CN118090665A - 一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法。一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，包括轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块，廓扫描模块实时探测列车的位置情况，并对煤炭进行扫描，根据扫描结果确定最佳检测面，动作模块调整含水率检测模块与最佳检测面的距离，含水率检测模块通过吸光度计算出含水率，洒水模块根据含水率数据判断是否需要洒水，若需要则执行洒水动作。本发明减小了干扰光对红外光束的影响，优化了光路结构，提高采集准确性，通过煤炭表面轮廓扫描确定最佳检测面降低含水率检测误差，实现了房车机房洒水的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法。
背景技术
近年来，红外监测作为一种新兴的快速无损检测方法，已在各个领域得到广泛应用。它具有快速、无损、高效的特点，可以对物料的含水率、外部特征等进行准确测量和检测。例如，在农业领域，红外监测可以用于蔬菜、粮食、茶叶等的含水率检测，以提高产品质量和产量。在工业领域，红外监测可以用于煤炭、陶瓷石膏、矿物等物料的含水率检测，以优化工业生产过程和提高产品质量。
在煤炭行业中，随着红外监测技术的发展和应用，翻车机房开始采用红外监测来改善煤炭粉尘抑制效果。例如，中国发明专利（CN 115382325 A）公开了一种基于红外含水率监测的底层洒水控制方法及系统，通过红外含水率监测的方式对含水率进行监测，以达到均匀表面洒水的目的，进而起到抑尘的作用。
然而，尽管上述方案利用红外监测技术对煤炭的含水率进行检测，但存在几个影响因素。首先，利用红外监测技术的红外光束的耦合效能受到周围复杂干扰光的影响，增加了对红外光信号感知处理的误差；其次，煤炭颗粒大小不一以及煤炭表面轮廓的起伏变化会引起传感监测的反射差异性，进一步增加了误差；最后，翻车机房中存在多种不同的煤炭种类，不同煤种具有不同的红外吸收特性，使得吸光度-含水率拟合函数的符合度降低，从而导致更大的误差。
因此，迫切需要一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法，以提高在翻车机房内对煤炭含水率的测量精确度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法，能够提高翻车机房煤炭含水率的测量精度。
本发明提供了一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，包括：轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块；
所述轮廓扫描模块，用于实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至所述动作模块；
所述动作模块与所述轮廓扫描模块连接，用于接收所述最佳检测面的位置信息，并根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
所述含水率检测模块与所述动作模块连接，用于测量最佳检测面煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至所述洒水模块；
所述洒水模块与所述含水率检测模块连接，用于接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，若判断需要洒水，则执行洒水动作。
进一步，所述轮廓扫描模块包括三维激光扫描模块，所述三维激光扫描模块用于基于所述列车车厢内煤炭的整体轮廓获取原始点云数据，然后，通过对原始点云数据进行处理，生成重建联合点云图，将重建联合点云图对应的所述列车车厢内煤炭的轮廓区域作为最佳检测面。
进一步，所述含水率检测模块包括红外水分仪以及与所述红外水分仪相连的数据建模模块；
所述红外水分仪用于采集测量光以及位于测量光波段两侧的参比光，将采集到的测量光和参比光转换为煤炭的吸光度数据，并将吸光度数据传输给所述数据建模模块；
所述数据建模模块用于对不同煤种的吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据。
进一步，所述红外水分仪包括光路采集模块；
所述光路采集模块包括光线发射模块、探测器、马达电机、第一滤光片、第二滤光片、第一反射镜、第二反射镜、第一负透镜、第二负透镜和正透镜，所述光线发射模块射出测量光后，首先经过所述马达电机和所述第一滤光片的解调处理，将点光源变为线光源，再经过所述第一反射镜反射到所述第一负透镜，所述测量光在穿过所述第一负透镜后光线扩散，照射在所述最佳检测面上形成检测区域，所述检测区域内的测量光经过最佳检测面的反射，到达所述正透镜，所述正透镜将测量光的路径改变，再通过所述第二负透镜对测量光进行汇聚，汇聚后的测量光经过第二反射镜，改变光线的传递路径，照射在第二滤光片上进行光线矫正，最后矫正后的测量光由所述探测器进行接收。
进一步，所述第一负透镜旋转设置在所述检测区域的上方，且所述第一负透镜的半径大于等于所述第一滤光片的半径；
