CN115352839A - 一种基于视频ai和皮带秤的智能输煤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，该系统的运行方法包括以下步骤：通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机；通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机；通过现场的装置主机采集变频器的功率和张力传感器的张力值，上传到控制计算机；控制计算机接收采集数据，运用平台软件进行大数据运算，综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速；通过对其他的视频模块的采集实现对皮带机闯禁、堆煤、跑偏的监控，本发明，具有节能运输的特点。

Description

一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统

技术领域

本发明涉及运煤技术领域，具体为一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统。

背景技术

目前的工矿企业通常使用皮带机进行输送煤炭，在输送过程中皮带机一直保持着额定带速运行，且一条皮带需配备一个司机。这样就造成了能源浪费和人力资源浪费。虽然现在有些条件好的煤矿，已经采用了局部集中控制的办法，但也只是解决了少用点人的问题，没有真正的解决问题。随着变频设备的广泛推广，通过对智能输煤系统的研发，能够达到无人值守，节能运输的效果，从而达到国家对智能化矿山建设的要求。

发明内容

本发明的目的是通过对大数据的处理，对整个输煤系统进行实时监测监控，从而实现对整个输煤系统的智能化控制。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，该系统的运行方法包括以下步骤：

通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机；

通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机；

通过现场的装置主机采集变频器的功率和张力传感器的张力值，上传到控制计算机；

控制计算机接收采集数据，运用平台软件进行大数据运算，综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速；

通过对其他的视频模块的采集实现对皮带机闯禁、堆煤、跑偏的监控；

通过皮带运输通信控制装置主机实现对皮带堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器采集和控制。

根据上述技术方案，通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机的具体步骤包括：

在输送煤炭过程中，通过视觉模块来拍摄采集各条皮带机运输的煤炭的视觉图像，采集图像后通过工业环网将图像数据信号传输至AI超脑，AI超脑针对采集的现场视频资料，进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；其中视觉模块分布设置于各条皮带的上方，采集各条皮带运输的煤炭视觉图像，还有部分视觉模块布设于皮带与煤炭出料口处，采集下料口处煤炭的视觉图像；

其中AI超脑进行分析的方法主要包括：

针对下料口处煤炭的下料量分析；

针对各条皮带上方运输的煤炭量分析；

对输煤的煤炭状态和位置度的分析。

根据上述技术方案，针对下料口处煤炭的下料量分析的方法为：

获取下料口处煤炭采集的视觉图像，根据AI识别，对视觉画面动态分析，锁定下料瞬间画面，然后标记画面中下料口处煤炭区域，选取边缘轮廓，竖直连接轮廓节点，将其优化为矩形轮廓，并测量矩形轮廓的宽度像素值q，根据下料情况动态输出q值，再将其与设定的基准下料量下对应的基准Q值对比，根据对比比例，输出等效下料量，从而分析得到下料口处煤炭的下料量。

根据上述技术方案，针对各条皮带上方运输的煤炭量分析方法为：

获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带轮廓以及皮带上运输的煤炭轮廓，计算煤炭轮廓与皮带轮廓的比值p，根据皮带实时输送状态输出p值，并将p值匹配历史分析数据库，历史分析数据库记录是根据历史经验而人为设定的各p值下对应的皮带运输煤炭量，确定与p值匹配的运输煤炭量，最终以该运输煤炭量作为分析输出的运输煤炭量。

根据上述技术方案，对输煤的煤炭状态和位置度的分析方法为：

获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带上运输的煤炭轮廓、煤炭两侧未被煤炭遮挡的空白皮带轮廓，分别标记为空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二，再计算空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二的面积比值u，当0.9＜u＜1.1时，分析输煤的位置度良好，反之当u≤0.9或u≥1.1时，则分析输煤的位置度不符，存在潜在跑偏风险，从而发出提示预警，提示调节皮带姿态。

根据上述技术方案，所述通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机的步骤进一步包括：

当AI超脑分析出皮带机上的运煤量后，称重模块将称重的煤炭总重量与分析运煤量核对，控制在设置误差范围内下，方可继续输煤运行，当超过误差范围时，则触发报警提示人工巡检。

