位移，获知矿井提升设备的工作状态，提升工作过程的安全程度。

Description

一种矿井提升设备的位移监测系统及方法

技术领域

本发明涉及矿井提升系统，具体涉及一种矿井提升设备的位移监测系统及方法。

背景技术

矿井提升机作为矿山运输的关键设备，承担着煤炭和矿石的提升、人员的升降、材料和设备的运送任务，是联系井下与地面的重要设备。钢丝绳作为提升机的主要受力部件，其振动直接影响到提升过程的稳定性和钢丝绳的疲劳寿命，当钢丝绳振动位移过大时可能会与周围矿井提升设备发生接触性干涉，严重威胁到提升过程的安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种矿井提升设备的位移监测系统及方法，能实时监测钢丝绳因振动而产生的位移，使提升机更安全。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种矿井提升设备的位移监测系统，所述系统包括图像处理设备、激光扫描仪和至少两个图像获取设备，所述图像处理设备分别与所述激光扫描仪和所述图像获取设备电连接；所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备所处位置不同，且在所述矿井提升设备提升过程中，能拍摄所述矿井提升设备的待检测部位；

所述图像处理设备向所述激光扫描仪发送扫描指令；所述激光扫描仪响应于所述扫描指令，扫描所述矿井提升设备的待检测部位，并将所述待检测部位的轮廓数据向所述图像处理设备发送；

在第一监测周期到来时，所述图像处理设备向所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令；

各图像获取设备响应于所述第一拍摄指令，拍摄所述矿井提升设备的待检测部位的第一图像，并将所拍摄的包含所述待检测部位的第一图像向所述图像处理设备发送；

所述图像处理设备根据所述激光扫描仪发送的所述待检测部位的轮廓数据和所述第一图像，确定各第一图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，并获取各第一图像中的所述特征部位的像素属性信息，基于所述特征部位的像素属性信息、所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备的位置信息、以及所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备拍摄所述第一图像的成像参数，计算所述待检测部位的第一位置信息；

在第二监测周期到来时，所述图像处理设备向所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第二拍摄指令；

各图像获取设备响应于所述第二拍摄指令，拍摄所述矿井提升设备的待检测部位的第二图像，并将所拍摄的包含所述待检测部位的第二图像向所述图像处理设备发送；

所述图像处理设备根据所述激光扫描仪发送的所述待检测部位的轮廓数据和所述第二图像，确定各第二图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，并获取各第二图像中的所述特征部位的像素属性信息，基于所述特征部位的像素属性信息、所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备的位置信息、以及所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备拍摄所述第二图像的成像参数，计算所述待检测部位的第二位置信息；

所述图像处理设备基于所述第一位置信息和所述第二位置信息确定所述待检测部位在所述第一监测周期至所述第二监测周期之间的位移；其中，所述第一监测周期和所述第二监测周期为相邻或非相邻的监测周期。

上述方案中，所述特征部位包括具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的部位。

上述方案中，所述特征部位包括设置于所述待检测部位上的、具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的点。

上述方案中，所述特征部位包括易于进行图像分类、图像检索和宽基线匹配的部位。

上述方案中，所述系统还包括显示器，所述显示器用于显示所述图像获取设备获取的图像或所述图像处理设备对所述图像处理后获得的数据。

本发明实施例还提供了一种矿井提升设备的位移监测方法，所述方法包括：

向激光扫描仪发送扫描指令；所述激光扫描仪响应于所述扫描指令，扫描所述矿井提升设备的待检测部位，并将所述待检测部位的轮廓数据向图像处理设备发送；

在第一监测周期到来时，向至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令；

获取所述图像获取设备响应于所述第一拍摄指令所拍摄的包含所述矿井提升设备的待检测部位的第一图像；

根据所述激光扫描仪发送的所述待检测部位的轮廓数据和所述第一图像，确定各第一图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，并获取各第一图像中的所述特征部位的像素属性信息，基于所述特征部位的像素属性信息、所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备的位置信息、以及所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备拍摄所述第一图像的成像参数，计算所述待检测部位的第一位置信息；

