CN112257624A - 一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，主要涉及非接触式称重计量领域。一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，包括图像识别单元、雷达扫描单元、数据计算处理单元、网络数据传输单元以及上位机。本发明的有益效果在于：本发明能够在不停车的情况下完成车厢内矿石的称重，且非接触的称重方式不再受到电机车牵引车厢数量的限制，能够更为高效的完成车厢内矿石的重量称量。
Description
技术领域
本发明主要涉及非接触式称重计量领域，具体是一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统。
背景技术
电机车是轨道车辆运输的一种牵引设备，是矿井下矿石运输的重要设备。矿井下每日的开采量是必要的统计数据。目前主要通过地轨上安装的称重系统对电机车装载的矿石进行接触式称重，这种称重方式需要电机车处于静止状态或者速度较低时才可实现，且电机车牵引的运输车厢较多时，就会超出地轨称重系统的称重范围，造成称重数据不准确。同时电机车的减速或停车都会影响运输的正常进行，降低矿石的运输效率。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，它能够在不停车的情况下完成车厢内矿石的称重，且非接触的称重方式不再受到电机车牵引车厢数量的限制，能够更为高效的完成车厢内矿石的重量称量。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，包括图像识别单元、雷达扫描单元、数据计算处理单元、网络数据传输单元以及上位机，所述自动计量方法如下：
S1：所述图像识别单元通过摄像头和红外光电传感器捕捉车辆经过时的照片，并将数据传输给数据计算处理单元；
S2：所述雷达扫描单元通过高速线性激光雷达和激光测速雷达配合提取车辆的俯视切面图，并将数据通过网线传输给数据计算处理单元；
S3：所述数据计算处理单元获取到图像信息后将车辆的编号信息提取并处理记录，然后将雷达扫描单元发送的数据进行过滤拼接，从而获得车辆的运输装载量；
S4：所述网络数据传输单元将数据及计算结果传输给上位机；
S5：所述上位机将数据记录到数据库中并计算实时报表和历史报表，最终展示到用户界面，提供车辆实时运输信息和历史运输信息的展示和查询。
具体的，所述S3中，首先构建激光雷达对动态运动物体扫描的数学模型，积累大量矿石轮廓数据，并将矿石轮廓数据与地轨称重系统数据对比分析，获得密度的拟合曲线，并将此密度曲线直接应用于矿石体积与质量换算，从而将车辆的俯视切面图利用拟合曲线换算出车辆的运输装载量。
具体的，所述S1中，所述图像识别单元通过在电机车经过路段加装摄像头与强光照射，根据动态捕捉技术获取电机车的喷漆数字，然后通过内部算法转换为车辆唯一的编号码，通过此编号码区别过往车辆的身份。
具体的，所述S2中，所述雷达扫描单元通过在车辆正上方安装高速线性激光雷达获取电机车车斗内矿石的切片数据，并配合激光测速雷达将离散的切片数据进行整合分析，形成三维的矿石轮廓。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明通过图像识别单元识别电机车牵引的车厢编号，并将车厢的编号信息传递到上位机，然后通过雷达扫描单元获取到矿石的轮廓信息，通过之前构建的矿石密度的拟合曲线得出最终的矿石重量。
本发明通过非接触式的称重方式，可以在电机车正常运行状态下完成矿石的重量测量，从而不影响矿石的运输效率。
附图说明
附图1是本发明结构框图；
附图2是本发明总体质量和统计体积拟合的密度比曲线图；
附图3是本发明矿石最高点横向切面图；
附图4是本发明电机车运行瞬时速度图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1-4所示，本发明所述一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，包括图像识别单元、雷达扫描单元、数据计算处理单元、网络数据传输单元以及上位机，所述自动计量方法如下：
首先，图像识别单元包括摄像头和红外光电传感器，通过摄像头和红外光电传感器来捕捉车辆经过时的照片，并将数据传输给计算处理单元，其中所述图像识别单元是通过在电机车经过路段加装摄像头与强光照射，根据动态捕捉技术获取电机车的喷漆数字，然后通过内部算法转换为车辆唯一的编号码，通过此编号码区别过往车辆的身份的。然后雷达扫描单元通过高速线性激光雷达和激光测速雷达配合提取车辆的俯视切面图，并将数据通过网线传输给计算处理单元。所述雷达扫描单元是通过在车辆正上方安装高速线性激光雷达扫描仪来获取电机车车斗内矿石的切片数据，并配合激光测速传感器将离散的切片数据进行整合分析，最终形成三维的矿石轮廓。通过获取的矿石轮廓，构建动态运动物体扫描的数学模型，积累大量矿石轮廓数据，与地轨称重系统数据对比分析，获得密度的拟合曲线。并将此密度曲线直接应用于矿石体积与质量换算。由数据计算处理单元获取到图像信息后将车辆的编号信息提取并处理记录，然后将雷达扫描单元发送的数据进行过滤拼接，从而获得车辆的运输装载量；网络数据传输单元负责将数据及计算结果传输给上位机，并保障与上位机通信的畅通性，如果出现网络断线的情况，会发送网络重连请求，保证网络畅通后可以重新连接到服务器服务；上位机存储展示单元是核心处理服务，统筹调度其他各个单元，将数据记录到数据库中并计算实时报表和历史报表，最终展示到用户界面，提供车辆实时运输信息和历史运输信息的展示和查询功能。
