[發(fā)明專利]基于圖像的液壓支架與采煤機截割部干涉保護系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710040418.9
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106869929B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 魏東;王忠賓;譚超;許靜;滿溢橋;吳少卿
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 張旭

1.一種基于圖像的液壓支架與采煤機截割部干涉保護系統(tǒng)的方法，其特征在于，采用的液壓支架與采煤機截割部干涉保護系統(tǒng)包括反光涂層、礦用攝像儀、微型計算機、并行計算模塊、位移傳感器、脈沖計時器、無線信號發(fā)射器和無線信號接收器，多個所述反光涂層分別貼敷在采煤機搖臂背向煤壁一側的表面，所述反光涂層為圓形；所述礦用攝像儀裝在液壓支架中雙液壓立柱與頂梁連接的中間位置，并行計算模塊設置在綜采工作面的一端，所述位移傳感器裝在液壓支架的護幫千斤頂處；所述脈沖計時器和無線信號發(fā)射器設置在液壓支架上，無線信號接收器設置在采煤機上；礦用攝像儀與微型計算機連接，微型計算機分別與并行計算模塊、位移傳感器、脈沖計時器和無線信號發(fā)射器連接；無線信號發(fā)射器與無線信號接收器無線連接，無線信號接收器與采煤機控制器連接，具體的工作步驟為：

第一步，設定采煤機正常運行時，礦用攝像儀的拍攝區(qū)域：在采煤機相對于液壓支架正向位置從左至右或從右至左正常運行時，調整礦用攝像儀拍攝角度，使礦用攝像儀在采煤機與本液壓支架之間距離6～8架液壓支架時至少采集到四個圓形反光涂層；然后礦用攝像儀將采集的圖像信息傳遞給微型計算機；

第二步，微型計算機對采集圖像進行去噪與壓縮：

A、對采集圖像進行二維小波包分解，采用Db4小波包對圖像進行三層分解，并利用Shannon熵作為信息代價函數(shù)，獲取圖像的最優(yōu)小波基；

B、完成采集圖像的小波包分解后，利用小波包工具包對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮和去噪；獲取壓縮和去噪之后圖像的近似部分；所述小波包工具包是安裝在微型計算機上的Matlab軟件中自帶的圖像分析與處理工具包；

C、對壓縮和去噪之后的圖像進行重構；

第三步，邊緣提取：用canny算子提取圖像邊緣，并進行OTSU自動閾值，得到二值圖像；

第四步，圖像數(shù)據(jù)傳輸：微型計算機將二值圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線傳遞給并行計算模塊進行后續(xù)處理；

第五步，并行計算模塊對圖像數(shù)據(jù)進行橢圓擬合：通過采用改進的基于最小二乘法的橢圓擬合算法對圖像數(shù)據(jù)進行橢圓擬合，具體如下：

a、在采集的圖像數(shù)據(jù)的所有樣本點中隨機選取6個點；所述樣本點為二值圖像中所有灰度為1的像素點；

b、利用基于代數(shù)距離最小二乘法擬合出橢圓曲線；

c、設定樣本點到求得的橢圓邊界的最小距離的閾值；

d、遍歷所有樣本點,求取各個樣本點到求得的橢圓邊界的最小距離，對各個距離值依次與設定的閾值比較，若測得的距離值小于或等于閾值，則該樣本點確定為匹配點并編號，若大于閾值，則該樣本點確定為雜質點；統(tǒng)計本次遍歷的匹配點總個數(shù)；

e、重復執(zhí)行步驟a～步驟d過程100～200次，比對出匹配點總個數(shù)最多的擬合橢圓，確定該橢圓為最優(yōu)橢圓參數(shù)；完成后并行計算模塊將結果回傳給微型計算機；

第六步，訓練神經網絡：通過第五步得出的最優(yōu)橢圓參數(shù)可得出圓形反光涂層邊界，進而計算出橢圓圓心，通過4個橢圓的圓心位置可得任意兩個橢圓圓心之間的距離，并求出距離和，記為S，即

其中，l_i，j為任意兩橢圓圓心之間的距離；

以S對BP神經網絡進行訓練：首先設定初始閾值，然后對神經網絡進行訓練：在采煤機滾筒與液壓支架護幫板的距離到安全距離前1～2架時，使液壓支架護幫板自動收起，采煤機行駛出安全范圍1～2架時自動打出進行支護；若未達到上述要求，則重新調整第五步中樣本點到求得的橢圓邊界的最小距離的閾值，并重復30次訓練；

第七步，異常情況保護：當液壓支架接收到由BP神經網絡發(fā)出的收起護幫板命令的同時，脈沖計時器開始計時，當位移傳感器在設定的時間閾值之內達到安全位置時，認為護幫板板正常收起，否則認為護幫板未正常收起，則輸出脈沖信號，微型計算機控制無線信號發(fā)射器與安裝在采煤機上的無線信號接收器通訊，使采煤機減速及制動。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像的液壓支架與采煤機截割部干涉保護系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述反光涂層所采用的材料為漫反射材料。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像的液壓支架與采煤機截割部干涉保護系統(tǒng)的方法，其特征在于，還包括防爆殼體，防爆殼體設置在液壓支架上，微型計算機、脈沖計時器和無線信號發(fā)射器設置在防爆殼體內，礦用攝像儀安裝在防爆殼體前端，所述防爆殼體采用不銹鋼材質。