煤气流的高温区为煤气流旺盛的区域， 即煤气流中心所在区域。由温度与灰度的对应关系可以得到图像上高温区域的灰度阈值， 对图像进行阈值分割后得到图像上煤气流中心所在的区域。根据图像位图流的格式，如图 7所示，设左下角为（0,0)坐标，右上角为（351，287)，对图像亮度带中所有的横、纵坐标分 别取均值可以得出亮度带的中心坐标，即为图像中煤气流中心坐标。而个别图像中灰度值 都小于阈值，则表明此时的煤气流中心不明显，故不做提取。
[0054] (4. 2)根据十字热电偶及高炉物理中心在图像上的具体位置，以图像纵向上的两 个十字测温热电偶之间的像素数为短半轴，横向上的两个十字测温热电偶之间的像素数为 长半轴，以高炉物理中心在图像上的位置为中心，做出反映实际炉喉料面的椭圆图形。将提 取的每秒煤气流中心点标记在椭圆上，进行煤气流中心偏移操作：椭圆从里到外分为第一、 二、三圈，把落在第一圈内的点称作"煤气流中心无偏移"，落在第二圈内的点称作"煤气流 中心偏移较小"，而落在第三圈内的点称作"煤气流中心偏移较大"，即可实现对高炉内每小 时煤气流中心的动态跟踪。
[0055] 为了描述每小时内煤气流中心点的动态变化情况，本发明根据空间定标确定出高 炉的物理中心和十字测温热电偶在灰度图像中的位置。以图像纵向上的两个十字测温热 电偶之间的像素数为短半轴，横向上的两个十字测温热电偶之间的像素数为长半轴，以高 炉物理中心在图像上的位置为中心，在图像上可以近似作出反映实际料面温度场的椭圆图 形。将提取到的每秒煤气流图像中心坐标标记在椭圆上，即可实现对高炉内每小时煤气流 中心的动态跟踪。
[0056] 本发明采集720小时的红外视频数据，将视频数据批处理后最终转化为红外图像 数据（1帧/秒）。对每帧图像进行均值、中值滤波处理并提取煤气流中心特征，获得每小时 内的煤气流中心在椭圆上的动态变化情况（共720小时）。为了描述方便，进行煤气流中 心偏移操作。椭圆从里到外分为第一、二、三圈，把落在第一圈内的点称作"煤气流中心无偏 移"，落在第二圈内的点称作"煤气流中心偏移较小"，而落在第三圈内的点称作"煤气流中 心偏移较大"。
[0057] (4. 3)进行煤气流中心占有率计算，计算煤气流中心分别落在不同椭圆区域的占 有率（概率分布），对煤气流中心的动态变化进行统计量化：
[0059] 其中Nt为第t个小时提取煤气流中心点总个数，Nlt为第t个小时落在第i圈内 的中心点个数，rlt为第t个小时落在第i圈煤气流中心的占有率，用向量^ 表 征第t个小时高炉煤气流中心的分布状态。
[0060] 图8 (a)、（b)、（c)、（d)为具有代表性的某4个小时内的煤气流中心的动态分布 图。从表1可知，图8(a)显示，这一小时内的煤气流中心主要分布在第一圈，占有率达到 了 85. 6%，表明这一小时内高炉煤气流中心偏移程度很小，煤气流的旺盛区域集中在炉喉 中心；图8(b)显示，这一小时内的煤气流中心主要分布在第二圈，占有率达到71. 78%，表 明这一小时内高炉煤气流中心偏移程度稍大，煤气流旺盛的区域大部分偏离炉喉中心；图 8(c)显示，这一小时内的煤气流中心分布在第三圈的较多，占有率达到了 48. 02%，表明这 一小时内的高炉煤气流中心发生较大的偏移，煤气流旺盛区域偏离炉喉中心较大。图8 (d) 显不，这一小时内煤气流中心分布比较均勾，在一、二、三圈内的占有率分别为30%左右，表 明这一小时内煤气流中心发生偏移，但偏移较均匀。由图8(b、c、d)看出，此高炉煤气流中 心主要向西南方向偏移，与高炉实际生产情况相符，本文用向量g ，匕，表征第t个 小时高炉煤气流中心的分布状态。
[0061] 表1某4个小时的中心落点统计结果
[0062]
[0063] 步骤五，煤气利用率监测：采用模糊C均值聚类对每小时的煤气 流中心偏移度巧={i，r2,，r3,}与对应的煤气利用率qt组成的720个向量
[0068] 其中，c为预定的类别数目，=为聚类中心，(爲）e(0,D是第i个样 本对于第j类的隶属度函数。将中心偏移度与煤气利用率组成的向量作为输入数据，设定 聚类中心，给定类别数目进行分类，即可得到表征煤气流中心变化情况与煤气利用率关系 的聚类中心，实现煤气利用率的实时监测，最终实现对高炉布料操作的在线指导。
[0069] 在高炉实际生产中，煤气利用率是反应高炉运行状态的重要标志，煤气流中心分 布不同所对应的煤气利用率不同。因此，探索煤气流中心动态分布与煤气利用率之间的统 计规律，对实现煤气利用率的实时监测及指导高炉布料操作具有重要意义。本发明采用模 糊C均值聚类的方法进行分类研究。
[0070] 如图9为模糊C均值聚类流程图，输入变量为：煤气流中心偏移度与对应时间煤气 利用率组成的720个向量，给定初始聚类中心，设定聚类数目；输出变量为分类后的聚类中 心，不同的聚类中心代表了不同的煤气流中心分布对应煤气利用率，实现了对煤气利用率 的实时监测。
[0071] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范 围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明 的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
【主权项】