在第二监测周期到来时，向所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第二拍摄指令；

获取所述图像获取设备响应于所述第二拍摄指令所拍摄的包含所述待检测部位的第二图像；

根据所述激光扫描仪发送的所述待检测部位的轮廓数据和所述第二图像，确定各第二图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，并获取各第二图像中的所述特征部位的像素属性信息，基于所述特征部位的像素属性信息、所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备的位置信息、以及所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备拍摄所述第二图像的成像参数，计算所述待检测部位的第二位置信息；

基于所述第一位置信息和所述第二位置信息确定所述待检测部位在所述第一监测周期至所述第二监测周期之间的位移；其中，所述第一监测周期和所述第二监测周期为相邻或非相邻的监测周期。

上述方案中，在所述向至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令之前，所述方法还包括：

对所述图像获取设备进行相机标定；

在所述矿井提升设备未运行时获取静态标志物，以获取所述待检测部位的参照物。

上述方案中，所述获取所述图像获取设备响应于所述第一拍摄指令所拍摄的包含所述矿井提升设备的待检测部位的第一图像，或获取所述图像获取设备响应于所述第二拍摄指令所拍摄的包含所述待检测部位的第二图像，包括：

获取所述第一图像或所述第二图像中的预设序号的单帧图像。

上述方案中，在所述获取各第一图像中的所述特征部位的像素属性信息或在所述获取各第二图像中的所述特征部位的像素属性信息之前，所述方法还包括：

对从所述第一图像或第二图像获得的单帧图像进行降低处理量的预处理。

上述方案中，所述对从所述第一图像或第二图像获得的单帧图像进行降低处理量的预处理，包括：

对所述单帧图像进行灰度处理；

对灰度处理后的图像进行降噪处理。

本发明实施例提供的矿井提升设备的位移监测系统及方法，包括图像处理设备和至少两个图像获取设备，所述至少两个图像获取设备与所述图像处理设备电连接；所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备所处位置不同，且在所述矿井提升设备提升过程中，能拍摄所述矿井提升设备的待检测部位；所述图像处理设备根据所述图像获取设备拍摄的包含所述待检测部位的图像获取所述待检测部位的位置信息，并根据所述位置信息确定所述待检测部位的预设时间内的位移；可见，本发明实施例的矿井提升设备的位移监测系统及方法，能实时监测所述矿井提升设备因振动而产生的位移，获知所述矿井提升设备的工作状态，提升工作过程的安全程度。

本发明实施例的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例矿井提升设备的位移监测方法的流程示意图；

图2本发明实施例矿井提升设备的位移监测系统中双目成像原理示意图；

图3为本发明实施例矿井提升设备的位移监测系统中图像坐标变换原理示意图；

图4为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统的示意图；

图5为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统中图像获取设备的示意图；

图6为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统中控制柜的示意图；

图7为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统的结构示意图；

图8为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统中无线传输装置设置跳频的示意图；

图9为本发明实施例二矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测方法的流程示意图；

图10为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统的示意图；

图11为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统的结构示意图；

图12为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统中图像获取设备标定的立体靶标的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种矿井提升设备的位移监测系统，所述系统可以包括图像处理设备、激光扫描仪和至少两个图像获取设备，所述图像处理设备分别与所述激光扫描仪和所述图像获取设备与所述图像处理设备电连接；所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备所处位置不同，且在所述矿井提升设备提升过程中，能拍摄所述矿井提升设备的待检测部位；

这里，像素属性信息可以包括：像素尺寸、颜色、色彩深度等；所述成像参数可以包括焦距、感光元件面积等。

这样，本发明实施例的矿井提升设备的位移监测系统，能实时监测所述矿井提升设备因振动而产生的位移，获知所述矿井提升设备的工作状态，提升工作过程的安全程度；所述激光扫描仪可以帮助所述图像处理设备快速确定各图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，而无需另外设置背景屏或近距离获取图像。

