CN112419329A - 一种基于matlab的散体相似模拟顶煤运移监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，对顶煤运移相似模拟试验台，对综放开采初始煤岩分界面形态进行模拟，录制运移视频；对录制的运移视频进行Matlab处理；对运移视频的每帧进行图像分割，将标记石子与背景分割；得到类似的石子图像；对图像进行二值连通区域标记处理，把图像中连接在一起的像素附上相同标记，没有连接在一起的像素附上不同标记；将多余的区域进行去除；对标记的石子进行提取，分别鉴别出白色以及绿色石子；对每一帧的标记石子进行追踪，得出其运动轨迹；对运动轨迹进行轨迹曲线计算，得出运动轨迹曲线；得出标记石子的速度曲线。使用Matlab进行散体顶煤运移监测，为研究顶煤的运移规律提供了一种有效的监测方法。
Description
技术领域
本发明属于散体相似模拟监测技术，具体是一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，属于采矿工程领域。
背景技术
散体相似模拟顶煤的运移监测是研究放顶煤运移规律的一个重要方法。在放顶煤的开采中，顶煤破碎以及顶煤的放出规律研究一直在放顶煤开采的理论研究中占有重要地位。其中利用散体相似模拟试验，来模拟顶煤的放煤规律具有重要意义。散体顶煤放出规律研究是指研究破碎以后的散体顶煤在放煤过程中的流动与放出规律，研究对象仅限于破碎后的散体顶煤，此时无论破碎块度大小，块度分布如何，均将其视为可以流动的松散介质。当支架放煤口打开以后，已破碎的散体顶煤在自重和上覆已冒落岩层的作用下，自动流入放煤口。尽管某个具体的煤块可能发生随机滚动和滑移，但是从宏观上来看，大量松散煤块集合体的流动仍然具有连续性。为此，监测顶煤的运移轨迹，得出其速度曲线，为研究放煤规律打下重要基础。
发明内容
本发明的目的就是针对分析顶煤的放出情况，提供了是一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法模方法。该方法在对顶煤运移相似模拟试验台，对综放开采初始煤岩分界面形态进行模拟，录制运移视频，进行Matlab处理；对运移视频的每帧进行图像分割，将标记石子与背景分割，得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像；对图像进行二值连通区域标记处理，把图像中连接在一起的像素附上相同标记，没有连接在一起的像素附上不同标记；对得到的二值连通区域进行去除过大/小区域的处理，将多余的区域进行去除；对标记的石子进行提取，分别鉴别出白色以及绿色石子；对每一帧的标记石子进行追踪，得出其运动轨迹；对得出的标记石子运动轨迹进行轨迹曲线计算，得出其具体的运动轨迹曲线；对轨迹曲线进行曲线差分得出标记石子的速度曲线。使用Matlab 进行散体顶煤运移监测，为研究顶煤的运移规律提供了一种有效的监测方法。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，包括以下步骤：
第一步，录制散体顶煤运移视频：对顶煤运移相似模拟试验台，对综放开采初始煤岩分界面形态进行模拟，录制运移视频散体。
第二步，运移视频处理：将录制的视频导入到Matlab中进行处理。
第三步，图像分割：对运移视频的每帧进行图像分割，将标记石子与背景分割；对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像。
第四步，形态学填充：对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像。
第五步，二值连通区域标记：对图像进行二值连通区域标记处理，把图像中连接在一起的像素附上相同标记，没有连接在一起的像素附上不同标记。
第六步：去除过过大区域和过小区域：对得到的二值连通区域进行去除过大区域和过小区域的处理，将多余的区域进行去除。
第七步：石子鉴别：对标记的石子进行提取，分别鉴别出白色以及绿色石子。
第八步：逐帧追踪：对每一帧的标记石子进行追踪，得出其运动轨迹。
第九步：曲线轨迹计算：对得出的标记石子运动轨迹进行轨迹曲线计算，得出其具体的运动轨迹曲线。
第十步：曲线差分：对轨迹曲线进行曲线差分得出标记石子的速度曲线。
进一步的讲，第三步在二值化的基础上使用阈值分割的方法进行图像分割，图像分割就是将图像中能够进行二值化处理的特征部分提取出来，其能够进行二值化处理的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础，图像分割就是对图象中的目标、背景进行定位并标记，然后将图像中的目标从背景或其他目标中分离出来，各个区域在物理上表示为能够进行二值化处理的连通区域的集合；
阈值分割法：
1)将彩色图像转化为灰度图像；
2)计算直方图，根据直方图选取阈值；
3)根据阈值进行图像分割。
进一步的讲，所述的石子鉴别处理方法包括：
第一小步：分别鉴别出白色以及绿石子；
第二小步：将鉴别出的白石子以及绿石子分别进行标记；
第三小步：每一帧上的白石子以及绿石子标记后，进行叠加；
第四小步：叠加后得出白石子和绿石子的运动轨迹；
第五小步；分别对运动轨迹进行曲线差分，得出其速度曲线。
进一步的讲，第五小步是根据视频的帧率进行速度计算。
本发明具有以下有益效果：使用Matlab 进行散体顶煤运移监测，为研究顶煤的运移规律提供了一种有效的监测方法。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明型作进一步的说明，实施例是示例性的，仅用于揭示和解释本发明型，以便充分理解本发明型，单并不因此将本发明型限制在所述的实施例范围之内。
