CN112255234A - 烟囱烟气黑度的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟囱烟气黑度的测量方法及系统。涉及测量设备领域，其中，烟囱烟气黑度测量方法包括以下步骤：获取环境参数；根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对摄像头；获取被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片；根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。其中，所述摄像头的数量为四个以上，多个所述摄像头沿所述烟囱周向布置。通过环境参数可以选择位置合适的摄像头进行拍摄，通过两个摄像头的对称关系，可以对黑度检测结果进行补偿，减少环境因素对测量的影响，因此提高了黑度测量的准确度。

Description

烟囱烟气黑度的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测量设备领域，尤其涉及一种烟囱烟气黑度的测量方法及系统。

背景技术

目前，利用计算机智能识别烟气黑度等级基本代替了传统的人工判定黑度等级方式，实现了在线监测烟气黑度，这种方法一般在烟囱附近拍摄烟气照片，然后利用图片处理和识别技术计算出黑度等级。相关技术中，在合适的区域布设多个视频点同时拍摄烟气照片求取每个烟囱的校准系数，能够补偿由于天空背景颜色变化带来的误差，但是即便如此，诸如风向和太阳角度等环境因素依然对黑度测量造成较大的干扰。

发明内容

鉴于此，为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种烟囱烟气黑度的测量方法及系统，能够减小由于太阳光线或风向变化带来的误差。

第一方面，本发明实施例提供了一种烟囱烟气黑度测量系统，包括：

环境参数检测仪，用于检测环境参数；

摄像头，用于获取所述烟囱的烟气图片，所述摄像头的数量为四个以上，多个所述摄像头沿所述烟囱周向布置；

处理部件，用于获取所述环境参数，根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对所述摄像头，根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。

在一些实施例中，一对对称的所述摄像头拍摄图片的时间和频率一致。

在一些实施例中，多个所述摄像头以所述烟囱为圆心沿圆周方向等距离分布。

在一些实施例中，所述摄像头安装在旋转机构上，所述旋转机构用于调节所述摄像头的拍摄角度。

在一些实施例中，所述摄像头安装在支架上，所述支架上安装有海拔高度测试仪，所述支架的高度可调节。

在一些实施例中，所述根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果，包括：

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度平均值；

根据所述黑度平均值确定所述黑度检测结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种烟囱烟气黑度测量方法，包括以下步骤：

获取环境参数；

根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对摄像头；

获取被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片；

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。

其中，所述摄像头的数量为四个以上，多个所述摄像头沿所述烟囱周向布置。

在一些实施例中，所述环境参数包括经纬度、时间和风向，所述根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对摄像头，包括以下步骤：

根据所述经纬度和所述时间确定太阳光线水平入射方向，其中所述太阳光线水平入射方向为太阳光线投影在水平面的方向；

选中水平拍摄方向与所述太阳光线水平入射方向的夹角大于预设值的摄像头作为候选摄像头；

从选中的所述候选摄像头中选择连线与所述风向夹角最大的一对所述摄像头，其中被选择的一对所述摄像头以所述烟囱为中心对称分布。

在一些实施例中，所述根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果，包括以下步骤：

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度平均值；

根据所述黑度平均值确定所述黑度检测结果。

在一些实施例中，所述烟囱烟气黑度测量方法还包括以下步骤：

根据所述环境参数控制所述摄像头停止工作。

本发明上述的技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：可以将环境参数检测仪设置在烟囱附近，其能够检测到烟囱所在地的环境参数。摄像头沿烟囱周向布置且以烟囱为中心对称分布的两个摄像头布设成一对，摄像头的数量至少为两对。处理部件获取到环境参数检测仪发送的环境参数信息，处理部件根据获取到的环境参数信息选择位置最合适的一对摄像头拍摄的图片作为依据分别计算出黑度检测结果，并通过两个摄像头所拍摄的图片来确定黑度，通过两个摄像头的对称关系，可以对黑度检测结果进行补偿，减少环境因素对测量的影响，因此提高了黑度测量的准确度。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的烟气黑度测量系统布置俯视图；

