CN113091847A - 淤积物监测装置及淤积物监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种淤积物监测装置及淤积物监测方法，该淤积物监测装置，包括透明容器、图像采集装置及图像识别装置；图像采集装置包括至少一个摄像头；摄像头与图像识别装置连接，用于采集沉淀池内淤积物的图像；摄像头设置于透明容器内，透明容器固定设置于沉淀池内；图像识别装置，用于根据沉淀池内淤积物的图像识别沉淀池内的淤积物高度。本发明通过少数摄像头采集沉淀池内淤积物的图像，并利用上述图像进行识别得到淤积物高度，观测数据直观、操作简单，不用结合大量的数据计算，无需过多获取数据及过多占用计算机内存，观测数据准确且可移植性较高。

Description

淤积物监测装置及淤积物监测方法

技术领域

本发明涉及煤矿水仓监测技术领域，具体而言，涉及一种淤积物监测装置及淤积物监测方法。

背景技术

煤矿中央水泵房系统包括主水仓、副水仓等，主水仓和副水仓的作用是快速吸纳矿井中的涌水，等待被水泵排出矿井，以防止工作面被水淹没，影响正常工作。由于矿井回采巷道以及采区排出的积水带有大量的悬浮淤积物，进入水仓沉淀池，而沉淀池的悬浮煤泥不能完全沉淀，进入主副水仓，导致水仓淤积物长期积淀。如果水仓淤积物得不到有效的监测，导致水仓被淤积物堆积满，不能存储应有的水量而不能排水，存在防治水的重大隐患。

常用的监测淤积物方法为定时派人检查，并用各种物理操作来获取吸水井中的淤积物高度，比如用绳索悬垂的金属小锤等重物，通过悬垂感受淤积物顶部的阻力，根据悬垂深度来确定此时的淤积物顶部到现有的水位线的高度差，从而感受到此时淤积物的深度，然后通知工作人员进行清淤操作，但淤积物深度无法准确测量，且人工成本较高，容易出现人为操作疏漏。

现有少量采用了自动化监测水泵泵房管理平台。由于观测的位置多、观测的装置多，各种传感元器件也比较多，使得搜集上来的数据较多且杂，比如除了搜集浮力球传感器在水仓中的位置，还要参考水泵排水流速、机器运行温度等多个传感器件，分析流程复杂，监测结果不准确，必须结合多个指标共同确定水仓水位等数据，设备多、不方便调度和改变应用场景，安装复杂。并且数据获得的也极为表面化，比如利用浮力球探测的水位线，水位线也仅仅指的是表面的水的位置，并未考虑水仓底部的淤积物高度，无法实时把除掉淤积物的准确水位高度报出。

现有淤积物监测方法存在操作复杂、成本较高、监测数据不准确的问题。

发明内容

本发明解决的是现有淤积物监测方法存在操作复杂、成本较高、监测数据不准确的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种淤积物监测装置，包括透明容器、图像采集装置及图像识别装置；所述图像采集装置包括至少一个摄像头；所述摄像头与所述图像识别装置连接，用于采集沉淀池内淤积物的图像；所述摄像头设置于所述透明容器内，所述透明容器固定设置于所述沉淀池内；所述图像识别装置，用于根据所述沉淀池内淤积物的图像识别所述沉淀池内的淤积物高度。

可选地，所述摄像头的摄像范围覆盖所述沉淀池的淤积物上限位置及液位上限位置；在所述透明容器的垂直方向设置有刻度，且所述刻度在垂直方向的覆盖范围大于或等于所述摄像头的摄像范围。

可选地，所述透明容器的上表面与所述沉淀池的上沿齐平，且所述刻度的起始位置与所述透明容器的上表面齐平；或者，所述刻度的起始位置与所述沉淀池的上沿保持齐平。

可选地，包括多台所述摄像头，且多台所述摄像头的叠加摄像范围覆盖所述沉淀池的淤积物上限位置及液位上限位置。

可选地，包括多个所述图像采集装置，且各所述图像采集装置设置于所述沉淀池的不同位置。

可选地，还包括用于清理所述透明容器的清理装置，和/或，所述图像采集装置还包括补光灯。

可选地，所述刻度的颜色与淤积物颜色不同，和/或，所述刻度涂有反光材料。

本发明提供一种基于上述淤积物监测装置的淤积物监测方法，包括：获取沉淀池内淤积物的图像；根据所述图像识别淤积物的上边界；根据所述图像识别透明容器上设置的实际刻度，及根据所述淤积物的上边界对应的实际刻度确定淤积物高度；或者，根据所述淤积物的上边界对应的虚拟刻度确定淤积物高度。