参见图1，一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法模方法。
第一步，录制散体顶煤运移视频：对顶煤运移相似模拟试验台，对综放开采初始煤岩分界面形态进行模拟，录制运移视频散体。
第二步，运移视频处理：将录制的视频导入到Matlab中进行处理。
第三步，图像分割：对运移视频的每帧进行图像分割，将标记石子与背景分割；对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像。
第四步，形态学填充：对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像。
第五步，二值连通区域标记：对图像进行二值连通区域标记处理，把图像中连接在一起的像素附上相同标记，没有连接在一起的像素附上不同标记。
第六步：去除过大和过小区域：对得到的二值连通区域进行去除过大和过小区域的处理，将多余的区域进行去除。此处的过大过小区域是以单位矩阵为标准进行划分的，正常区域为5-10个单位矩阵，过小区域为小于5个单位矩阵，过大区域为大于10个单位矩阵。
第七步：石子鉴别：对标记的石子进行提取，分别鉴别出白色以及绿色石子。
第八步：逐帧追踪：对每一帧的标记石子进行追踪，得出其运动轨迹。
第九步：曲线轨迹计算：对得出的标记石子运动轨迹进行轨迹曲线计算，得出其具体的运动轨迹曲线。（依据matlab命令进行计算的）
第十步：曲线差分：对轨迹曲线进行曲线差分得出标记石子的速度曲线。
其中，在第三步图像分割过程中，在二值化的基础上使用阈值分割的方法进行图像分割，图像分割就是将图像中能够进行二值化处理的特征部分提取出来，其能够进行二值化处理的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。图像分割就是对图象中的目标、背景进行定位并标记，然后将图像中的目标从背景或其他目标中分离出来，各个区域在物理上表示为能够进行二值化处理的连通区域的集合。阈值分割法：1)将彩色图像转化为灰度图像；2)计算直方图，根据直方图选取阈值；3)根据阈值进行图像分割。
所述石子鉴别以及处理过程包括如下步骤：
a）分别鉴别出白色以及绿石子。
b）将鉴别出的白石子以及绿石子分别进行标记。
c）每一帧上的白石子以及绿石子标记后，进行叠加。
d）叠加后得出白石子和绿石子的运动轨迹。
e）分别对运动轨迹进行曲线差分，得出其速度曲线。
以上对本发明型的较佳实施例进行了描述。通过本发明型的构思与提出，为本领域的技术人员提供了一种新方法，同时可在本发明型的基础上进行修改。因此，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，录制散体顶煤运移视频：对顶煤运移相似模拟试验台，对综放开采初始煤岩分界面形态进行模拟，录制运移视频散体；
第二步，运移视频处理：将录制的视频导入到Matlab中进行处理；
第三步，图像分割：对运移视频的每帧进行图像分割，将标记石子与背景分割；对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像；
第四步，形态学填充：对得出的标记石子进行形态学填充，得到类似的石子图像；
第五步，二值连通区域标记：对图像进行二值连通区域标记处理，把图像中连接在一起的像素附上相同标记，没有连接在一起的像素附上不同标记；
第六步：去除过过大区域和过小区域：对得到的二值连通区域进行去除过大区域和过小区域的处理，将多余的区域进行去除；
第七步：石子鉴别：对标记的石子进行提取，分别鉴别出白色以及绿色石子；
第八步：逐帧追踪：对每一帧的标记石子进行追踪，得出其运动轨迹；
第九步：曲线轨迹计算：对得出的标记石子运动轨迹进行轨迹曲线计算，得出其具体的运动轨迹曲线；
第十步：曲线差分：对轨迹曲线进行曲线差分得出标记石子的速度曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，其特征在于：第三步在二值化的基础上使用阈值分割的方法进行图像分割，图像分割就是将图像中能够进行二值化处理的特征部分提取出来，其能够进行二值化处理的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础，图像分割就是对图象中的目标、背景进行定位并标记，然后将图像中的目标从背景或其他目标中分离出来，各个区域在物理上表示为能够进行二值化处理的连通区域的集合；
阈值分割法：
将彩色图像转化为灰度图像；
计算直方图，根据直方图选取阈值；
根据阈值进行图像分割。
3.根据权利要求1、2所述的一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，其特征在于，所述的石子鉴别处理方法包括：
第一小步：分别鉴别出白色以及绿石子；
第二小步：将鉴别出的白石子以及绿石子分别进行标记；
第三小步：每一帧上的白石子以及绿石子标记后，进行叠加；
第四小步：叠加后得出白石子和绿石子的运动轨迹；
第五小步；分别对运动轨迹进行曲线差分，得出其速度曲线。
4.根据权利要求3所述的一种基于MATLAB的散体相似模拟顶煤运移监测方法，其特征在于：第五小步是根据视频的帧率进行速度计算。
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