根据上述技术方案，所述综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速的方法进一步包括：

根据AI超脑分析出皮带机上的运煤量，且经过与称重模块的称重数据核对在误差范围内后，确定实际运煤量e；

结合控制参数k得到所需变频器的功率R，其中R=k*e；

再获取对输煤的煤炭状态和位置度的分析数据，当输煤时煤炭的位置度良好时，不作处理，否则则增加校正功率R₁，

，其中

为煤炭状态系数，为大于0的常数，是根据识别煤炭轮廓，去测量轮廓范围算得方差值后，根据方差实时适配得到的煤炭状态系数；

输出变频器实际所需功能R₀，R₀=R+R₁；

最后将R₀与采集到的变频器的功率r对比，将功率增大或减小至R₀。

根据上述技术方案，该系统包括：

控制计算机，用于通过大数据分析，实现平台对各个设备的智能化控制；

AI超脑，用于进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；

网络寻呼台，通过工业环网实现控制中心对现场的实时对讲，以及对现场设备的语音监控；

工业以太环网，通过交换机和光纤实现对各种信号的传输；

皮带运输通信控制装置主机，用于控制现场设备和采集现场设备参数；

视觉模块，用于对各条皮带机运输的煤量进行视觉图像捕捉，现场工况的图像捕捉；

皮带秤，称重装置将煤块总重信息通过工业环网传输至控制计算机；

IP对讲电话，用于皮带沿线的对讲、预警、报警、打点，用于寻呼台的对讲；

堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器，用于皮带机现场，对皮带机进行实时保护。

根据上述技术方案，所述AI超脑包括：

轮廓优化模块，用于对轮廓画面进行线段状优化处理；

历史分析数据库，用于记录煤炭轮廓与皮带轮廓的比值下对应的皮带运输煤炭量数据；

位置度分析模块，用于分析输煤过程中，煤炭在皮带机上的位置度。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上的运煤量，再通过称重模块采集皮带机上运煤量进行二次核对，使得对运煤量有更精准的掌握，得到运煤量后，基于综合分析当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速，达到防堆积和节能的目的。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统的运行步骤流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统框架图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统的运行步骤流程图，本实施例可适用于对整个输煤系统的智能化控制的情况，该方法可以由本发明实施例提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统来执行，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

S1、通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机。

示例性的，在本发明实施例中，在输送煤炭过程中，通过视觉模块来拍摄采集各条皮带机运输的煤炭的视觉图像，此处的视觉模块包括但不限于摄像模组，采集图像后通过工业环网将图像数据信号传输至AI超脑，AI超脑针对采集的现场视频资料，进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；其中视觉模块分布设置于各条皮带的上方，采集各条皮带运输的煤炭视觉图像，还有部分视觉模块布设于皮带与煤炭出料口处，采集下料口处煤炭的视觉图像。

示例性的，AI超脑进行分析的方法主要包括针对下料口处煤炭的下料量分析、针对各条皮带上方运输的煤炭量分析、以及对输煤的煤炭状态和位置度的分析。其中对下料口处煤炭的下料量分析方法为：获取下料口处煤炭采集的视觉图像，根据AI识别，对视觉画面动态分析，锁定下料瞬间画面，然后标记画面中下料口处煤炭区域，选取边缘轮廓，竖直连接轮廓节点，将其优化为矩形轮廓，并测量矩形轮廓的宽度像素值q，根据下料情况动态输出q值，再将其与设定的基准下料量下对应的基准Q值对比，根据对比比例，输出等效下料量，从而分析得到下料口处煤炭的下料量。对各条皮带上方运输的煤炭量分析方法为：获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带轮廓以及皮带上运输的煤炭轮廓，计算煤炭轮廓与皮带轮廓的比值p，根据皮带实时输送状态输出p值，并将p值匹配历史分析数据库，历史分析数据库记录是根据历史经验而人为设定的各p值下对应的皮带运输煤炭量，确定与p值匹配的运输煤炭量，最终以该运输煤炭量作为分析输出的运输煤炭量。对输煤的煤炭状态和位置度的分析方法为：获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带上运输的煤炭轮廓、煤炭两侧未被煤炭遮挡的空白皮带轮廓，分别标记为空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二，再计算空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二的面积比值u，当0.9＜u＜1.1时，分析输煤的位置度良好，反之当u≤0.9或u≥1.1时，则分析输煤的位置度不符，存在潜在跑偏风险，从而发出提示预警，提示调节皮带姿态。

S2、通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机。

示例性的，皮带输煤过程中，称重装置将煤块总重量信息通过工业环网传输至控制计算机，进而可以对运输煤炭量进行二次核算，当AI超脑分析出皮带机上的运煤量后，称重模块将称重的煤炭总重量与分析运煤量核对，控制在设置误差范围内下，方可继续输煤运行，当超过误差范围时，则触发报警进行人工巡检，进而实现了精准检测输煤量的目的，同时AI超脑分析皮带机上运煤量同时监测运煤整体状况，称重模块主要进行监测运煤量，缺少皮带机运输实际情况的监测，可能出现运煤不均匀、堆积等状况，因此二者相辅相成，最终达到了对皮带机上的运煤量以及运煤状况的全面监测效果。