可选地，还包括：在所述淤积物监测装置固定安装完毕后，根据获取的图像标定所述图像采集装置采集范围对应的虚拟刻度。

可选地，还包括：若确定所述淤积物高度大于或等于淤积物阈值，则发出清淤警报。

可选地，还包括：根据所述图像识别液体的上边界；及根据所述液体的上边界对应的实际刻度或虚拟刻度确定液位；若所述淤泥高度与所述液位的差值大于或等于液位阈值的情况下，发出抽排水警报。

本发明提供的淤积物监测装置及淤积物监测方法，通过少数摄像头采集沉淀池内淤积物的图像，并利用上述图像进行识别得到淤积物高度，观测数据直观、操作简单，不用结合大量的数据计算，无需过多获取数据及过多占用计算机内存，观测数据准确且可移植性较高。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种淤积物监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的另一种淤积物监测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的淤积物监测方法的流程示意图。

附图标记说明：

101-透明容器；102-摄像头；103-补光灯；104-信号线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。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。

煤矿中央水泵房系统是布置在煤矿开采过程中联接矿井大巷的主要硐室，包括主水仓、副水仓、沉淀池、吸水井、水泵、阀门、排水管道等。主水仓和副水仓的作用是快速吸纳矿井中的涌水，等待被水泵排出矿井，以防止工作面被水淹没进而影响正常工作。所以水仓有效储水能力至关重要。由于矿井回采巷道以及采区排出的积水带有大量的悬浮淤积物，进入水仓沉淀池，而沉淀池的悬浮煤泥不能完全沉淀，进入主副水仓，导致水仓淤积物长期积淀，水仓有效容积不断减小，继续进入吸水小井。如果水仓淤积物得不到有效的监测，导致水仓被淤积物堆积满，从而不能存储应有的水量而不能排水，造成防治水的重大隐患。所以，沉淀池、水仓等的监测淤积物至关重要。

在监测水仓水位的时候，可以直观看到水仓中的水位线，但不能确定淤积物积淀程度，所以表面看到的水位线不是真实的水位线，因为在水仓、吸水小井里淤积物很有可能已经很高，如果这时清理淤积物不及时，会导致水仓失去应有的存水作用，不能正常排水，直接影响水仓的有效容量。在工程上有明确要求，水仓的有效容量应不小于8小时最小涌水量，主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量，采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量，所以亟需建立有效的水仓淤积物监测系统。

图1是本发明实施例中一种淤积物监测装置的结构示意图，该淤积物监测装置包括透明容器101、图像采集装置及图像识别装置，该图像采集装置包括至少一个摄像头102。考虑到沉淀池中光线较暗，还可以设置补光灯103。

摄像头102通过信号线104与图像识别装置连接，该摄像头102可以采集沉淀池内淤积物的图像。上述沉淀池可以是主水仓、副水仓、沉淀池、吸水井等存储水及淤积物的构筑物或容器设备。

摄像头102设置于透明容器101内，透明容器101固定设置于沉淀池内。其中，透明容器101可以采用透明的防爆玻璃管，摄像头102可以采用微型摄像头。

摄像头102的高度需要满足其摄像范围覆盖沉淀池的淤积物上限位置A及液位上限位置B，淤积物积累至最大允许高度及液位上升至最大允许高度时，图像识别装置均能够准确识别。在选择摄像头的视角参数时，仅需要满足上述摄像范围要求即可，无需追求覆盖沉淀池的全部高度范围，可以降低硬件成本。

图像识别装置，用于根据沉淀池内淤积物的图像识别沉淀池内的淤积物高度。可选地，图像识别装置采用图像分类算法来确定观测到的位置是淤积物、是水、还是空气等，淤积物上边界位置即为淤积物高度，液体的上边界位置即为液位。

本发明提供的淤积物监测装置及淤积物监测方法，通过少数摄像头采集沉淀池内淤积物的图像，并利用上述图像进行识别得到淤积物高度，观测数据直观、操作简单，不用结合大量的数据计算，无需过多获取数据及过多占用计算机内存，观测数据准确且可移植性较高。

