一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法与流程

技术特征：

1.一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于，所述障碍物的探测方法包括如下步骤：

(1)基于超声波的障碍物检测

三个超声波传感器(4)分别在t¹_n、t²_n、t³_n时刻向外发射超声波，并分别在t¹_n+1、t²_n+1、t³_n+1时刻获得反射波，由此得到三个超声波传感器距障碍物的实时距离D¹_Utrl、D²_Utrl、D³_Utrl；具体如下：

$\left[\begin{array}{c}{D}_{Utrl}^1\\ D_{Utrl}^2\\ D_{Utrl}^3\end{array}\right]=C_{Utrl}/2\left(\left[\begin{array}{c}{t}_{n+1}^1\\ t_{n+1}^2\\ t_{n+1}^3\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{t}_n^1\\ t_n^2\\ t_n^3\end{array}\right]\right)$

C_Utrl＝C₀+0.607T

式中，式中，C_Utrl为超声波的速度，C₀为0℃时超声波的速度，取值为331.45m/s，T为现场的摄氏温度；

(2)基于红外摄像仪的障碍物检测

根据红外摄像仪(6)获取吊桶下方在某一时刻的原始图像P_Orig，对原始图像P_Orig进行滤波降噪处理得到图像P_Filt，之后求解图像P_Filt中每个像素的梯度值，接着对非极大值进行抑制，进而找出局部极大值，最后利用设置的高低阀值对局部极值进行筛选，并对障碍物边缘进行连接，从而得到吊桶下方障碍物的外形轮廓；具体如下：

首先，对原始图像P_Orig(x,y)进行滤波降噪处理，得到降噪后图像P_Filt(x,y)，设其滤波器传递函数为W(x,y)，则：

P_Filt＝W·P_Orig

$W(x,y)={\left(2{\mathrm{\π\δ}}^2\right)}^{-1}{e}^{-(x^2+y^2)/2{\mathrm{\δ}}^2}$

式中δ为标准差，根据现场情况进行调节，取值范围为35～60；而后，计算图像P_Filt中每个像素(x,y)的梯度值G(x,y)以及梯度方向θ_g：

$\begin{array}{cc}{G}_x=\left[\begin{array}{ccc}-1& 0& +1\\ -2& 0& +2\\ -1& 0& +1\end{array}\right]P_{Filt}& G_y=\left[\begin{array}{ccc}+1& +2& +1\\ 0& 0& 0\\ -1& -2& -1\end{array}\right]P_{Filt}\end{array}$

$G(x,y)={(G_x^2+G_y^2)}^{1/2}$

θ_g＝arctan(G_y/G_x)

最后，对G中的梯度值进行非极大值抑制，找出局部极大值，利用设置的高低阀值对局部极值进行筛选，并对障碍物边缘进行连接，从而得到吊桶下方障碍物的外形轮廓；

(3)数据融合分析

将步骤(1)得到的基于超声波的吊桶下方障碍物距离D¹_Utrl、D²_Utrl、D³_Utrl与步骤(B2)得到的基于红外摄像仪的吊桶下方障碍物外形轮廓进行数据融合，综合分析出吊桶下方是否具有障碍物；三个超声波传感器的探测范围将吊桶下方空间分为三个区域，当某一区域的超声波传感器探测到下方障碍物，或者红外摄像仪检测到某一区域的障碍物轮廓时，视为下方存在障碍物风险，系统自动触发故障处理程序；

(4)故障处理

根据步骤(3)的分析结果，如果吊桶运行下方有障碍物，则立即通过声光报警器(7)发出警报，同时将报警信息通过无线传输子系统发送至地面保护子系统与远程监视子系统，并通过PLC控制器(11)进行吊桶运行制动。

