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(shù)的煤礦井下膠帶機智能巡檢的系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)、圖像識別檢測技術(shù)、膠帶機探傷系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)等多種新型實用技術(shù)。該膠帶機系統(tǒng)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(shù)在煤礦井下應(yīng)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(guān)鍵詞：圖像識別 ?皮帶探傷 ?手機終端

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

根據(jù)國內(nèi)煤礦礦山實際生產(chǎn)的特殊需求及行業(yè)特點，多大數(shù)礦山企業(yè)及廠礦都建立了工業(yè)視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶集控系統(tǒng)、設(shè)備點檢系統(tǒng)、皮帶電力監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶在線監(jiān)測系統(tǒng)等等，但是各種系統(tǒng)相對獨立，沒有完全整合到一塊，造成了各個系統(tǒng)的重復(fù)投資，成為了一個信息孤島[1]。如雖然工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用為礦山安全生產(chǎn)、全面全方位監(jiān)控提供了可靠直觀的決策手段，但是礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然遭到某種固有方面的限制，特別涵蓋生物做為監(jiān)測者固有的先天上的缺陷，同時也囊括工業(yè)電視系統(tǒng)組成以及工業(yè)視頻監(jiān)測設(shè)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(yè)電視系統(tǒng)均在某種不同方面存在報警準(zhǔn)確度低差，存在漏報以及誤報的現(xiàn)象，報警時間響應(yīng)周期長，存儲的錄像數(shù)據(jù)容量分析不容易等特點，進(jìn)一步影響系統(tǒng)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(gòu)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(fù)荷承重能力。鋼纜皮帶的鋼絲繩的接頭或者鏈接部位經(jīng)過長時間的連續(xù)運行常常會由于遭受外界的感應(yīng)力進(jìn)而出現(xiàn)相對滑落甚至移動的現(xiàn)象。不同使用環(huán)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(fēng)險，鋼纜皮帶長時間高負(fù)荷的連續(xù)工作會受到承重壓力，被動彎曲，拉伸載荷等不同方式，導(dǎo)致鋼纜皮帶的內(nèi)芯會主逐漸將損傷擴(kuò)大化，出現(xiàn)特定地點的鋼絲繩產(chǎn)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(chǎn)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(guī)檢測等識別方法發(fā)現(xiàn)，如果不全面的對正在使用的鋼纜皮帶進(jìn)行非接觸無損探測將會影響皮帶運輸系統(tǒng)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(huán)網(wǎng)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(yuǎn)程在線監(jiān)控軟件，同時開發(fā)手機客戶端軟件，可以對出現(xiàn)的故障進(jìn)行告警提醒。

本項目針對帶式輸送機正常運轉(zhuǎn)的應(yīng)用需求，開發(fā)專業(yè)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(shè)置監(jiān)控敏感區(qū)域以及警報規(guī)則，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)象，并發(fā)出報警或停機。同時通過視頻判斷皮帶開停狀態(tài)，與礦方建設(shè)的皮帶自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，輔助提高皮帶集控的安全性。

2 ?系統(tǒng)具體設(shè)計

地面巡檢監(jiān)控中心設(shè)置在礦調(diào)度中心，包括操作臺、硬盤錄像機、監(jiān)控主機、軟件等設(shè)備。軟件具備巡檢交換機電源管理充放電功能、圖像錄像監(jiān)控功能、皮帶組態(tài)畫面監(jiān)控功能、皮帶探傷功能、數(shù)據(jù)WEB發(fā)布功能、數(shù)據(jù)視頻手機客戶端查看功能。

根據(jù)帶式鋼纜膠帶機特點，系統(tǒng)可以通過監(jiān)控攝像頭對所監(jiān)控到的實時圖像進(jìn)行全面分析，制定完善的非安全區(qū)域以及異常報警區(qū)域，全程監(jiān)控發(fā)現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)象，并發(fā)出報警或停機。

