CN115751164A - 一种基于视频识别的工业气体自动充装方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频识别的工业气体自动充装方法及系统，克服现有技术中工业气体充装需要人工干预停止充装，自动化程度低，费时费力，增加了人工成本，存在安全隐患的问题，自动充装方法包括：S1：录入订单，根据订单信息自动生成充装预设量；S2：利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据；S3：根据槽罐车实时压力数据，自动调整充装预设量；S4：进行充装，并根据充装数据进行充装安全连锁逻辑判断。通过视频识别槽罐车上的压力表，采集压力信息，根据压力数据自动调整充装预设量以及充装安全连锁逻辑判断，自动化程度高，不需要人工干预，有效避免了预设量过大或者操作人员观察不仔细、分心带来充装过量的安全隐患。

Description

一种基于视频识别的工业气体自动充装方法及系统

技术领域

本发明涉及气体填充技术领域，特别涉及了一种基于视频识别的工业气体自动充装方法及系统。

背景技术

在工业生产上，把常温、常压下呈气态的产品统称为工业气体产品。一种瓶装压缩液态气体，在常温常压下呈气态，气体种类有繁多，主要用于各种工业制造方面。工业气体产品已是现代工业的重要基础原料。工业气体被喻为工业的“血液”。随着中国经济的快速发展，工业气体作为国民经济基础工业要素之一，在国民经济中的重要地位和作用日益凸显。其应用范围广泛分布在：石油、化工、冶金、钢铁、机械、电子、电力、玻璃、陶瓷、建材、食品、医药、医疗、城市居民等领域。

目前工业气体槽罐车的充装，使用的都是利用PLC采集差压变送器信号，来计算累计量，将累计量与预设量进行实时比较，判断是否充装完成，来进行停止充装逻辑（控制各个阀泵的开关状态）。由于存在工业气体累计量计算的精度问题（累计量的计算受流速、温度、压力等外界因素影响明显），和在订单录入中，预设量的设置不够准确的问题（客户为了能将槽车储罐充满，往往会将预设量设的偏大），这导致了在充装过程中，往往需要操作工或司机，实时关注槽罐车上的压力表，来判断是否充装完成，当罐内压力达到最大刻度线时（人工标记的刻度线），通过人工干预停止充装，防止介质充装过量带来的安全隐患。一方面费时费力，增加人工成本，自动化程度低；另一方面人工误差较大，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中工业气体充装需要人工干预停止充装，自动化程度低，费时费力，增加了人工成本，存在安全隐患的问题，提供了一种基于视频识别的工业气体自动充装方法及系统，通过视频识别槽罐车上的压力表，采集压力信息，根据压力数据自动调整充装预设量以及充装安全连锁逻辑判断，自动化程度高，不需要人工干预，有效避免了预设量过大或者操作人员观察不仔细、分心带来充装过量的安全隐患。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

S1：录入订单，根据订单信息自动生成充装预设量；

S2：利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据；

S3：根据槽罐车实时压力数据，自动调整充装预设量；

S4：进行充装，并根据充装数据进行充装安全连锁逻辑判断。

工业气体槽罐车是工业气体运输流转的一个重要载体，是用来运输液氧、液氮、液氩等工业气体的专用汽车。每辆运输工业气体的槽罐车上都配有压力表，用于判断罐内介质的装载量。本发明通过视频识别槽罐车上的压力表，采集压力信息，在充装前，根据槽罐车内的压力，自动调整充装预设量，在充装过程中，再根据实时槽罐车内的压力，进行充装安全连锁逻辑判断。有效的避免了预设量过大或者操作人员观察不仔细、分心带来充装过量的安全隐患；同时解决了对槽罐车上的压力表信号采集功能缺失问题，并可对其进行信号分析及并记录。

作为优选，所述步骤S1的具体步骤为：

S1.1：录入订单，根据槽罐车车辆信息，获取槽罐车历史充装数据；

S1.2：根据历史充装数据自动生成充装预设量；

S1.3：对槽罐车进行一次称重，记录槽罐车皮重。

可以根据该车历史数据自动生成充装预设量，也可以根据客户需要修改。一般情况下，充装预设量为槽罐车根据罐型的充装最大允许值，将充装预设量录入IC卡中。车辆信息一般为车牌号。