所述正透镜和所述第一负透镜与所述检测面的等高设置，且所述正透镜的半径与所述检测区域的半径相同；
所述第二负透镜设置在正透镜的正上方，且第二负透镜的半径大于等于所述正透镜的半径。
进一步，所述数据建模模块具体用于：使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；对所述数据库中的吸光度-含水率数据组进行预处理，剔除所述数据库中不符合正相关对应关系的数据组；利用伯恩斯坦多项式对所述数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，用于描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。
进一步，所述洒水模块包括判断模块和与所述判断模块连接的洒水装置；
所述判断模块用于接收所述数据建模模块发送的含水率数据，并将所述含水率数据和所述判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
进一步，所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令进行相应的动作，包括：当所述洒水装置接收到洒水指令，进行洒水时，所述数据建模模块实时将测量到的所述含水率数据发送给所述判断模块，当所述判断模块接收到的含水率数据大于等于预设阈值后，发送停止洒水指令至所述洒水装置，控制所述洒水装置停止洒水动作。
一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，包括如下步骤：
S1、轮廓扫描模块实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至动作模块；
S2、所述动作模块接收所述最佳检测面的位置信息，根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
S3、所述含水率检测模块基于最佳检测面测量煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至洒水模块，具体包括：红外水分仪发射测量光，照射在待测煤炭的检测面上，检测面将测量光反射,被检测面反射的测量光经过校正后由探测器接收，转化为煤炭表面的吸光度数据；含水率检测模块中的数据建模模块对所述吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据，并将含水率数据发送至洒水模块；
进一步，所述洒水模块接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，根据判断结果执行相应的动作包括：
S41、洒水模块的判断模块将含水率数据和判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
S42、洒水模块的洒水装置接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
本发明实施例具有以下技术效果：
1. 红外光信号处理优势：现有技术红外光束的耦合效能容易受到周围复杂干扰光的影响，增加了对红外光信号感知处理的误差。本发明通过采集测量光和参比光的吸光度数据，有效减小了干扰光对红外光束的影响，提高了测量的准确性；同时在本发明中通过优化光路结构，增大感知面积的接收率，可以提高数据的采集准确性，且通过引入耦合系数进行补偿，在增大感知面积的同时，减少了对探测器面积的依赖性。
2. 解决煤炭表面轮廓影响：煤炭颗粒大小和表面轮廓的起伏变化会导致传感监测的反射差异性，进一步增加了误差。然而，本发明通过进行精确的煤炭表面轮廓扫描，可以获取准确的煤炭表面形状和轮廓数据，进而选择煤炭较为平整均匀的位置为最佳检测面进行后续的含水率检测，提高了含水率检测的精度和准确性。
3. 多种煤种差异性：翻车机房中存在多种不同的煤炭种类，不同煤种具有不同的红外吸收特性，使得吸光度-含水率拟合函数的符合度降低，从而导致更大的误差，本发明通过建立吸光度-含水率数据库，并使用伯恩斯坦多项式等方法进行数据预处理和拟合，可以准确转换吸光度数据为相应的含水率数据，提高了煤炭含水率监测的准确性和可靠性。
4. 减少洒水过量和浪费：通过本发明的系统和方法，根据实际的含水率数据实时进行判断和控制，能够避免不必要的洒水动作，减少煤炭洒水过量和浪费的现象，提高洒水的效率和节约资源。
5. 降低人工操作和人为误差：本发明的实现了自动化的煤炭含水率测量和控制，减少了人工操作的需要，并且通过近红外检测技术提供了准确的含水率数据，降低了人为误差对测量结果的影响，提升了测量的可靠性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的光路采集模块的结构示意图。
附图说明：1、发射模块；2、第一滤光片；3、马达电机；4、第一反射镜；5、第一负透镜；6、检测区域；7、正透镜；8、第二负透镜；9、第二反射镜；10、第二滤光片；11、探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统的结构示意图。参见图1，本发明提供一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，系统包括：轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块；
