基于圖像識別技術的煤礦井下膠帶機智能巡檢的研究與應用

王海君 謝寶東 李峰光

摘 ? 要：本文介紹了一種在兗礦東灘煤礦實施的基于新型圖像識別技術的煤礦井下膠帶機智能巡檢的系統，該系統融合了井下視頻監控系統、圖像識別檢測技術、膠帶機探傷系統、智能化控制系統等多種新型實用技術。該膠帶機系統的實施為基于煤礦鋼纜膠帶機的圖像識別的智能決策及控制技術在煤礦井下應用起到了很好的示范效果，同時為新時代煤礦的智能化開采提出了新的解決方案。

關鍵詞：圖像識別 ?皮帶探傷 ?手機終端

中圖分類號：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）04（c）-0008-02

根據國內煤礦礦山實際生產的特殊需求及行業特點，多大數礦山企業及廠礦都建立了工業視頻圖像監控系統、皮帶集控系統、設備點檢系統、皮帶電力監控系統、皮帶在線監測系統等等，但是各種系統相對獨立，沒有完全整合到一塊，造成了各個系統的重復投資，成為了一個信息孤島[1]。如雖然工業視頻監視系統的應用為礦山安全生產、全面全方位監控提供了可靠直觀的決策手段，但是礦山視頻監控系統仍然遭到某種固有方面的限制，特別涵蓋生物做為監測者固有的先天上的缺陷，同時也囊括工業電視系統組成以及工業視頻監測設施在性能和特點上的缺限性，這些特殊的因素使這樣的工業電視系統均在某種不同方面存在報警準確度低差，存在漏報以及誤報的現象，報警時間響應周期長，存儲的錄像數據容量分析不容易等特點，進一步影響系統的使用安全，同時實用性也不高。

煤礦井下鋼絲繩皮帶及鋼纜皮帶中的特殊鋼絲繩是一種特殊的金屬構件，它被某種特殊的硫化橡膠包覆，廣泛適用于提高井下膠帶機的負荷承重能力。鋼纜皮帶的鋼絲繩的接頭或者鏈接部位經過長時間的連續運行常常會由于遭受外界的感應力進而出現相對滑落甚至移動的現象。不同使用環境中的不同煤炭或者矸石的壓迫及跳動會陪伴膠帶機全部使用生命始終，所以鋼絲繩就必然會遇到被切割或斷砸重壓的高風險，鋼纜皮帶長時間高負荷的連續工作會受到承重壓力，被動彎曲，拉伸載荷等不同方式，導致鋼纜皮帶的內芯會主逐漸將損傷擴大化，出現特定地點的鋼絲繩產生銹蝕腐蝕的損傷狀況，涂覆層也會逐漸磨損脫落。以上繁雜的影響會成為皮帶輸送機正產運行的危機，而且日常檢修巡查中基本上做不到用直觀的肉眼觀察和常規檢測等識別方法發現，如果不全面的對正在使用的鋼纜皮帶進行非接觸無損探測將會影響皮帶運輸系統的使用安全。

1 ?項目概述

本次東灘煤礦項目實施范圍為2條皮帶，具體計劃為在皮帶機頭安裝礦用隔爆兼本安型千兆環網交換機、膠帶機圖像識別裝置、膠帶巡檢探傷裝置，就地顯示控制裝置，在地面集控中心安裝遠程在線監控軟件，同時開發手機客戶端軟件，可以對出現的故障進行告警提醒。

本項目針對帶式輸送機正常運轉的應用需求，開發專業的視頻圖像識別軟件來判斷皮帶上識別是否存在大塊矸石、是否存在非法運人、堆煤等情況，設置監控敏感區域以及警報規則，及時發現安全隱患的現象，并發出報警或停機。同時通過視頻判斷皮帶開停狀態，與礦方建設的皮帶自動化系統進行數據整合，輔助提高皮帶集控的安全性。

2 ?系統具體設計

地面巡檢監控中心設置在礦調度中心，包括操作臺、硬盤錄像機、監控主機、軟件等設備。軟件具備巡檢交換機電源管理充放電功能、圖像錄像監控功能、皮帶組態畫面監控功能、皮帶探傷功能、數據WEB發布功能、數據視頻手機客戶端查看功能。

根據帶式鋼纜膠帶機特點，系統可以通過監控攝像頭對所監控到的實時圖像進行全面分析，制定完善的非安全區域以及異常報警區域，全程監控發現安全隱患的現象，并發出報警或停機。