作为优选，所述步骤S2的具体步骤为：

S2.1：对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域；

S2.2：对表盘进行边缘检测以及平行线检测，确定表盘数字显示区域；

S2.3：对数字显示区域内的图像进行像素灰度聚类，分割数字字符；

S2.4：利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到槽罐车压力表示数。

针对数字式压力表，将压力表表盘的数字显示窗口分割若干识别区域，逐个对每个区域进行图像摄取、处理和识别，从而得到槽罐车压力数据，进而达到了识别结果精准，识别过程简便的视频识别槽罐车压力数据。

作为优选，所述步骤S2的具体步骤为：

S2.1：对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域；

S2.2：采集表盘正面图像，利用表盘正面图像得到表盘数字区域图像以及指针图像；

S2.3：对图像进行预处理，并将指针和数字连接，形成一个独立区域；

S2.4：利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到数字值，并利用数字值和位置确定仪表刻度区间；

S2.5：确定针尖和表盘圆心位置，识别指针角度，结合表盘量程计算表盘指针读数。

采用深度学习神经网络的方式，能够对压力表表盘照片完成检测与识别，并大大提高压力表识别准确率，并能实时检测压力表的读数。

作为优选，所述步骤S3的具体步骤为：

S3.1：判断槽罐车内压力数据是否稳定，若稳定，则进行制单操作；

S3.2：利用槽罐车实时压力数据以及历史充装记录，计算出槽罐车可充装量以及能够充装的最大压力；

S3.3：根据槽罐车可充装量对充装预设量进行调整。

根据槽罐车可充装量对充装预设量进行调整：获取到槽车罐内的压力，结合该车的历史充装记录中，充装开始前槽车罐内压力、充装完成后的槽车罐内压力、实际充装量，计算出可充装量，并自动调整预设量（调整预设量时，只能比原计划量小调整），将调整后的预设量与该槽车罐能充装最大压力（通过该车的历史充装记录分析得出），一起下发至批量控制器上。

作为优选，所述步骤S4进一步包括：

S4.1：根据充装预设量进行逻辑控制；

S4.2：根据槽罐车罐内实时压力与槽罐车能充装最大压力，进行安全连锁停止充装逻辑判断。

比较充装过程中槽罐车内实时压力与槽罐车充装最大压力，若槽罐车内实时压力大于槽罐车充装最大压力，停止充装（控制关闭泵、出口阀、入口阀等，打开回流阀、排放阀）。有效的防止了通过差压变送器信号计算累计量带来的误差，对充装流程的影响。

作为优选，所述步骤S4还包括：

充装过程中，若存在流量但获取到的压力读数在设定时间内维持不变，或压力数值增加范围小于设定阈值时，则认为获取到的压力数据有误，进入连锁暂停状态，并进行报警。

存在流量就是指气体在进行充装，流入槽罐车。出现问题时进行报警，提醒操作人员进行问题排查，保证充装安全。

作为优选，还包括：在充装过程中，视频识别实时压力数据，并记录充装前、充装过程以及充装后的压力，生成压力记录曲线，并将该槽罐车最终充装完成的压力取平均值，作为充装允许最大压力。可用于该车下次充装压力条件的判断。

一种基于视频识别的工业气体自动充装系统，包括：

采集槽罐车压力数据的视频识别系统，与视频识别系统连接的用于控制执行单元的批量控制器，所述批量控制器还连接有采集现场环境数据的数据采集装置，所述批量控制器还与上位机进行通信。

批量控制器可实现物料批次装卸的自动化控制设备，具有流量设备、阀门、泵等设备接入能力，对现场防静电、防溢油等信号配置联锁功能。视频识别系统与数据采集单元采集数据，并将采集的数据发送至批量控制器，由批量控制器进行判断，根据判断结果控制执行单元执行相应的操作。执行单元包括泵、阀门等设备，批量控制器控制这些设备的开与关。

因此，本发明具有如下有益效果：通过视频识别槽罐车上的压力表，采集压力信息，根据压力数据自动调整充装预设量以及充装安全连锁逻辑判断，自动化程度高，不需要人工干预，有效避免了预设量过大或者操作人员观察不仔细、分心带来充装过量的安全隐患。