轮廓扫描模块，用于实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至动作模块。
具体地，轮廓扫描模块包括三维激光扫描模块，轮廓扫描模块实时探测翻车机房内列车的位置情况，并对列车是否到达翻车机房指定位置进行判断，若判断列车到达指定位置，此时激活三维激光扫描模块开始工作，三维激光扫描模块使用激光技术对列车车厢内煤炭进行轮廓扫描，获取到原始点云数据，原始点云数据显示煤炭表面的轮廓数据图，通过分析和处理轮廓数据图，以生成重建联合点云图，并将重建联合点云图对应的列车车厢内煤炭的轮廓区域作为最佳检测面，通过使用轮廓扫描模块来确定最佳检测面，可以消除煤炭表面形状不规则导致的含水率测量模块精度下降的问题，进而提高含水率检测模块的测量精度。
动作模块与轮廓扫描模块连接，用于接收最佳检测面的位置信息，根据最佳检测面的位置信息，动作模块会自动调整含水率检测模块与最佳检测面的距离，并在调整完成后激活含水率检测模块。
具体地，最佳检测面的位置信息将从轮廓扫描模块传输至动作模块的工控计算机，工控计算机依据最佳检测面的位置信息，设定合适的运动轨迹，将含水率检测模块精确运动到离最佳检测面正上方35厘米的位置。
含水率检测模块，用于基于最佳检测面测量煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至洒水模块。
具体地，含水率检测模块包括红外水分仪以及与红外水分仪相连的数据建模模块；
红外水分仪用于采集测量光以及位于测量光波段两侧的参比光，将采集到的测量光和参比光转换为煤炭的吸光度数据，在对参比光进行选择时，选择和水分关系不密切而和材料性质有关的非常接近测量光的波长作为参比光，首先满足水分对参比光的吸收率远小于水分对测量光的吸收率，其次是参比光的波段应该位于测量光波段的两侧，以便可以通过求和的方式消除质地变化所引起的干扰。这样可以保证光路中的各种杂质对三个波段红外光造成的的散射和吸收的影响基本相同，从而提高红外水分仪的测量准确性、可靠性和稳定性。
具体地，参见图3，光路采集模块包括光线发射模块1、探测器11、马达电机3、第一滤光片2、第二滤光片10、第一反射镜4、第二反射镜9、第一负透镜5、第二负透镜8和正透镜7，光线发射模块1射出测量光后，首先经过马达电机3和第一滤光片2的解调处理，将点光源变为线光源，再经过第一反射镜4反射到第一负透镜5，测量光在穿过第一负透镜5后光线扩散，照射在最佳检测面上形成检测区域6，检测区域6内的测量光经过最佳检测面的反射，到达正透镜7，正透镜7将测量光的路径改变，再通过第二负透镜8对测量光进行汇聚，汇聚后的测量光经过第二反射镜9，改变光线的传递路径，照射在第二滤光片10上进行光线矫正，最后矫正后的测量光由探测器11进行接收。
具体地，第一负透镜5旋转设置在检测区域6的上方，第一负透镜5的旋转角度可以根据第一负透镜5与检测区域6的距离、检测区域6的面积和第一负透镜5的半径进行调节，在第一负透镜5的光学厚度不变的情况下，具体的公式关系如下：
其中，R1为检测区域6的半径，r为第一负透镜5半径，为第一负透镜5与竖直方向法线的夹角，D1为第一负透镜5与检测区域6的距离。
第一负透镜5的半径大于等于第一滤光片2半径，是为了将经过第一滤光片2的检测光路完全被第一负透镜5接收，防止测量光发散出去。
正透镜7和第一负透镜5与检测面的等高设置，且正透镜7的半径与检测区域6的半径相同，在检测区域6增大的情况下，正透镜7的半径也要随检测区域6的半径进行增大，使正透镜7能完全接收最佳检测面反射回来的全部测量光。
第二负透镜8设置在正透镜7的正上方，且第二负透镜8的半径大于等于正透镜7的半径，使经过正透镜7的测量光全部被第二负透镜8进行汇聚。
示例性的，图3中A、B分别为第一负透镜5距离检测区域6高度不同的两种情况，当第一负透镜5距离检测区域6高度为A时，检测区域6的面积较小，对应设置的正透镜7的半径适应减小；当第一负透镜5距离检测区域6高度为B时，由于第一负透镜5距离检测区域6高度变大，对应的检测区域6的面积也相对增大，随之正透镜7的半径也增大。
具体地，测量光需要经过一系列镜组才能传输到探测器上。探测器的面积会影响接收到的光信号的强度和分布，较大的探测器面积可以接收到更多的光信号，产生更大的电荷量，从而增强了信号的灵敏度，但同时，较大的面积也可能引入一些不利影响，例如电荷扩散效应和杂散背景光的影响，这些影响会限制探测器的性能，尤其在高速和低信噪比的应用中。
为了减少对探测器面积的依赖性，本发明在光路中使用耦合系数进行补偿，耦合系数是衡量光信号从光源到探测器之间耦合效率的参数。影响耦合效能的关键参数是镜组到监测面的高度和监测面的反射角度变化，光路结构中镜组到监测面的高度即是透镜组的焦距。
把透镜组的折射球面看作是单独的光组，其焦距可利用单个折射球面的成像公式和物距公式得出焦距公式，得出透镜的焦距公式为：
式中 ,是透镜的焦距,/>是像点的位置,/>为像方位置，/>为物方位置，/>为透镜的光学厚度，n为透镜透射率，d是透镜的光学厚度，r1和r2分别为不通煤炭颗粒半径。经过公式计算得出运用红外技术检测煤炭含水率的最佳距离是35cm。