可选地，在透明容器101的垂直方向设置有刻度，且刻度在垂直方向的覆盖范围大于或等于摄像头102的摄像范围。该刻度的颜色选择为与淤积物颜色不同的颜色，如有必要，可以将刻度涂上反光材料。

示例性地，如图1所示，采用较粗的防爆玻璃管为放置摄像头的容器，玻璃管的安装位置保持其上表面与所在沉淀池的上沿持平，并固定于所在沉淀池的侧壁上，可采用绑缚透明树脂绷带缠绕在玻璃管外侧，并用螺丝钉等固定于侧壁的方式，固定的方式可依据现场情况采用其它方式。

摄像头放置于玻璃管内侧接近所在沉淀池的侧壁上，上下位置可以选择玻璃管的中间，并且在摄像头旁设置照明装置作为补光灯。该玻璃管内壁刻有区别于水中淤积物颜色标注的刻度，如有需要可以涂有反光材料。玻璃管中摄像头在补光灯的照射下，可以采集所在沉淀池内的景象，然后通过信号线把图像传送出去，传送至图像识别装置，图像识别装置接收到的图像和数据都是准确且实时的。

其中，可以根据沉淀池内图像识别得到沉淀池内淤积物的上边界、液体的上边界；以及，由淤积物上边界对应刻度得到淤积物高度；由液体的上边界对应刻度得到液位。

在图像识别装置识别图像时，可能在透明容器的外侧覆盖有一些淤积物，导致标出的现有淤积物位置与实际淤积物高度存在偏差，为解决该问题，提出以下两种解决方案：

第一种：设置多个图像采集装置。通过沉淀池不同位置安装数个图像采集装置来解决，多各位置对应结果取平均值，通过加装图像采集装置后，淤积物状况就可以从部分观测变为整体观测，也便于对整个沉淀池各个位置的淤积物均有准确了解。第二种：透明容器加装用于清理透明容器的清理装置，包括旋转机构和/或震动机构等。这样，透明容器外侧如果覆有淤积物，就可以掉下来，不至于影响摄像头采集图像。当然也可以两种方案同时使用，使观测到的数据更为准确。

在淤积物监测装置安装至沉淀池后，将该沉淀池的深度输入图像识别装置。透明容器的刻度自上而下设置，即零刻度线设置于沉淀池的上沿所在位置，自上向下延伸。例如，液体的上边界的刻度为5m，则确定液位为5m；淤积物的上边界的刻度为15m，则确定淤积物高度为15m；实际水深为淤积物高度与液位的差值，即10m。可知，液位对应数值越大则其实际的水深越小，淤积物高度对应数值越大则其实际的淤积物厚度越小。上述刻度设置方式，便于不同沉淀池设置液位及淤积物高度对应的阈值，原因在于实际生产过程中更在意沉淀池的剩余承载能力。

考虑到计算尽量简单易行，可以将透明容器的零刻度线设置于沉淀池的上沿所在位置。例如，(1)透明容器的上表面与沉淀池的上沿齐平，且刻度自透明容器的上表面开始设置；(2)刻度的起始位置与沉淀池的上沿保持齐平。在第(2)种设置方式中，透明容器的上表面可以高于沉淀池的上沿，有利于降低沉淀池内泥水自上方进入透明容器的可能性。

摄像头的观测范围至少是要包含淤积物高度上限位置和液位高度上限位置，在这两个位置要注意观测到淤积物及液体的分层图像。

若沉淀池需要观测的高度较高，玻璃管的长度并不足以使得装在中间的摄像头的视野足以覆盖整个需要观测的范围，那么可以在玻璃管中加装多个摄像头，并分别划定好观测的范围，从而保证在玻璃管中的摄像头可以获取到需要观测的水仓中的图像和关键数据。如图2所示的淤积物监测装置的结构示意图，在透明容器中设置有3台摄像头102，且3台摄像头102的叠加摄像范围覆盖沉淀池的淤积物上限位置A及液位上限位置B。

如果淤积物高度上限位置处的下层为淤积物，上层为液体时，则意味着淤积物恰好达到上限位置；如果液位上限位置处的下层为液体、上层为空气时，则意味着液位恰好达到上限位置。

