WO2022147602A1 - Método, sistema e programa de computador para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro passante sobre uma correia transportadora - Google Patents

Método, sistema e programa de computador para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro passante sobre uma correia transportadora Download PDF

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WO2022147602A1
WO2022147602A1 PCT/BR2021/050142 BR2021050142W WO2022147602A1 WO 2022147602 A1 WO2022147602 A1 WO 2022147602A1 BR 2021050142 W BR2021050142 W BR 2021050142W WO 2022147602 A1 WO2022147602 A1 WO 2022147602A1
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iron ore
moisture content
conveyor belt
passing over
identifying
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PCT/BR2021/050142
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Ìtalo Augusto PEREIRA FREITAS DE ANDRADE
Henrique SEABRA CANAVERDE
Luiz Henrique JORGE MACHADO
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Llk Engenharia Indústria E Comércio Ltda Epp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids

Definitions

  • the present invention patent belongs to the field of process control in the mining area. More specifically, the invention teaches a method, system and computer program for online identification of the moisture content present in iron ore passing through a conveyor belt for decision making in process control in the mining area.
  • the selling price of iron ore is related to its moisture content. Thus, the measurement of moisture in this and other types of ore is of great relevance to the industry.
  • the moisture of iron ore has two main components: the physical composition of the mineral itself and the wet processing process, such as flotation, widely used to increase the iron content of the ore.
  • a 1-4% reduction in moisture content is already an important gain. since the costs of reducing the moisture content are high.
  • Typical iron ore moisture contents can range from approximately 3 to 10%.
  • the present invention has the ability to identify moisture contents with adequate resolution for this purpose.
  • the images of iron ore transported by a belt are continuously captured by one or more hyperspectral cameras, making it possible to measure the moisture content, which is a great gain for the evaluation. the quality of the iron ore, and it is even possible to control dehumidifiers and heaters to remove moisture.
  • the present invention then allows the identification of the moisture content online in dense samples and in large amounts of iron ores that are transported by a belt.
  • the present invention uses hyperspectral cameras associated with computer vision and machine learning algorithms to identify the moisture content present in iron ore samples that pass through a conveyor belt.
  • the present invention uses hyperspectral cameras together with computer vision and machine learning algorithms to return the moisture content present in ore samples transported on a belt.
  • radiofrequency intrusive systems which can perform continuous measurements of bulk material, but which need to have a similar flow as a continuous mass, that is, finer particles, such as paints, gravel, sawdust, fly ash (mineral), wood chips, grains, flour, seeds, among others.
  • finer particles such as paints, gravel, sawdust, fly ash (mineral), wood chips, grains, flour, seeds, among others.
  • the present invention advantageously allows the control of the moisture content online in large amounts of iron ore that pass through a conveyor belt and not only in samples sent to a laboratory. That is, the present invention has a much higher sampling than laboratory techniques and is much more economical than techniques that use high power lasers and X-rays.
  • the present invention has the advantage of displaying the moisture content results online for better process control in the mining area.
  • Another advantage of the present invention is that contact with the material is not necessary for the identification of the moisture content.
  • the invention advantageously, does not use sources of high energy power and X-rays, which require special care and radiological protection.
  • the present method and system advantageously has the ability to learn through data feedback, in a machine learning algorithm.
  • the present invention teaches a method of identifying the online moisture content present in iron ore passing through a conveyor belt, comprising the following steps: - data relating to the reflectance of the iron ore passing through the conveyor belt are obtained by means of a hyperspectral or multispectral camera located above the conveyor belt; this step also includes the treatment and correction of the spectrum obtained through the camera, thus providing a clean spectrum of iron ore reflectance;
  • - non-linear regression is used to identify the characteristics that best model the dependent variables of the Y matrix; the weights obtained through the non-linear regression are correlated with other results obtained for the Y matrix.
  • the X matrix is acquired, the relationship is made with the weights and the information on the moisture content present in the iron ore is presented.
  • results are displayed at each interval in the range between 1 to 2 minutes, presenting an average of the moisture contents of the samples passed in that time interval, with 2 minutes being the preferred time.