图2是根据本发明实施例提供的烟气黑度测量系统布置侧视图；

图3是根据本发明实施例提供的摄像头安装示意图；

图4是根据本发明实施例提供的烟囱烟气测量方法流程图；

图5是根据本发明另一实施例提供的烟囱烟气测量方法流程图；

图6是根据本发明另一实施例提供的烟囱烟气测量方法流程图；

图7是根据本发明另一实施例提供的烟囱烟气测量方法流程图；

具体实施方式

本申请实施例所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

相关技术中，对于企业废气排放的检测方法有传统的林格曼烟气黑度目测法，由专业人员在合适位置利用高质量的棱镜望远镜进行远距离的观察，专业人员将目镜看到的烟气黑度与林格曼黑度等级标准图进行对比判定排放的烟气黑度等级。目前，也有利用计算机的图像识别技术来判定黑度等级，这种方法采用摄像头拍摄图片来代替人眼观察，利用计算机的图像识别算法代替人工判定，提高了烟气黑度检测准确度。不论采用什么方式来进行黑度等级判定都对环境有一定要求，例如，观察或拍摄时不能背光也不能由阳光直射，视线要与烟气的流向尽量垂直，风速太大烟气容易被吹散不能进行观测。而太阳光线、风向和风速等环境因素会随时变化，影响到烟气黑度的检测。

故本发明实施例提供一种烟囱烟气黑度的测量系统能够减少由于环境因素对黑度测量造成的影响。参照图1和图2，烟囱110烟气黑度测量系统包括摄像头120、环境参数检测仪210和处理部件(图中未示出)。四个摄像头120围绕烟囱110周向布置，每两个摄像头120布置成一对且以烟囱110为中心对称分布，所有摄像头120均朝向烟囱110烟气排出口。环境参数检测仪210布置在烟囱110附近，摄像头120用于拍摄烟气照片，环境参数检测仪210用于获取烟囱110附近的环境参数，环境参数包括有经纬度、时间、风速和风向等参数。处理部件从环境参数检测仪210获取环境参数并根据环境参数选择位置合适的一对摄像头120所拍摄的图片进行黑度检测，确定黑度检测结果。在监测烟囱110烟气黑度的过程中，风向可能发生变化或者监测一段时间后太阳光线的方向也会有所改变，处理部件根据环境参数检测仪210发送的环境参数数据变化后，重新选用适合于变化后的环境的一对摄像头120所拍摄的图片进行黑度检测。因此，本发明实施例的烟囱110烟气黑度测量系统能够根据环境的变化选择位置合适的摄像头120所拍摄的图片，并利用一对对称的摄像头120所拍摄的图片检测结果互相补偿，提高了黑度检测结果的准确度，也能够在线实时监测烟气黑度。

需要说明的是，摄像头120的数量可以为四个，也可以为六个、八个、十个等，摄像头120的数量越多，即能拍摄到的不同角度的烟气图片越多，处理部件根据环境参数对摄像头120所拍摄的图片进行选择时能选择到拍摄角度更合适的图片，进而提高黑度测量的准确度。

需要说明的是，可以将环境参数检测仪210布置在50米范围内没有高于环境参数检测仪210的障碍物的地方，也可以调整环境参数检测仪210的安装高度使其与烟气排放出口处于同一水平线，该布置方式能够较为准确地检测到烟囱110烟气排出口处的环境参数。

需要说明的是，摄像头120内置有存储部件，存储部件用于存储摄像头120拍摄的图片。摄像头120与处理部件的数据传输方式可以采用有线传输，例如存储部件通过数据总线与处理部件连接。摄像头120与处理部件的数据传输方式也可以采用无线传输，例如在摄像头120和处理部件设置有无线传输组件，数据通过无线传输组件传输。同样地，处理部件和环境参数检测仪210之间的数据传输方式可以采用有线传输也可以采用无线传输。本发明不对各部件的数据传输方式做具体限制。

