一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統的製作方法
2023-05-15 12:23:46
專利名稱：一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種井下噴霧除塵控制系統，尤其是一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統。
背景技術：
目前粉塵在線監測及噴霧除塵聯動系統在煤礦較為普遍，煤礦粉塵濃度在線測量方法主要有三種。(I)光透射法(又稱消光法)，它是利用光線通過粉塵介質時，由於微粒對光線的散射和吸收，使光強發生衰減的原理來測量粉塵濃度。(2) MESA法，MESA測量系統結合了透射法和壓電振動法兩種方法。壓電振動法是利用壓電材料由於附上粉塵後質量改變引起壓電振動頻率改變的原理來測量粉塵濃度，即用石英晶體作傳感器來測量。其中測量粉塵濃度方面它借用了上述德國柏林工業大學的專利技術，利用壓電振動法測量粉塵的質量濃度後，然後根據消光理論，求得粉塵的濃度與平均粒度。(3)散射法，它是通過測量顆粒受光照射後所發出的散射光信號大小來測量被測顆粒的重量濃度，日本SIBATA公司生產的PS型可攜式數字粉塵儀是利用了這種測量原理。以上三種方法在精度均能滿足礦井粉塵監測的需要，但是硬體設備要求高，購買成本尤其是維修成本高，機器損耗率高。另外，由於以上三種方法一次測量的範圍較小，不具有代表性，其測量結果還是具有即時性個體性的特點，再者，礦井工作面的粉塵濃度空間分布不均勻而且變化性強，從而導致除塵系統獲得高濃度的粉塵即時數值時便引發噴霧除塵動作。長期來看，基於上述三種監測技術的除塵聯動系統誤動作率高，嚴重影響正常作業，較高的維護費用也對煤礦效益造成一定影響。從實際來看，大多數礦井雖然裝有粉塵在線監測及噴霧除塵聯動系統，但有部分礦井因為上述原因長期關閉此系統，所以說上述系統在實際應用中存在缺陷。
發明內容
本發明是利用圖像比較對煤礦井下產塵點的粉塵狀況進行評價，根據粉塵汙染程度自動控制各產塵點的噴霧降塵聯動系統。該系統可更有效的自動管理和控制井下各處噴霧除塵系統，改善降塵效果。本發明採用如下技術方案:一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統，其特徵在於:包括圖像評價部分和狀態控制部分，所述圖像評價部分是通過設置在產塵點的圖像傳感器對特定的產塵空間進行監控，通過與設置的背景圖像比較得到評價結果；所述狀態控制部分根據圖像評價的結果來控制設置在產塵點的噴霧裝置。當粉塵汙染程度超過特定的粉塵汙染等級時，輸出啟動相應噴霧系統信號；當降到特定粉塵汙染等級後，輸出關閉指定範圍的噴霧系統信號；如符合設定的環境最高標準後，則關閉全部的噴霧系統；所述狀態控制部分主要通過控制箱來控制安裝在各產塵點的噴霧降塵系統。優選地，所述視覺汙染傳感器主要包括以下模塊:圖像捕捉模塊、圖像數位化模塊、智能判斷決策模塊；所述視覺汙染傳感器通過圖像捕捉裝置將所拍攝目標轉換成圖像信號並傳送給專用的圖像處理模塊，圖像數位化模塊根據像素分布、黑度等信息轉變成數位訊號，智能判斷模塊對這些特徵進行各種運算並通過與基準圖像的比較得出粉塵汙染程度的評價。優選地，所述狀態控制部分主要通過控制箱來控制安裝在各產塵點的噴霧降塵系統。優選地，還包括照明系統，所述照明系統的光照強度能夠根據現場的狀況來設定。本發明的有益效果為，該系統的開發實現了煤礦井下粉塵汙染等級的有效監測以及噴霧裝置的即時控制，是煤礦粉塵防治的有力工具，具有廣泛使用前景。
圖1是本發明的結構框圖。
具體實施例方式下面根據實施例對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明主要有以下功能系統:(I)粉塵視角汙染傳感器粉塵視角汙染傳感器3其作用在於實時拍攝產塵點的圖像並與設定的背景圖像做比較，評價出粉塵的汙染等級並根據評價結果控制噴霧聯動系統。關鍵在於可以通過圖像對比確定粉塵的汙染程度，這樣通過宏觀的圖像比較來確定粉塵汙染程度的方法更好的應用於煤礦井下現場。通過所拍攝的現場環境圖像與基準圖像的黑度比較得出粉塵汙染程度的評價，實現圖像信號向數位訊號的轉化並最終實現對噴霧裝置的控制。主要包括以下系統:圖像捕捉模塊、圖像數位化模塊、智能判斷決策模塊。首先通過傳感器將不同級別的粉塵狀態圖像加以存儲，作為比較的基準。在煤礦生產時，實時拍攝工作面圖像，圖像拍攝的間隔可以根據現場的實際情況由使用者自主設定，通過對實時圖像的識別得到粉塵汙染等級並發送到監測系統。設定可接受的粉塵汙染等級；當粉塵汙染程度超過特定的粉塵汙染等級時，輸出啟動相應噴霧系統信號；當降到特定粉塵汙染等級後，輸出關閉指定範圍的噴霧系統信號；如符合設定的環境最高標準後，則關閉全部的噴霧系統。(2)照明系統照明系統2其作用在於為照片的拍攝提供一個穩定的光照條件以便粉塵視角汙染傳感器能夠對兩組圖像做一個儘可能精確的相似度比較。