矿车自动装载监测系统及监测方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种矿车自动装载监测系统及监测方法。

背景技术：

矿车自动装载是矿山数字化、智能化中的一个重要环节。当矿车装满时或当下料口有超大块矿料时，如果没有人工智能产品监控处理技术实时监测料车中料位变化和判断大块矿料装到料车内是否有溢出，就会给生产带来安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够实现自动监测矿车中料位变化并判断大块矿料装到料车内是否有溢出，进而控制溜料槽下料状态的矿车自动装载监测系统。

本发明的另一目的是提供一种采用上述矿车自动装载监测系统实现的矿车自动装载监测方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种矿车自动装载监测系统，包括设置在矿车上方且位于溜料槽的对侧的矿车装载状态图像采集系统和溜料槽矿石状态图像采集系统，以及与所述矿车装载状态图像采集系统和所述溜料槽矿石状态图像采集系统通过光纤传输系统连接的图像处理系统；其中，

所述矿车装载状态图像采集系统包括一台矿车装载量检测相机和三台自下而上间隔设置在矿车邻侧的一字激光发射器；三台所述一字激光发射器以其发射的一字形激光光线水平地朝向自矿车车帮上边沿至溜料槽下边沿之间形成的间隔空间发射的方式设置，且位于最下方的一字激光发射器发射的一字形激光光线紧贴矿车车帮上边沿朝向间隔空间发射；所述矿车装载量检测相机斜向向下设置，其设置高度满足所采集的图像至少包括自位于激光发射器邻侧的矿车车帮上边沿至溜料槽底端下边沿之间的画面；

所述溜料槽矿石状态图像采集系统包括一台溜料板大块物料检测相机，其斜向向下设置，以采集溜料槽下料口处的画面；

所述图像处理系统包括工控机和与所述工控机连接的警报器，所述工控机内设有依次连接的用于接收图像信号的接收模块、用于通过分析所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机分别在相邻或相同时刻采集的图像分析得出矿车装载情况和溜料板下料口处矿石的尺寸信息进而得出是否需要调整溜料板下料状态的信息处理模块、用于警示分析出异常结果的报警模块和用于存储异常状态相关图像和分析数据的存储模块；所述警报器与所述报警模块连接。

进一步地，所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机采用镜头斜向向下45°的方式设置。

进一步地，在邻近所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机处个设置有一台吹扫装置。

进一步地，相邻两台所述一字激光发射器发射的一字形激光光线之间的垂直距离为3～4mm。

进一步地，在位于溜料槽下料口上方的溜料板大块物料检测相机邻侧设置有至少一盏无影光源。

进一步地，所述光纤传输系统包括设置在现场箱内的光纤发射器，设置在主控室的光纤接收器，以及设置在所述光纤发射器和所述光纤接收器之间的光纤；光纤发射器接收所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机发送的图像信号并将图像信号转换为光信号，通过光纤传送至光纤接收器，由光纤接收器将光信号重新转换为图像信号发送给图像处理系统。

一种采用上述矿车自动装载监测系统实现的矿车自动装载监测实现的监测方法，步骤如下：

s1、利用自下而上间隔设置的三台激光发射器向间隔空间水平发射出相互平行且具有一定间隔距离的一字形激光，并采用矿车装载量检测相机对间隔空间内投射有激光光线的矿石料进行连续地图像采集；利用溜料板大块物料检测相机对溜料槽下料口处的矿石料流进行连续的图像采集；

s2、按照时序对矿车装载量检测相机和溜料板大块物料检测相机同时刻下采集的图像依次进行同步处理：

s201、提取矿车装载量检测相机采集的图像中的激光光线，并通过激光在图片中的位置确定矿车当前的装载状况：

情况1：当三条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，则矿车当前处于未装满的状态；

情况2：当三条激光光线中两条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，而另外一条激光光线呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前处于刚装满的状态；

情况3：当三条激光光线中一条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，而另外两条激光光线呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前处于趋近最大装载量的状态；