根据本发明的一些具体实施例，一对对称的摄像头120拍摄图片的时间和频率一致。控制摄像头120拍摄图片的时间和频率可以在摄像头120内置计时器控制，也可以通过处理部件的定时器控制。在一对摄像头120中内置计时器计时，在同一时刻两个摄像头120开始拍摄，两个计时器每累计相同一段时间就拍摄一次，可以控制一对摄像头120每一次拍摄图片的时间相同。控制摄像头120拍摄图片的时间和频率也可以由处理部件控制，处理部件通过定时器进行计时，每到达一个预设的时刻同时向一对对称的摄像头120发送指令，摄像头120接受到指令进行拍摄。通过控制一对摄像头120拍摄图片的时间和频率一致，使得一对摄像头120能够在同一时刻对烟气进行拍摄，进而拍摄出的烟气图片处于同一状态，利用两张图片检测黑度的结果较为准确。

根据本发明的一些具体实施例，参照图1，摄像头120布置在以烟囱110为圆心的圆上，所有摄像头120到烟囱110的距离相等，所有相邻的摄像头120间的距离也相等。布置摄像头120到烟囱110的距离相等使摄像头120拍摄到的图片中烟气与天空背景的比例相同，方便处理部件对图片的处理。布置摄像头120间的距离相等，在摄像头数量相同的条件下能更大程度地获取到烟气不同角度的图片。

根据本发明的一些具体实施例，参照图3，摄像头120安装在一支架320上，支架320与摄像头120通过旋转机构310连接。旋转机构310用于调整摄像头120的水平拍摄角度和垂直拍摄角度α，摄像头120水平拍摄角度均调整至朝向烟囱110。摄像头120的垂直拍摄角度α与摄像头120与烟囱110间的距离和摄像头120与烟囱110的高度差有关，摄像头120的垂直拍摄角度α一般不大于45度，如果垂直拍摄角度α太大摄像头120视角太高，拍摄越容易受到太阳光线的影响且不容易拍摄到烟气的整体情况。要控制摄像头120的垂直拍摄角度α不大于45度只要控制摄像头120与烟囱110的水平距离大于摄像头120与烟囱110的高度差即可。支架320上设置有海拔高度测试仪330，能够检测到摄像头120的海拔高度，支架320的高度可调整。在布设摄像头120时，先获取到烟囱110的设计高度，调整摄像头120的高度并读取海拔高度测试仪330的数值，计算烟囱110与摄像头120的高度差，移动摄像头120的位置使摄像头120到烟囱110的水平距离大于烟囱110与摄像头120的高度差，调整支架320高度使所有摄像头120处于同一水平线上。

需要说明的是，旋转机构310的角度调节和支架320的高度调节可以是手动调节也可以通过处理部件控制驱动装置调节，本发明不对旋转机构310和支架320的调节方式做具体限制。

需要说明的是，采用旋转机构310通过处理部件进行角度调节，选定一对摄像头120进行拍摄后，处理部件可根据风向变化驱动旋转机构310调整该对摄像头120的拍摄角度使拍摄视线与烟气尽量垂直。另外，当风向变化范围较小时，例如风向角度在±5度范围内变化，为了增加检测结果的稳定性，则保持摄像头120的拍摄角度不变。

根据本发明的一些具体实施例，处理部件将一对合适的摄像头所拍摄的图片代入黑度自动判定模型后得到两个黑度检测结果，利用两个黑度检测结果求取黑度平均值得出最终的黑度检测结果。将采用一对对称的摄像头所检测的黑度结果求取平均值能够互相补偿检测结果，提高黑度检测结果的准确度。

本发明实施例还提供一种烟囱烟气黑度测量的方法，本方法可以应用在上述烟囱烟气测量系统中，具体由处理部件执行。参照图4，本发明实施例的方法包括但不限于步骤S410、步骤S420、步骤S430、步骤S440。

步骤S410，获取环境参数。

在一些实施例中，环境参数包括环境参数检测仪检测到的时间、经纬度、风速和风向，环境参数检测仪以一定的频率向处理部件发送环境参数。

步骤S420，根据环境参数选中以烟囱为中心对称分布的一对摄像头。

步骤S430，获取被选中的一对摄像头所拍摄的图片。

在一些实施例中，处理部件对每一台摄像机进行标号，根据该标号区分不同的摄像机。处理部件获取到环境参数后根据参数信息选中一对对称的拍摄角度合适的摄像头，控制其进行拍摄，选中的摄像头将图片发送给处理部件处理。