由於該套系統是基於圖像對比得出粉塵的汙染等級，考慮到井下的複雜環境，為了使拍攝的圖像能和背景圖像更好的做相似度的比較，需要安設適當的照明系統來保證拍攝時除去粉塵濃度外的其他因素儘可能的相同，照明系統的光照強度可以根據現場的狀況來設定。(3)控制箱控制箱4根據視覺汙染傳感器發出的信號做出不同的動作，直接控制著安裝在產塵點的噴霧降塵系統，控制噴頭的數量和受控噴頭的位置可以根據現場的實際情況進行設定。當接受到啟動噴霧系統信號後，啟動噴霧系統；當接受到關閉噴霧系統信號後，關閉噴霧系統信號。(4)噴霧系統噴霧系統5主要是安設在輸送機轉載點等重要井下局部產塵點的噴霧裝置。噴嘴的安布位置應該使噴出的水霧有效霧化區域覆蓋整個產塵點，且有效覆蓋區域內的水幕要具有一定的厚度。噴嘴的數量要視煤的溼潤程度而定，噴嘴過多對裝運、篩分很不利；噴嘴太少則達不到預期的除塵效果。噴霧系統所採用的噴頭的各項指標如:噴水壓力、耗水量、噴水密度、噴塑射程、水滴平均直徑以及水滴的大小分布等參數的選取及噴頭的數量要根據不同應用條件的變化來選取。各系統的信號傳遞過程如下:視覺汙染傳感器內在的動作過程包括通過圖像捕捉裝置6如CCD攝像機將所拍攝目標轉換成圖像信號並傳送給專用的圖像處理模塊，圖像數位化模塊根據像素分布、黑度等信息轉變成數位訊號，智能判斷模塊對這些特徵進行各種運算並通過與基準圖像的比較得出粉塵汙染程度的評價。視覺汙染傳感器將評價結果的電子信號輸送到控制箱，控制箱將視覺汙染傳感器輸入的電子信號轉化為機械動作，控制著噴霧降塵系統的開啟與關閉。操作過程如下:(I)將該套裝置的攝像裝置和噴霧裝置安置在轉載點和裝載點等重要的局部產塵點，調整好攝像裝置的角度和方向，然後接通電源I開，啟照明系統並設定好光照的強度。(2)依據煤礦井下一線員工工作時，對粉塵環境的實際感受和需求(這種感受和需求在不同條件和管理水平的礦井並不一致)，人工在線拍攝相應粉塵環境級別的背景圖像，以作為比較的基準。(3)本系統為自動監測，根據現場情況，人工設定一個合適的間隔時間t，每t分鐘拍攝一張圖像通過與背景圖像比較確定粉塵汙染等級，當超過可接受粉塵汙染等級時，啟動噴霧系統；啟動噴霧系統後，每t分鐘拍攝一張圖像確定粉塵汙染等級，當粉塵汙染等級降到可接受範圍內後，關閉噴霧系統。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這裡無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬於本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。
權利要求
1.一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統，其特徵在於:包括圖像評價部分和狀態控制部分，所述圖像評價部分是通過設置在產塵點的圖像傳感器對特定的產塵空間進行監控，通過與設置的背景圖像比較得到評價結果；所述狀態控制部分根據圖像評價的結果來控制設置在產塵點的噴霧裝置。當粉塵汙染程度超過特定的粉塵汙染等級時，啟動相應噴霧系統信號；當降到特定粉塵汙染等級後，輸出關閉指定範圍的噴霧系統信號；如符合設定的環境最高標準後，則關閉全部的噴霧系統；所述狀態控制部分主要通過控制箱來控制安裝在各產塵點的噴霧降塵系統。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述視覺汙染傳感器主要包括以下模塊:圖像捕捉模塊、圖像數位化模塊、智能判斷決策模塊；所述視覺汙染傳感器通過圖像捕捉裝置將所拍攝目標轉換成圖像信號並傳送給專用的圖像處理模塊，圖像數位化模塊根據像素分布、黑度等信息轉變成數位訊號，智能判斷模塊對這些特徵進行各種運算並通過與基準圖像的比較得出粉塵汙染程度的評價。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於:所述狀態控制部分主要通過控制箱來控制安裝在各產塵點的噴霧降塵系統。
4.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於:還包括照明系統，所述照明系統的光照強度能夠根據現場的狀況來設定。
全文摘要
本發明公開了一種基於圖像的煤礦粉塵汙染評價及噴霧除塵聯動系統，包括圖像評價部分和狀態控制部分，所述圖像評價部分是通過設置在產塵點的圖像傳感器對整個產塵空間進行監控，通過與設置的背景圖像比較得到評價結果；所述狀態控制部分根據圖像評價的結果來控制設置在產塵點的噴霧裝置，當評價結果顯示當前粉塵濃度超過基準值時，啟動噴霧降塵系統；當評價結果顯示當前濃度低於基準值時，噴霧降塵系統關閉；所述狀態控制部分主要通過控制箱來控制安裝在各產塵點的噴霧降塵系統。
文檔編號E21F5/04GK103089291SQ20111034385
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者張江石, 牛勝利, 趙永光, 李巖, 陳斌 申請人:中國礦業大學(北京)