作为一种实现方式，特征部位包括具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的部位。

作为一种实现方式，所述特征部位包括设置于所述待检测部位上的、具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的点。

作为一种实现方式，所述特征部位包括易于进行图像分类、图像检索和宽基线匹配的部位。

作为一种实现方式，所述图像获取设备可以为工业相机，所述图像处理设备为设置有图像处理应用的计算机。

作为一种实现方式，所述系统还可以包括图像采集装置，所述图像采集装置分别连接所述图像获取设备和所述图像处理设备，所述图像采集装置从所述图像获取设备采集图像发送到所述图像处理设备。

所述图像采集装置可以配置有指定的图像采集卡，接口包括：复合视频接口，如AV接口或Video接口、S视频接口等，支持PAL和NTSC制式，适用于有以上接口的数码、模拟的摄像/放像设备。采图模式：灰度和彩色图像。

作为一种实现方式，所述图像采集装置可以是多通道同步采集装置，这样可保证多个工业相机的同步采集，同一时刻给两个相机发出摄制信号，使左右两个相机同步同频率成像。

作为一种实现方式，所述系统还可以包括显示器，所述显示器，用于显示所述图像获取设备获取的图像或所述图像处理设备对所述图像处理后获得的数据。

作为一种实现方式，所述系统还可以包括第一数据传输装置，所述第一数据传输装置分别连接所述图像采集装置和所述图像处理设备与所述显示器；所述第一数据传输装置将所述图像采集装置的图像传输到所述图像处理设备和所述显示器。为了便于对数据作更好的处理，所述图像处理设备一般安装于机房，距离现场比较远，即与所述图像采集装置距离较远，最远可到几公里，为了保证传输质量和效率，需要通过所述第一数据传输装置，所述第一数据传输装置可以是有线传输，也可以是无线传输。

作为一种实现方式，所述系统还可以包括第二数据传输装置，所述第二数据传输装置分别连接所述图像处理设备和显示器；所述第二数据传输装置将所述图像处理设备对所述图像处理后获得的数据传输到所述显示器。在有些情况下，所述显示器和所述图像处理设备之间距离较远，为了保证传输质量和效率，可以通过第二数据传输装置传输数据，所述第二数据传输装置可以是有线传输，也可以是无线传输。

所述第一数据传输装置和第二数据传输装置采用无线传输时，可以采用点对点无线网桥传输，信号选用数字微波，这样，传输效率高，抗干扰能力强。

本发明实施例还提供了一种矿井提升设备的位移监测方法，所述方法可以由设置有扫描仪应用和图像处理应用的计算机实现，在本实施例中就是图像处理设备，图1为本发明实施例矿井提升设备的位移监测方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

步骤201：向激光扫描仪发送扫描指令；所述激光扫描仪响应于所述扫描指令，扫描所述矿井提升设备的待检测部位，并将所述待检测部位的轮廓数据向所述图像处理设备发送；

这里，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪，所述激光扫描仪用于：确定在复杂工作环境下待检测部位的具体位置，并方便图像处理设备提取述待检测部位上的特征部位用于图像处理，这样，可以帮助所述图像处理设备快速确定各图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，而无需另外设置背景屏或近距离获取图像。

所述激光扫描仪一般由扫描仪、控制器和电源供应系统三部分构成，所述控制器可以是安装扫描仪应用的计算机，所述计算机的硬件部分可以和所述图像处理设备所用的计算机硬件合用，也可以单独设置，如果单独设置，所述激光扫描仪所用的计算机需要和图像处理所用的计算机建立通信连接；本实施例中，两者共用计算机。

