CN112871745A - 煤矸石分类模型获取以及煤矸石分类方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矸石分类模型获取以及煤矸石分类方法、装置和设备，该煤矸石分类设备包括：煤矸石原料斗、自动排序提升机、皮带输送机、光谱成像仪、控制器、至少一个电推杆和每个所述电推杆对应的煤矸石仓；所述自动排序机分别与所述煤矸石原料斗和所述皮带输送机连接，所述皮带输送机上设置所述光谱成像仪和所述电推杆，在所述电推杆对面且所述皮带输送机下方设置与所述电推杆对应的所述煤矸石仓；所述控制器分别与所述光谱成像仪和所述电推杆连接。本发明可快速、高效、准确的对煤矸石进行分类，有利于煤矸石综合利用原材料选取，解决煤矸石混存、性质复杂多变的问题，提高综合利用经济效益。

Description

煤矸石分类模型获取以及煤矸石分类方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及固废治理技术领域，特别涉及一种煤矸石分类模型获取以及煤矸石分类方法、装置和设备。

背景技术

煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，每年排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存45多亿吨，规模较大的煤矸石山有1600多座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量每年还以1.5～2.0亿吨的速度递增。煤矸石的长期堆放不仅占用大量土地，而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果。煤矸石中所含的硫铁矿易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风华以至自燃，煤矸石的自燃会对矿区以及周边环境造成严重的污染和危害。所以煤矸石的综合利用刻不容缓。

但由于煤矸石堆存粗放，性质复杂多变，如果不经分类直接进行综合利用会对后续工艺造成影响。如煤矸石发电厂需要的煤矸石最低发热量标准为3500kJ/kg，如果煤矸石不经筛选而直接粗放式进入煤矸石电厂综合利用，低热值煤矸石会对锅炉带来一系列弊端，导致锅炉磨损突出、机组运行困难、频繁维修、运行效率低、经济性差等影响。再比如利用煤矸石煅烧陶粒需要煤矸石C含量小于5％，如果不经煤矸石筛选，直接进行煅烧，会影响陶粒性能。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种煤矸石分类模型获取以及煤矸石分类方法、装置和设备。

第一方面，本发明提供了一种煤矸石分类模型的获取方法，该方法包括：

获取每个样本煤矸石的光谱图像；

根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

第二方面，本发明提供了一种煤矸石分类模型的获取装置，该装置包括：数据获取模块、基像选取模块、图像融合模块、模型训练模块，其中，

所述数据获取模块，用于获取每个样本煤矸石的光谱图像；

所述基像选取模块，用于根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

所述图像融合模块，用于将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

所述模型训练模块，用于将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

第三方面，本发明提供了一种煤矸石分类方法，该方法包括：

获取目标煤矸石的目标光谱图像；

将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

第四方面，本发明提供了一种煤矸石分类装置，该装置包括：目标获取模块和类别获取模块，其中，

所述目标获取模块，用于获取目标煤矸石的目标光谱图像；

所述类别获取模块，用于将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

第五方面，本发明提供了一种煤矸石分类设备，该设备包括：煤矸石原料斗、自动排序提升机、皮带输送机、光谱成像仪、控制器、至少一个电推杆和每个所述电推杆对应的煤矸石仓；所述自动排序机分别与所述煤矸石原料斗和所述皮带输送机连接，所述皮带输送机上设置所述光谱成像仪和所述电推杆，在所述电推杆对面且所述皮带输送机下方设置与所述电推杆对应的所述煤矸石仓；所述控制器分别与所述光谱成像仪和所述电推杆连接。

可选地，所述光谱成像仪用于获取煤矸石的光谱图像；所述控制器用于根据所述光谱成像仪获得的光谱图像判断煤矸石的类别以及控制所述电推杆运动。

可选地，在所述皮带输送机的尾部还设置有煤矸石尾仓。

第六方面，本发明提供了一种利用第五方面所述煤矸石分类设备进行分类的方法，该方法包括：

在煤矸石原料斗内的煤矸石经自动排序提升机排序后提升至皮带输送机，所述煤矸石所述沿皮带输送机向前移动；

所述皮带输送机上的光谱成像仪采集所述煤矸石的光谱图像并将所述光谱图像传输至控制器；

所述控制器根据所述光谱图像判断所述煤矸石属于的目标类别，并向所述目标类别对应的目标电推杆发送控制指令，控制所述目标电推杆将所述煤矸石推入对应的煤矸石仓。

与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：

本发明可快速、高效、准确的对煤矸石进行分类，有利于煤矸石综合利用原材料选取，解决煤矸石混存、性质复杂多变的问题，提高综合利用经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种煤矸石分类模型的获取方法流程示意图；

图2是本发明一个实施例提供的一种煤矸石分类模型的获取装置框图；

图3是本发明一个实施例提供的一种煤矸石分类方法流程示意图；

图4是本发明一个实施例提供的一种煤矸石分类装置框图；

图5是本发明一个实施例提供的一种煤矸石分类设备结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的一种利用煤矸石分类设备进行分类的方法流程示意图；

