基于視頻抽幀技術(shù)的輸煤皮帶智能監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與運用

鄒凇宇,王天曉,張新旭

國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司,新疆 哈密 839000

0 引言

隨著工業(yè)自動化和智能化的發(fā)展,智能監(jiān)測系統(tǒng)在輸煤皮帶中的應用越來越廣泛。輸煤皮帶作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要傳輸設(shè)備,其運行狀態(tài)直接影響到整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng)的輸煤皮帶監(jiān)測方法存在著許多問題,例如監(jiān)測效果不佳、數(shù)據(jù)處理能力不足、預警反應不及時等。為了解決這些問題,本文提出了一種基于視頻抽幀技術(shù)的輸煤皮帶智能監(jiān)測系統(tǒng),旨在實現(xiàn)輸煤皮帶實時、準確、智能監(jiān)測。

1 視頻抽幀技術(shù)概述

視頻抽幀技術(shù)是一種從連續(xù)視頻中抽取關(guān)鍵幀的技術(shù),通過模擬每隔一段時間拍攝1張照片并接合起來形成視頻的過程,能夠最大限度地降低內(nèi)存使用率,降低服務器消耗,提高視頻處理效率[1]。在輸煤皮帶智能監(jiān)測系統(tǒng)中,視頻抽幀技術(shù)能夠?qū)o用的視頻摒棄掉,把有用的視頻截取成照片進行存儲,為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過合理的抽幀率設(shè)置,保證監(jiān)測的實時性和準確性,如圖1所示。

圖1 視頻抽幀技術(shù)處理邏輯

1.1 主要原理與關(guān)鍵技術(shù)

視頻抽幀技術(shù)的核心原理是基于連續(xù)視頻幀之間的相似性,設(shè)置合適的抽幀頻率,保證視頻內(nèi)容基本不變的前提下,大幅降低視頻數(shù)據(jù)的存儲和傳輸需求。在抽幀過程中,關(guān)鍵幀的選取是關(guān)鍵,通常會選擇具有代表性或轉(zhuǎn)折點的幀作為關(guān)鍵幀。運動估計是判斷相鄰幀之間的差異,以確定哪些幀可以被安全省略。關(guān)鍵幀選擇則依賴于特定的算法,例如基于內(nèi)容的抽幀、基于運動補償?shù)某閹?以確定哪些幀應被保留作為關(guān)鍵幀。

1.2 應用場景與發(fā)展趨勢

在輸煤皮帶智能監(jiān)測系統(tǒng)中,視頻抽幀技術(shù)主要用于壓縮連續(xù)的視頻流,減少數(shù)據(jù)量,提高數(shù)據(jù)處理速度。從壓縮后的視頻流中提取的關(guān)鍵幀可用于后續(xù)的圖像處理和智能分析,以實現(xiàn)輸煤皮帶的實時、準確監(jiān)測。隨著人工智能和機器學習技術(shù)的快速發(fā)展,視頻抽幀技術(shù)也在不斷進步。未來的發(fā)展趨勢包括基于深度學習的抽幀技術(shù)、高效率壓縮標準如多功能視頻編碼(versatile video coding,VVC)的應用以及與云計算、邊緣計算的結(jié)合等[2]。這些技術(shù)的發(fā)展將進一步提高視頻抽幀的效率和準確性,為智能監(jiān)測系統(tǒng)的應用提供更好的支持。

2 系統(tǒng)研發(fā)

在研發(fā)初期須進行深入的需求分析,明確系統(tǒng)需要具備實時監(jiān)測、故障預警、數(shù)據(jù)交互和控制等功能。根據(jù)這些需求,設(shè)計包括視頻采集模塊、抽幀處理模塊、深度學習分析模塊、預警與控制模塊等在內(nèi)的系統(tǒng)架構(gòu)。在研發(fā)過程中,遇到一些技術(shù)挑戰(zhàn),例如視頻流的穩(wěn)定傳輸、高準確率的異常檢測、實時的預警和控制等[3]。針對這些問題,采取一系列有效的解決方案,例如優(yōu)化傳輸協(xié)議以保障視頻流的穩(wěn)定性,采用先進的深度學習算法提高異常檢測的準確率,以及通過多線程和異步處理實現(xiàn)實時預警和控制,監(jiān)測平臺界面截圖如圖2所示。

圖2 基于視頻抽幀技術(shù)的輸煤棧橋智能監(jiān)測平臺

2.1 硬件選型與設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求,選擇合適的攝像機、服務器和網(wǎng)絡設(shè)備等硬件設(shè)備。攝像機要具備高分辨率和高幀率,能捕捉輸煤皮帶上物體的清晰圖像。服務器要具備強大的數(shù)據(jù)處理能力和穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接,能實時接收和處理視頻數(shù)據(jù)。要設(shè)計合理的硬件布局,確保各個設(shè)備之間的連接穩(wěn)定可靠。硬件設(shè)備的選型與設(shè)計需要充分考慮實際應用場景和用戶需求,以確保系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 軟件設(shè)計與開發(fā)

軟件是整個系統(tǒng)的核心,應根據(jù)實際需求進行詳細的需求分析和設(shè)計。在實時監(jiān)測方面,設(shè)計高效的視頻抽幀算法和圖像處理算法,實現(xiàn)快速的視頻流處理和圖像識別;在數(shù)據(jù)處理與分析方面,采用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對海量的歷史數(shù)據(jù)進行挖掘和分析;在預警反應與控制方面,將視頻識別結(jié)果數(shù)據(jù)實時傳輸至輸煤DCS系統(tǒng),結(jié)合已有的數(shù)據(jù)進行輔助判斷后,自動發(fā)出相應的控制指令。同時,設(shè)計友好的用戶界面,方便用戶進行系統(tǒng)配置和監(jiān)控。軟件設(shè)計與開發(fā)過程中應注重模塊化設(shè)計思想的應用,以提高代碼的可讀性、可維護性和可擴展性。