附图说明

图1是本发明中自动充装方法的步骤流程图。

图2是本发明中自动充装系统的结构示意图。

图3是本发明中槽罐车充装视频识别示意图。

图中：1、视频识别系统；2、执行单元；3、批量控制器；4、数据采集装置；5、上位机；6、槽罐车；7、停车区。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

本实施例为一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，如图1所示，包括以下步骤：第一步，录入订单，根据订单信息自动生成充装预设量；第二步，利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据；第三步，根据槽罐车实时压力数据，自动调整充装预设量；第四步，进行充装，并根据充装数据进行充装安全连锁逻辑判断。

目前槽罐车工业气体充装的预设量，是根据客户事先下的订单信息中数量进行下发，或者槽罐车司机估算出预设量，都无法保证槽罐车能充装下预先设置的量，存在充装过量的风险；无法对槽罐车上的仪表进行信号采集，因槽罐车的特殊情况，无法通过电气连接线进行信号采集，在工业气体的充装过程中，无法对槽罐车罐内压力进行实时监控和记录；且充装过程中，因预设量设置的不够精准以及通过差压变送器计算累计量会存在误差，需要操作工或司机，实时关注槽罐车上的压力表，来判断是否充装完成。

而本发明通过视频识别槽罐车上的压力表，采集压力信息，在充装前，根据槽罐车内的压力，自动调整充装预设量，在充装过程中，再根据实时槽罐车内的压力，进行充装安全连锁逻辑判断。有效的避免了预设量过大或者操作人员观察不仔细、分心带来充装过量的安全隐患；同时解决了对槽罐车上的压力表信号采集功能缺失问题，并可对其进行信号分析及并记录；同时可以在充装过程中根据预设量或者实时压力数据，自动进行控制，不需要人工操作。

下面对本申请的自动充装方法做进一步说明：

第一步：录入订单，根据订单信息自动生成充装预设量。

业务员录入订单时，根据槽罐车车辆信息（如车牌），获取槽罐车历史充装数据；根据历史充装数据自动生成充装预设量，也可以根据客户需要更改，一般情况下，充装预设量为槽罐车根据罐型的充装最大允许值。将充装预设量录入IC卡中，完成一次称重，记录槽罐车皮重，然后将槽罐车挺在充装区的指定位置。

第二步：利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据。

本实施例压力表采用数字压力表，具体识别方式为：

对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域；对表盘进行边缘检测以及平行线检测，确定表盘数字显示区域；对数字显示区域内的图像进行像素灰度聚类，分割数字字符；利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到槽罐车压力表示数。

针对数字式压力表，将压力表表盘的数字显示窗口分割若干识别区域，逐个对每个区域进行图像摄取、处理和识别，从而得到槽罐车压力数据，进而达到了识别结果精准，识别过程简便的视频识别槽罐车压力数据。

第三步：根据槽罐车实时压力数据，自动调整充装预设量。

判断槽罐车内压力数据是否稳定，若稳定，则进行制单操作（刷卡制单，根据卡号，将对应的订单信息下发至批量控制器）；利用槽罐车实时压力数据以及历史充装记录，计算出槽罐车可充装量以及能够充装的最大压力。

根据槽罐车可充装量对充装预设量进行调整：获取到槽车罐内的压力，结合该车的历史充装记录中，充装开始前槽车罐内压力、充装完成后的槽车罐内压力、实际充装量，计算出可充装量，并自动调整预设量（调整预设量时，只能比原计划量小调整），将调整后的预设量与该槽车罐能充装最大压力（通过该车的历史充装记录分析得出），一起下发至批量控制器上。

第四步：进行充装，并根据充装数据进行充装安全连锁逻辑判断。

1、根据充装预设量进行逻辑控制。

2、根据槽罐车罐内实时压力与槽罐车能充装最大压力，进行安全连锁停止充装逻辑判断：比较充装过程中槽罐车内实时压力与槽罐车充装最大压力，若槽罐车内实时压力大于槽罐车充装最大压力，停止充装。

本实施例还包括在充装过程中，若存在流量（即存在气体在流动），但获取到的压力读数在设定时间内维持不变，或压力数值增加范围小于设定阈值时，则认为获取到的压力数据有误，进入连锁暂停状态，并触发语音报警，提醒操作人员进行排查问题、人工干预。

