基于圖像識(shí)別技術(shù)的煤礦井下膠帶機(jī)智能巡檢的研究與應(yīng)用

王海君 謝寶東 李峰光

摘 ? 要：本文介紹了一種在兗礦東灘煤礦實(shí)施的基于新型圖像識(shí)別技術(shù)的煤礦井下膠帶機(jī)智能巡檢的系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)、圖像識(shí)別檢測技術(shù)、膠帶機(jī)探傷系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)等多種新型實(shí)用技術(shù)。該膠帶機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施為基于煤礦鋼纜膠帶機(jī)的圖像識(shí)別的智能決策及控制技術(shù)在煤礦井下應(yīng)用起到了很好的示范效果，同時(shí)為新時(shí)代煤礦的智能化開采提出了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別 ?皮帶探傷 ?手機(jī)終端

中圖分類號(hào)：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）04（c）-0008-02

根據(jù)國內(nèi)煤礦礦山實(shí)際生產(chǎn)的特殊需求及行業(yè)特點(diǎn)，多大數(shù)礦山企業(yè)及廠礦都建立了工業(yè)視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶集控系統(tǒng)、設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)、皮帶電力監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶在線監(jiān)測系統(tǒng)等等，但是各種系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，沒有完全整合到一塊，造成了各個(gè)系統(tǒng)的重復(fù)投資，成為了一個(gè)信息孤島[1]。如雖然工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用為礦山安全生產(chǎn)、全面全方位監(jiān)控提供了可靠直觀的決策手段，但是礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然遭到某種固有方面的限制，特別涵蓋生物做為監(jiān)測者固有的先天上的缺陷，同時(shí)也囊括工業(yè)電視系統(tǒng)組成以及工業(yè)視頻監(jiān)測設(shè)施在性能和特點(diǎn)上的缺限性，這些特殊的因素使這樣的工業(yè)電視系統(tǒng)均在某種不同方面存在報(bào)警準(zhǔn)確度低差，存在漏報(bào)以及誤報(bào)的現(xiàn)象，報(bào)警時(shí)間響應(yīng)周期長，存儲(chǔ)的錄像數(shù)據(jù)容量分析不容易等特點(diǎn)，進(jìn)一步影響系統(tǒng)的使用安全，同時(shí)實(shí)用性也不高。

煤礦井下鋼絲繩皮帶及鋼纜皮帶中的特殊鋼絲繩是一種特殊的金屬構(gòu)件，它被某種特殊的硫化橡膠包覆，廣泛適用于提高井下膠帶機(jī)的負(fù)荷承重能力。鋼纜皮帶的鋼絲繩的接頭或者鏈接部位經(jīng)過長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行常常會(huì)由于遭受外界的感應(yīng)力進(jìn)而出現(xiàn)相對(duì)滑落甚至移動(dòng)的現(xiàn)象。不同使用環(huán)境中的不同煤炭或者矸石的壓迫及跳動(dòng)會(huì)陪伴膠帶機(jī)全部使用生命始終，所以鋼絲繩就必然會(huì)遇到被切割或斷砸重壓的高風(fēng)險(xiǎn)，鋼纜皮帶長時(shí)間高負(fù)荷的連續(xù)工作會(huì)受到承重壓力，被動(dòng)彎曲，拉伸載荷等不同方式，導(dǎo)致鋼纜皮帶的內(nèi)芯會(huì)主逐漸將損傷擴(kuò)大化，出現(xiàn)特定地點(diǎn)的鋼絲繩產(chǎn)生銹蝕腐蝕的損傷狀況，涂覆層也會(huì)逐漸磨損脫落。以上繁雜的影響會(huì)成為皮帶輸送機(jī)正產(chǎn)運(yùn)行的危機(jī)，而且日常檢修巡查中基本上做不到用直觀的肉眼觀察和常規(guī)檢測等識(shí)別方法發(fā)現(xiàn)，如果不全面的對(duì)正在使用的鋼纜皮帶進(jìn)行非接觸無損探測將會(huì)影響皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的使用安全。