2.根据权利要求1所述的一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于，所述吊桶运行安全综合防护系统，包括吊桶、机载探测子系统、无线传输子系统、地面保护子系统和远程监视子系统，所述机载探测子系统与无线传输子系统之间通过无线网络连接并传输数据，所述无线传输子系统与地面保护子系统之间通过光纤电缆连接并传输数据，所述地面保护子系统与远程监视子系统之间通过Internet连接并传输数据，所述机载子系统安装于吊桶上；所述综合保护系统能够使得地面操作人员以及远程管理人员全方位了解吊桶运行过程中的实时速度、姿态、位置，从而检测出吊桶是否发生松绳故障，还能主动探测吊桶下方障碍物情况，并能在事故发生初期发出报警以及自动采取保护措施，从而全方位保障吊桶的安全运行。

3.根据权利要求2所述的一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于：所述机载探测子系统包括：机载控制器(1)、机载电池(2)、六轴加速度计(3)、三个超声波传感器(4)、激光测距仪(5)、红外摄像仪(6)、声光报警器(7)、无线收发器(8)，且均具备防尘、防水、防爆外壳；

其中，机载电池(2)与机载控制器(1)、六轴加速度计(3)、超声波传感器(4)、激光测距仪(5)、红外摄像仪(6)、声光报警器(7)、无线收发器(8)通过阻燃电缆连接并提供电能；机载控制器(1)与六轴加速度计(3)通过阻燃电缆连接并传输数据；机载控制器(1)与三个超声波传感器(4)通过阻燃电缆连接并传输数据；机载控制器(1)与激光测距仪(5)通过阻燃电缆连接并传输数据；机载控制器(1)与红外摄像仪(6)通过阻燃网线连接并传输数据、机载控制器(1)与声光报警器(7)通过阻燃电缆连接并传输数据；机载控制器(1)与无线收发器(8)通过阻燃电缆连接并传输数据；

机载子系统安装于吊桶上，该吊桶分为上、中、下三段：上段的上部为敞开式结构，圆形开口无遮挡物覆盖，用于承载物料或人员，其外壁安装有无线收发器(8)；中段为带有盖板的封闭式结构，具有防尘、防水效果，其内部安装有机载控制器(1)、机载电池(2)、六轴加速度计(3)；下段的下部为敞开式结构，圆形开口无遮挡物覆盖，其上部吊装有超声波传感器(4)、激光测距仪(5)、红外摄像仪(6)、声光报警器(7)，所述三个超声波传感器(4)设于所述吊桶下段下部所在圆的直径及圆心位置。

4.根据权利要求2所述的一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于：所述无线传输子系统包括沿井筒竖直方向上设置井壁上的若干个间距50m的无线传输基站(9)，所述无线传输基站(9)均具备防尘、防水、防爆外壳；

其中，无线传输基站(9)之间通过无线信号连接无线收发器(8)并传送数据，且无线收发器(8)与距其最近信号最强的无线传输基站(9)无线通讯，实现机载探测子系统与无线传输子系统之间的数据传输；各个无线传输基站(9)通过井壁上的供电电缆获取电能。

5.根据权利要求1所述的一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于：所述地面保护子系统包括：光纤交换机(10)、PLC控制器(11)、工控机(12)、服务器(13)；

其中，光纤交换机(10)与井口处的无线传输基站(9)通过光纤电缆连接，实现无线传输子系统与地面保护子系统之间的数据传输；光纤交换机(10)与PLC控制器(11)、工控机(12)、服务器(13)之间依次通过双绞线连接并传输数据；地面保护子系统安装于地面调度室内。

6.根据权利要求1所述的一种基于吊桶运行安全综合防护系统的障碍物的探测方法，其特征在于：所述远程监视子系统包括：无线路由器(14)、工控机(15)、手机(16)、笔记本(17)；

其中，无线路由器(14)与服务器(13)通过Internet相连并传输数据，实现地面保护子系统与远程监视子系统的数据传输；路由器(14)与工控机(15)、手机(16)、笔记本(17)之间均通过无线信号相连并传输数据；远程监视子系统可安装于能够连接Internet网络的远程任何位置。