基于图像识别技术的煤矿井下胶带机智能巡检的研究与应用

王海君 谢宝东 李峰光

摘   要：本文介绍了一种在兖矿东滩煤矿实施的基于新型图像识别技术的煤矿井下胶带机智能巡检的系统，该系统融合了井下视频监控系统、图像识别检测技术、胶带机探伤系统、智能化控制系统等多种新型实用技术。该胶带机系统的实施为基于煤矿钢缆胶带机的图像识别的智能决策及控制技术在煤矿井下应用起到了很好的示范效果，同时为新时代煤矿的智能化开采提出了新的解决方案。

关键词：图像识别  皮带探伤  手机终端

中图分类號：TD528                                 文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）04（c）-0008-02

根据国内煤矿矿山实际生产的特殊需求及行业特点，多大数矿山企业及厂矿都建立了工业视频图像监控系统、皮带集控系统、设备点检系统、皮带电力监控系统、皮带在线监测系统等等，但是各种系统相对独立，没有完全整合到一块，造成了各个系统的重复投资，成为了一个信息孤岛[1]。如虽然工业视频监视系统的应用为矿山安全生产、全面全方位监控提供了可靠直观的决策手段，但是矿山视频监控系统仍然遭到某种固有方面的限制，特别涵盖生物做为监测者固有的先天上的缺陷，同时也囊括工业电视系统组成以及工业视频监测设施在性能和特点上的缺限性，这些特殊的因素使这样的工业电视系统均在某种不同方面存在报警准确度低差，存在漏报以及误报的现象，报警时间响应周期长，存储的录像数据容量分析不容易等特点，进一步影响系统的使用安全，同时实用性也不高。

煤矿井下钢丝绳皮带及钢缆皮带中的特殊钢丝绳是一种特殊的金属构件，它被某种特殊的硫化橡胶包覆，广泛适用于提高井下胶带机的负荷承重能力。钢缆皮带的钢丝绳的接头或者链接部位经过长时间的连续运行常常会由于遭受外界的感应力进而出现相对滑落甚至移动的现象。不同使用环境中的不同煤炭或者矸石的压迫及跳动会陪伴胶带机全部使用生命始终，所以钢丝绳就必然会遇到被切割或断砸重压的高风险，钢缆皮带长时间高负荷的连续工作会受到承重压力，被动弯曲，拉伸载荷等不同方式，导致钢缆皮带的内芯会主逐渐将损伤扩大化，出现特定地点的钢丝绳产生锈蚀腐蚀的损伤状况，涂覆层也会逐渐磨损脱落。以上繁杂的影响会成为皮带输送机正产运行的危机，而且日常检修巡查中基本上做不到用直观的肉眼观察和常规检测等识别方法发现，如果不全面的对正在使用的钢缆皮带进行非接触无损探测将会影响皮带运输系统的使用安全。

1  项目概述

本次东滩煤矿项目实施范围为2条皮带，具体计划为在皮带机头安装矿用隔爆兼本安型千兆环网交换机、胶带机图像识别装置、胶带巡检探伤装置，就地显示控制装置，在地面集控中心安装远程在线监控软件，同时开发手机客户端软件，可以对出现的故障进行告警提醒。

本项目针对带式输送机正常运转的应用需求，开发专业的视频图像识别软件来判断皮带上识别是否存在大块矸石、是否存在非法运人、堆煤等情况，设置监控敏感区域以及警报规则，及时发现安全隐患的现象，并发出报警或停机。同时通过视频判断皮带开停状态，与矿方建设的皮带自动化系统进行数据整合，辅助提高皮带集控的安全性。

2  系统具体设计

地面巡检监控中心设置在矿调度中心，包括操作台、硬盘录像机、监控主机、软件等设备。软件具备巡检交换机电源管理充放电功能、图像录像监控功能、皮带组态画面监控功能、皮带探伤功能、数据WEB发布功能、数据视频手机客户端查看功能。

根据带式钢缆胶带机特点，系统可以通过监控摄像头对所监控到的实时图像进行全面分析，制定完善的非安全区域以及异常报警区域，全程监控发现安全隐患的现象，并发出报警或停机。

