本发明属于高炉料流轨迹测量方法，具体地属于一种采用高速摄像机测量高炉料流轨迹的方法。
背景技术：
现代大型高炉作为铁水生产的主力装备，采用焦炭还原矿石。通常在高炉顶部装入矿石及焦炭，焦炭及矿石分批分层装入炉内，原料入炉使用的装备是无料钟炉顶装料设备，该设备通过传动齿轮箱控制布料溜槽的旋转、倾动，炉料落在溜槽上后通过溜槽在高炉炉顶不同位置的转动将炉料分布在高炉内部，伴随着炉料的滑落，炉料可以在高炉顶部形成需要的料面形状。
在高炉顶部一般是通过一个布料矩阵实现高炉炉料的分布，一个布料矩阵一般包含如下一些信息，如布料品种、布料重量、溜槽旋转的角度(一般最多包含11个布料倾角)组合、在每个角位上旋转的圈数、角位变化的顺序(上抬、下降等)、料线(控制开始布料的料面高度)等。
高炉中溜槽倾动角度范围在0～55度，为了控制方便，一般将这个区间分成12个小区间，根据区间设定11个溜槽倾动的角度(αi，i＝1…11)，通过控制所用角位的个数及每个角位上布料的圈数(nij，i＝1…11,j＝每个角位布料圈数)来达到炉料控制的目标。
为了有效测定在不同倾角(αi，i＝1…11)位置上不同炉料的下落轨迹，高炉工作者发明了许多方法。
如张寿荣主编的《武钢炼铁40年1958～1998》，华中理工大学出版社出版，在P371～379中列出了一种通过在炉喉直径上设置2-3根(直径450mm)水平测量测量杆，通过观测不同炉料在不同角位上的炉料和测量杆的碰撞位置来计算落点，为了便于识别，在横杆上每500mm涂上红、黄、蓝三色油漆，在500mm处测量杆下端焊接铁链。该方法的优点是直观，缺点是人为操作误差较大。
文献《高炉无料钟炉顶布料料流轨迹检测与三维图像重建》中报道了一种通过空间网格来测定料流轨迹的方法，该方法也是事先在炉喉直径上安立网格，设定空间坐标，通过观测炉料下落过程中对网格的冲击范围来计算炉料在不同标高下的落点，从而确定出料流轨迹，这种方法和横杆法相比空间测量减小了测量误差，但是层层阻击的网格会形成一种和原始料流不同的轨迹，故所测料流并不能完全代表实际料流，同时因观测者角度、位置、时间等因素的差异也会导致测量误差，影响观测效果。
因此，当前的料流轨迹测量方法操作复杂，且测量误差较大。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种采用高速摄像机测量高炉料流轨迹的方法。该方法是一种基于图像处理的料流轨迹测量方法，通过将炉料下落过程记录下来，然后通过对系列图像做出比对，以其图像本身的视域，用图像处理来对料流的宽度、轨迹做出计算。该方法操作相对简单，且测量误差较小。
为实现上述目的，本发明公开了一种采用高速摄像机测量高炉料流轨迹的方法，包括以下步骤：
1)安装除尘风机：在炉顶上方安装除尘风机；
2)安装高速摄像机：在炉顶大人孔小平台上安装高速摄像机，并将摄录的信息传输到计算机中；
3)测量前的定位：分别对空转溜槽在11个不同角位上进行拍照，将拍摄的图像保存在计算机中，根据炉料在溜槽起点的位置，在拍摄的图像中，选择溜槽与高速摄像机界面垂直位置的图像作为溜槽位置的基准图像；且高炉建好后，坐标系即确定，在炉喉钢砖上参考点的位置就确定；
4)拍摄溜槽的布料过程：对于不同品种、不同批重的炉料，通过11个不同角位进行全程录像和拍照，并将摄录的图像传输到计算机中；