1 ?項(xiàng)目概述

本次東灘煤礦項(xiàng)目實(shí)施范圍為2條皮帶，具體計(jì)劃為在皮帶機(jī)頭安裝礦用隔爆兼本安型千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、膠帶機(jī)圖像識(shí)別裝置、膠帶巡檢探傷裝置，就地顯示控制裝置，在地面集控中心安裝遠(yuǎn)程在線監(jiān)控軟件，同時(shí)開發(fā)手機(jī)客戶端軟件，可以對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行告警提醒。

本項(xiàng)目針對(duì)帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的應(yīng)用需求，開發(fā)專業(yè)的視頻圖像識(shí)別軟件來判斷皮帶上識(shí)別是否存在大塊矸石、是否存在非法運(yùn)人、堆煤等情況，設(shè)置監(jiān)控敏感區(qū)域以及警報(bào)規(guī)則，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)象，并發(fā)出報(bào)警或停機(jī)。同時(shí)通過視頻判斷皮帶開停狀態(tài)，與礦方建設(shè)的皮帶自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，輔助提高皮帶集控的安全性。

2 ?系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

地面巡檢監(jiān)控中心設(shè)置在礦調(diào)度中心，包括操作臺(tái)、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)控主機(jī)、軟件等設(shè)備。軟件具備巡檢交換機(jī)電源管理充放電功能、圖像錄像監(jiān)控功能、皮帶組態(tài)畫面監(jiān)控功能、皮帶探傷功能、數(shù)據(jù)WEB發(fā)布功能、數(shù)據(jù)視頻手機(jī)客戶端查看功能。

根據(jù)帶式鋼纜膠帶機(jī)特點(diǎn)，系統(tǒng)可以通過監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)所監(jiān)控到的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行全面分析，制定完善的非安全區(qū)域以及異常報(bào)警區(qū)域，全程監(jiān)控發(fā)現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)象，并發(fā)出報(bào)警或停機(jī)。

本項(xiàng)目借助計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)思想，針對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際需求，提供一套智能化程度高、適用于礦區(qū)復(fù)雜環(huán)境、影像采集質(zhì)量高、實(shí)用性強(qiáng)的皮帶異物視頻識(shí)別報(bào)警解決方案。具體內(nèi)容包括：皮帶上大體積煤塊或煤矸石的視頻識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別報(bào)警或停機(jī)以及圖像抓拍功能;實(shí)現(xiàn)皮帶上掉落錨桿、皮帶托輥等視頻識(shí)別;實(shí)現(xiàn)皮帶上乘坐人員等其他大型異物的視頻識(shí)別;實(shí)現(xiàn)煤倉口或轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆煤視頻識(shí)別;實(shí)現(xiàn)皮帶輸送煤量的視頻識(shí)別。

系統(tǒng)配置的千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)為赫斯曼千兆交換機(jī)，與礦上原有赫斯曼交換機(jī)組環(huán)進(jìn)網(wǎng)，同時(shí)配置礦用隔爆型鋰離子蓄電池電源，對(duì)交換機(jī)進(jìn)行供電管理，保證供電時(shí)間不低于4h，同時(shí)蓄電池帶電源管理功能，地面工作人員可在地面進(jìn)行電源狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程充放電設(shè)備。此種設(shè)計(jì)增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

