[發明專利]隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統及方法

有效

• 申請號: 201710081928.0
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106934796B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 劉斌;冉令強;徐輝;聶利超;劉征宇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/62
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統及方法，系統包括分析模塊和設置于皮帶機上方的攝像機，所述攝像機捕捉皮帶機上巖渣的圖像，并傳輸給分析模塊，所述分析模塊提取其中的每一幀，將其轉換為灰度圖，并將灰度圖轉換為二值圖，應用圖像形態學的膨脹處理方法，以把二值圖像中過于破碎的區域連通起來，確定每個獨立連通區域為巖渣，根據獨立連通區域計算有向包圍盒，確定巖渣形狀。本發明能定量的給出巖渣的形狀統計數據，使隧道掘進機駕駛員可以實時掌握高速皮帶機巖渣情況數據。

技術領域

本發明涉及一種隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統及方法。

背景技術

進入21世紀后，一大批水利水電工程、鐵路公路交通工程、市政地鐵工程等重大基礎工程陸續提上建設日程，極大的促進了隧道等地下工程的發展，其中在市政管道方面，我國在“十三五”規劃中將建設地下管廊作為國家的100個大項目之一，當前世界各國日益重視地下空間的開發利用。對于地下空間的開發，因隧道掘進機施工具有速度快、質量優、費用低、施工安全等優點，國際上已普遍采用。然而，隧道掘進機施工過程中，刀具磨損的情況嚴重，刀具更換的費用占到施工費用三分之一。隧道掘進機施工過程中過早換刀會造成資源浪費，過晚換刀會導致刀具偏磨或脫落，造成工期推遲，嚴重的還會發生事故。如何實時檢測刀具磨損情況并及時更換刀具，關系到隧道掘進機施工效率，也是隧道掘進機掘進過程中亟待解決的問題。

目前用于隧道掘進機刀具磨損檢測的方法主要有油壓檢測、異味檢測、掘進參數分析和開倉檢查等。其中，油壓檢測法受油路數量的限制，由于油路有限，只能安裝于一部分刀具上，不能檢測所有刀具的磨損情況，也無法得知刀具的具體磨損量。異味檢測能靈敏地報告刀具磨損信息，但這種方法對盾構機無效，只適用于TBM。掘進參數分析方法預測過程繁瑣，實際應用困難，預測的準確度還有待考證。開倉檢查工作效率低，而且危險系數高，有可能導致開挖面坍塌，嚴重的會造成人員的傷亡。所以掘進機施工過程中的實時滾刀磨損檢測，是隧道掘進機的一大技術難點，也是各大科研機構和廠商爭相研究的課題之一。

在當前技術水平下，隧道掘進機滾刀磨損檢測尚存在如下難題：(1)由于滾刀直接與掌子面接觸，造成無法對滾刀進行直接觀測，現有的檢測方式多需要對刀盤或滾刀進行機械和結構上的改造，工程實現難度大，且成本較高；(2)現有技術多只能定性的檢測刀具磨損情況，給出刀具是否已經磨損，但難以得知滾刀的具體磨損量；(3)為了達到定量檢測的目的，一些新技術使用較復雜的方法，有的需要無線傳輸模塊，造成整個檢測系統的復雜度高，維護困難。針對以上難題，研究并提出了一種隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統，為實現隧道掘進機施工過程中滾刀磨損程度的實時定量檢測提供一條可行的途徑。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統及方法，本發明實現對隧道掘進機施工過程中滾刀磨損程度的實時定量檢測。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種隧道掘進機搭載的高速皮帶機巖渣視頻分析系統，包括分析模塊和設置于皮帶機上方的攝像機，所述攝像機捕捉皮帶機上巖渣的圖像，并傳輸給分析模塊，所述分析模塊提取其中的每一幀，將其轉換為灰度圖，并將灰度圖轉換為二值圖，應用圖像形態學的膨脹處理方法，以把二值圖像中過于破碎的區域連通起來，確定每個獨立連通區域為巖渣，根據獨立連通區域計算有向包圍盒，確定巖渣形狀。

優選的，所述攝像機外設置有保護機構。對高速攝像機敏感電子和光學器件進行防水防塵保護，以解決隧道掘進機施工環境常有隧道洞壁滴水，施工粉塵，掉落巖渣。所述保護機構優選為保護殼體，且殼體外側設置有防水涂層。

所述保護機構前端設置有一圈突出的防塵擋板，以遮擋來自洞壁及皮帶機的滴水、粉塵等對攝像機鏡頭的干擾。所述攝像機利用螺栓固定在高速皮帶機上方的金屬壁上，同時，保護裝置也將攝像機機體整個蓋住，以保護攝像機內的精密電子元器件免受破壞。