[發(fā)明專(zhuān)利]煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911401796.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111144508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊克虎;王統(tǒng)海;李宗珠;劉彪;魏冠楠;吳忠倫;張龍飛;張祿洲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司;山東東山古城煤礦有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/62
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/62;G06K9/00;G06T7/246;G06T7/254;G06K17/00;B07C5/36;B07C5/34;B61L5/06
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括：

攝像頭：架設(shè)于副井主運(yùn)輸軌道上方，用于采集礦車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的實(shí)時(shí)視頻流，可選用普通的可見(jiàn)光攝像頭或紅外攝像頭，攝像頭可選配補(bǔ)光光源，采集的視頻流信號(hào)通過(guò)有線或無(wú)線方式發(fā)送給計(jì)算機(jī)；

計(jì)算機(jī)：用于接收攝像頭發(fā)送過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)視頻流，并在礦車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)礦車(chē)裝載物進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)分類(lèi)結(jié)果生成道岔控制指令發(fā)送給司控道岔控制器；

司控道岔控制器：用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的道岔控制指令并控制司控道岔與指定軌道實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，當(dāng)?shù)V車(chē)駛?cè)胫付ㄜ壍篮螅究氐啦砜刂破鞲鶕?jù)下一條控制指令進(jìn)行道岔切換；

司控道岔：連接主運(yùn)輸軌道的機(jī)械軌道道岔，在司控道岔控制器的控制下，使主運(yùn)輸軌道與指定軌道實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)分運(yùn)。

2.如權(quán)利要求1所述的煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述攝像頭中嵌入計(jì)算模塊，由該計(jì)算模塊完成所述計(jì)算機(jī)的全部功能。

3.一種煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

步驟1：利用架設(shè)在副井主運(yùn)輸軌道上方的攝像頭實(shí)時(shí)采集礦車(chē)行進(jìn)區(qū)域的視頻流，并將視頻流發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

步驟2：計(jì)算機(jī)接收攝像頭的視頻流，并對(duì)視頻流中的圖像進(jìn)行處理，判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)；

步驟3：如有礦車(chē)經(jīng)過(guò)，則啟動(dòng)圖像分類(lèi)算法對(duì)礦車(chē)裝載物進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果為煤、矸石或物料；

步驟4：根據(jù)分類(lèi)結(jié)果生成道岔控制指令，并發(fā)送給道岔控制器；

步驟5：道岔控制器根據(jù)道岔控制指令，將主運(yùn)輸軌道與指定軌道進(jìn)行機(jī)械連接。

4.如權(quán)利要求3所述的煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述步驟2中判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)包括使用以下方法中的一種或同時(shí)使用多種進(jìn)行綜合判斷：

方法1：基于幾何結(jié)構(gòu)特征的判斷方法，利用礦車(chē)、軌道或地面的幾何結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)其在礦車(chē)行進(jìn)過(guò)程中是否出現(xiàn)或是否被遮擋來(lái)判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)。

方法2：基于圖像灰度值的判斷方法，利用礦車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的圖像相對(duì)于背景圖像會(huì)發(fā)生較大變化這一特征，計(jì)算圖像灰度的變化量，根據(jù)灰度變化量是否大于給定的閾值來(lái)判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)。

方法3：基于模板匹配的判斷方法，利用軌道或地面的幾何結(jié)構(gòu)特征和灰度特征，選定軌道或地面上某一目標(biāo)物，根據(jù)其在礦車(chē)行進(jìn)過(guò)程中是否能匹配到來(lái)判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)。

方法4：目標(biāo)檢測(cè)方法，對(duì)礦車(chē)目標(biāo)進(jìn)行特征提取，根據(jù)在視頻流中能否檢測(cè)到礦車(chē)目標(biāo)來(lái)判斷是否有礦車(chē)經(jīng)過(guò)。

5.如權(quán)利要求3或4所述的煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述步驟3中對(duì)礦車(chē)裝載物分類(lèi)使用了以下方法：

計(jì)算機(jī)采用事先訓(xùn)練好的礦車(chē)裝載物分類(lèi)模型或目標(biāo)檢測(cè)模型對(duì)視頻流中礦車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的n幀圖像序列進(jìn)行處理，并得到相應(yīng)的分類(lèi)結(jié)果，用P_m、P_g、P_w分別表示n幀中每一幀分類(lèi)為煤、矸石和物料的概率，取中最大值對(duì)應(yīng)的分類(lèi)結(jié)果為當(dāng)前礦車(chē)裝載物的類(lèi)別。

6.如權(quán)利要求5所述的煤礦副井軌道運(yùn)輸自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述步驟3中對(duì)礦車(chē)裝載物進(jìn)行分類(lèi)所使用的礦車(chē)裝載物分類(lèi)模型的訓(xùn)練方法包括以下步驟：

步驟311：獲取圖像樣本：利用攝像頭采集礦車(chē)圖像樣本集，剔除質(zhì)量不好的圖像，要求樣本集中有足夠的煤、矸石、物料的樣本數(shù)量；

步驟312：樣本預(yù)處理：對(duì)樣本圖像做添加噪聲和隨機(jī)改變亮度的操作，擴(kuò)充樣本集，通過(guò)人工方式將訓(xùn)練樣本分類(lèi)為煤、矸石和物料三類(lèi)，劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集；

步驟313：模型訓(xùn)練：將訓(xùn)練集圖像和相應(yīng)類(lèi)別輸入到深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練，獲得網(wǎng)絡(luò)模型，其中深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括依次連接的圖像輸入層、編碼層、全連接層和softmax層或者包括依次連接的圖像輸入層、編碼層和softmax層。在訓(xùn)練過(guò)程中用測(cè)試集圖像對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試，并獲得當(dāng)前模型的分類(lèi)準(zhǔn)確率，訓(xùn)練結(jié)束后，將準(zhǔn)確率最高的模型保存作為最終的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。