基于视频抽帧技术的输煤皮带智能监测系统的研发与运用

邹凇宇,王天晓,张新旭

国网能源哈密煤电有限公司,新疆 哈密 839000

0 引言

随着工业自动化和智能化的发展,智能监测系统在输煤皮带中的应用越来越广泛。输煤皮带作为工业生产中的重要传输设备,其运行状态直接影响到整个生产过程的稳定性和安全性。传统的输煤皮带监测方法存在着许多问题,例如监测效果不佳、数据处理能力不足、预警反应不及时等。为了解决这些问题,本文提出了一种基于视频抽帧技术的输煤皮带智能监测系统,旨在实现输煤皮带实时、准确、智能监测。

1 视频抽帧技术概述

视频抽帧技术是一种从连续视频中抽取关键帧的技术,通过模拟每隔一段时间拍摄1张照片并接合起来形成视频的过程,能够最大限度地降低内存使用率,降低服务器消耗,提高视频处理效率[1]。在输煤皮带智能监测系统中,视频抽帧技术能够将无用的视频摒弃掉,把有用的视频截取成照片进行存储,为后续的数据处理和分析提供基础数据。通过合理的抽帧率设置,保证监测的实时性和准确性,如图1所示。

图1 视频抽帧技术处理逻辑

1.1 主要原理与关键技术

视频抽帧技术的核心原理是基于连续视频帧之间的相似性,设置合适的抽帧频率,保证视频内容基本不变的前提下,大幅降低视频数据的存储和传输需求。在抽帧过程中,关键帧的选取是关键,通常会选择具有代表性或转折点的帧作为关键帧。运动估计是判断相邻帧之间的差异,以确定哪些帧可以被安全省略。关键帧选择则依赖于特定的算法,例如基于内容的抽帧、基于运动补偿的抽帧等,以确定哪些帧应被保留作为关键帧。

1.2 应用场景与发展趋势

在输煤皮带智能监测系统中,视频抽帧技术主要用于压缩连续的视频流,减少数据量,提高数据处理速度。从压缩后的视频流中提取的关键帧可用于后续的图像处理和智能分析,以实现输煤皮带的实时、准确监测。随着人工智能和机器学习技术的快速发展,视频抽帧技术也在不断进步。未来的发展趋势包括基于深度学习的抽帧技术、高效率压缩标准如多功能视频编码(versatile video coding,VVC)的应用以及与云计算、边缘计算的结合等[2]。这些技术的发展将进一步提高视频抽帧的效率和准确性,为智能监测系统的应用提供更好的支持。

2 系统研发

在研发初期须进行深入的需求分析,明确系统需要具备实时监测、故障预警、数据交互和控制等功能。根据这些需求,设计包括视频采集模块、抽帧处理模块、深度学习分析模块、预警与控制模块等在内的系统架构。在研发过程中,遇到一些技术挑战,例如视频流的稳定传输、高准确率的异常检测、实时的预警和控制等[3]。针对这些问题,采取一系列有效的解决方案,例如优化传输协议以保障视频流的稳定性,采用先进的深度学习算法提高异常检测的准确率,以及通过多线程和异步处理实现实时预警和控制,监测平台界面截图如图2所示。

图2 基于视频抽帧技术的输煤栈桥智能监测平台

2.1 硬件选型与设计

根据系统的功能需求,选择合适的摄像机、服务器和网络设备等硬件设备。摄像机要具备高分辨率和高帧率,能捕捉输煤皮带上物体的清晰图像。服务器要具备强大的数据处理能力和稳定的网络连接,能实时接收和处理视频数据。要设计合理的硬件布局,确保各个设备之间的连接稳定可靠。硬件设备的选型与设计需要充分考虑实际应用场景和用户需求,以确保系统性能的稳定性和可靠性。

2.2 软件设计与开发

软件是整个系统的核心,应根据实际需求进行详细的需求分析和设计。在实时监测方面,设计高效的视频抽帧算法和图像处理算法,实现快速的视频流处理和图像识别;在数据处理与分析方面,采用大数据处理技术对海量的历史数据进行挖掘和分析;在预警反应与控制方面,将视频识别结果数据实时传输至输煤DCS系统,结合已有的数据进行辅助判断后,自动发出相应的控制指令。同时,设计友好的用户界面,方便用户进行系统配置和监控。软件设计与开发过程中应注重模块化设计思想的应用,以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。