得出此技术的最佳距离之后，结合红外光束在Pbs探测器上的接收率，以此得出此光路的耦合效能。
为了减少对Pbs探测器面积的依赖性，使用了耦合系数来进行补偿，耦合系数的计算公式为：
其中，是耦合系数，/>是入射相干光的波长，ns是煤炭介质的折射率，/>是入射光束在垂直于指向矢量的平面上的横截面积，S为传感器面积，/>和/>分别是相对于出射光束和入射光束的表面法线的角度，/>和/>分别为入射光束照射煤炭表面的菲涅耳透射系数和出射光束照射煤炭表面的菲涅耳透射系数。通过选择最佳的镜组到监测面的距离，减小测量过程中的误差和干扰，提高测量结果的精确度和稳定性，同时使用耦合系数来抵消Pbs探测器面积的影响，减少对探测器参数的要求，提高光路的灵活性和适应性。
含水率检测模块还包括数据建模模块，数据建模模块用于对吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据。
进一步的，数据建模模块具体用于：
使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；
将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；
对吸光度-含水率数据库中的吸光度-含水率数据组进行预处理，剔除吸光度-含水率数据库中不符合正相关对应关系的数据组，通过剔除不符合正相关对应关系的数据组可以排除一些异常值，在吸光度-含水率数据库中，含水率的值随着吸光度的值增加而增加，并且含水率的值随着吸光度的值降低而降低，即吸光度与含水率正相关对应关系，剔除不符合正相关对应关系，即剔除与正相关对应关系不符合的数据组，使得吸光度与含水率之间的关系更加明确和清晰。
示例性地，假设某一煤种对应的吸光度-含水率数据库中，第一吸光度x1对应第一含水率y1，第二吸光度x2对应第二种水率y1，其中，x1＜x2，但y1＞y2，则表明x2-y2该组数据组不符合正相关对应关系，需要剔除x2-y2数据组。
利用伯恩斯坦多项式对数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，用于描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。伯恩斯坦多项式的高灵活性使其能够适应各种复杂形状的曲线，从而提高了吸光度-含水率数据的拟合精度，对于含水率检测模块来说，不同煤种的吸光度-含水率数据可能存在差异，通过使用伯恩斯坦多项式进行拟合，可以以高度灵活的方式适应不同煤种的数据特征，提高含水率检测模块对于不同煤种含水率的精确度，确保对不同煤种的含水率进行准确测量。
洒水模块与含水率检测模块连接，用于接收含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，若判断需要洒水，则执行洒水动作。
具体地，洒水模块包括判断模块和与判断模块连接的洒水装置；
判断模块用于接收数据建模模块发送的含水率数据，并将含水率数据和判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，以提高针对不同煤种进行洒水的准确度，根据比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
洒水装置用于接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
具体地，洒水装置用于接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令进行相应的动作，包括：当洒水装置接收到洒水指令，进行洒水时，数据建模模块实时将测量到的含水率数据发送给判断模块，当判断模块接收到的含水率数据大于预设阈值后，发送停止洒水指令至洒水装置，使洒水装置停止洒水动作。通过实时监测煤炭样本的含水率，并根据预设阈值判断是否需要洒水，可以实现准确的洒水控制，节约水资源并提高洒水的准确性。
图2是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法的流程图。参见图2，本发明提供一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，包括如下步骤：
S1、轮廓扫描模块实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至动作模块。
S2、动作模块接收最佳检测面的位置信息，根据最佳检测面的位置信息调整含水率检测模块与最佳检测面的距离，并在调整结束后激活含水率检测模块。
S3、含水率检测模块基于最佳检测面测量煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至洒水模块，具体包括：红外水分仪发射测量光，照射在待测煤炭的检测面上，检测面将测量光反射,，被检测面反射的测量光经过校正后由探测器接收，转化为煤炭表面的吸光度数据；含水率检测模块中的数据建模模块对吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据，并将含水率数据发送至洒水模块。