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

系統(tǒng)配置的千兆環(huán)網(wǎng)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(huán)進(jìn)網(wǎng)，同時配置礦用隔爆型鋰離子蓄電池電源，對交換機進(jìn)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(jìn)行電源狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程充放電設(shè)備。此種設(shè)計增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

皮帶探傷探測系統(tǒng)設(shè)備輪值當(dāng)班操作者能夠在云端進(jìn)行控制斷電或者送電，開停設(shè)備射線，視頻圖像的采集以及其他設(shè)備形態(tài)管理監(jiān)視等行為，不需要值班操作的在就地就可以做到全部設(shè)備的開停操控和工況監(jiān)測的任務(wù)，監(jiān)測檢修系統(tǒng)的運行情況可以呈現(xiàn)在虛擬屏幕上。現(xiàn)場傳輸過來的皮帶探測參數(shù)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(shù)據(jù)存儲和錄像查看的時候，可以得到與現(xiàn)場基本吻合的膠帶機圖像做到?jīng)]有差別。通過精準(zhǔn)的頻域和值域這兩個算法對鋼纜皮帶參數(shù)進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)處理后對所有情況進(jìn)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(jìn)行精準(zhǔn)的觀察包括是否劈絲、腐蝕等。系統(tǒng)操作非常方便，能夠?qū)ζC測量帶面在1MM的精度任意兩點內(nèi)進(jìn)行測距[3]，測量精度非常高。鋼絲繩探傷軟件基于系統(tǒng)的安全參數(shù)在軟件界面上可以自動設(shè)置報警上下限，當(dāng)皮帶機的膠帶強度不在范圍之內(nèi)時自動發(fā)出語音和閃光的警示。利用膠帶機識別到的數(shù)據(jù)及算法分析，可以定位系統(tǒng)記錄的每個故障，同時在電腦屏幕顯示器上進(jìn)行信息顯示和提出數(shù)據(jù)報告。

而且系統(tǒng)采用視頻錄像回放的方式能夠?qū)⒄麄€皮帶的運行狀況進(jìn)行二維重現(xiàn)，并且與自動化項目進(jìn)行聯(lián)動調(diào)整皮帶的運行速度，系統(tǒng)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(jìn)行跳轉(zhuǎn)定位。

3 ?系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)故障自判斷報警

系統(tǒng)各組成模塊應(yīng)具備出現(xiàn)故障自判斷功能，發(fā)出報警信息，提示系統(tǒng)維護(hù)人員及時維護(hù)，保持平臺數(shù)據(jù)的正確性，提高平臺的使用性。

3.2 系統(tǒng)手動和自動復(fù)位功能

平臺可設(shè)置手動復(fù)位和自動復(fù)位兩種工作模式，以適用多種實際生產(chǎn)需求。

3.3 擴(kuò)展功能

系統(tǒng)應(yīng)具有與綜合自動化系統(tǒng)平臺對接的功能，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳要求。

4 ?系統(tǒng)效果

通過本項目的開發(fā)，依靠先進(jìn)的管理理念、采用現(xiàn)代化信息與通信技術(shù)，結(jié)合新開發(fā)的設(shè)備，將工業(yè)視頻和膠帶機無損探傷方法投入于皮帶機保護(hù)系統(tǒng)中，通過圖像精準(zhǔn)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(tǒng)和鋼絲繩監(jiān)測裝置，能夠及時的將膠帶機的異常狀況如保護(hù)異常、煤炭堆煤、皮帶撕裂等影響安全生產(chǎn)的問題告知給皮帶司機，防止發(fā)生重大安全事故。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時，可以有效的減少異常情況決策時間，降低報警系統(tǒng)的誤報率，為廠礦工業(yè)行業(yè)的正常生產(chǎn)減少事故提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬永，孫巖冰，王桂華.基于PLC的帶式輸送機智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用[J].變頻器世界，2008（7）：71-73.

[3] 劉洋，黃欣.基于圖像識別的網(wǎng)上閱卷系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（19）.