基于前述的液位及淤积物高度计算方式，图像识别装置在确定淤积物高度大于或等于淤积物阈值的情况下，可以发出清淤警报；图像识别装置在确定淤积物高度与液位的差值大于或等于液位阈值的情况下，可以发出抽排水警报。

需要说明的是，在不同的沉淀池内所设定的淤积物阈值及液位阈值的范围可以不同，需要各个煤矿等企业根据自身水仓的管理办法设定相应的阈值。

而在设定上述阈值时需要注意，其是以距离沉淀池上沿位置的多少计算的，即应该离上沿多少距离时需要抽水排水或清淤。这一标定方法有以下优点：第一，便于不同水仓中直接设定位置使用，在实际生产过程中，更在意水仓的剩余的承载能力；第二，便于安装，上表面的水和淤积物的量较少，在放置透明容器时更便于操作；第三，便于引出电线和信号线，沉淀池中安装完透明容器后，往外延长的电线和信号线是需要包裹在防水管道里延伸出来的，很显然，在沉淀池的上部更便于安装包裹电线的管路。

上述淤积物监测装置不论是放置在主副水仓、沉淀池还是吸水井中都可以使用，操作简单，可移植性强，区别是在主水仓中要注意引出电线的时候应该从透明容器无缝连接防水管包裹好用于供电的电线和用于传播图像的信号线。

参见图3所示的淤积物监测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

S301，获取沉淀池内淤积物的图像。

S302，根据上述图像识别淤积物的上边界。

具体地，可以使用图像锐化、去噪方法对水仓沉淀池中图像进行预处理，还可以利用深度学习算法，对沉淀池水仓中图像进行学习。其中，可以使用Yolo等多种目标识别算法学习淤积物高度位置和液位的图像，从而在图像上自动划定出这两个分界线的位置图像，该位置图像的中心点高度值可以作为该分界线的高度；也可以使用Yolact等多种图像分割算法学习沉淀池井下水仓中淤积物的图像和水的图像，从而在图像上划定出淤积物的边界线和水的边界线，淤积物的边界线的中心点高度即为淤积物高度，而水的上侧的边界线即为水位线；还可以利用图像分割算法学习淤积物的高度线和水位线，那这两条分界线在垂直方向上的高度即为两条边界线的高度。

S303，根据图像识别透明容器上设置的实际刻度，及根据淤积物的上边界对应的实际刻度确定淤积物高度。

S304，根据淤积物的上边界对应的虚拟刻度确定淤积物高度。

可选地，可以采用在透明容器上设置实际刻度的方式标定，也可以在图像上设置虚拟刻度的方式标定。具体地，在淤积物监测装置固定安装完毕后，根据获取的图像标定图像采集装置采集范围对应的虚拟刻度，从而在后续的监测过程中，采集得到淤积物的图像后，可以确定淤积物的上边界，以及确定该上边界对应的虚拟刻度，从而得到淤积物高度。

在图3所示方法的基础上，还可以包括清淤警报及排水警报步骤，基于此，上述方法还可以包括以下步骤：

S305，判断淤积物高度是否大于或等于淤积物阈值。若是，则执行S306；若否，则结束。

S306，发出清淤警报。若确定淤积物高度大于或等于淤积物阈值，则发出清淤警报。

S307，根据上述图像识别液体的上边界，及根据该液体的上边界对应的实际刻度或虚拟刻度确定液位。其中，确定液位的过程与前述确定淤积物高度的过程类似，在此不再赘述。

S308，判断液位与淤积物高度的差值是否大于或等于液位阈值。若是，则执行S309；若否，则结束。

S309，发出抽排水警报。若淤泥高度与液位的差值大于或等于液位阈值的情况下，发出抽排水警报。

图像识别装置在接收到摄像头传回来的图像数据后，应该根据其所在水仓的阈值要求在业务模型上标定出来。例如：沉淀池中淤积物高度达到距沉淀池上边缘1米处必须清理沉淀池中的淤积物。那么，沉淀池中的淤积物阈值位置就应该是距顶1米的位置，那么当图像识别装置接收到摄像头传回来的图像，显示淤积物到达这一位置时，进行报警，并发送指令，要求工人清淤。在计算水的高度时，不是单纯的水位，而是指水位减去淤积物高度得到的水的实际高度，所以，就需要摄像头摄取到的图像中既有表面水的位置，又有淤积物的高度，两者高度差才是实际的水的高度。