  • the present method can also perform self-calibration of the method by learning the results.
  • a signal via industrial protocol can be sent to the plant plant management depending on the moisture content identified.
  • the signal via industrial protocol can be variable and control the execution of the process, such as, for example, the injection of hot and dry air in a transfer chute, in order to reduce the moisture content of the iron ore.
  • the present invention can control, for example, dehumidifiers and heaters powered by natural gas or LPG, controlling the injection of these gases.
  • the present invention can control the amount of reagents applied to the iron ore still in pulp condition, since depending on the moisture content, each reagent needs to be inserted in proportions and amounts depending on the content. of moisture.
  • the signal sent via industrial protocol is variable and controls an amount of reagents necessary for the execution of the ore processing, being the control of the amount of reagents carried out through a controller.
  • the invention further teaches a system comprising one or more hyperspectral cameras located above the conveyor belt and directed in order to focus the iron ore driven by the conveyor belt, and the spectra captured by the hyperspectral cameras are sent to a processing unit , which is able to recognize the moisture content present in iron ore passing over a conveyor belt through machine learning.
  • Machine learning is carried out by the computer program being carried out through an algorithm based on non-linear regression to choose weights to be correlated with the known results of moisture content.
  • the processing unit identifies and sends electrical or electromagnetic signals according to different levels of moisture content identified via industrial protocol for the management of the plant's iron ore processing plant.
  • the signal sent via industrial protocol can be variable and control an amount of natural gas injected into a drying turbine, for example, through a PID controller.
  • a computer program performs the steps of this method using the system disclosed herein.
  • Figure 1 shows the spectral signature of the reflectance of various materials, such as grass, paint, fabric and tree.
  • Figure 2a shows the formation of color images, where the image is constructed with 3 different wavelengths blue (B), green (G) and red (R).
  • Figure 2b shows the formation of monochromatic images (M), such as a black and white image.
  • Figures 3a and 3b show the illustrative representation of a hyperspectral image. It is a large data structure, with an image (reflectance value) for each wavelength (figure 3a), where the pixels can be analyzed one by one to obtain the spectral signature (figure 3b) of each of them.
  • Figure 4 shows the system of the present invention.
  • Figure 5 shows the mat with the camera support and its respective field of view.
  • FIG. 6 shows the steps of the moisture content identification method of the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • All material has a reflectance, to a greater or lesser extent, in different bands of the visible and non-visible spectrum.
  • Each moisture content in iron ore has a spectral signature. This signature corresponds to how much material with different moisture contents reflects each wavelength within the visible spectrum and also outside it.
  • Figure-1 represents an example of how the spectral signature changes from one type of material to another.
  • Grass for example, has a characteristic spectral signature that distinguishes it from a tree.
  • the reflectance of an ink is distinguished from that of a fabric and so on. Therefore, each material has a characteristic reflectance spectrum that is composed of reflection at each wavelength inside and outside the visible spectrum.
  • hyperspectral cameras and spectrometers are used. These cameras are capable of “taking a picture”, that is, capturing the image of each wavelength within a band for each of the pixels, and can be analyzed separately to build the signatures of each mineral.
  • a color camera which is a common camera.
  • the color camera performs image acquisition in three basic colors, red (R), green (G) and blue (B), that is, only in three different wavelengths, as shown in figure 2a.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • the relationship between the intensities of each of these three basic colors in each pixel forms any type of color in the visible light spectrum.
  • Figure 2b already shows an even older example, the formation of a monochromatic image (M).
  • Black and white images are an example of monochrome images.
  • the present invention uses cameras that are capable of capturing for each pixel the spectrum of wavelengths every 5 nanometers, for example, in an extensive band of the spectrum between ultraviolet and infrared.
  • the cameras used are the so-called hyperspectral cameras that capture the electromagnetic spectrum in addition to visible light, and may have a high resolution of the electromagnetic spectrum.
  • the hyperspectral cameras can identify the moisture content in the iron ore present in the images captured from spectral information captured by a spectrometer. Differently and advantageously from a common spectrometer, these hyperspectral cameras capture thousands of spectra.
