需求背景

在礦廠礦石的開采過程中，皮帶是運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，在礦石運(yùn)輸中起著至關(guān)重要的作用。由于開采環(huán)境的復(fù)雜性，在礦石運(yùn)輸過程中，皮帶上經(jīng)常會(huì)混入螺紋鋼等異物，容易導(dǎo)致皮帶撕裂、轉(zhuǎn)接處堵塞等異常情況，不僅損壞運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備，造成經(jīng)濟(jì)成本與時(shí)間成本的損失，還會(huì)危及作業(yè)人員的安全。

2022 年8月，國(guó)家礦山安全監(jiān)察局頒布了《“十四五”礦山安全生產(chǎn)規(guī)劃》，其中規(guī)劃的六條重點(diǎn)工程之一就是加快礦山智能化建設(shè)工程。而礦石運(yùn)輸安全已成為“智慧礦山” 重要的建設(shè)內(nèi)容。

傳統(tǒng)方案主要依靠人工監(jiān)視皮帶運(yùn)行狀態(tài)和異物情況。但是人工檢測(cè)不僅檢測(cè)誤差大，存在安全隱患，加上井下環(huán)境的封閉性，人工監(jiān)視很容易疲勞，不能保證對(duì)每條皮帶進(jìn)行全天候監(jiān)控，一定程度上制約了礦山企業(yè)的安全高效生產(chǎn)作業(yè)。因此，開發(fā)一套快速準(zhǔn)確的智能皮帶異物檢測(cè)系統(tǒng)具有重要的實(shí)踐意義。

解決方案

礦廠皮帶AI智能檢測(cè)系統(tǒng)方案創(chuàng)新采用基于深度學(xué)習(xí)的視覺分析技術(shù)、源信息融合判據(jù)模型及軟件智能控制技術(shù)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，AI識(shí)別皮帶異物及皮帶撕裂等異常狀況，自主聯(lián)動(dòng)報(bào)警或緊急停機(jī)，全天候保障皮帶系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

本方案涉及到的功能板塊主要包括4個(gè)部分：視頻采集單元、皮帶檢測(cè)單元、控制單元、人機(jī)交互單元。系統(tǒng)功能框圖如下：

圖1-系統(tǒng)功能框圖

1、視頻采集單元

視頻采集單元是皮帶異物檢測(cè)系統(tǒng)輸入的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控?cái)z像儀硬件的選型、安裝和連接，監(jiān)控視頻的實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)井下實(shí)際調(diào)研情況，選擇合適型號(hào)的監(jiān)控?cái)z像儀，在井下固定位置安裝調(diào)試，將采集到的輸送帶監(jiān)控視頻流進(jìn)行關(guān)鍵幀提取，并連接系統(tǒng)嵌入式計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行后續(xù)處理；視頻顯示是將監(jiān)控?cái)z像儀采集到的井下視頻流實(shí)時(shí)顯示在用戶界面上，便于用戶查看和記錄。                    

本系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，對(duì)皮帶運(yùn)輸?shù)牡V石流進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)類別異物時(shí)，異物識(shí)別系統(tǒng)會(huì)繪制異物信息框并輸出報(bào)警信號(hào)。整體檢測(cè)方案如圖2所示。

圖2-皮帶異物檢測(cè)示意圖

2、皮帶檢測(cè)單元

皮帶異物檢測(cè)系統(tǒng)利用基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)皮帶異物進(jìn)行識(shí)別，通過算法與智能核心板高度集成化，實(shí)現(xiàn)礦用皮帶視頻智能識(shí)別異物攝像儀的前端化與精準(zhǔn)高速化，從而打破地面后端服務(wù)器處理與分析礦井圖像的局限化和空間物理化，全面實(shí)現(xiàn)皮帶輸送過程中異物識(shí)別的高、精、尖與小型化。通過智能分析生成的異物類別與位置信息，可以減少工作人員負(fù)擔(dān)，提高皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率。

圖3-系統(tǒng)異物識(shí)別算法結(jié)果圖

3、控制單元

通過開發(fā)皮帶異物智能化檢測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)皮帶異物檢測(cè)系統(tǒng)軟件與硬件的聯(lián)動(dòng)控制，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。視頻流異物檢測(cè)流程如圖所示。

圖4-視頻流異物檢測(cè)流程

4、人機(jī)交互單元

為了使皮帶異物檢測(cè)系統(tǒng)能夠更直觀顯示檢測(cè)結(jié)果，集中控制各項(xiàng)功能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，開發(fā)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互客戶端，其中包括三個(gè)模塊：登陸驗(yàn)證、狀態(tài)顯示以及日志管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)異物檢測(cè)結(jié)果的可視化、存儲(chǔ)以及管理等操作。

圖5-軟件加載與啟動(dòng)界面