所述激光扫描仪还集成有电荷耦合器件图像传感器(CCD，Charge CoupledDevice)，可以对待检测部位的影像进行记录。具体地的扫描过程为：在仪器内，通过两个同步反射镜快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过待检测部位，测量每个激光脉冲从发出经待检测部位表面再返回仪器所经过的时间来计算距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的角度，最后计算出激光点在待检测部位上的三维坐标，并根据返回仪器的激光脉冲返回的时间获得待检测部位的轮廓数据，并记录在所述CCD上。

具体地，图像处理设备通过连接的导线或无线通信向所述激光扫描仪发送扫描指令；所述激光扫描仪响应于所述扫描指令，扫描所述矿井提升设备的待检测部位，获得待检测部位的轮廓数据，记录在所述CCD上，并将所述廓数据向所述图像处理设备发送。

步骤202：在第一监测周期到来时，向至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令；

这里，所述图像获取设备为工业相机，所述第一监测周期可以是在所述矿井提升设备的工作时间内，所述矿井提升设备的待检测部件可以在所述矿井提升设备的工作时间内呈现周期性的振动，并因为振动而产生位移；因此所述第一监测周期的时间长度小于所述待检测部件的振动周期。

具体地，在所述向至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令之前，所述方法还包括：

所述图像处理设备对所述图像获取设备进行相机标定；

所述图像处理设备在所述矿井提升设备未运行时获取静态标志物，以获取所述待检测部位的参照物。

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间矿井提升设备表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。

所述图像处理设备在对图像获取设备进行相机标定后，还需在所述矿井提升设备未运行时获取静态标志物，以获取所述待检测部位的合适的参照物。

获取静态标志物，可以理解为对拍摄范围进行调整，使得拍摄的第一图像包括所述矿井提升设备的待检测部位和合适的背景参照物。

进一步地，所述获取所述图像获取设备响应于所述第一拍摄指令所拍摄的包含所述矿井提升设备的待检测部位的第一图像，或获取所述图像获取设备响应于所述第二拍摄指令所拍摄的包含所述待检测部位的第二图像，包括：

所述图像处理设备获取所述第一图像或所述第二图像中的预设序号的单帧图像。

单帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画，即图像获取设备在获取第一图像或第二图像时，是采取拍摄视频的方法，但图像处理设备处理时需要根据静止的画面进行处理。为了获得更稳定的画面和减少处理工作量，需要获取指定序号的单帧画面，而不是所有的单帧图像都处理；指定序号的获取可以根据不同拍摄条件下确定，确定的方法可以根据多次试验或根据实际处理结果确定。

进一步地，在所述获取各第一图像中的所述特征部位的像素属性信息或在所述获取各第二图像中的所述特征部位的像素属性信息之前，所述方法还包括：

所述图像处理设备对从所述第一图像或第二图像获得的单帧图像进行降低处理量的预处理。

更具体地，所述对从所述第一图像或第二图像获得的单帧图像进行降低处理量的预处理，包括：

所述图像处理设备对所述单帧图像进行灰度处理；

所述图像处理设备对灰度处理后的图像进行降噪处理。

所述图像处理设备对图像进行灰度处理和降噪处理，均是为了去除与获取所述矿井提升设备的位移不相关的因素，更便于后期处理。

所述图像处理设备计算所述待检测部位的第一位置信息包括：对预处理后的图像进行立体视觉匹配和深度计算，即通过双目成像原理计算所述待检测部位的第一位置信息，具体参见图2，所述图像获取设备由左右两部摄像机组成，图中分别以下标l和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点A(X，Y， Z)在左右摄像机的成像面C_l和C_r上的像点分别为a_l(u_l，v_l)和a_r(u_r，v_r)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心O_l和O_r的连线，即投影线a_lO_l和a_rO_r，它们的交点即为世界空间中的对象点A(X，Y，Z)。

图3为本发明实施例矿井提升设备的位移监测系统中图像坐标变换原理示意图，如图3所示，通过世界坐标系和摄像机坐标系，即左摄像头坐标系和右摄像头坐标系的对应关系，进行坐标变换，可以求出物点在空间世界坐标下的深度，求解的过程见下，以一部摄像机为例：