  • nonlinear regression does not assume that the spectrum characteristics are fixed. That is, this means that the predictors can be measured with error, which makes the algorithm more robust. [0053] Thus, nonlinear regression was the method chosen, among the many tested, to filter variables that are in fact important for the quantification of moisture content and discard those that do not influence the response.
  • the algorithm uses a multivariate data analysis technique used to relate one or more response variables (Y) with several independent variables (X), based on the use of factors (or weights).
  • the X matrix is formed by reflectance values at different wavelengths (every 5 nanometers, for example) in the region between 400 and 2500 nm and the Y matrix formed by values of the moisture contents of the ore samples.
  • the present invention uses a multivariate data analysis technique to relate a response variable (Y) to several independent variables (X), that is, the shape of the spectrum.
  • Y response variable
  • X independent variables
  • the X matrix is formed by reflectance values at different wavelengths in the region between 400 and 2500nm and the Y matrix is formed by values of the moisture content of the ore samples, allowing to identify factors (combinations of the variables X) that best model the dependent variables Y.
  • the data related to the reflectance of the material are obtained through the hyperspectral camera, after being treated and corrected, we can say that we have the reflectance spectrum of the analyzed area as an input;
  • Nonlinear regression is used to identify factors (combinations of X variables) that best model the Y dependent variables.
  • model auto calibrations are performed by learning the results.
  • a signal via industrial protocol can be sent to the plant's plant management.
  • a preferred moisture content value of 4.0% can be set as acceptable.
  • a moisture content value greater than 4.0% and less than 4.5% can be set as an alert or intervention level.
  • a value above 4.5% can be established as not acceptable and start the intervention procedure in the process, such as the activation of dehumidifiers and heaters.
  • the present invention also teaches a controller, type PID (proportional control system with integral and derivative action), of inputs for automatic control of the process.
  • type PID proportional control system with integral and derivative action
  • the algorithm for measuring the moisture content associated with a proportional control system with integral and derivative action can control, for example, natural gas injection from a dryer.

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Abstract

Método, sistema e programa de computador para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro passante sobre uma correia transportadora. O método, sistema e programa de computador compreende uma ou mais câmeras (1) hiperespectrais localizadas acima da correia transportadora (3) e direcionada de forma a focalizar o minério de ferro (2) conduzido pela correia transportadora (3), sendo que os espectros captados pelas câmeras (1) hiperespectrais são enviados para uma unidade de processamento (4), que é capaz de reconhecer o teor de umidade presente no minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora por meio de aprendizado de máquina. O aprendizado de máquina é efetivado pelo programa de computador sendo realizado por meio de um algoritmo fundamentado em regressão não linear para a escolha dos pesos a serem correlacionados com os resultados sabidos de teor de umidade de ferro.

Description

MÉTODO, SISTEMA E PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA IDENTIFICAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE ONLINE PRESENTE EM MINÉRIO DE FERRO PASSANTE SOBRE UMA CORREIA TRANSPORTADORA
CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente patente de invenção pertence ao campo do controle de processos na área da mineração. De forma mais específica, a invenção ensina um método, sistema e programa de computador para identificação online do teor de umidade presente em minério de ferro passante sobre uma correia transportadora para a tomada de decisão em controle de processos na área de mineração.
[002] O preço de comercialização do minério de ferro possui relação com o teor de umidade do mesmo. Assim, a medida da umidade nesse e em outros tipos de minério são de grande relevância para a indústria.
[003] Considerando os grandes volumes comercializados, as variações do teor de umidade do minério de ferro, mesmo que pequenas, podem representar grande diferenças em termos monetários. Por exemplo, em uma produção de 300 mil toneladas de minério de ferro com teor de umidade de aproximadamente 10% representa 30 mil toneladas de água, que fazem encarecer o custo de frete e reduzir o peço de venda.
[004] Dessa forma, identificar o teor de umidade online é algo almejado no estado da técnica a fim de que se possa controlar esse teor de umidade.