含水率检测模块包括红外水分仪，红外水分仪发射测量光，照射在待测煤炭的检测面上，部分测量光被物体表面的水分子吸收或反射，被物体表面反射的测量光经过校正后由探测器接收，转化为煤炭表面的吸光度数据。
具体地，含水率检测模块通过采集测量光的吸光度数据来间接测量物体的含水率。在测量过程中，红外水分仪会同时采集位于测量光波段两侧的参比光的吸光度数据，以进行校正和稳定性的补偿，然后，红外水分仪会将采集到的吸光度数据传输给数据建模模块。
含水率检测模块中的数据建模模块对吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据，并将含水率数据发送至洒水模块。
具体地，数据建模模块用于：使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；利用伯恩斯坦多项式对吸光度-含水率数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。
S4、洒水模块与含水率检测模块连接，用于接收含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，若判断需要洒水，则执行洒水动作。
S41、洒水模块的判断模块将含水率数据和判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令。
具体的，若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，判断模块发出洒水指令；若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则判断模块不发送洒水指令。
S42、洒水模块的洒水装置接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
具体的，洒水装置是与判断模块连接的实际执行洒水任务的装置。它接收判断模块传递的控制指令，并根据指令执行相应的动作。示例性地，如果判断模块发出洒水指令，洒水装置会启动水泵或喷洒装置，将水分洒到需要的地方。反之，如果判断模块不发送洒水指令，则洒水装置不会执行任何动作。
通过本发明的方法，根据实际的含水率数据实时进行判断和控制，能够避免不必要的洒水动作，减少煤炭洒水过量和浪费的现象，提高洒水的效率和节约资源。通过这种动态的判断和控制，能够根据实时的含水率数据来决定是否需要进行洒水，避免了不必要的洒水动作和资源浪费。这样，洒水的效率得到提高，同时也实现了资源的节约。
需要说明的是，本发明所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本发明说明书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。术语“包括”、“包含”或者其任何其它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它要素，或者是还包括为这种过程、方法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、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
还需说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，包括：轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块；
所述轮廓扫描模块，用于实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至所述动作模块；
所述动作模块与所述轮廓扫描模块连接，用于接收所述最佳检测面的位置信息，并根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
所述含水率检测模块与所述动作模块连接，用于测量最佳检测面煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至所述洒水模块；
所述洒水模块与所述含水率检测模块连接，用于接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，若判断需要洒水，则执行洒水动作。
2.根据权利要求1所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述轮廓扫描模块包括三维激光扫描模块，所述三维激光扫描模块用于基于所述列车车厢内煤炭的整体轮廓获取原始点云数据，然后，通过对原始点云数据进行处理，生成重建联合点云图，将重建联合点云图对应的所述列车车厢内煤炭的轮廓区域作为最佳检测面。
3.根据权利要求1所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述含水率检测模块包括红外水分仪以及与所述红外水分仪相连的数据建模模块；
所述红外水分仪用于采集测量光以及位于测量光波段两侧的参比光，将采集到的测量光和参比光转换为煤炭的吸光度数据，并将吸光度数据传输给所述数据建模模块；
所述数据建模模块用于对不同煤种的吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述红外水分仪包括光路采集模块；