1. 一种处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在于，包括： 步骤一，数据采集与处理：在线采集一个月内，720小时的红外视频生产数据、十字测 溫数据及每小时的平均煤气利用率，经过图像提取获得每秒24帖的红外图像数据； 步骤二，红外图像处理：对步骤一获得的红外图像数据进行批量叠加处理，得到每小时 3600帖煤气流的红外图像，对叠加后的红外图像进行均值、中值滤波处理，滤除噪声和脉冲 干扰，采用全阔值分割的方法对滤波后的图像进行特征提取，得到煤气流中屯、所在的亮度 带区域； 步骤=，溫度场定标：对拍摄的高炉内部料面进行旋转计算，并结合十字测溫热电偶完 成空间定标，得到高炉物理中屯、及十字测溫热电偶在红外图像中的位置，统计热电偶附近 的灰度值建立溫度与灰度的数学模型，确定溫度灰度的对应关系； 步骤四，煤气流中屯、动态跟踪：具体过程通过W下步骤实现： a. 根据溫度与灰度的对应关系得到图像高溫区域的阔值，通过图像特征提取得到煤 气流中屯、所在区域，根据图像位图流格式，对图像中亮度带区域的所有横、纵坐标分别取均 值，提取每秒的煤气流中屯、点坐标； b. 根据十字热电偶及高炉物理中屯、在图像上的具体位置，W图像纵向上的两个十字测 溫热电偶之间的像素数为短半轴，横向上的两个十字测溫热电偶之间的像素数为长半轴， W高炉物理中屯、在图像上的位置为中屯、，作出反映实际炉喉料面的楠圆图形，将提取的每 秒煤气流中屯、点标记在楠圆上，进行煤气流中屯、偏移操作：楠圆从里到外分为第一、二、= 圈，把落在第一圈内的点设为"煤气流中屯、无偏移"，落在第二圈内的点设为"煤气流中屯、偏 移较小"，而落在第=圈内的点设为"煤气流中屯、偏移较大"； C.进行煤气流中屯、占有率计算，计算煤气流中屯、分别落在不同楠圆区域的占有率，对 煤气流中屯、的动态变化进行统计量化：其中Nt为第t个小时提取煤气流中屯、点总个数，Nit为第t个小时落在第i圈内的中 必点个数，rit为第t个小时落在第i圈煤气流中必的占有率，用向量巧二柄，馬而}表征第 t个小时高炉煤气流中屯、的分布状态； 步骤五，煤气利用率监巧h利用模糊C均值聚类对每小时的煤气流 中屯、偏移度5 南j与对应的煤气利用率nt组成的720个向量利用多元函数求极值的方法得到：其中，c为预定的类别数目，?^2^/' = 1，2，'''，叫为聚类中心2_/^.诚）￡(0，1)是第i个样本 对于第j类的隶属度函数。2. 如权利要求1所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述步骤二包括： 图像叠加处理，把每秒的红外图像进行叠加得到每秒一张红外图像，3600张/小时，W获取红外图像和十字测溫在同一个时间单位上的数据； 图像滤波处理，将所述图像叠加处理后的图像数据进行滤波处理，W提取图像特征； 图像阔值分割，将灰度图像转化为二值图像，W得到了煤气流中屯、所在亮度带区域。3. 如权利要求2所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述滤波采用均值滤波和中值滤波共同对图像数据进行处理。4. 如权利要求3所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述滤波处理包括： 首先，选取采集的一帖红外图像g(x，y)，X为一帖图像的行号，y为一帖图像的列号。 其次，对红外图像g(x，y)采用均值滤波，存储到图像gi(x，y)中，即：最后，对均值滤波后的图像gi(x，y)进行中值滤波，存储到图像f(x，y)中。5. 如权利要求4所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述图像阔值分割包括： 设定一个图像分割阔值T，所得到的图像为F(x，y):式中f(x，y)为像素点（x，y)的灰度值，F(x，y)为分割后的图像。6. 如权利要求1所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述十字测溫热电偶由4根互相垂直的测溫操组成，其中一根测溫操伸至炉喉中屯、含 有6个热电偶，其余=根测溫操长度一致，每根测溫操上均匀分布5个相同的热电偶，共均 匀分布有21个热电偶。7. 如权利要求6所述的处理煤气流中屯、动态跟踪及煤气利用率监测方法，其特征在 于，所述步骤=包括对料面进行旋转计算。
【专利摘要】本发明公开了一种处理煤气流中心动态跟踪及煤气利用率监测方法，包括：步骤一，数据采集与处理；步骤二，红外图像处理；步骤三，温度场定标；步骤四，煤气流中心动态跟踪；步骤五，煤气利用率监测。本发明的优点是：实现简单，通过对采集的红外图像处理、结合十字测温数据及高炉设计数据进行温度场定标，实现对料面煤气流中心落点分布的动态跟踪，以及对煤气流中心分布特征及对应煤气利用率进行分类，确定煤气流中心变化与高炉煤气利用率之间的关系，实现对煤气利用率的实时监测，能够实时准确的识别煤气流中心的动态变化情况以及与对应煤气利用率之间的关系，使高炉布料操作实现在线监测及可视化控制，具有准确率高、实时性强的优点。
【IPC分类】C21B7/24, C21B7/00
【公开号】CN105002321
【申请号】CN201510332265
【发明人】石琳, 温有斌, 李江鹏, 李明昕, 于涛, 张景, 赵广胜
【申请人】内蒙古科技大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月16日