其中，各附图标记分别为：1-煤矸石原料斗、2-自动排序提升机、3-皮带输送机、4-光谱成像仪、5-控制器、6-电推杆和7-煤矸石仓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种煤矸石分类模型的获取方法，该方法包括：

获取每个样本煤矸石的光谱图像；

根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

值得说明的是，获取样本煤矸石的光谱图像可以是先获得煤矸石的多光谱数据后通过信号转换获得煤矸石的光谱图像。预设数量的类别在不同的实施例中由于分类标准的不同，可以根据实际情况进行设定。如以碳含量为标准将煤矸石分为3类，所以预设数量的类别就是3类，分别为：Ⅰ类煤矸石C＜5％、Ⅱ类煤矸石5％≤C＜20％、Ⅲ类煤矸石C≥20％。对于基像图可以是从每一预设的类别中选一个具有代表性的光谱图像作为基像图，也可以是从每一预设的类别中选多个光谱图像后通过拟合得到一个基像图。选取的过程可以由人工完成，也可以设定选择准则，根据设定的选取准则自行完成基像图的选取。

值得说明的是，可以对获得的煤矸石分类模型的准确性进行验证，验证方法可以是将已知类别的煤矸石的光谱图像输入到煤矸石分类模型，判断煤矸石分类模型输出类别与已知类别是否吻合。

如图2所示，本发明提供了一种煤矸石分类模型的获取装置，该装置包括：数据获取模块、基像选取模块、图像融合模块、模型训练模块，其中，

所述数据获取模块，用于获取每个样本煤矸石的光谱图像；

所述基像选取模块，用于根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

所述图像融合模块，用于将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

所述模型训练模块，用于将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

上述装置内的各部分之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明对应的方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

如图3所示，本发明提供了一种煤矸石分类方法，该方法包括：

获取目标煤矸石的目标光谱图像；

将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

在该实施例中，通过获取目标煤矸石也就是待分类的煤矸石的光谱图像输入到煤矸石分类模型获得目标煤矸石的类别。而所使用的煤矸石分类模型可以是由本发明提供的煤矸石分类模型的获取方法或装置获得。

如图4所示，本发明提供了一种煤矸石分类装置，该装置包括：目标获取模块和类别获取模块，其中，

所述目标获取模块，用于获取目标煤矸石的目标光谱图像；

所述类别获取模块，用于将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

在该实施例中，通过目标获取模块获取目标煤矸石也就是待分类的煤矸石的光谱图像，再通过类别获取模块将光谱图像输入到煤矸石分类模型获得目标煤矸石的类别。而所使用的煤矸石分类模型可以是由本发明提供的煤矸石分类模型的获取方法或装置获得。

值得说明的是，由于煤矸石分类装置中的目标获取模块和煤矸石分类模型的获取装置中的数据获取模块均是用于获取煤矸石的光谱图像，所以在不同的实施例中，可以将目标获取模块和数据获取模块两个模块合二为一。如均采用数据获取模块，在煤矸石分类模型获取时数据获取模块用于获取每个样本煤矸石的光谱图像，在煤矸石分类时数据获取模块还用于获取目标煤矸石的光谱图像。

如图5所示，本发明提供了一种煤矸石分类设备，该设备包括：煤矸石原料斗、自动排序提升机、皮带输送机、光谱成像仪、控制器、至少一个电推杆和每个所述电推杆对应的煤矸石仓；所述自动排序机分别与所述煤矸石原料斗和所述皮带输送机连接，所述皮带输送机上设置所述光谱成像仪和所述电推杆，在所述电推杆对面且所述皮带输送机下方设置与所述电推杆对应的所述煤矸石仓；所述控制器分别与所述光谱成像仪和所述电推杆连接。所述光谱成像仪用于获取煤矸石的光谱图像；所述控制器用于根据所述光谱成像仪获得的光谱图像判断煤矸石的类别以及控制所述电推杆运动。

在该实施例中，控制器利用煤矸石分类模型判断煤矸石的类别，而控制器利用的煤矸石分类模型可以是由本发明提供的煤矸石分类模型的获取方法或装置获得。电推杆以及电推杆对应的煤矸石仓实现煤矸石的分类收集，如设置1#、2#两个电推杆，两个分别对应设置Ⅰ类煤矸石仓和Ⅱ类煤矸石，当控制器判断煤矸石为Ⅰ类煤矸石时就控制1#电推杆将其推入Ⅰ类煤矸石仓。同理，当控制器判断煤矸石为Ⅱ类煤矸石时就控制2#电推杆将其推入Ⅱ类煤矸石仓。

在本发明一个实施例中，在所述皮带输送机的尾部还设置有煤矸石尾仓。

在该实施例中，可以设置煤矸石尾仓可以作为未识别类的收集仓，当控制器无法判断煤矸石的类别时，让煤矸石沿皮带输送机向前移动掉落到尾部的煤矸石尾仓。煤矸石尾仓不仅可以作为收集无法识别物的收集仓，也可以作为某一类煤矸石的收集仓。