皮帶探傷探測系統(tǒng)設(shè)備輪值當(dāng)班操作者能夠在云端進(jìn)行控制斷電或者送電，開停設(shè)備射線，視頻圖像的采集以及其他設(shè)備形態(tài)管理監(jiān)視等行為，不需要值班操作的在就地就可以做到全部設(shè)備的開停操控和工況監(jiān)測的任務(wù)，監(jiān)測檢修系統(tǒng)的運(yùn)行情況可以呈現(xiàn)在虛擬屏幕上。現(xiàn)場傳輸過來的皮帶探測參數(shù)采用多線程以及特殊的硬盤記錄方式全部存儲(chǔ)到計(jì)算的存儲(chǔ)器上，確保在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和錄像查看的時(shí)候，可以得到與現(xiàn)場基本吻合的膠帶機(jī)圖像做到?jīng)]有差別。通過精準(zhǔn)的頻域和值域這兩個(gè)算法對(duì)鋼纜皮帶參數(shù)進(jìn)行后臺(tái)分析[2]，不需要值班人員的參與就可以對(duì)一條皮帶全部數(shù)據(jù)進(jìn)行異常識(shí)別和分析，完包括膠帶機(jī)的異常、斷裂、接頭松動(dòng)等異常狀況，數(shù)據(jù)處理后對(duì)所有情況進(jìn)行異常的歸類整理，為使用客戶的維修提供了方便。通過放大鏡的理論可以對(duì)各類故障進(jìn)行精準(zhǔn)的觀察包括是否劈絲、腐蝕等。系統(tǒng)操作非常方便，能夠?qū)ζC(jī)測量帶面在1MM的精度任意兩點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行測距[3]，測量精度非常高。鋼絲繩探傷軟件基于系統(tǒng)的安全參數(shù)在軟件界面上可以自動(dòng)設(shè)置報(bào)警上下限，當(dāng)皮帶機(jī)的膠帶強(qiáng)度不在范圍之內(nèi)時(shí)自動(dòng)發(fā)出語音和閃光的警示。利用膠帶機(jī)識(shí)別到的數(shù)據(jù)及算法分析，可以定位系統(tǒng)記錄的每個(gè)故障，同時(shí)在電腦屏幕顯示器上進(jìn)行信息顯示和提出數(shù)據(jù)報(bào)告。

而且系統(tǒng)采用視頻錄像回放的方式能夠?qū)⒄麄€(gè)皮帶的運(yùn)行狀況進(jìn)行二維重現(xiàn)，并且與自動(dòng)化項(xiàng)目進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)整皮帶的運(yùn)行速度，系統(tǒng)采集到的任何一個(gè)故障點(diǎn)的圖像都可以通過雙擊的方式進(jìn)行跳轉(zhuǎn)定位。

3 ?系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)故障自判斷報(bào)警

系統(tǒng)各組成模塊應(yīng)具備出現(xiàn)故障自判斷功能，發(fā)出報(bào)警信息，提示系統(tǒng)維護(hù)人員及時(shí)維護(hù)，保持平臺(tái)數(shù)據(jù)的正確性，提高平臺(tái)的使用性。

3.2 系統(tǒng)手動(dòng)和自動(dòng)復(fù)位功能

平臺(tái)可設(shè)置手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位兩種工作模式，以適用多種實(shí)際生產(chǎn)需求。

3.3 擴(kuò)展功能

系統(tǒng)應(yīng)具有與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)接的功能，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳要求。

4 ?系統(tǒng)效果

通過本項(xiàng)目的開發(fā)，依靠先進(jìn)的管理理念、采用現(xiàn)代化信息與通信技術(shù)，結(jié)合新開發(fā)的設(shè)備，將工業(yè)視頻和膠帶機(jī)無損探傷方法投入于皮帶機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，通過圖像精準(zhǔn)判斷識(shí)別，對(duì)特殊的異常煤炭，煤矸石，鐵錨桿等做到及時(shí)圖像判定識(shí)別，采用這樣的圖像識(shí)別系統(tǒng)和鋼絲繩監(jiān)測裝置，能夠及時(shí)的將膠帶機(jī)的異常狀況如保護(hù)異常、煤炭堆煤、皮帶撕裂等影響安全生產(chǎn)的問題告知給皮帶司機(jī)，防止發(fā)生重大安全事故。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以有效的減少異常情況決策時(shí)間，降低報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率，為廠礦工業(yè)行業(yè)的正常生產(chǎn)減少事故提供保障。

參考文獻(xiàn)

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