其中，[u,v,1]^T是空间一点M的像点m在图像坐标系下的齐次坐标，A是摄像机的内参数矩阵，B是外参数矩阵，P是3×4矩阵，叫投影矩阵，表示M 在世界坐标系下的齐次坐标。这样，完全可以推算出空间一点在摄像机坐标下的深度坐标Zc，再结合双目立体视觉系统坐标系，可以求出物点在空间世界坐标下的深度。

关于图3和表达式(1)均为双目成像原理的通用原理，不作详述。

步骤203：在第二监测周期到来时，所述图像处理设备向所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第二拍摄指令；

所述图像处理设备计算所述待检测部位的第二位置信息同步骤202，不再赘述。

步骤204：基于所述第一位置信息和所述第二位置信息确定所述待检测部位在所述第一监测周期至所述第二监测周期之间的位移；其中，所述第一监测周期和所述第二监测周期为相邻或非相邻的监测周期。

所述图像处理设备基于所述第一位置信息和所述第二位置信息确定所述待检测部位在所述第一监测周期至所述第二监测周期之间的位移，这个位移就是本矿井提升设备位移监测方法需要的结果。

如果矿井提升设备位移监测系统在预设时间内设置有超过两个的多个监测周期，则能够确定出多个位移数值，在预设时间内的位移可以认为是位移数值最大的那个。

以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图4为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统的示意图，如图4所示，所述矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统包括激光扫描仪15、图像获取设备、同步采集装置5、电源箱6、信号发射器7、信号接收器 8、监控显示器11和工业计算机13。

这里，所述矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统用于监测提升机钢丝绳的钢丝绳16，所述钢丝绳16一端固定于提升机天轮，另一端负载提升容器 17，所述提升容器17在所述矿井18内上下运动，用于运送货物或矿工；为了不影响矿井多绳摩擦提升机的运行，所述在线监测系统会远离所述矿井18预设的距离，最远可以达到100米以上。

而所述激光扫描仪15，可以帮助所述图像处理设备快速确定各图像中的位于所述待检测部位上的特征部位，而无需另外设置背景屏或近距离获取图像。

其中，如图5所示，所述图像获取设备包括两个工业相机即左相机2、右相机4、LED光源1和相机架3，如图6所示；所述工业控制柜9包括机柜10，所述监控显示器11和工业计算机13均安装在机柜10内，所述工业计算机13 还设置有输入设备，即键盘12和鼠标(图中未示出)，所述机柜10内还设有有声光报警装置14，所述声光报警装置电连接所述工业计算机13。

所述激光扫描仪15，用于扫描所述提升机钢丝绳的轮廓，获得所述提升机钢丝绳的轮廓数据；这样，这样图像获取装置无需近距离获取图像。

所述左相机2和右相机4，用于拍摄所述提升机钢丝绳的工作视频，获得所述提升机钢丝绳的视频信息；

所述LED光源1，用于增加所述提升机钢丝绳表面的亮度，以使所述工业相机拍摄的更清楚；

所述相机架3，用于固定所述左相机2和右相机4；

所述同步采集装置5，用于采集左相机2和右相机4拍摄的所述视频信息；所述同步采集装置5为多通道式同步采集装置；

所述信号发射器7，用于将同步采集装置5采集的所述视频信息发送给所述工业计算机13；

所述信号接收器8，用于接收所述信号发射器7发送的所述视频信息，并传递给所述工业计算机；

所述工业计算机13，用于根据所述述提升机钢丝绳的轮廓数据和所述提升机钢丝绳的视频信息，处理所述视频信息，获得所述提升机钢丝绳的位移数据；具体地，所述工业计算机13是一台具有监测分析软件的工业一体计算机。