在一些实施例中，处理部件对每一台不同的摄像机发送来的图片进行标号，根据该标号区分不同摄像机所拍摄的图片。处理部件控制所有的摄像头进行拍摄并获取所有摄像头拍摄的图片，根据环境参数选择拍摄角度合适的一对对称摄像头拍摄的图片进行处理。

步骤S440，根据被选中的一对摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。

在一些实施例中，处理部件将选中的图片带入烟气黑度自动判定模型得出一个黑度检测结果，黑度检测结果可以是一个黑度值也可以是一个黑度等级，黑度检测结果是一个提供给监测人员的一个指标，只要监测人员能够基于这个结果判断烟气污染物排放情况即可。当然，对于烟气污染物排放浓度通常采用林格曼黑度作为判定指标，林格曼黑度是将烟气黑度划分为六个等级表示污染物的浓度，因此黑度检测结果可以是一个林格曼黑度。

本发明的另一个实施例还提供了一种烟囱烟气黑度测量的方法，参照图5，图5是图4中步骤S420的细化流程的一个实施例的示意图，该步骤S420包括但不限于步骤S510、步骤S520、步骤S530。

步骤S510,根据经纬度和时间确定太阳光线水平入射方向，其中太阳光线水平入射方向为太阳光线投影在水平面的方向。

步骤S520，选中水平拍摄方向与所述太阳光线水平入射方向的夹角大于预设值的摄像头作为候选摄像头。

步骤S530，从选中的候选摄像头中选择连线与风向夹角最大的一对摄像头，其中被选择的一对摄像头以烟囱为中心对称分布。

在一些实施例中，环境参数包括有经纬度和时间，利用经纬度和时间的关系可以求得太阳光线水平入射方向，处理部件根据求出的太阳光线水平入射方向对摄像头进行选择。处理部件内部存储有摄像头的水平拍摄方向，一对对称的摄像头的水平拍摄方向视为同一方向，水平拍摄方向与太阳光线水平入射方向的夹角在预设值内(例如10度内)的摄像头接收的太阳光线不均匀，拍摄的图片会有曝光或者亮度不足现象，不适合拍摄。选择水平拍摄方向与太阳光线水平入射方向的夹角大于预设值的摄像头作为候选摄像头，从候选摄像头中选择一对连线与风向夹角最大的摄像头所拍摄的图片作为检测烟气黑度的依据，一对摄像头连线与风向夹角最大表示了摄像头的拍摄视线与烟气的流动方向互相垂直，更加清楚、完整地拍摄到烟气形态。

本发明的另一个实施例还提供了一种烟囱烟气黑度测量的方法，参照图6，图6是图4中步骤S440的细化流程的一个实施例的示意图，该步骤S440包括但不限于步骤S610、步骤S620。

步骤S610,根据被选中的一对摄像头所拍摄的图片确定黑度平均值；

步骤S610，根据黑度平均值确定所述黑度检测结果。

在一些实施例中，处理部件将合适的一组图片带入烟气黑度自动判定模型之后得到两个黑度值，利用这两个黑度值计算出一个黑度平均值，将黑度平均值划分为不同的区间，每个区间对应了不同的黑度等级，计算出的黑度平均值根据其所在区间对应到黑度等级，该黑度等级即为黑度检测结果。例如，一组图片带入烟气黑度自动判定模型得到的黑度值分别为70和80，计算得出的黑度平均值为75,75属于划分出的第五个区间，第五个区间对应五级黑度，五级黑度即为检测结果。当然，也可以直接将黑度平均值直接作为黑度检测结果。

在一些实施例中，处理部件将合适的一组图片带入烟气黑度自动判定模型之后直接得到两个黑度等级，利用这两个黑度等级计算出一个黑度平均值，该黑度平均值为黑度等级平均值将黑度等级平均值作为黑度检测结果。例如，一组图片带入烟气黑度自动判定模型得到的黑度等级分别为四级和五级，计算出的黑度等级平均值为4.5级，4.5级黑度即为检测结果。当然，为了使检测结果的表示方式符合常规的表示方式，可以将黑度等级平均值进行四舍五入取整处理，最终4.5级处理为五级，五级黑度即为检测结果。