情况4：当三条激光光线均呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前达到最大装载量的状态；

s202、对溜料板大块物料检测相机采集的图像进行分析，得到图像中每一块离散物料的面积及等效直径，以及直径大于设定的大块物料直径临界值l0的离散物料所在溜料板的编号；

s3、当矿车装载量检测相机连续采集的两张图像经过步骤s201分析后得到的结果一致时，将所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机在同时刻下、或在紧邻两个时刻下采集的两张图片的分析结果进行比较并得出关于溜料槽的各溜料板的工作状态的调整结果：

结果1：当经过步骤s201分析得到的结果为情况1、情况2或情况3时，同时经过步骤s202分析得到的结果为溜料槽下料口处无直径≥l0的矿石物料时，溜料槽的各溜料板正常下料；

结果2：当经过步骤s201分析得到的结果为情况4时，同时经过步骤s202分析得到的结果为溜料槽下料口处无直径≥l0的矿石物料时，溜料槽的各溜料板同时停止下料；

结果3：当经过步骤s201分析得到的结果为情况1时，同时经过步骤s202分析得到的结果为溜料槽下料口处有直径≥l0的矿石物料时，溜料槽的各溜料板正常下料；

结果4：当经过步骤s201分析得到的结果为情况2或情况3时，同时经过步骤s202分析得到的结果为溜料槽下料口处有直径≥l0的矿石物料时，直径≥l0的矿石物料所在溜料板停止下料，其余溜料板正常下料；

结果5：当经过步骤s201分析得到的结果为情况4时，同时经过步骤s202分析得到的结果为溜料槽下料口处有直径≥l0的矿石物料时，溜料槽的各溜料板同时停止下料。

进一步地，步骤s2中，当图像上的激光光线状况属于上述情况2、情况3和情况4时，将呈规则弧线的激光光线至图像下边缘的距离h的最大值，与根据矿车装载量检测相机4设置位置测算得到的预设警戒阈值ha和预设最大高度阈值hmax进行比较：当h小于ha时，表明情况2判断属实，当ha＜h＜hmax时，表明情况3判断属实，当h＞hmax时，表明情况4判断属实。其中，警戒阈值ha为根据矿车装载量检测相机测算出的图像中矿车车帮上边沿至图像下边缘的距离，hmax为根据矿车装载量检测相机测算出的图像中矿料装载量达到最大值时矿料顶点处至图像下边缘的距离

进一步地，步骤s1中，所述矿车装载量检测相机和所述溜料板大块物料检测相机均以200～300ms的时间间隔进行图像采集。

与现有技术相比，该矿车自动装载监测系统及监测方法通过对矿车装载情况和溜料槽下料情况同步进行图像采集和图像综合分析，实现矿车自动装载装并至到料车内的矿石即将溢出时停止，有效提高了生产效率，增加企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明的矿车自动装载监测系统的结构示意图；

图2为溜料槽的下料口为超大矿石状态的示意图；

图3为本发明的矿车自动装载监测方法的流程示意图；

图4为本发明的矿车自动装载监测系统的矿车相机在矿车内物料高度未超过车帮时采集到的图像的示意图；

图5为本发明的矿车自动装载监测系统的矿车相机在矿车内物料刚刚到达车帮时采集到的图像的示意图；

图6为本发明的矿车自动装载监测系统的矿车相机在矿车内物料超过车帮上边沿但未超过最大高度阈值时的示意图；

图7为本发明的矿车自动装载监测系统的矿车相机在矿车内物料高度达到最大高度阈值时采集到的图像的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1所示，矿车装料时，装料作业人员将矿车i移动至斜向设置的溜料槽ii的下方，并使溜料槽ii的下料口正对着矿车的顶部开口；溜料槽ii由多块溜料板组成，且每一个溜板均可以独立振动，使运送至溜料槽ii上的大小尺寸不一的矿石在溜板的震动作用下装载至矿车i中，由于每个溜料板可以独立震动，而每块溜料板上的矿石尺寸不一，因此可以通过控制溜料板的震动情况控制向矿车中装载的矿石的尺寸；其中，矿车i的车帮上边沿与溜料槽ii的底端下边沿之间留有一定的间隔距离，该间隔距离对应间隔空间在后续的矿车自动装载监测过程中用于判断矿车的实时装载状态。

