帶式輸送機運量的圖像分割監控系統

鞏衛國

（霍州煤電薛虎溝煤業公司）

隨著煤炭產量的不斷提高，煤炭生產企業對煤炭的運輸效率和經濟性提出了更高的要求，作為煤礦上煤炭運輸的核心設備，帶式輸送機在運行過程中的穩定性和經濟性，直接決定了企業的煤炭運輸成本和利潤由于煤炭開采過程中的不均衡性，導致單位時間內放置到帶式輸送機上的煤炭量存在著較大差異，使輸送機系統常常處于不均衡運載的狀態，不僅極易導致帶式輸送機運行過程中的跑帶、撒料現象，而且也使各驅動電機的載荷分布不均，嚴重影響輸送機運行過程中的安全性和電機的使用壽命［1］。目前所采用的依靠張力對輸送機的煤量進行判斷的方法在實際應用過程中極易受到動張力的影響，使系統無法準確判斷輸送帶上的煤量，造成調節失效，因此，在深入分析的基礎上提出了一種基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統，實現了對輸送帶上煤炭分布情況的精確監控，并根據監測結果，合理調整輸送帶的運行速度和不同時間內的裝煤量。實際應用表明，該方案極大地提升了輸送機系統運行的穩定性和單位時間內的運量，具有較大的應用推廣價值。

1 圖像分割法技術原理

圖像分割就是把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質的區域并提取出感興趣目標的技術和過程，采用模糊集理論［2］對所提取到的數據圖像進行輪廓分割和識別，具有圖像識別率高、識別速度快、穩定性好的優點。本研究所提出的基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統的圖像抓取和識別流程如圖1所示［3］。

由圖1可知，在該煤量識別系統中，首先使用工業攝像機對定點的輸送帶上的煤炭堆積狀態進行拍照，通過模糊C均值聚類圖像增強和模糊邊緣檢測技術［4-5］，實現對輸送帶上煤料邊界條件的確定，然后通過圖像分割方法對不同塊度大小的煤炭進行分割抓取，再采用立體匹配的方案進行二次煤料的圖像分割抓取，獲取輸送帶上煤料的三維數據信息，通過控制中心的方案，對煤料的初始體積進行計算和動態修正，最終獲取所拍攝圖片上煤量的質量數據。通過對監控點位輸送帶上的煤料連續跟蹤監測，即可獲取輸送帶上煤料的動態數據。

2 圖像分割法煤量識別效果分析

為了對該方案下連續運行輸送機的煤炭輸送量監測效果進行分析，本研究以帶式輸送機系統為分析對像，輸送機以正常運行的帶速3.15 m/s進行物料輸送作業，在一定時間內分別采用膠帶秤、張力物料質量判定以及基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統對輸送帶上的物料進行判斷，其中膠帶稱所測數值最為精確，但由于無法對輸送帶動態運行過程中的物料質量進行檢測，因此實際生產中無法應用，只能用于試驗測定。3種檢測方案的檢測結果如圖2所示，圖2中橫坐標表示10組采樣結果，縱坐標表示物料質量。

由實際監測結果可知，當采用基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統對輸送帶輸送過程中的物料質量進行監控，其監測結果和用膠帶稱所測得的煤炭運量基本一致，最大偏差僅為2.3%，而采用張力檢測時，其偏差巨大，最大偏差量達到了49.8%。由此可知，采用基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統能夠極大地提升對輸送機運量的檢測精度，可靠性好。

3 圖像分隔法對輸送機運量的影響分析

在基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統中，能夠根據所識別的帶式輸送機上煤炭的運量，自動調整上煤的速度和煤量，從而確保輸送機在整個運行過程中物料量的分布均勻性，有效避免了物料分布不均而導致的輸送帶跑偏、物料散料、各驅動電機輸出功率分布不均的現象。根據對輸送機優化前后的煤炭輸送量的對比可知，優化前輸送帶單位長度上物料質量約為181.2 kg，優化后輸送帶單位長度上物料的質量增加到207.6 kg，優化后比優化前的單元長度運量增加了12.7%，極大地提升了輸送機在運行過程中的經濟性和穩定性，有效地提升了帶式輸送機在運行過程中的可靠性，具有極大的應用推廣價值。

4 結論

（1）圖像分割就是把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質的區域并提取出感興趣目標的技術和過程，首先工業攝像機對定點的輸送帶上的煤炭堆積狀態進行拍照，然后用立體匹配的方案進行二次煤料的圖像分割抓取，通過控制中心的方案計算對煤料的初始體積進行計算，最終獲取精確的物料質量。

（2）基于圖像分割的帶式輸送機運量監控系統其監測結果和用膠帶稱所測得的結果基本一致，最大偏差僅為2.3%，能夠極大地提升對輸送機運量的檢測效果，精度高，可靠性好。

（3）優化后比優化前的單元長度運量增加了12.7%，極大地提升了輸送機在運行過程中的經濟性和穩定性，有效地提升了帶式輸送機在運行過程中的可靠性，具有極大的應用推廣價值。