本实施例还包括在充装过程中，视频识别实时压力数据，并记录充装前、充装过程以及充装后的压力（将压力数据根据车牌绑定到每一辆车），生成压力记录曲线，并将该槽罐车最终充装完成的压力取平均值，作为充装最大压力，用于该车下次充装压力条件的判断。

本实施例还提供了一种基于视频识别的工业气体自动充装系统，如图2所示，包括：

视频识别系统1，用于拍摄并识别槽罐车压力表的数值，并将采集的压力数据发送到批量控制器；

批量控制器3，具有流量设备、阀门、泵等设备接入能力，用于根据视频识别系统识别的压力数据以及数据采集装置采集的现场环境数据（温度等），下发控制指令到执行单元，并与上位机进行通信；

数据采集装置4，用于采集充装现场环境数据；

上位机5，与批量控制器进行通信，实现数据交互；

执行单元2，根据批量控制器的控制指令，进行开、闭动作。

视频识别系统与数据采集单元采集数据，并将采集的数据发送至批量控制器，由批量控制器进行判断，根据判断结果控制执行单元执行相应的操作。执行单元包括泵、阀门等设备，批量控制器控制这些设备的开与关。

具体地，工作时：

1.业务员录入订单时，输入车牌自动生成充装预设量（根据该车历史充装记录自动生成参考值，也可根据客户修改，一般情况下，充装预设量为槽罐车的充装最大允许值）；

2.将充装信息录入IC卡，完成一次称重后，如图3所示，将槽罐车6停到充装区的指定位置-停车区7，该位置可使用视频识别系统的摄像头清晰拍摄并识别槽罐车尾部的压力表；

3.视频识别系统对槽罐车尾部压力表实时进行识别分析，获取实时压力数据，传给批量控制器；

4.视频识别系统正常识别中，并在批量控制器判断压力数据稳定后，方可进行制单操作（在批量控制器上刷卡制单，上位机根据卡号，将对应的订单信息下发至批量控制器上）；

5.上位机获取到槽车罐内的压力，结合该槽罐车的历史充装记录中的充装开始前槽罐车内压力、充装完成后的槽罐车内压力以及实际充装量，计算出槽罐车可充装量，并根据槽罐车可充装量自动调整预设量（调整预设量时，只能比原计划量小调整），将调整后的预设量与该槽罐车能充装最大压力（通过该车的历史充装记录分析得出），一起下发至批量控制器上；

6.操作人员将充装管与槽罐车充装口连接；

7.条件满足后（即槽罐车罐内浓度是否合格、回流阀是否打开等充装前准备工作是否做好），进行充装流程；

8.到达充装阶段，批量控制器根据预设量进行逻辑控制，此外批量控制器根据槽罐车罐内实时压力与槽罐车能充装最大压力比较，进行安全连锁停止充装逻辑判断，有效的防止了通过差压变送器信号计算累计量带来的误差，对充装流程的影响；

9.充装过程中，若存在流量但获取到的压力读数在设定时间内维持不变，或数值增加范围小于设定阈值时，则批量控制器认为视频识别系统获取到的压力数据有误，进入连锁暂停状态，并在批量控制器人机界面上提示报警信息，触发语音报警，提醒操作人员进行排查问题、人工干预；

10.充装过程中，将视频识别系统识别到的压力数据，通过批量控制器上传至上位机，上位机将记录充装过程中的压力、充装前的压力、充装后的压力（根据车牌将压力数据绑定到每辆车），方便工程师进行压力曲线查看与分析。并将该槽罐车的最终充装完成的压力取平均值，作为允许充装最大压力，用于该车下次充装压力条件的判断。

11、充装完成，二次称重，得到充装重量。

实施例二：

本实施例槽罐车压力表采用指针式压力表，在实施例一的基础上，第二步中，利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据的方式为：

1、对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域。

2、采集表盘正面图像，利用表盘正面图像得到表盘数字区域图像以及指针图像：首先进行粗略识别，可以采用高斯图像金字塔算法、霍夫圆检测算法和HSV颜色空间算法等算法（也可以采用其他算法），得到粗略的表盘数字区域图像和指针图像；然后进行精确识别，可以采用边缘检测、高斯变换和矩形检测算法等算法，得到精确的表盘数字区域图像；采用区域生长算法，得到精确的指针图像。