在上述实施例中，黑度平均值的计算都是采用算术平均值的计算方式，由于在使用烟气黑度测量系统时，一对对称的摄像头拍摄图片受到阳光的影响程度不一样，根据摄像头受到阳光的影响程度对应地在利用其图片计算出的黑度结果乘以一个权值，最后计算出黑度的加权平均值，在上述实施例中也可以看成两个摄像头受阳光影响程度一致，权值都为0.5。采用一对摄像头计算黑度平均值能够互相补偿环境对拍摄的影响，提高了黑度测量的准确度。

本发明的另一个实施例还提供了一种烟囱烟气黑度测量的方法，参照图7，图7是图4步骤的另一个步骤，本发明实施例包括但不限于步骤S710。

步骤S710，根据环境参数控制摄像头停止工作。

在一些实施例中，环境参数包括时间，由于傍晚或者光线不足不能进行拍摄，当处理器接受到的时间参数为傍晚或者夜晚时间，则控制所有摄像头停止工作。

在一些实施例中，环境参数包括风速，由于风速太大烟被快速气吹散从而不能有效拍摄到烟气图片，当处理器接收到风速达到风速预设值则控制摄像头停止工作，一般风速预设值设定为4.5m/s。

在一些实施例中，环境参数包括空气湿度，在雾雨天气空气湿度过大烟气容易凝结成水珠，不适合进行烟气黑度检测，当处理部件接收到空气湿度达到湿度预设值则控制摄像头停止工作。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，包括：

环境参数检测仪，用于检测环境参数；

摄像头，用于获取所述烟囱的烟气图片，所述摄像头的数量为四个以上，多个所述摄像头沿所述烟囱周向布置；

处理部件，用于获取所述环境参数，根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对所述摄像头，根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。

2.根据权利要求1所述的烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，一对对称的所述摄像头拍摄图片的时间和频率一致。

3.根据权利要求1所述的烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，多个所述摄像头以所述烟囱为圆心沿圆周方向等距离分布。

4.根据权利要求1所述的烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，所述摄像头安装在旋转机构上，所述旋转机构用于调节所述摄像头的拍摄角度。

5.根据权利要求1所述的烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，所述摄像头安装在支架上，所述支架上安装有海拔高度测试仪，所述支架的高度可调节。

6.根据权利要求1所述的烟囱烟气黑度测量系统，其特征在于，所述根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果，包括：

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度平均值；

根据所述黑度平均值确定所述黑度检测结果。

7.一种烟囱烟气黑度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取环境参数；

根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对摄像头；

获取被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片；

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果。

其中，所述摄像头的数量为四个以上，多个所述摄像头沿所述烟囱周向布置。

8.根据权利要求7所述的烟囱烟气黑度测量方法，其特征在于，所述环境参数包括经纬度、时间和风向，所述根据所述环境参数选中以所述烟囱为中心对称分布的一对摄像头，包括以下步骤：

根据所述经纬度和所述时间确定太阳光线水平入射方向，其中所述太阳光线水平入射方向为太阳光线投影在水平面的方向；

选中水平拍摄方向与所述太阳光线水平入射方向的夹角大于预设值的摄像头作为候选摄像头；

从选中的所述候选摄像头中选择连线与所述风向夹角最大的一对所述摄像头，其中被选择的一对所述摄像头以所述烟囱为中心对称分布。

9.根据权利要求7所述的烟囱烟气黑度测量方法，其特征在于，所述根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度检测结果，包括以下步骤：

根据被选中的一对所述摄像头所拍摄的图片确定黑度平均值；

根据所述黑度平均值确定所述黑度检测结果。

10.根据权利要求7所述的烟囱烟气黑度测量方法，其特征在于，所述烟囱烟气黑度测量方法还包括以下步骤：

根据所述环境参数控制所述摄像头停止工作。

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