2.3 测试与优化

在系统研发完成后,进行全面的测试和优化工作。测试主要包括功能测试、性能测试和稳定性测试等,通过测试发现并解决潜在的问题和缺陷,确保系统的稳定性和可靠性。优化主要包括算法优化和系统性能优化等,通过优化提高系统的处理效率和处理能力,满足实际应用的需求。测试与优化过程中需要充分考虑各种场景和条件下的性能表现,以确保系统的可靠性。

2.4 集成与部署

根据实际应用场景和用户需求,将智能监测系统集成到输煤皮带控制系统中。通过接口对接和数据交互实现与输煤皮带控制系统的无缝集成,同时进行系统部署和现场调试工作,确保系统能够正常运行并满足实际应用需求。集成与部署过程中应充分考虑系统的可扩展性和可定制性,以满足不同用户的个性化需求。

3 系统运用

通过实时监测、预警、故障诊断、优化控制等功能,该系统显著提高了生产效率和设备安全性。

3.1 实时监测与预警

在输煤皮带区域安装高清摄像机,利用视频抽帧技术对输煤皮带进行实时监测。通过对抽取的关键帧进行图像处理和模式识别,实现对皮带撕裂、堵煤、跑偏等异常状态的自动识别和预警。实时监测与预警功能及时发现并解决潜在问题,降低人工干预和预防事故发生,有效地提高设备的运行效率和安全性。同时,为后续的数据处理和分析提供第一手资料,为优化设备运行提供数据支持。

3.2 数据处理与分析

通过大数据处理技术对视频抽帧技术所抽取的关键帧进行深入分析,挖掘出皮带的运行规律和异常模式,为预防性维护提供数据支持。同时,利用深度学习技术对图像数据进行训练和学习,提高自动识别的准确率。通过不断地学习和优化该系统,使其能更好地适应各种复杂环境和异常情况,提高监测的准确性和可靠性。

3.3 智能控制与远程监控

通过与输煤皮带控制系统的集成,系统能够根据监测数据自动调整输煤皮带的运行速度、配煤比例等参数,实现智能控制。通过远程监控功能,用户可以在远程监控中心实时查看输煤皮带的运行状态、监测数据和控制指令等,方便对设备进行远程管理和控制。这种智能控制与远程监控功能提高生产效率,降低人工干预和事故风险,对企业的远程管理、智能化生产和节能减排具有重要的现实意义和应用价值。

4 结束语

试验结果表明,该系统能大幅提升输煤皮带的运行效率和安全性,预警时效能够控制在3 000 ms以内,准确率能够保持在98%以上。通过对比传统的监测方法,发现视频抽帧技术具有更高的数据处理效率和准确性,能实现全方位的监控和自动识别比对。在实时监测方面,能及时发现并预警输煤皮带运行中的异常情况,例如撕裂、堵煤、跑偏等;在数据处理与分析方面,能通过对历史数据的分析,挖掘出皮带的运行规律和异常模式,为预防性维护提供数据支持;在预警反应与控制方面,能结合已有的数据进行辅助判断后,自动发出相应的控制指令,实现智能控制。该系统还具有较好的扩展性和可定制性,可根据不同用户的需求进行个性化的功能定制和优化。

随着技术进步和需求提升,输煤皮带智能监测系统将不断升级,实现更高效、准确、智能的监测与控制。图像处理技术将更高效,通过算法优化和计算能力提升,更加高效的视频抽帧技术能快速准确处理和分析图像,缩短响应时间,提高实时性和准确性。多维度、多模态融合技术将整合温度、振动、声音等传感器数据,全面了解输煤皮带状态,提高故障诊断准确性和预警及时性。物联网和云计算技术将实现智能化远程监控与维护,操作人员能随时随地监控和维护设备,提高运维效率和响应速度。此外,通过与工业互联网结合,智能监测系统能实现设备互联互通和协同工作,为企业构建智能化、自动化生产体系提供支持。