对应地，针对上述矿车装料作业开发的矿车自动装载监测系统包括矿车装载状态图像采集系统、溜料槽矿石状态图像采集系统和图像处理系统。

矿车装载状态图像采集系统和溜料槽矿石状态图像采集系统设置在矿车i上方且位于溜料槽ii的对侧；具体地，

矿车装载状态图像采集系统包括一台矿车装载量检测相机1和三台自下而上间隔设置在矿车邻侧的一字激光发射器2；其中，三台一字激光发射器2以其发射的一字形激光光线水平地朝向间隔空间发射的方式设置，且相邻两台一字激光发射器2发射的一字形激光光线的间隔距离为3mm；同时，位于最下方的一字激光发射器2发射的一字形激光光线紧贴矿车i的车帮上边沿朝向间隔空间发射，位于最上方的一字激光发射器2发射的一字形激光光线低于溜料槽ii的底端边沿，使矿车装载量检测相机1在没有矿石自溜料槽ii向矿车内装料时无法捕捉到激光光线，即采集的图像中没有矿石和投射在矿石上的激光光线；对应地，矿车装载量检测相机1以斜向向下45°的方式设置，由于其用于采集设置高度应保证至少能够采集到位于激光发射器邻侧的矿车i车帮上边沿至溜料槽ii底端的图像。

溜料槽矿石状态图像采集系统包括溜料板大块物料检测相机3和无影光源4；其中，溜料板大块物料检测相机3以斜向向下45°的方式设置，以采集向矿车中装料的溜料槽ii下料口处矿石状态的图像，如图2所示；无影光源4设置在溜料槽ii下料口的上方，使溜料板大块物料检测相机3能够采集到清晰且无阴影的矿料图像；

在矿车装载量检测相机1和溜料板大块物料检测相机3的镜头邻侧各设置有一个吹扫装置，当环境粉尘较大、湿度较大时，用于定时对矿车装载量检测相机1和溜料板大块物料检测相机3的镜头吹扫压缩空气，防止粉尘和雾气污染镜头，使图像实时保持清晰可靠。

图像处理系统通过光纤传输系统与矿车装载状态图像采集系统和溜料槽矿石状态图像采集系统连接；具体地，

光纤传输系统包括设置在现场箱6内的光纤发射器5，设置在主控室8的光纤接收器7，以及设置在光纤发射器5和光纤接收器7之间的光纤9；光纤发射器5接收矿车装载量检测相机1和溜料板大块物料检测相机3发送的图像信号并将图像信号转换为光信号，通过光纤传送至光纤接收器7，由光纤接收器7将光信号重新转换为图像信号发送给图像处理系统。

图像处理系统包括与光纤接收器7连接的工控机10和与工控机10连接的报警器11；其中，工控机10包括依次连接的接收模块、信息处理模块、报警模块和存储模块；具体地，接收模块用于接收由光纤接收器7传输的图像信号并发送至信息处理模块；信息处理模块同时对矿车装载量检测相机1和溜料板大块物料检测相机3在同一时刻采集的两副图像分别进行处理并获取图像特征比较参数，根据两副图像的图像特征比较参数的比较结果，当图像特征比较参数的比较结果为不能继续正常装料的异常结果时，信息处理模块将异常结果发送给报警模块并给出溜料槽ii仅继续装载小尺寸矿料或停止下料的指令；报警模块驱动与其连接的报警器11发出报警音，同时直接或通过一个单独的控制器将仅继续装载小尺寸矿料或停止下料的指令发送至溜料槽下料控制机构12，由溜料槽下料控制机构12对每块溜料板的震动情况进行调控，进而实现全部溜料板停止震动下料或仅保持其上为小尺寸矿石的溜料板正常震动下料；当信息处理模块向报警模块发送异常结果的同时，存储模块将出现异常状况的相关图片和图片处理结果进行存储，以便之后随时调用。