所述光路采集模块包括光线发射模块（1）、探测器（11）、马达电机（3）、第一滤光片（2）、第二滤光片（10）、第一反射镜（4）、第二反射镜（9）、第一负透镜（5）、第二负透镜（8）和正透镜（7），所述光线发射模块（1）射出测量光后，首先经过所述马达电机（3）和所述第一滤光片（2）的解调处理，将点光源变为线光源，再经过所述第一反射镜（4）反射到所述第一负透镜（5），所述测量光在穿过所述第一负透镜（5）后光线扩散，照射在所述最佳检测面上形成检测区域（6），所述检测区域（6）内的测量光经过最佳检测面的反射，到达所述正透镜（7），所述正透镜（7）将测量光的路径改变，再通过所述第二负透镜（8）对测量光进行汇聚，汇聚后的测量光经过第二反射镜（9），改变光线的传递路径，照射在第二滤光片（10）上进行光线矫正，最后矫正后的测量光由所述探测器（11）进行接收。
5.根据权利要求4所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述第一负透镜（5）旋转设置在所述检测区域（6）的上方，且所述第一负透镜（5）的半径大于等于所述第一滤光片（2）半径；
所述正透镜（7）和所述第一负透镜（5）与所述检测面的等高设置，且所述正透镜（7）的半径与所述检测区域（6）的半径相同；
所述第二负透镜（8）设置在正透镜（7）的正上方，且第二负透镜（8）的半径大于等于所述正透镜（7）的半径。
6.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述数据建模模块具体用于：使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；对所述数据库中的吸光度-含水率数据组进行预处理，剔除所述数据库中不符合正相关对应关系的数据组；利用伯恩斯坦多项式对所述数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，用于描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。
7.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述洒水模块包括判断模块和与所述判断模块连接的洒水装置；
所述判断模块用于接收所述数据建模模块发送的含水率数据，并将所述含水率数据和所述判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
8.根据权利要求7所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令进行相应的动作，包括：当所述洒水装置接收到洒水指令，进行洒水时，所述数据建模模块实时将测量到的所述含水率数据发送给所述判断模块，当所述判断模块接收到的含水率数据大于等于预设阈值后，发送停止洒水指令至所述洒水装置，控制所述洒水装置停止洒水动作。
9.一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，基于上述权利要求1-8任一项所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统实现，其特征在于，包括如下步骤：
S1、轮廓扫描模块实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至动作模块；
S2、所述动作模块接收所述最佳检测面的位置信息，根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
S3、所述含水率检测模块基于最佳检测面测量煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至洒水模块，具体包括：红外水分仪发射测量光，照射在待测煤炭的检测面上，检测面将测量光反射,，被检测面反射的测量光经过校正后由探测器接收，转化为煤炭表面的吸光度数据；含水率检测模块中的数据建模模块对所述吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据，并将含水率数据发送至洒水模块；
S4、所述洒水模块接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，根据判断结果执行相应的动作。
10.根据权利要求9所述一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，其特征在于，所述洒水模块接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，根据判断结果执行相应的动作包括：
S41、洒水模块的判断模块将含水率数据和判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
S42、洒水模块的洒水装置接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
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