[005] A umidade do minério de ferro possui dois componentes principais: a própria composição física do mineral e o processo de beneficiamento realizado a úmido, tal como a flotação, muito usada para aumentar o teor de ferro do minério. Uma redução de 1 a 4% no teor de umidade já é um ganho importante já que os custos para redução do teor de umidade são elevados. Teores típicos de umidade do minério de ferro podem variar de aproximadamente 3 a 10%. Assim, a presente invenção possui capacidade de identificação de teores de umidade com resolução adequada a esse propósito.
[006] Logo, para identificar o teor de umidade online, as imagens do minério de ferro transportados por uma correia são captadas continuamente por uma ou mais câmeras hiperespectrais sendo possível a medida do teor de umidade, o que é um grande ganho para a avaliação da qualidade do minério de ferro, sendo possível inclusive fazer controle de desumidificadores e aquecedores para a retirada da umidade.
[007] A presente invenção permite então a identificação do teor de umidade online em amostras densas e em grandes quantidades de minérios de ferro que são transportados por uma correia.
[008] De forma ainda mais específica, a presente invenção utiliza câmeras hiperespectrais associadas a algoritmos de visão computacional e aprendizado de máquina para identificar o teor de umidade presente em amostras de minério de ferro que passa por uma correia transportadora.
ESTADO DA TÉCNICA
[009] Tendo em vista que a qualidade e, como consequência, o preço do minério de ferro possui relação com o teor de umidade, um método de medição preciso e eficiente desse parâmetro é uma necessidade da indústria de mineração.
[0010] Além disso, uma multa é cobrada se o teor de umidade do minério de ferro carregado no navio estiver acima do contratado, bem como existe um parâmetro denominado Limite de Umidade Transportável (TML) para evitar a liquefação de cargas de granéis dentro dos navios. A presente invenção busca evitar esses inconvenientes e prejuízos. [0011] Dessa forma, em mineração, há a necessidade de um controle do teor de umidade presente em amostras de minério de ferro. Para isso, são utilizados no estado da técnica os laboratórios para o controle de qualidade desse material. Embora esse método forneça uma medida de teor de umidade com grande confiabilidade, possui a desvantagem do tempo de resposta do ensaio, que leva em média duas horas.
[0012] Muitas vezes, um período de duas horas se mostra elevado para o controle de processo. Para reduzir esse tempo, a presente invenção utiliza câmeras hiperespectrais juntos com algoritmos de visão computacional e aprendizado de máquina para retornar o teor de umidade presente em amostras de minério transportados em uma correia.
[0013] No estado da técnica são conhecidos sistemas que utilizam sensores para medida de umidade tal como aquele revelado no documento de patente EP0420895A. Ou seja, sondas para a medição de teor de umidade em materiais porosos ou fibrosos, pastas e semelhantes usando reflectometria no domínio do tempo (TDR). Esse sistema compreende um fio ou haste condutiva estendendo- se para fora e embutido em uma extremidade em um condutor base e isolado por uma região de material dielétrico.
[0014] Em soluções encontradas que utilizam TDR, não funcionam bem para materiais com alta densidade como o minério de ferro.
[0015] No estado da técnica, ainda são encontrados sistemas intrusivos por radiofrequência, que conseguem realizar medidas contínuas de material a granel, mas que precisam ter um fluxo semelhante como uma massa continua, ou seja, particulados mais finos, tais como, tintas, cascalho, serragem, cinza volante (mineral), aparas de madeira, grãos, farinha, sementes, entre outros. Nessas soluções se utiliza o princípio de medição baseado no uso de ondas na faixa de VHF, ou seja, frequência muito alta.
[0016] Existem ainda no estado da técnica soluções que utilizam micro-ondas, lasers de alta potência e raios X. Entretanto, essas técnicas utilizam métodos que envolvem altas energias e possuem custo elevado. Além disso, possuem baixa eficiência e confiabilidade. Frente aos elevados custos das soluções existentes no estado da técnica, as mineradoras optam por utilizar resultados atrasados dos ensaios laboratoriais.
[0017] A presente invenção permite de forma vantajosa o controle do teor de umidade online em grandes quantidades de minério de ferro que passam por uma correia transportadora e não somente em amostras enviadas para um laboratório. Ou seja, a presente invenção tem uma amostragem muito superior as técnicas laboratoriais e é muito mais económica que as técnicas que utilizam lasers de alta potência e raios X.
