圖像識別技術(shù)在皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測中的應(yīng)用

陳曉鵬

（山西正光招標(biāo)有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

引言

皮帶輸送機(jī)具有運(yùn)輸量大、作業(yè)連續(xù)、運(yùn)輸距離長等優(yōu)點(diǎn)，但是受到作業(yè)位置環(huán)境惡劣、煤炭運(yùn)輸載荷重及運(yùn)輸距離長等因素制約，皮帶輸送機(jī)在使用過程中容易出現(xiàn)皮帶跑偏、過載問題[1-2]。因此，在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中需要對皮帶跑偏及輸煤量進(jìn)行測定，提高皮帶輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力及能耗[3]?，F(xiàn)階段，常使用接觸式傳感器對輸煤量及皮帶跑偏進(jìn)行檢測。接觸式傳感器長時間使用時會存在磨耗嚴(yán)重、實(shí)時性差及準(zhǔn)確率低等問題。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像識別技術(shù)在工礦領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸廣泛，將圖像識別技術(shù)應(yīng)用到皮帶輸送機(jī)輸煤量及皮帶跑偏檢測中，可在一定程度上提升皮帶輸送機(jī)運(yùn)行保障能力[4-7]。為此，本文就圖像識別技術(shù)在皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，以期能在一定程度上提升皮帶輸送機(jī)運(yùn)行安全、可靠性保障能力。

1 輸煤量和皮帶跑偏檢測原理

皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，系統(tǒng)涉及的設(shè)備主要包括控制計(jì)算機(jī)、圖像識別軟件、高清防爆攝像機(jī)及信息通信光纜等。在皮帶輸送機(jī)斜上方位置布置高清攝像機(jī)，實(shí)時獲取皮帶輸送機(jī)運(yùn)行畫面。通過控制計(jì)算機(jī)內(nèi)置的圖像識別軟件，對每幀畫面圖像進(jìn)行分析，從而確定達(dá)到皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤量并通過連續(xù)對比每幀畫面中皮帶位置實(shí)現(xiàn)跑偏檢測。具體輸煤量和皮帶跑偏檢測原理如圖2 所示。

圖1 皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測原理

圖像識別技術(shù)在皮帶輸送機(jī)輸煤量和皮帶跑偏檢測中分為兩個階段，分別包括離線訓(xùn)練、在線檢測，其中離線訓(xùn)練階段首先需要對高清防爆攝像機(jī)獲取到的圖像進(jìn)行灰度化、中值濾波、提取感興趣區(qū)（ROI）等處理；預(yù)處理完成后的圖像構(gòu)成測試、訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并進(jìn)行MT-CNN 訓(xùn)練；在線檢測階段，通過訓(xùn)練好的MT-CNN 對獲取到的皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸圖像進(jìn)行識別分析，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)輸量及皮帶跑偏檢測。

2 輸煤量和皮帶跑偏檢測關(guān)鍵技術(shù)

皮帶輸送機(jī)輸煤量和跑偏圖像先經(jīng)過灰度化、中值濾波、提取感興趣區(qū)（ROI）等處理，后續(xù)識別是通過MT-CNN 實(shí)現(xiàn)；在使用MT-CNN 對圖像識別過程中關(guān)鍵操作為進(jìn)行訓(xùn)練，具體識別流程如下：

1）先通過高清防爆攝像機(jī)獲取到皮帶輸送機(jī)在不同時間、不同環(huán)境下的視頻圖像，再對圖像進(jìn)行預(yù)處理后獲取得到提取感興趣區(qū)（ROI）。

2）從感興趣區(qū)（ROI）中分別獲取輸煤量、皮帶等各種情況下若干圖像，構(gòu)成皮帶輸送機(jī)圖像識別處理樣本集。

3）按照輸煤量標(biāo)簽（表1）、皮帶跑偏標(biāo)簽值（表2）對輸送帶圖像標(biāo)注標(biāo)簽值y，即為y=[y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7]T。

表1 輸煤量標(biāo)簽

表2 皮帶跑偏標(biāo)簽

4）在皮帶輸送機(jī)樣本集中包含有皮帶輸送機(jī)不同工況下的圖像，在訓(xùn)練時各取M1張圖像，具體獲取構(gòu)建的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中共計(jì)7M1張圖像；再從樣本集剩余的圖像中提取輸煤量、皮帶跑偏圖像各M2張，共計(jì)提取2M2張圖像構(gòu)成測試數(shù)據(jù)集。依據(jù)現(xiàn)有的研究成果對MT-CNN 進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練后對皮帶輸送機(jī)輸煤量、皮帶跑偏情況進(jìn)行檢測。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

山西某礦生產(chǎn)的原煤采用皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸，具體運(yùn)輸系統(tǒng)有井下皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)、地面皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)、選煤廠皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。考慮到系統(tǒng)布置難度，將本文所提及的圖像識別技術(shù)應(yīng)用到地面皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)煤量、皮帶跑偏檢測中。

現(xiàn)場共計(jì)布置6 臺高清防爆攝像機(jī)，攝像機(jī)獲取到的圖像通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時傳輸給地面集中監(jiān)控中心，監(jiān)控中心內(nèi)的監(jiān)測主機(jī)可將檢測結(jié)果在顯示屏上實(shí)時顯示，具體如圖3 所示。監(jiān)控顯示屏上用英文字母表達(dá)輸煤量、皮帶跑偏檢測結(jié)果，其中N表示無輸煤量、L 表示小輸煤量、M 表示中輸煤量、H表示高輸煤量、N 表示皮帶無跑偏、L 表示皮帶左跑偏、R 表示皮帶右跑偏。

圖3 圖像識別技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用效果

從圖3 中可以看出，圖像識別技術(shù)獲取到的輸煤量、皮帶跑偏檢測結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際結(jié)果一致，由此表明，本文所提及的圖像識別技術(shù)可滿足皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場檢測需要。

4 結(jié)語

皮帶輸送機(jī)是礦井常用運(yùn)輸設(shè)備之一，確保皮帶輸送機(jī)可靠、高效運(yùn)行對提升礦井生產(chǎn)、運(yùn)輸效率等均有顯著的促進(jìn)意義?，F(xiàn)階段通過布置各類傳感器對皮帶輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，其中輸煤量是通過電子秤實(shí)現(xiàn)在線檢測；輸送帶跑偏時通過跑偏傳感器實(shí)現(xiàn)，采用此種檢測方式雖然可滿足生產(chǎn)需要，但是現(xiàn)場需要布置PLC、通信線纜等，整個結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時傳感器在使用過程中容易受外界環(huán)境影響，從而導(dǎo)致檢測效率較低。

本文提出將圖像識別技術(shù)應(yīng)用到皮帶輸送機(jī)輸煤量及皮帶跑偏檢測中，使用高清防爆攝像機(jī)獲取皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸圖像，并通過訓(xùn)練完成的MT-CNN對圖像進(jìn)行識別及分析，從而確定皮帶輸送機(jī)輸煤量及皮帶跑偏情況?，F(xiàn)場應(yīng)用后，圖像識別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)輸煤量、皮帶跑偏情況精準(zhǔn)檢測，取得較好應(yīng)用成果。