本項目借助計算機視覺和圖像處理技術思想，針對主運輸系統的實際需求，提供一套智能化程度高、適用于礦區復雜環境、影像采集質量高、實用性強的皮帶異物視頻識別報警解決方案。具體內容包括：皮帶上大體積煤塊或煤矸石的視頻識別，實現自動識別報警或停機以及圖像抓拍功能;實現皮帶上掉落錨桿、皮帶托輥等視頻識別;實現皮帶上乘坐人員等其他大型異物的視頻識別;實現煤倉口或轉載點堆煤視頻識別;實現皮帶輸送煤量的視頻識別。

系統配置的千兆環網交換機為赫斯曼千兆交換機，與礦上原有赫斯曼交換機組環進網，同時配置礦用隔爆型鋰離子蓄電池電源，對交換機進行供電管理，保證供電時間不低于4h，同時蓄電池帶電源管理功能，地面工作人員可在地面進行電源狀態監測和遠程充放電設備。此種設計增加了系統的穩定性能。

皮帶探傷探測系統設備輪值當班操作者能夠在云端進行控制斷電或者送電，開停設備射線，視頻圖像的采集以及其他設備形態管理監視等行為，不需要值班操作的在就地就可以做到全部設備的開停操控和工況監測的任務，監測檢修系統的運行情況可以呈現在虛擬屏幕上。現場傳輸過來的皮帶探測參數采用多線程以及特殊的硬盤記錄方式全部存儲到計算的存儲器上，確保在數據存儲和錄像查看的時候，可以得到與現場基本吻合的膠帶機圖像做到沒有差別。通過精準的頻域和值域這兩個算法對鋼纜皮帶參數進行后臺分析[2]，不需要值班人員的參與就可以對一條皮帶全部數據進行異常識別和分析，完包括膠帶機的異常、斷裂、接頭松動等異常狀況，數據處理后對所有情況進行異常的歸類整理，為使用客戶的維修提供了方便。通過放大鏡的理論可以對各類故障進行精準的觀察包括是否劈絲、腐蝕等。系統操作非常方便，能夠對皮帶機測量帶面在1MM的精度任意兩點內進行測距[3]，測量精度非常高。鋼絲繩探傷軟件基于系統的安全參數在軟件界面上可以自動設置報警上下限，當皮帶機的膠帶強度不在范圍之內時自動發出語音和閃光的警示。利用膠帶機識別到的數據及算法分析，可以定位系統記錄的每個故障，同時在電腦屏幕顯示器上進行信息顯示和提出數據報告。

而且系統采用視頻錄像回放的方式能夠將整個皮帶的運行狀況進行二維重現，并且與自動化項目進行聯動調整皮帶的運行速度，系統采集到的任何一個故障點的圖像都可以通過雙擊的方式進行跳轉定位。

3 ?系統功能

3.1 系統故障自判斷報警

系統各組成模塊應具備出現故障自判斷功能，發出報警信息，提示系統維護人員及時維護，保持平臺數據的正確性，提高平臺的使用性。

3.2 系統手動和自動復位功能

平臺可設置手動復位和自動復位兩種工作模式，以適用多種實際生產需求。

3.3 擴展功能

系統應具有與綜合自動化系統平臺對接的功能，滿足系統數據上傳要求。

4 ?系統效果

通過本項目的開發，依靠先進的管理理念、采用現代化信息與通信技術，結合新開發的設備，將工業視頻和膠帶機無損探傷方法投入于皮帶機保護系統中，通過圖像精準判斷識別，對特殊的異常煤炭，煤矸石，鐵錨桿等做到及時圖像判定識別，采用這樣的圖像識別系統和鋼絲繩監測裝置，能夠及時的將膠帶機的異常狀況如保護異常、煤炭堆煤、皮帶撕裂等影響安全生產的問題告知給皮帶司機，防止發生重大安全事故。當突發事件發生時，可以有效的減少異常情況決策時間，降低報警系統的誤報率，為廠礦工業行業的正常生產減少事故提供保障。

參考文獻

[1] 馬永，孫巖冰，王桂華.基于PLC的帶式輸送機智能保護系統設計[J].工礦自動化，2011（1）：86-88.

[2] 盛新，孫濤，王玉瑋.變頻器在切紙機張力控制中的應用[J].變頻器世界，2008（7）：71-73.

[3] 劉洋，黃欣.基于圖像識別的網上閱卷系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2016（19）.