如图3所示，进一步对采用上述生球布料智能控制系统实现的智能控制方法进行说明，其具体控制步骤如下：

s1、图像采集：

s101、利用自下而上间隔设置的三台激光发射器向矿车i的车帮上边沿与溜料槽ii的底端之间留有的间隔空间水平发射出间隔距离为3mm的一字形激光，并采用矿车装载量检测相机1对间隔空间内投射有激光光线的矿石料进行连续地图像采集；其中，矿车装载量检测相机1的图像采集的时间间隔为200ms；

s102、利用溜料板大块物料检测相机3对溜料槽ii出料口处的矿石料流进行连续的图像采集；其中，溜料板大块物料检测相机3的图像采集的时间间隔为200ms，且溜料板大块物料检测相机3设定为与矿车装载量检测相机4对相应图像进行同时刻采集；

s2、图像处理：按照时序对矿车装载量检测相机4和溜料板大块物料检测相机3同时刻下采集的图像依次进行同步处理：

s201、提取矿车装载量检测相机4采集的图像中的激光光线，并通过激光在图片中的位置确定矿车当前的装载状况：

情况1：如图4所示，当三条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，则矿车当前处于未装满的状态；

情况2：如图5所示，当三条激光光线中两条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，而另外一条激光光线呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前处于刚装满的状态；

情况3：如图6所示，当三条激光光线中一条激光光线均为不规则曲线且位于靠近图像上边沿的位置处，而另外两条激光光线呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前处于趋近最大装载量的状态；

情况4：如图7所示，当三条激光光线均呈规则弧线且位于图像中部，则矿车当前达到最大装载量的状态；

在上述装载状况的判断过程中，为了提高判断的准确性，当图像上的激光光线状况属于上述情况2、情况3和情况4时，将呈规则弧线的激光光线至图像下边缘的距离h的最大值，与根据矿车装载量检测相机4设置位置测算得到的预设警戒阈值ha和预设最大高度阈值hmax进行比较：当h小于ha时，表明情况2判断属实，当ha＜h＜hmax时，表明情况3判断属实，当h＞hmax时，表明情况4判断属实。

s202、对溜料板大块物料检测相机3采集的图像进行分析，得到图像中每一块离散物料的面积及等效直径，以及直径大于设定的大块物料直径临界值l0的离散物料所在溜料板的编号；其中，l0为人为设定的大尺寸矿石的直径下限，即当矿石的直径l≥l0时，该矿石则判定为大尺寸矿石；

具体地，上述步骤s202中，由于溜料板下料粒度大小不一、高低不平，大块物料一般都会暴露在下料物料的表面；在补光灯的照射下，表层物料会呈现出明显的亮度差异，因此根据已公开专利cn107063946a中公开的物料直径的图像识别方法，首先根据图像的灰度特征，采用自适应二值化方法得到表面物料的二值化图像；运用图像形态学原理，对上述二值图像进行腐蚀算法，将粘连在一起的物料块分割开，采用面积过滤法去除影响判断的小物料块，过滤后的图像再进行膨胀算法，将物料的边缘恢复到未进行腐蚀之前的大小；对处理后的图像中的物料颗粒进行数据分析和统计，即可得到每一个离散物料块的面积及等效直径。

s3、图像分析：当矿车装载量检测相机连续采集的两张图像经过步骤s201处理后得到的处理结果一致时，将经过步骤s201和步骤s202得到的检测结果进行比较，并得到如下表1所示的分析结果：

表1：

根据上述步骤s3的分析结果，将序号为4、6、7、和8的分析结果以指令的形式通过报警模块发送至溜料槽控制机构进而由溜料槽控制机构调整溜料槽的各溜料板的工作状态；与此同时报警模块驱动报警器发出警报声音，提醒现场工作人员注意下料状态发生变化。