[0018] Assim, a presente invenção tem a vantagem de exibir os resultados do teor de umidade de forma online para o melhor controle de processo na área da mineração.
[0019] Além disso, outra vantagem da presente invenção é que não é necessário contato com o material para a identificação do teor de umidade.
[0020] A invenção, de forma vantajosa, não utiliza de fontes de alta potência energética e raios X, que necessitam de cuidados especiais e proteção radiológica.
[0021] O presente método e sistema possui de forma vantajosa capacidade de aprendizado através de realimentação dos dados, em um algoritmo de aprendizado de máquina.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0022] A presente invenção ensina um método de identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro passante sobre uma correia transportadora, compreendendo as seguintes etapas: - os dados relativos à reflectância do minério de ferro passante sobre a esteira transportadora são obtidos por meio de uma câmera hiperespectral ou multiespectral localizada acima da esteira transportadora; essa etapa inclui ainda o tratamento e correção do espectro obtido por meio da câmera, fornecendo então um espectro limpo de reflectância do minério de ferro;
- para cada espectro de reflectância obtido de cada pixel da câmera carrega-se esses valores em uma matriz X;
- faz-se então uma relação entre os valores da matriz X com os valores de teor de umidade carregados em uma matriz Y para a realização de treinamento em aprendizado de máquina;
- utiliza-se regressão não linear para identificar as características que melhor modelam as variáveis dependentes da matriz Y; os pesos obtidos por meio da regressão não linear são correlacionados com demais resultados obtidos para matriz Y.
- realiza-se então a aquisição da matriz X, faz-se a relação com os pesos e apresenta-se a informação do teor de umidade presente no minério de ferro.
[0023] Os resultados são exibidos a cada intervalo na faixa entre 1 a 2 minutos, apresentando-se uma média dos teores de umidade das amostras passadas no referido intervalo de tempo, sendo 2 minutos o tempo preferencial.
[0024] O presente método pode ainda realizar a auto calibrações do método por meio do aprendizado dos resultados.
[0025] Um sinal via protocolo industrial pode ser enviado para o gerenciamento da planta da usina dependendo do teor de umidade identificado. [0026] O sinal via protocolo industrial pode ser variável e controlar a execução do processo, como, por exemplo, a injeção de ar quente e seco em chute de transferência, a fim de diminuir o teor de umidade do minério de ferro.
[0027] Dessa forma, a presente invenção pode controlar por exemplo desumidificadores e aquecedores movidos a gás natural ou GLP, controlando a injeção desses gases. Além disso, por meio de sinais via protocolo industrial é possível também realizar controles de quantidade de reagentes aplicados ao minério de ferro ainda em condição de polpa, pois a depender do teor de umidade, cada reagente precisa ser inserido em proporções e quantidades dependentes do teor de umidade.
[0028] Dessa forma, o sinal enviado via protocolo industrial é variável e controla uma quantidade de reagentes necessários para a execução do processamento de minério, sendo o controle da quantidade de reagentes realizado por meio de um controlador.
[0029] A invenção ensina ainda um sistema compreendendo uma ou mais câmeras hiperespectrais localizadas acima da correia transportadora e direcionada de forma a focalizar o minério de ferro conduzido pela correia transportadora, sendo que os espectros captados pelas câmeras hiperespectrais são enviados para uma unidade de processamento, que é capaz de reconhecer o teor de umidade presente no minério de ferro passante sobre uma correia transportadora por meio de aprendizado de máquina.
[0030] O aprendizado de máquina é efetivado pelo programa de computador sendo realizado por meio de um algoritmo fundamentado em regressão não linear para a escolha pesos a serem correlacionados com os resultados conhecidos de teor de umidade.
[0031] A unidade de processamento identifica e envia sinais elétricos ou eletromagnéticos de acordo com os diferentes níveis de teor de umidade identificados via protocolo industrial para o gerenciamento da planta de processamento de minério de ferro da usina.