5)计算溜槽布料时的料流轨迹：通过对溜槽旋转的每一圈进行拍摄，将拍摄的图像进行比对，在这些图像中找出与所述步骤3)中炉料在溜槽起点的位置最接近的图像，获得垂直于高速摄像机界面的图像，所述的垂直于高速摄像机界面的图像即作为溜槽布料时的料流轨迹；计算整个料流在下落过程中每个点的料流宽度，并且确定料流在垂直方向及水平方向的平面坐标；
6)处理精度：以所述步骤3)炉料在溜槽起点的位置和炉喉钢砖上参考点的位置为基准，既可以求得主料流轨迹，又可以求得料流宽度在水平方向上的分布特征；
7)保存数据：将所述步骤6)的主料流轨迹进行离散，将离散后坐标点数据保存在计算机数据库中，且料线的标高每变化10cm，保存一个数据；
8)应用数据：在应用过程中，不在所述步骤7)中数据库的坐标点，通过相邻两点的坐标值的差值进行计算。
进一步地，所述步骤5)的具体过程为：
51)在炉喉上建立参考坐标系，x轴设定在0米料线处，y轴设立在高炉中心线处，并且坐标轴的方向向下；
52)求参考坐标系水平方向上每个点的灰度值，通过灰度变化曲线，找出每个点的料流宽度；
53)根据灰度排列，求得料流在水平方向的曲线；
54)根据所述步骤52)的灰度变化特征，计算每个料线的料流宽度及主料流位置。
再进一步地，所述步骤52)中，求参考坐标系水平方向上每个点的灰度值，利用一条线去截取炉料下落时的炉喉，炉料是黑色的，在计算灰度时，炉料经过的区域灰度值会明显高于其他区域，通过灰度变化曲线，找出每个点的料流宽度。
更进一步地，所述步骤6)中，通过对比所述步骤5)中图像的像素数量可以确定在参考坐标系中料流轨迹的不同点的坐标；既可以求得主料流轨迹，又可以求得料流宽度在水平方向的分布特征。
更进一步地，所述步骤4)中，溜槽每7.5s转动一周，每拍摄一幅图像需要0.05s，且溜槽在装料时，使溜槽由内向外转。
更进一步地，所述步骤4)中，每次布料时间为30～40s，每次布料获取600～800幅图像，溜槽在每个角位获取8～10幅图像，且共布料50～150批，布料品种为焦炭和矿石，布料方式为单环布料。
更进一步地，所述步骤1)中，在炉顶四个上升管位置，打开清灰口盲板，安装四台大功率风机，将布料过程中产生的灰尘抽走，全部排空，在相机处形成一个炉内负压。
更进一步地，所述步骤2)中，高速摄像机为定位用高速数字摄像机，所述定位用高速数字摄像机将摄录信息实时的更新到计算机中，在料面测量前，编写好图像处理程序。
本发明的测量方法的有益效果：本发明提出了一种比较理想的料流轨迹测量方法，该方法在不干涉料流下落状态的情况下，能在尽可能大的空间范围内准确测定料流下落宽度、轨迹，且本发明的测量方法操作误差小，准确度比较高，使用起来也较灵活。
附图说明
图1为本发明测量高炉料流轨迹的方法原理图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
结合图1可知，本实施例公开了一种采用高速摄像机测量高炉料流轨迹的方法，包括以下步骤：
1)安装除尘风机：在炉顶上方，具体的是在炉顶四个上升管位置，打开清灰口盲板，安装四台大功率风机，将布料过程中产生的灰尘抽走，全部排空，避免灰尘对高炉料面测量的干扰；且在装料时，溜槽由内向外旋转时，炉料在不断下降，由于风机启动，相关灰尘可以绝大部分排到炉外，在高速摄像机处形成一个炉内负压，保证炉内的灰尘不外溢，便于观测。
2)安装高速摄像机：在炉顶大人孔小平台上安装高速摄像机，本实施例优选定位用高速数字摄像机，所述定位用高速数字摄像机将摄录信息实时的更新到计算机中，在料面测量前，编写好图像处理程序。