本项目借助计算机视觉和图像处理技术思想，针对主运输系统的实际需求，提供一套智能化程度高、适用于矿区复杂环境、影像采集质量高、实用性强的皮带异物视频识别报警解决方案。具体内容包括：皮带上大体积煤块或煤矸石的视频识别，实现自动识别报警或停机以及图像抓拍功能;实现皮带上掉落锚杆、皮带托辊等视频识别;实现皮带上乘坐人员等其他大型异物的视频识别;实现煤仓口或转载点堆煤视频识别;实现皮带输送煤量的视频识别。

系统配置的千兆环网交换机为赫斯曼千兆交换机，与矿上原有赫斯曼交换机组环进网，同时配置矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，对交换机进行供电管理，保证供电时间不低于4h，同时蓄电池带电源管理功能，地面工作人员可在地面进行电源状态监测和远程充放电设备。此种设计增加了系统的稳定性能。

皮带探伤探测系统设备轮值当班操作者能够在云端进行控制断电或者送电，开停设备射线，视频图像的采集以及其他设备形态管理监视等行为，不需要值班操作的在就地就可以做到全部设备的开停操控和工况监测的任务，监测检修系统的运行情况可以呈现在虚拟屏幕上。现场传输过来的皮带探测参数采用多线程以及特殊的硬盘记录方式全部存储到计算的存储器上，确保在数据存储和录像查看的时候，可以得到与现场基本吻合的胶带机图像做到没有差别。通过精准的频域和值域这两个算法对钢缆皮带参数进行后台分析[2]，不需要值班人员的参与就可以对一条皮带全部数据进行异常识别和分析，完包括胶带机的异常、断裂、接头松动等异常状况，数据处理后对所有情况进行异常的归类整理，为使用客户的维修提供了方便。通过放大镜的理论可以对各类故障进行精准的观察包括是否劈丝、腐蚀等。系统操作非常方便，能够对皮带机测量带面在1MM的精度任意两点内进行测距[3]，测量精度非常高。钢丝绳探伤软件基于系统的安全参数在软件界面上可以自动设置报警上下限，当皮带机的胶带强度不在范围之内时自动发出语音和闪光的警示。利用胶带机识别到的数据及算法分析，可以定位系统记录的每个故障，同时在电脑屏幕显示器上进行信息显示和提出数据报告。

而且系统采用视频录像回放的方式能够将整个皮带的运行状况进行二维重现，并且与自动化项目进行联动调整皮带的运行速度，系统采集到的任何一个故障点的图像都可以通过双击的方式进行跳转定位。

3  系统功能

3.1 系统故障自判断报警

系统各组成模块应具备出现故障自判断功能，发出报警信息，提示系统维护人员及时维护，保持平台数据的正确性，提高平台的使用性。

3.2 系统手动和自动复位功能

平台可设置手动复位和自动复位两种工作模式，以适用多种实际生产需求。

3.3 扩展功能

系统应具有与综合自动化系统平台对接的功能，满足系统数据上传要求。

4  系统效果

通过本项目的开发，依靠先进的管理理念、采用现代化信息与通信技术，结合新开发的设备，将工业视频和胶带机无损探伤方法投入于皮带机保护系统中，通过图像精准判断识别，对特殊的异常煤炭，煤矸石，铁锚杆等做到及时图像判定识别，采用这样的图像识别系统和钢丝绳监测装置，能够及时的将胶带机的异常状况如保护异常、煤炭堆煤、皮带撕裂等影响安全生产的问题告知给皮带司机，防止发生重大安全事故。当突发事件发生时，可以有效的减少异常情况决策时间，降低报警系统的误报率，为厂矿工业行业的正常生产减少事故提供保障。

参考文献

[1] 马永，孙岩冰，王桂华.基于PLC的带式输送机智能保护系统设计[J].工矿自动化，2011（1）：86-88.

[2] 盛新，孙涛，王玉玮.变频器在切纸机张力控制中的应用[J].变频器世界，2008（7）：71-73.

[3] 刘洋，黄欣.基于图像识别的网上阅卷系统的设计[J].电子技术与软件工程，2016（19）.