[0032] O sinal enviado via protocolo industrial pode ser variável e controlar uma quantidade de gás natural injetado em uma turbina de secagem, por exemplo, por meio de um controlador PID.
[0033] Um programa de computador executar as etapas do presente método utilizando o sistema aqui revelado.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0034] A figura 1 mostra a assinatura espectral da reflectância de diversos materiais, tais como grama, tinta, tecido e árvore.
[0035] A figura 2a mostra a formação de imagens coloridas, onde a imagem é construída com 3 comprimentos de onda diferente azul (B), verde (G) e vermelho (R).
[0036] A figura 2b mostra a formação de imagens monocromáticas (M), como por exemplo uma imagem preta e branca.
[0037] As figuras 3a e 3b mostram a representação ilustrativa de uma imagem hiperespectral. É uma estrutura de dado grande, com uma imagem (valor de reflectância) para cada comprimento de onda (figura 3a), onde os pixels podem ser analisados um a um para obter a assinatura espectral (figura 3b) de cada um deles.
[0038] A figura 4 mostra a o sistema da presente invenção.
[0039] A figura 5 mostra a esteira com o suporte da câmera e seu respectivo campo de visão.
[0040] A figura 6 mostra as etapas do método de identificação de teor de umidade da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0041] Todo material possui uma reflectância, em maior ou menor proporção, em diversas bandas do espectro visível e não-visível. Cada teor de umidade no minério de ferro possui uma assinatura espectral. Essa assinatura corresponde ao quanto o material com diferentes teores de umidade reflete cada comprimento de onda dentro do espectro visível e também fora dele.
[0042] O exemplo mais simples do dia-a-dia são as cores (comprimento de luz visível). Cada objeto absorverá uma faixa de comprimento de onda do visível e refletirá outra faixa, que dará a característica de uma cor que a maioria de nós enxergamos. O mesmo raciocínio pode ser estendido para outros comprimentos de onda fora do espectro visível como o ultravioleta (UV) e o infravermelho (IV).
[0043] A figura-1 representa um exemplo de como a assinatura espectral muda de um tipo de material para o outro. A grama, por exemplo, possui uma assinatura espectral característica que se distingue de uma árvore. A reflectância de uma tinta se distingui de um tecido e assim por diante. Logo, cada material possui um espectro de reflectância característico que é composto da reflexão em cada comprimento de onda dentro e fora do espectro visível. Como isso, pode- se ter a assinatura espectral de cada pixel, sendo possível distinguir um material (ou elemento químico) do outro com bastante precisão.
[0044] Na presente invenção, para analisar a assinatura espectral do minério de ferro com diferentes teores de umidade, são utilizadas câmeras hiperespectrais e espectrômetros. Essas câmeras, são capazes de “tirar uma foto”, ou seja, captar a imagem de cada comprimento de onda dentro de uma banda para cada um dos pixels, podendo ser analisadas separadamente para se construir as assinaturas de cada mineral.
[0045] A fim de elucidar como as assinaturas dos minérios com diferentes teores de umidade são geradas, utilizamos como exemplo uma câmera colorida (que é uma câmera comum). A câmera colorida realiza a aquisição de imagem em três cores básicas, vermelho (R), verde (G) e azul (B), ou seja, somente em três comprimentos de onda diferentes, conforme mostrado na figura 2a. A relação entre as intensidades de cada uma dessas três cores básicas em cada pixel forma qualquer tipo de cor do espectro de luz visível.
[0046] A figura 2b já mostra um exemplo ainda mais antigo, a formação de uma imagem monocromática (M). As imagens em preto e branco são um exemplo de imagens monocromáticas.
[0047] De forma distinta e vantajosa, na presente invenção se utilizam câmeras que são capazes de captar para cada pixel o espectro de comprimentos de onda a cada 5 nanômetros, por exemplo, em uma banda extensa do espectro entre ultravioleta e o infravermelho.
[0048] As câmeras utilizadas são as chamadas câmeras hiperespectrais que captam o espectro eletromagnético além da luz visível, podendo ter uma alta resolução do espectro eletromagnético.