3)测量前的定位：分别对空转溜槽在11个角位上进行拍照，将拍摄的图像保存在计算机中，通过对图像进行处理，发现当溜槽垂直高速摄像机的界面时，图像的l2最小、l1最大，对于每一个角位而言，相对于确定的高炉尺寸，根据高速摄像机安装位置及高炉本身的尺寸，l2、l1一般是固定的；
通常炉料在料槽中开始下落的位置，即炉料在溜槽起点的位置是确定的，根据这个确定的位置，在对空转溜槽拍摄的图像中寻找l2最小的图像，即表明溜槽与高速摄像机的界面垂直的图像，这个位置的图像可以作为溜槽位置的基准图像；
进一步地，高炉建好后，就会建立坐标系，本实施例将x轴设定在0米料线处，y轴设立在高炉中心线处，并且坐标轴的方向向下，在炉喉钢砖上确定一个参考点，该参考点在高炉建好后，在坐标系中的位置就是确定的了。
4)拍摄溜槽的布料过程：对于不同品种、不同批重的炉料，通过11个不同角位进行全程录像和拍照，并将摄录的图像传输到计算机中保存起来；
具体地，溜槽每7.5s转动一周，每拍摄一幅图像需要0.05s，溜槽转动一周获得150幅图像；溜槽在装料时，使溜槽由内向外转，且溜槽每转动2.4度就可以拍摄到一个位置；
本实施例优选的布料品种为焦炭和矿石，共布料120批，其中单环布料装入60批，轨迹测量主要在这60批之内展开，且焦炭30批，矿石30批，因为要测量11个角位的轨迹，落实到每个品种，在每个角位将测量2～3次，预计每次布料的时间在30～40秒左右，每次布料的图片获取量在600～800幅，每个角位可以获取有效图像8-10幅。
5)计算溜槽布料时的料流轨迹：对所述步骤4)摄录到的溜槽布料过程的图像进行对比，寻找溜槽在每一圈的旋转过程中，与高速摄像机界面垂直的图像，选择所述与高速摄像机界面垂直的图像作为溜槽布料时料流轨迹，因为该幅图像可以最大程度的代表溜槽布料时的料流轨迹，通过尺寸对比，可以进一步地计算出整个料流在下落过程中每个点的宽度和尺寸，并且确定料流在垂直方向和水平方向的坐标，这种方法可以最大程度避免人为因素及测量部件对料流轨迹的影响；为了更好的描述所述步骤5)的过程，以下分步骤介绍：
51)在炉喉上建立参考坐标系，同所述步骤3)描述，建立参考坐标系，其中，x轴设定在0米料线处，y轴设立在高炉中心线处，并且坐标轴的方向向下；
52)求参考坐标系水平方向上每个点的灰度值，利用一条线去截取炉料下落时的炉喉，由于炉料是黑色的，在计算灰度时，炉料经过的区域灰度值会明显高于其他区域，通过灰度变化曲线，就可以找出料流宽度，这是图像处理的常规技术；
53)根据灰度排列，求得料流在水平方向的曲线；
54)根据所述步骤52)的灰度变化特征，计算每个料线的料流宽度及主料流位置；
6)处理精度：以溜槽上炉料在溜槽起点的位置和炉喉钢砖上的参考点为基准，通过对比像素数量可以确定在参考坐标系中料流轨迹的不同点的坐标，因此既可以求得主料流轨迹，又可以求得料流宽度在水平方向的分布特征；
7)保存数据：将所述步骤6)的主料流轨迹进行离散，离散的方式为采用坐标点代替曲线，曲线上的若干个点的坐标即代表曲线本身，将离散后的数据保存在计算机中，且料线的标高每变化10cm，保存一个数据；
8)应用数据：在应用过程中，不在所述步骤7)中数据库的坐标点，通过相邻两点的坐标值的差值进行计算。
本发明的测量方法是一种基于图像处理的料流轨迹测量方法，通过将炉料下落过程记录下来，然后通过对系列图像做出比对，以其图像本身的视域，用图像处理来对料流的宽度、轨迹做出计算。该方法操作相对简单，且测量误差较小。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。