所述监控显示器11，用于显示所述视频信息和所述提升机钢丝绳的位移数据；

所述声光报警装置14，用于所述提升机钢丝绳极短时间内振动幅度变化巨大时或其它异常情况下的报警；

所述电源箱6，用于给所述左相机2、右相机4、LED光源1、信号发射器 7、信号接收器8提供电能。由于本实施例的矿井多绳摩擦提升机钢丝绳常用于煤矿等易燃矿井，因此所述电源箱6采用隔爆兼本质安全型电源箱，具体是隔爆兼本质安全型电源箱，额定电压为24V，容量为1536Wh。

同理，所述工业控制柜9为防爆控制柜。

所述矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统的工作过程为：同步采集装置5采集左相机2和右相机4拍摄的视频信息，通过信号发射器7发送到所述工业计算机13；所述工业计算机13对所述视频信息进行处理，获得所述提升机钢丝绳的位移数据，根据所述位移数据判断所述提升机钢丝绳的工作状态，如果工作状态异常就通过声光报警装置14报警。

图7为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统的结构示意图，如图7所示，所述提升机钢丝绳振动在线监测系统包括激光扫描仪30、左相机31、右相机32、同步采集装置33、数据传输装置34、工业控制柜35、工业计算机36、监控显示器37和声光报警装置38；其中，

所述激光扫描仪30，用于扫描所述提升机钢丝绳的轮廓，获得所述提升机钢丝绳的轮廓数据，并发送给所述工业计算机；

所述左相机31和右相机32，用于拍摄所述提升机钢丝绳的工作视频；

所述同步采集装置33，用于采集左相机2和右相机4拍摄的视频信息；

所述数据传输装置34，用于将同步采集装置5采集的视频信息发送给所述工业计算机13；

所述工业控制柜35，用于安装工业计算机和保护工业计算机；

所述工业计算机36，用于根据所述激光扫描仪30获得的所述提升机钢丝绳的轮廓数据和所述左相机31、右相机32拍摄的视频信息，处理所述视频信息，获得所述提升机钢丝绳的位移数据；

所述监控显示器37，用于显示所述视频信息和所述提升机钢丝绳的位移数据；

所述声光报警装置38，用于所述提升机钢丝绳极短时间内振动幅度变化巨大时或其它异常情况下的报警。

图8为本发明实施例一矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测系统中无线传输装置设置跳频的示意图，如图8所示，在发射端，先对输入的信号进行基带调制，通常是频移键控(FSK，Frequency-shift keying)调制，然后再与伪随机 (PN，Pseudorandom Noise)码控制下的频率合成器产生的本振信号进行混频或变频，得到伪随机跳变的射频信号，所述本振信号是一种射频载波，是通过将PN码输入频率合成器进行可变频率合成获得。在接收端，用与发射端相同的PN码控制本地频率合成器，将接收的信号与本地频率合成器的信号混频，得到基带调制信号，然后再进行基带解调，恢复出信号。从原理中可以看出，跳频通信是瞬时窄带通信，在每一个频率的驻留时间内,所占的信道的带宽是很窄的，但由于频率跳变的速率比较高，所以从宏观看，跳频系统还是宽带系统，即扩展了频谱。通过设置调频，大大提高了无线信号传输的抗干扰能力。

实施例二

图9为本发明实施例二矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测方法的流程示意图，如图9所示，所述矿井提升设备的位移监测方法包括如下步骤：