S310，输入水泵单位时间排水量。

S311，计算水泵开启数量，以及启动相应数量的水泵。

是否安排抽水排水，安排几台泵运行，大致抽取多长时间，可以根据实际水的高度l*水池的横截面积s，从而得到水的体积v，进而用水的体积v÷水泵的单位时间抽水量a就可以求出抽取时间T。图像识别装置可以根据抽取时间T来确定开启的泵的数量m,公式如下：

m＝T÷(l×s÷a)。

本实施例采取了数量较少的观测摄像头，利用摄像头搜集来的数据进行判断分类，自动在后续业务执行模块中根据判断结果执行或抽或排，或者发出指令需要进行清淤操作，观测数据直观、简单，不用结合大量的数据计算，并且给出的指令明确，不用一直过多获取数据，过多占用计算机内存，并且该方案可移植性极高，换个场地方法依然行之有效。

因此，可以解决排水监测难题，例如煤矿井下主排水中央水泵房的排水监测，提出了沉淀池内的淤积物和水位的监测方案，提出了全新的观测方法，可以更快更准确更及时地给出水泵排水清淤的操作指令，在实际生产过程中，操作更为简便，应用更为可行，是一套简单易行、操作不复杂、并且数据准确的解决方案。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种淤积物监测装置，其特征在于，包括透明容器、图像采集装置及图像识别装置；所述图像采集装置包括至少一个摄像头；

所述摄像头与所述图像识别装置连接，用于采集沉淀池内淤积物的图像；

所述摄像头设置于所述透明容器内，所述透明容器固定设置于所述沉淀池内；

所述图像识别装置，用于根据所述沉淀池内淤积物的图像识别所述沉淀池内的淤积物高度。

2.根据权利要求1所述的淤积物监测装置，其特征在于，所述摄像头的摄像范围覆盖所述沉淀池的淤积物上限位置及液位上限位置；

在所述透明容器的垂直方向设置有刻度，且所述刻度在垂直方向的覆盖范围大于或等于所述摄像头的摄像范围。

3.根据权利要求2所述的淤积物监测装置，其特征在于，所述透明容器的上表面与所述沉淀池的上沿齐平，且所述刻度的起始位置与所述透明容器的上表面齐平；或者，

所述刻度的起始位置与所述沉淀池的上沿保持齐平。

4.根据权利要求1所述的淤积物监测装置，其特征在于，包括多台所述摄像头，且多台所述摄像头的叠加摄像范围覆盖所述沉淀池的淤积物上限位置及液位上限位置。

5.根据权利要求1所述的淤积物监测装置，其特征在于，包括多个所述图像采集装置，且各所述图像采集装置设置于所述沉淀池的不同位置。

6.根据权利要求1所述的淤积物监测装置，其特征在于，还包括用于清理所述透明容器的清理装置，和/或，所述图像采集装置还包括补光灯。

7.根据权利要求2-6任一项所述的淤积物监测装置，其特征在于，所述刻度的颜色与淤积物颜色不同，和/或，所述刻度涂有反光材料。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的淤积物监测装置的淤积物监测方法，其特征在于，包括：

获取沉淀池内淤积物的图像；

根据所述图像识别淤积物的上边界；

根据所述图像识别透明容器上设置的实际刻度，及根据所述淤积物的上边界对应的实际刻度确定淤积物高度；或者，

根据所述淤积物的上边界对应的虚拟刻度确定淤积物高度。

9.根据权利要求8所述的淤积物监测方法，其特征在于，还包括：

在所述淤积物监测装置固定安装完毕后，根据获取的图像标定所述图像采集装置采集范围对应的虚拟刻度。

10.根据权利要求8或9所述的淤积物监测方法，其特征在于，还包括：若确定所述淤积物高度大于或等于淤积物阈值，则发出清淤警报。

11.根据权利要求8或9所述的淤积物监测方法，其特征在于，还包括：根据所述图像识别液体的上边界；及根据所述液体的上边界对应的实际刻度或虚拟刻度确定液位；

若所述淤泥高度与所述液位的差值大于或等于液位阈值的情况下，发出抽排水警报。

Images