如图6所示，本发明提供了一种利用本发明提供的煤矸石分类设备进行分类的方法，该方法包括：

在煤矸石原料斗内的煤矸石经自动排序提升机排序后提升至皮带输送机，所述煤矸石所述沿皮带输送机向前移动；

所述皮带输送机上的光谱成像仪采集所述煤矸石的光谱图像并将所述光谱图像传输至控制器；

所述控制器根据所述光谱图像判断所述煤矸石属于的目标类别，并向所述目标类别对应的目标电推杆发送控制指令，控制所述目标电推杆将所述煤矸石推入对应的煤矸石仓。

本发明提供的实施例提供了一种利用如图6所示煤矸石分类设备进行煤矸石分类方法，将煤矸石以碳含量为标准分为3类：Ⅰ类煤矸石C＜5％、Ⅱ类煤矸石5％≤C＜20％、Ⅲ类煤矸石C≥20％，以用于后续不同综合利用途径。如，Ⅰ类煤矸石可以直接作为煤矸石制陶粒轻骨料原材料；Ⅱ类煤矸石用于脱碳预处理工艺，脱碳后作为路基原料或陶粒轻骨料原料；Ⅲ类煤矸石用于煤矸石发电或其他用途。方法包括：

1、原料煤矸石在原料斗1内，经自动排序提升机2排序后提升至皮带输送机3，煤矸石沿皮带输送机向前移动；

2、在皮带输送机3上安装有光谱成像仪4及1#、2#两个电推杆6，两个电推杆对面、皮带机下方分别有Ⅰ类煤矸石仓7及Ⅱ类煤矸石仓7，皮带输送机尾部布置布置Ⅲ类煤矸石仓(图中未示出)；

3、光谱成像仪4采集煤矸石光谱图像并传输至控制器5，控制器5判断此煤矸石为哪类煤矸石，如果为Ⅰ类煤矸石则控制1#电推杆动作，将其推入Ⅰ类煤矸石仓，如果为Ⅱ类煤矸石，则控制2#电推杆动作，将其推入Ⅱ类煤矸石仓，如果为Ⅲ类煤矸石，则不动作，直接使煤矸石沿皮带输送机移动进入尾部Ⅲ类煤矸石仓。

与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：

本发明可快速、高效、准确的对煤矸石进行分类，有利于煤矸石综合利用原材料选取，解决煤矸石混存、性质复杂多变的问题，提高综合利用经济效益。

应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的该程序代码中的指令，执行本发明的各种方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所发明的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的所有特征以及如此发明的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的发明是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种煤矸石分类模型的获取方法，其特征在于，该方法包括：

获取每个样本煤矸石的光谱图像；

根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

2.一种煤矸石分类模型的获取装置，其特征在于，该装置包括：数据获取模块、基像选取模块、图像融合模块、模型训练模块，其中，

所述数据获取模块，用于获取每个样本煤矸石的光谱图像；

所述基像选取模块，用于根据预设数量的类别，从全部所述光谱图像中选取各个所述类别的基像图；

所述图像融合模块，用于将除所述基像图以外的所述光谱图像分别与每个所述类别的基像图融合；

所述模型训练模块，用于将每张融合后的光谱图像作为分类模型的输入以及将所述融合后的光谱图像属于的类别作为所述分类模型的输出对所述分类模型训练，获得煤矸石分类模型。

3.一种煤矸石分类方法，其特征在于，该方法包括：

获取目标煤矸石的目标光谱图像；

将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

4.一种煤矸石分类装置，其特征在于，该装置包括：目标获取模块和类别获取模块，其中，

所述目标获取模块，用于获取目标煤矸石的目标光谱图像；

所述类别获取模块，用于将所述目标光谱图像输入到煤矸石分类模型获得所述目标煤矸石的类别。

5.一种煤矸石分类设备，其特征在于，该设备包括：煤矸石原料斗、自动排序提升机、皮带输送机、光谱成像仪、控制器、至少一个电推杆和每个所述电推杆对应的煤矸石仓；所述自动排序机分别与所述煤矸石原料斗和所述皮带输送机连接，所述皮带输送机上设置所述光谱成像仪和所述电推杆，在所述电推杆对面且所述皮带输送机下方设置与所述电推杆对应的所述煤矸石仓；所述控制器分别与所述光谱成像仪和所述电推杆连接。

6.根据权利要求5所述煤矸石分类设备，其特征在于，所述光谱成像仪用于获取煤矸石的光谱图像；所述控制器用于根据所述光谱成像仪获得的光谱图像判断煤矸石的类别以及控制所述电推杆运动。

7.根据权利要求5-6任一所述煤矸石分类设备，其特征在于，在所述皮带输送机的尾部还设置有煤矸石尾仓。

8.一种利用权利要求5-7任一所述煤矸石分类设备进行分类的方法，其特征在于，该方法包括：

在煤矸石原料斗内的煤矸石经自动排序提升机排序后提升至皮带输送机，所述煤矸石所述沿皮带输送机向前移动；

所述皮带输送机上的光谱成像仪采集所述煤矸石的光谱图像并将所述光谱图像传输至控制器；

所述控制器根据所述光谱图像判断所述煤矸石属于的目标类别，并向所述目标类别对应的目标电推杆发送控制指令，控制所述目标电推杆将所述煤矸石推入对应的煤矸石仓。

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