进一步的，本发明选用了图像捕捉技术与红外光电开关的配合，在没有电机车运行时候，系统会自动进行休眠，能够最大限度的降低系统功耗。
进一步的，上位机可细化统计各个班组人员每日运输量，提高精细化管理程度，自动生成每日、每月各班组人员的工作量报表，替代了统计人员现场统计的工作，为提高运输效率提供数据支撑。
具体的，所述雷达扫描单元，通过3000次/秒的扫描速度，快速扫过纵向通过车辆的横切面，将雷达激光反馈结果转换为数字信号数据，并将数据与当前时间进行打包封装，同一时刻速度雷达将扫描到的车辆运行速度与当前时间进行打包封装，将这两组封装数据一同发送给计算处理单元。
具体的，所述网络数据传输单元分为有线网络和无线网络两个部分，通过工业以太网络将数据结果传输给上位机；
具体的，所述上位机接收到传输的数据，并对数据格式进行解析，将解析完成的数据存储到实时数据库中，并在数据库中做统计计算及实时核算，将计算的统计量和实时量展现到用户界面，方便用户查看当前电机车的运输量、当日统计量、每班统计量及当月统计量等信息。其中可在数据计算处理单元增加一下位机，下位机有一个统一的调度系统，该系统将网络、数据及计算统一调度，使用的ARM芯片管理调度系统，内嵌嵌入式操作系统及一块轻量级的存储模块，实现数据的阶段性保存，能够在网络断线的情况下，缓存一部分计算结果数据，使其不丢失，等待网络重新在线后，将保存的数据重新上传到上位机。
具体的，根据上面所述的采集、处理、计算和上传的过程数据，界面展示系统都能对原始数据和计算结果进行条件筛选查询，方便用户核对校验数据，上位机系统会跟据用户的手动输入的称重量与计算的称重量进行曲线拟合，自动求得最佳的密度曲线图(根据矿石块大小、装载量和车斗内部轮廓不同会对矿体密度有不同程度的影响)。
实施例1：
在本系统使用时，所述图像识别单元通过在电机车经过路段安装摄像头与强光照射，根据动态捕捉技术获取电机车的喷漆数字，然后通过内部算法转换为车辆唯一的编号码，通过此编号码区别过往车辆的身份；
然后所述雷达扫描单元通过在车辆正上方安装高速线性激光雷达扫描仪，获取电机车车斗内矿石的切片数据，并配合激光测速传感器将离散的切片数据进行整合分析，形成三维的矿石轮廓。
此时获得了当下T时刻的矿石横切面面积S：
S＝Σ(h*Δl)
其中h为每个点的测量高度，Δl为车宽度与采集点数量之比。
所述数据计算处理单元，通过图片识别技术，在拍摄的车辆照片中提取车辆号码，将车辆雷达扫描切片数据根据车辆的速度曲线进行拼接，换算成车辆的矿石体积，并通过拟合的矿石密度计算运输量。
体积换算公式如下：
V＝S*v*Δt
其中S是矿石横切面面积，v是对应时刻车量速度，Δt是两侧速度测量时间间隔。
车辆总运输量计算公式如下：
M＝Σ(V*ρ)
其中M为当此运输矿石总质量，V是某一时刻的体积，ρ为体积换算质量函数(体积换算质量函数需要根据不同地域不同原矿石实际测量求得，按照标准矿石车一车矿石质量除以矿车标准体积)，求和符号是将所有当次测量的所有参数进行求和。
Claims (4)
1.一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，包括图像识别单元、雷达扫描单元、数据计算处理单元、网络数据传输单元以及上位机，其特征在于，所述自动计量方法如下：
S1：所述图像识别单元通过摄像头和红外光电传感器捕捉车辆经过时的照片，并将数据传输给数据计算处理单元；
S2：所述雷达扫描单元通过高速线性激光雷达和激光测速雷达配合提取车辆的俯视切面图，并将数据通过网线传输给数据计算处理单元；
S3：所述数据计算处理单元获取到图像信息后将车辆的编号信息提取并处理记录，然后将雷达扫描单元发送的数据进行过滤拼接，从而获得车辆的运输装载量；
S4：所述网络数据传输单元将数据及计算结果传输给上位机；
S5：所述上位机将数据记录到数据库中并计算实时报表和历史报表，最终展示到用户界面，提供车辆实时运输信息和历史运输信息的展示和查询。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，其特征在于：所述S3中，首先构建激光雷达对动态运动物体扫描的数学模型，积累大量矿石轮廓数据，并将矿石轮廓数据与地轨称重系统数据对比分析，获得密度的拟合曲线，并将此密度曲线直接应用于矿石体积与质量换算，从而将车辆的俯视切面图利用拟合曲线换算出车辆的运输装载量。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，其特征在于：所述S1中，所述图像识别单元通过在电机车经过路段加装摄像头与强光照射，根据动态捕捉技术获取电机车的喷漆数字，然后通过内部算法转换为车辆唯一的编号码，通过此编号码区别过往车辆的身份。
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算实现的矿井运输电机车自动计量系统，其特征在于：所述S2中，所述雷达扫描单元通过在车辆正上方安装高速线性激光雷达获取电机车车斗内矿石的切片数据，并配合激光测速雷达将离散的切片数据进行整合分析，形成三维的矿石轮廓。
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