[0049] Devido a essas características, as câmeras hiperespectrais podem identificar o teor de umidade no minério de ferro presentes nas imagens captadas a partir de informações espectrais captadas por um espectrômetro. De forma distinta e vantajosa de um espectrômetro comum, essas câmeras hiperespectrais captam milhares de espectros.
[0050] Ou seja, para cada pixel na imagem é possível construir um gráfico de assinatura do material identificado naquele pixel.
[0051] A correspondência entre a imagem (pixels) captados pela câmera hiperespectrais e o teor umidade presente no minério de ferro filmado na esteira é realizado por meio aprendizado de máquina,
[0052] Além disso, a regressão não linear não assume que as características do espectro são fixas. Ou seja, isso significa que os preditores podem ser medidos com erro, o que deixa o algoritmo mais robusto. [0053] Assim, a regressão não linear foi o método escolhido, entre os muitos testados, para filtrar variáveis que de fato são importantes para a quantificação do teor de umidade e descartar aquelas que não influenciam na resposta.
[0054] Com isso foi possível reduzir o custo computacional do aprendizado de máquina e tornar a presente invenção viável entre outros fatores que possibilitaram a implementação da invenção.
[0055] Dessa forma, por meio da utilização de regressão não linear, foi possível modelar a relação entre medidas espectrais obtidas pelo hardware (que incluem muitas variáveis frequentemente correlacionadas entre si) e o teor de umidade do minério de ferro.
[0056] A escolha da regressão não linear ocorreu após diversas experimentações e tentativas e erros e foi o método que obteve resultado ótimo para a escolhas das características dos espectros com maior peso para o modelo de aprendizado de máquina.
[0057] Em resumo, o algoritmo utiliza técnica de análise de dados multivariados utilizada para relacionar uma ou mais variáveis resposta (Y) com diversas variáveis independentes (X), baseada no uso de fatores (ou pesos).
[0058] No caso específico em questão a matriz X é formada por valores de reflectância em diversos comprimentos de onda (a cada 5 nanômetros, por exemplo) na região entre 400 e 2500 nm e a matriz Y formada por valores dos teores de umidade das amostras de minério.
[0059] Como isso, é possível identificar fatores (combinações das variáveis X) que melhor modelam as variáveis dependentes Y.
[0060] Em resumo, a presente invenção utiliza uma técnica de análise de dados multivariados para relacionar uma variável de resposta (Y) com diversas variáveis independentes (X), isto é, a forma do espectro. [0061] Em outras palavras, a matriz X é formada por valores de reflectância em diversos comprimentos de onda na região entre 400 e 2500nm e a matriz Y formada por valores dos teores de umidade das amostras de minério, permitindo identificar fatores (combinações das variáveis X) que melhor modelam as variáveis dependentes Y.
[0062] Dessa forma, os passos são os seguintes:
1 ) Os dados relativos à reflectância do material são obtidos através da câmera hiperespectral, após tratado e corrigido, podemos dizer que temos de entrada o espectro de reflectância da área analisada;
2) Para cada espectro de reflectância obtido de cada pixel da câmera, determina-se os valores da matriz X;
3) Faz-se uma relação entre os níveis de reflectância de uma determinada luz (matriz X) com o teor de umidade (matriz Y) em conjunto de treinamento.
4) Utiliza-se a regressão não linear que permite identificar fatores (combinações das variáveis X) que melhor modelam as variáveis dependentes Y.
5) Os resultados obtidos, pesos, são correlacionados com demais resultados obtidos para Y.
6) Aquisição da Matriz X relação com os pesos e apresentação dos dados. Os resultados são disponibilizados a cada 2 minutos com uma média dos teores de umidade das amostras passadas naquele período.
7) Caso necessário, auto calibrações do modelo são realizadas através de aprendizado dos resultados. [0063] A depender dos teores de umidade presentes no minério, um sinal via protocolo industrial pode ser enviado para o gerenciamento da planta da usina.
[0064] Alternativamente, dependendo do teor de umidade no minério um alarme é disparado ou uma função definida pelo usuário é executada.