3、对表盘数字区域图像和指针图像进行预处理，首先消除图像噪声，将表盘数字区域图像与背景分离（表盘数字区域图像只有数字和刻度），将指针图像与背景分离（指针图像只有指针），再对图像灰度化实现去噪，利用膨胀、腐蚀技术消除离散噪声。

4、利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到数字值，并利用数字值和位置确定仪表刻度区间：将数字区域图像分割为若干区域，每个区域只包括一个数值且区域大小相等（数字为中心位置），利用深度学习神经网络模型识别数字值。

5、确定针尖和表盘圆心位置，识别指针角度，结合表盘量程计算表盘指针读数：可以利用角点检测算法确定针尖位置，利用霍夫圆检测算法确定表盘圆心位置，并将指针像素向中心位置坐标投影，选取出投影像素个数最多的角度作为针尖指向角度，从而识别指针示数。

针对指针式压力表，还可以建立数值与角度的对应关系表，然后计算指针角度，根据指针角度，利用对应关系表，得到该角度所代表的压力表数值，更加简洁、方便。

本发明针对工业气体充装提出的自动充装方法及系统，带来了如下几点有益效果：

1、本发明应用了视频识别，在无法使用电缆、或替换槽罐车上具有无线通信功能的压力表的情况下，解决了工业气体充装过程中，对槽罐车压力表压力数据的采集困难问题。

2、本发明能够根据视频识别获取到的压力数据，自动调整预设量，使充装预设量更加精准。

3、充装过程中，可以根据视频识别获取到的压力数据，判断是否达到允许充装最大压力，进行连锁停止充装，避免了人为因素的影响，防止介质充装过量带来的安全隐患。

4、充装过程中，通过视频识别获取压力数据，并对获取的数据进行实时记录，方便对过程数据的分析（对每辆车的最大充装量压力进行统计、预设量的调整）。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：录入订单，根据订单信息自动生成充装预设量；

S2：利用视频识别技术，获取槽罐车实时压力数据；

S3：根据槽罐车实时压力数据，自动调整充装预设量；

S4：进行充装，并根据充装数据进行充装安全连锁逻辑判断。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：

S1.1：录入订单，根据槽罐车车辆信息，获取槽罐车历史充装数据；

S1.2：根据历史充装数据自动生成充装预设量；

S1.3：对槽罐车进行一次称重，记录槽罐车皮重。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

S2.1：对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域；

S2.2：对表盘进行检测，确定表盘数字显示区域；

S2.3：对数字显示区域内的图像进行像素灰度聚类，分割数字字符；

S2.4：利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到槽罐车压力表示数。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

S2.1：对槽罐车压力表进行形状识别，确定表盘所在区域；

S2.2：采集表盘正面图像，利用表盘正面图像得到表盘数字区域图像以及指针图像；

S2.3：对图像进行预处理，去除图像背景噪声；

S2.4：利用神经网络模型对每个数字字符进行识别，得到数字值，并利用数字值和位置确定仪表刻度区间；

S2.5：确定针尖和表盘圆心位置，识别指针角度，结合表盘量程计算表盘指针读数。

5.根据权利要求1所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：

S3.1：判断槽罐车内压力数据是否稳定，若稳定，则进行制单操作；

S3.2：利用槽罐车实时压力数据以及历史充装记录，计算出槽罐车可充装量以及能够充装的最大压力；

S3.3：根据槽罐车可充装量对充装预设量进行调整。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

S4.1：根据充装预设量进行逻辑控制；

S4.2：根据槽罐车罐内实时压力与槽罐车能充装最大压力，进行安全连锁停止充装逻辑判断。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

充装过程中，若存在流量但获取到的压力读数在设定时间内维持不变，或压力数值增加范围小于设定阈值时，则认为获取到的压力数据有误，进入连锁暂停状态，并进行报警。

8.根据权利要求1或6所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，还包括：在充装过程中，视频识别实时压力数据，并记录充装前、充装过程以及充装后的压力，生成压力记录曲线，并将该槽罐车最终充装完成的压力取平均值，作为充装最大压力。

9.一种基于视频识别的工业气体自动充装系统，采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种基于视频识别的工业气体自动充装方法，其特征在于，包括：采集槽罐车压力数据的视频识别系统，与视频识别系统连接的用于控制执行单元的批量控制器，所述批量控制器还连接有采集现场环境数据的数据采集装置，所述批量控制器还与上位机进行通信。

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