2.3 測試與優(yōu)化

在系統(tǒng)研發(fā)完成后,進行全面的測試和優(yōu)化工作。測試主要包括功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試等,通過測試發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題和缺陷,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。優(yōu)化主要包括算法優(yōu)化和系統(tǒng)性能優(yōu)化等,通過優(yōu)化提高系統(tǒng)的處理效率和處理能力,滿足實際應用的需求。測試與優(yōu)化過程中需要充分考慮各種場景和條件下的性能表現(xiàn),以確保系統(tǒng)的可靠性。

2.4 集成與部署

根據(jù)實際應用場景和用戶需求,將智能監(jiān)測系統(tǒng)集成到輸煤皮帶控制系統(tǒng)中。通過接口對接和數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)與輸煤皮帶控制系統(tǒng)的無縫集成,同時進行系統(tǒng)部署和現(xiàn)場調(diào)試工作,確保系統(tǒng)能夠正常運行并滿足實際應用需求。集成與部署過程中應充分考慮系統(tǒng)的可擴展性和可定制性,以滿足不同用戶的個性化需求。

3 系統(tǒng)運用

通過實時監(jiān)測、預警、故障診斷、優(yōu)化控制等功能,該系統(tǒng)顯著提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備安全性。

3.1 實時監(jiān)測與預警

在輸煤皮帶區(qū)域安裝高清攝像機,利用視頻抽幀技術(shù)對輸煤皮帶進行實時監(jiān)測。通過對抽取的關(guān)鍵幀進行圖像處理和模式識別,實現(xiàn)對皮帶撕裂、堵煤、跑偏等異常狀態(tài)的自動識別和預警。實時監(jiān)測與預警功能及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題,降低人工干預和預防事故發(fā)生,有效地提高設(shè)備的運行效率和安全性。同時,為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供第一手資料,為優(yōu)化設(shè)備運行提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 數(shù)據(jù)處理與分析

通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對視頻抽幀技術(shù)所抽取的關(guān)鍵幀進行深入分析,挖掘出皮帶的運行規(guī)律和異常模式,為預防性維護提供數(shù)據(jù)支持。同時,利用深度學習技術(shù)對圖像數(shù)據(jù)進行訓練和學習,提高自動識別的準確率。通過不斷地學習和優(yōu)化該系統(tǒng),使其能更好地適應各種復雜環(huán)境和異常情況,提高監(jiān)測的準確性和可靠性。

3.3 智能控制與遠程監(jiān)控

通過與輸煤皮帶控制系統(tǒng)的集成,系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)整輸煤皮帶的運行速度、配煤比例等參數(shù),實現(xiàn)智能控制。通過遠程監(jiān)控功能,用戶可以在遠程監(jiān)控中心實時查看輸煤皮帶的運行狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指令等,方便對設(shè)備進行遠程管理和控制。這種智能控制與遠程監(jiān)控功能提高生產(chǎn)效率,降低人工干預和事故風險,對企業(yè)的遠程管理、智能化生產(chǎn)和節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

4 結(jié)束語

試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)能大幅提升輸煤皮帶的運行效率和安全性,預警時效能夠控制在3 000 ms以內(nèi),準確率能夠保持在98%以上。通過對比傳統(tǒng)的監(jiān)測方法,發(fā)現(xiàn)視頻抽幀技術(shù)具有更高的數(shù)據(jù)處理效率和準確性,能實現(xiàn)全方位的監(jiān)控和自動識別比對。在實時監(jiān)測方面,能及時發(fā)現(xiàn)并預警輸煤皮帶運行中的異常情況,例如撕裂、堵煤、跑偏等;在數(shù)據(jù)處理與分析方面,能通過對歷史數(shù)據(jù)的分析,挖掘出皮帶的運行規(guī)律和異常模式,為預防性維護提供數(shù)據(jù)支持;在預警反應與控制方面,能結(jié)合已有的數(shù)據(jù)進行輔助判斷后,自動發(fā)出相應的控制指令,實現(xiàn)智能控制。該系統(tǒng)還具有較好的擴展性和可定制性,可根據(jù)不同用戶的需求進行個性化的功能定制和優(yōu)化。

隨著技術(shù)進步和需求提升,輸煤皮帶智能監(jiān)測系統(tǒng)將不斷升級,實現(xiàn)更高效、準確、智能的監(jiān)測與控制。圖像處理技術(shù)將更高效,通過算法優(yōu)化和計算能力提升,更加高效的視頻抽幀技術(shù)能快速準確處理和分析圖像,縮短響應時間,提高實時性和準確性。多維度、多模態(tài)融合技術(shù)將整合溫度、振動、聲音等傳感器數(shù)據(jù),全面了解輸煤皮帶狀態(tài),提高故障診斷準確性和預警及時性。物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)將實現(xiàn)智能化遠程監(jiān)控與維護,操作人員能隨時隨地監(jiān)控和維護設(shè)備,提高運維效率和響應速度。此外,通過與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,智能監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通和協(xié)同工作,為企業(yè)構(gòu)建智能化、自動化生產(chǎn)體系提供支持。