步骤500：相机标定矫正；

获取图像前先进行左右相机的标定与矫正，消除相机本身带来的图像畸变。

步骤501：静态标志物获取；

在钢丝绳未运行状态下拍摄静态标志物，以获取标尺。

步骤502：激光扫描；

扫描所述提升机钢丝绳的轮廓，获得所述提升机钢丝绳的轮廓数据。

步骤503：视频流拍摄传输；

监测开始后，拍摄钢丝绳运行视频，并传输至工业控制柜，视频分别传至工业计算机中，并在监控显示器显示所述视频或工业计算机处理结果。

步骤504：提取单帧图像；

由工业计算机的图像处理应用获取左右相机单帧图像。

步骤505：图像灰度处理；

由工业计算机的图像处理应用对单帧图像进行灰度处理。

步骤506：图像降噪滤波；

由工业计算机的图像处理应用对灰度处理后的图像进行降噪滤波处理。

步骤507：立体匹配；

由工业计算机的图像处理应用对降噪滤波后的图像进行立体匹配。

步骤508：三维深度计算；

由工业计算机的图像处理应用对立体匹配后的图像进行三维深度计算。

步骤509：位移获取；

三维深度计算完成后，通过工业计算机的图像处理应用获取所述矿井提升设备在横向、纵向的振幅，即获得所述矿井提升设备的横向、纵向位移。

步骤510：数据保存；

将工业计算机获取的所述矿井提升设备的横向、纵向位移数据进行保存，以便调用。所述工业计算机还可以根据监测结果，制作所述矿井提升设备的“横向振动曲线”和“纵向振动曲线”，所述横向振动曲线的横坐标为监测时间，纵坐标默认为横向振动位移，默认钢丝绳向右为正向位移，所述矿井提升设备的移动方向可以自定义。

另外，工业计算机可通过在提升过程中对钢丝绳的监测，对提升系统钢丝绳健康程度进行初步评判，并生成日报表，报表可直接打印，也可以保存。

步骤511：异常报警。

钢丝绳在极短时间内振动幅度变化巨大时，所述工业计算机判断为异常，通过声光报警装置报警；还有，通过对振动位移变化曲线的分析可及时发现异常振动或振动突变，也会通过声光报警装置报警。

实施例三

图10为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统的示意图，如图10所示，所述矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统包括图像获取设备、工业计算机67、信号发射器68、信号接收器69、监控主机70、声光报警器71 和打印机72。

其中，所述图像获取设备包括工业相机和LED照明灯65和立体靶标66，所述工业相机包括第一相机61、第二相机62、第三相机63和第四相机64。

所述第一相机61、第二相机62、第三相机63和第四相机64，用于拍摄天轮的工作视频；

所述LED照明灯65，用于增加天轮表面的亮度，以使所述工业相机拍摄的更清楚；

所述立体靶标66，用于对工业相机进行标定与矫正，消除相机本身带来的图像畸变；

所述工业计算机67，用于处理所述视频信息，获得所述天轮的位移数据；

所述信号发射器68，用于将工业计算机67获得的所述天轮的位移数据发送给监控显示器70；

所述信号接收器69，用于接收所述信号发射器68发送的所述天轮的位移数据，并传递给所述监控显示器70；

所述监控主机70，用于显示信号接收器69接收的所述天轮的位移数据；

所述声光报警装置71，用于天轮极短时间内振动幅度变化巨大时或其它异常情况下的报警；

所述打印机72，用于将天轮的位移数据打印出来。

能够理解，本实施例也可以采用实施例一所述的激光扫描仪15，不作赘述。

图11为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统的结构示意图，如图11所示，所述矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统包括：立体视觉采集系统、图像处理系统、数据传输系统和显示与操作系统；其中，

所述立体视觉采集系统，包括LED照明灯、CCD摄像机、立体靶标和多通道同步采集装置；所述LED照明灯，用于增加天轮表面的亮度，以使所述 CCD摄像机拍摄的更清楚；所述CCD摄像机，用于拍摄天轮的工作视频；所述立体靶标，用于对CCD摄像机进行标定与矫正，消除相机本身带来的图像畸变；所述多通道同步采集装置，用于采集CCD摄像机拍摄的视频信息，并发送给所述图像处理系统；