S3、通过现场的装置主机采集变频器的功率和张力传感器的张力值，上传到控制计算机。

S4、控制计算机接收采集数据，运用平台软件进行大数据运算，综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速，达到防堆积和节能的目的。

示例性的，在本发明实施例中，根据AI超脑分析出皮带机上的运煤量，且经过与称重模块的称重数据核对在误差范围内后，确定实际运煤量e，结合控制参数k得到所需变频器的功率R，其中R=k*e，再获取对输煤的煤炭状态和位置度的分析数据，当输煤时煤炭的位置度良好时，不作处理，否则则增加校正功率R₁，

，其中

为煤炭状态系数，为大于0的常数，是根据识别煤炭轮廓，去测量轮廓范围算得方差值后，根据方差实时适配得到的煤炭状态系数，主要用于分析煤炭湿度、种类，然后根据煤炭自身稳定性给出调整；因此输出变频器实际所需功能R₀，R₀=R+R₁；最后将R₀与采集到的变频器的功率r对比，将功率增大或减小至R₀，实现更加全面适配的作用，达到不会堆积煤炭同时做大化节能的效果。

示例性的，在本发明实施例中，还可以控制变频器预处理调速，使皮带机可以提前匹配下料口处煤炭的下料量，避免皮带机无法及时跟上变化的下料量而造成煤炭堆积的情况。具体的，先对下料口处煤炭的下料量进行分析，一般情况下，分析得到的下料口处煤炭的下料量大致不变，但是当分析得到的下料口处煤炭的下料量变化超过10%时，则输出增量变化或减量变化信号至控制变频器，使控制变频器在变化后的煤炭量刚落入甚至还未落入皮带机上时，即进行提速或减速的预备动作，并根据不断确定的实际运煤量，持续校正提速或减速的速度，最终使皮带机运行速度使用当前载重的输煤状况。

S5、通过对其他的视频模块的采集实现对皮带机闯禁、堆煤、跑偏的监控。

S6、通过皮带运输通信控制装置主机实现对皮带堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器采集和控制。

本发明实施例提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统的运行方法，在使用皮带机进行输煤煤炭过程中，通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上的运煤量，再通过称重模块采集皮带机上运煤量进行二次核对，使得对运煤量有更精准的掌握，得到运煤量后，基于综合分析当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速，达到防堆积和节能的目的。

实施例二

本发明实施例二提供了一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，图2为本发明实施例二提供的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统框架图，如图2所示，该系统包括：

控制计算机，通过大数据分析，实现平台对各个设备的智能化控制；

AI超脑，通过实时采集的现场视频资料，进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；

网络寻呼台，通过工业环网实现控制中心对现场的实时对讲，以及对现场设备的语音监控；

工业以太环网，通过交换机和光纤实现对各种信号的传输；

皮带运输通信控制装置主机，用于控制现场设备和采集现场设备参数；

视觉模块，用于对各条皮带机运输的煤量进行视觉图像捕捉，现场工况的图像捕捉；

皮带秤，称重装置将煤块总重信息通过工业环网传输至控制计算机；

IP对讲电话，用于皮带沿线的对讲、预警、报警、打点，用于寻呼台的对讲；

堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器，用于皮带机现场，对皮带机进行实时保护。

在本发明的一些实施例中，AI超脑包括：

轮廓优化模块，用于对轮廓画面进行线段状优化处理；

历史分析数据库，用于记录煤炭轮廓与皮带轮廓的比值下对应的皮带运输煤炭量数据；

位置度分析模块，用于分析输煤过程中，煤炭在皮带机上的位置度。

需要说明的是，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，而且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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：该系统的运行方法包括以下步骤：

通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机；

通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机；

通过现场的装置主机采集变频器的功率和张力传感器的张力值，上传到控制计算机；

控制计算机接收采集数据，运用平台软件进行大数据运算，综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速；

通过对其他的视频模块的采集实现对皮带机闯禁、堆煤、跑偏的监控；

通过皮带运输通信控制装置主机实现对皮带堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器采集和控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：通过专用的视觉模块和AI超脑分析出皮带机上运煤量，上传到控制计算机的具体步骤包括：

在输送煤炭过程中，通过视觉模块来拍摄采集各条皮带机运输的煤炭的视觉图像，采集图像后通过工业环网将图像数据信号传输至AI超脑，AI超脑针对采集的现场视频资料，进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；其中视觉模块分布设置于各条皮带的上方，采集各条皮带运输的煤炭视觉图像，还有部分视觉模块布设于皮带与煤炭出料口处，采集下料口处煤炭的视觉图像；