[0065] Um valor de teor de umidade preferencial de 4,0% pode ser estabelecido com aceitável. Um valor de teor de umidade maior que 4,0% e menor que 4,5% pode ser estabelecido como nível de alerta ou intervenção. Um valor acima de 4,5% pode ser estabelecido como não aceitável e iniciar o procedimento de intervenção no processo, tal como, o acionamento de desumidificadores e aquecedores.
[0066] Diversos outros valores podem ser estabelecidos e o usuário faz diversos usos com esses sinais, como por exemplo, acionar secados e desumidificadores.
[0067] Assim, a presente invenção ensina também um controlador, tipo PID (sistema de controle proporcional com ação integral e derivativa), de insumos para controle automático do processo.
[0068] O algoritmo para a medição do teor de umidade associado a um sistema de controle proporcional com ação integral e derivativa pode controlar por exemplo injeção de gás natural de um secador.
[0069] Lista de referências numéricas da presente invenção:
R - comprimento de onda vermelho;
G - comprimento de onda verde;
B - comprimento de onda azul;
M- monocromático;
1 - câmera hiperespectral;
2- minério de ferro;
3- correia transportadora;
4- unidade de processamento; 5- monitor de vídeo;
6 nuvem.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) Um método para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3) caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:
- os dados relativos à reflectância do minério de ferro (2) úmido passante sobre a esteira transportadora (3) são obtidos por meio de uma câmera (1) hiperespectral localizada acima da esteira transportadora (3); essa etapa inclui ainda o tratamento e correção do espectro obtido por meio da câmera (1), fornecendo então um espectro limpo de reflectância do minério de ferro (2);
- para cada espectro de reflectância obtido de cada pixel da câmera (1) carrega-se esses valores em uma matriz X;
- faz-se então uma relação entre os valores da matriz X com os valores de concentração de umidade do minério de ferro carregados em uma matriz Y para a realização de treinamento em aprendizado de máquina;
- utiliza-se regressão não linear para identificar as características que melhor modelam as variáveis dependentes da matriz Y;
- os pesos obtidos por meio da regressão não linear são correlacionados com demais resultados obtidos para matriz Y.
- realiza-se então a aquisição da matriz X, faz-se a relação com os pesos e apresenta-se a informação do teor de umidade presente no minério de ferro (2). 2) O método para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato dos resultados serem exibidos a cada intervalo na faixa entre 1 a 2 minutos, apresentando-se uma média dos teores de umidade das amostras passadas no referido intervalo de tempo.
3) O método para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato dos resultados serem exibidos a cada intervalo de 2 minutos apresentando uma média dos teores de umidade das amostras passadas no referido intervalo de tempo.
4) O método para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de ser realizada auto calibrações do método por meio do aprendizado dos resultados.
5) Um sistema para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3) caracterizado pelo fato de compreender uma ou mais câmeras (1) hiperespectrais localizadas acima da correia transportadora (3) e direcionada de forma a focalizar o minério de ferro (2) conduzido pela correia transportadora, sendo que os espectros captado pelas câmeras (1) hiperespectrais são enviados para uma unidade de processamento (4), que é capaz de reconhecer o teor de umidade presente no minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora por meio de aprendizado de máquina.
6) O sistema para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 5. caracterizado pelo fato do aprendizado de máquina efetivado pelo programa de computador ser realizado por meio de um algoritmo fundamentado em regressão não linear para a escolha dos pesos a serem correlacionados com os resultados sabidos de teor de umidade do minério de ferro.
7) O sistema para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da unidade de processamento (4) identificar e enviar sinais elétricos ou eletromagnéticos de acordo com os diferentes níveis de teor de umidade identificados via protocolo industrial para o gerenciamento de uma planta de processamento de minério de ferro da usina.
8) O sistema para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do sinal enviado via protocolo industrial ser variável e controlar uma quantidade de reagentes necessários para a execução do processamento de minério, sendo o controle da quantidade de reagentes realizado por meio de um controlador.
9) Um programa de computador para identificação do teor de umidade online presente em minério de ferro (2) passante sobre uma correia transportadora (3) caracterizado por executar as etapas do método da reivindicação 1 , utilizando o sistema da reivindicação 5.
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