所述图像处理系统，包括防护壳、工业一体计算机、图像识别与处理软件和存储器；所述防护壳，用于安装在所述工业一体计算机的外表面，保护所述工业一体计算机；所述工业一体计算机，用于接收所述多通道同步采集装置传输的视频信息，并输入所述图像识别与处理软件；所述图像识别与处理软件，用于处理CCD摄像机拍摄的视频信息，获得所述天轮的位移数据；所述存储器，用于保存所述多通道同步采集装置传输的视频信息以及所述图像识别与处理软件处理的结果；所述图像识别与处理软件安装于所述工业一体计算机；

所述数据传输系统，包括无线发射装置和无线接收装置，所述无线发射装置，用于将所述图像识别与处理软件处理后的结果信息发送到监控主机，所述无线接收装置用于接收所述无线发射装置发送的结果信息，并传递到所述监控主机；实际应用中，所述数据传输系统采用采用点对点无线网桥装置，参见图 10，包括无线发射装置68和无线接收装置69，最佳传输距离为0-3公里，最大传输速率达到300Mbps，采用以太网供电(POE，Power OverEthernet)电源。无线发射装置68与图像处理系统相连接，无线接收装置69连接到显示与操作系统。

所述显示与操作系统，包括监控主机、声光报警装置和打印机，所述监控主机，用于显示所述天轮的位移数据；所述声光报警装置，用于天轮极短时间内振动幅度变化巨大时或其它异常情况下的报警；所述打印机，用于将天轮的位移数据打印出来。

进一步地，所述矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统还包括电源电气系统，所述电源电气系统包括隔爆兼本质安全型电源箱和电气设备，隔爆兼本质安全型电源箱额定电压为24V，容量为1536Wh。

图12为本发明实施例三矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统中图像获取设备标定的立体靶标的示意图，如图12所示，立体靶标共有六个，分别为 A1、A2、A3、A4、A5、A6，具体工作过程为：将立体靶标置于摄像机镜头内，通过相机坐标系、世界坐标系、靶标坐标系之间的变化关系，采用标准标定法对左右相机进行标定与矫正，消除相机本身带来的图像畸变。

本发明实施例矿井多绳摩擦提升机天轮在线监测系统在监测过程中，也执行如实施例二矿井多绳摩擦提升机钢丝绳在线监测方法所述的步骤，不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种矿井提升设备的位移监测系统，其特征在于，所述系统包括图像处理设备、激光扫描仪和至少两个图像获取设备，所述图像处理设备分别与所述激光扫描仪和所述图像获取设备电连接；所述至少两个图像获取设备中的各图像获取设备所处位置不同，且在所述矿井提升设备提升过程中，能拍摄所述矿井提升设备的待检测部位；

2.根据权利要求1所述的矿井提升设备的位移监测系统，其特征在于，所述特征部位包括具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的部位。

3.根据权利要求1所述的矿井提升设备的位移监测系统，其特征在于，所述特征部位包括设置于所述待检测部位上的、具有缩放不变性、平移不变性、旋转不变性和光照不变性的点。

4.根据权利要求2所述的矿井提升设备的位移监测系统，其特征在于，所述特征部位包括易于进行图像分类、图像检索和宽基线匹配的部位。

5.根据权利要求2或3所述的矿井提升设备的位移监测系统，其特征在于，所述系统还包括显示器，所述显示器用于显示所述图像获取设备获取的图像或所述图像处理设备对所述图像处理后获得的数据。

6.一种矿井提升设备的位移监测方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述向至少两个图像获取设备中的各图像获取设备分别发送第一拍摄指令之前，所述方法还包括：

对所述图像获取设备进行相机标定；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取所述图像获取设备响应于所述第一拍摄指令所拍摄的包含所述矿井提升设备的待检测部位的第一图像，或获取所述图像获取设备响应于所述第二拍摄指令所拍摄的包含所述待检测部位的第二图像，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述获取各第一图像中的所述特征部位的像素属性信息或在所述获取各第二图像中的所述特征部位的像素属性信息之前，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对从所述第一图像或第二图像获得的单帧图像进行降低处理量的预处理，包括：

对所述单帧图像进行灰度处理；

对灰度处理后的图像进行降噪处理。