其中AI超脑进行分析的方法主要包括：

针对下料口处煤炭的下料量分析；

针对各条皮带上方运输的煤炭量分析；

对输煤的煤炭状态和位置度的分析。

3.根据权利要求2所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：针对下料口处煤炭的下料量分析的方法为：

获取下料口处煤炭采集的视觉图像，根据AI识别，对视觉画面动态分析，锁定下料瞬间画面，然后标记画面中下料口处煤炭区域，选取边缘轮廓，竖直连接轮廓节点，将其优化为矩形轮廓，并测量矩形轮廓的宽度像素值q，根据下料情况动态输出q值，再将其与设定的基准下料量下对应的基准Q值对比，根据对比比例，输出等效下料量，从而分析得到下料口处煤炭的下料量。

4.根据权利要求2所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：针对各条皮带上方运输的煤炭量分析方法为：

获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带轮廓以及皮带上运输的煤炭轮廓，计算煤炭轮廓与皮带轮廓的比值p，根据皮带实时输送状态输出p值，并将p值匹配历史分析数据库，历史分析数据库记录是根据历史经验而人为设定的各p值下对应的皮带运输煤炭量，确定与p值匹配的运输煤炭量，最终以该运输煤炭量作为分析输出的运输煤炭量。

5.根据权利要求2所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：对输煤的煤炭状态和位置度的分析方法为：

获取各条皮带上方采集的视觉图像，将视觉图像中皮带画面平均截取三段，选取中间单画面后AI分析该画面，识别该画面皮带上运输的煤炭轮廓、煤炭两侧未被煤炭遮挡的空白皮带轮廓，分别标记为空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二，再计算空白皮带轮廓一和空白皮带轮廓二的面积比值u，当0.9＜u＜1.1时，分析输煤的位置度良好，反之当u≤0.9或u≥1.1时，则分析输煤的位置度不符，存在潜在跑偏风险，从而发出提示预警，提示调节皮带姿态。

6.根据权利要求1所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：通过称重模块采集皮带机上运煤量，上传到控制计算机的步骤进一步包括：

当AI超脑分析出皮带机上的运煤量后，称重模块将称重的煤炭总重量与分析运煤量核对，控制在设置误差范围内下，方可继续输煤运行，当超过误差范围时，则触发报警提示人工巡检。

7.根据权利要求1所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：综合分析出整个输煤系统当前的实际输煤情况，从而控制变频器按照输煤系统的当前载重和输煤情况动态调速的方法进一步包括：

根据AI超脑分析出皮带机上的运煤量，且经过与称重模块的称重数据核对在误差范围内后，确定实际运煤量e；

结合控制参数k得到所需变频器的功率R，其中R=k*e；

再获取对输煤的煤炭状态和位置度的分析数据，当输煤时煤炭的位置度良好时，不作处理，否则则增加校正功率R₁，

，其中

为煤炭状态系数，为大于0的常数，是根据识别煤炭轮廓，去测量轮廓范围算得方差值后，根据方差实时适配得到的煤炭状态系数；

输出变频器实际所需功能R₀，R₀=R+R₁；

最后将R₀与采集到的变频器的功率r对比，将功率增大或减小至R₀。

8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：该系统包括：

控制计算机，用于通过大数据分析，实现平台对各个设备的智能化控制；

AI超脑，用于进行AI分析，将分析结果传输给控制计算机；

网络寻呼台，通过工业环网实现控制中心对现场的实时对讲，以及对现场设备的语音监控；

工业以太环网，通过交换机和光纤实现对各种信号的传输；

皮带运输通信控制装置主机，用于控制现场设备和采集现场设备参数；

视觉模块，用于对各条皮带机运输的煤量进行视觉图像捕捉，现场工况的图像捕捉；

皮带秤，称重装置将煤块总重信息通过工业环网传输至控制计算机；

IP对讲电话，用于皮带沿线的对讲、预警、报警、打点，用于寻呼台的对讲；

堆煤、烟雾、急停、跑偏、撕裂、温度、洒水、速度传感器，用于皮带机现场，对皮带机进行实时保护。

9.根据权利要求8所述的一种基于视频AI和皮带秤的智能输煤系统，其特征在于：所述AI超脑包括：

轮廓优化模块，用于对轮廓画面进行线段状优化处理；

历史分析数据库，用于记录煤炭轮廓与皮带轮廓的比值下对应的皮带运输煤炭量数据；

位置度分析模块，用于分析输煤过程中，煤炭在皮带机上的位置度。

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