[發明專利]一種基于高光譜圖像的煤炭灰分含量快速檢測方法

在審

• 申請號: 202110051898.5
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112881306A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 高巍;高澤天;龍偉;于祥躍;白宇
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G06K9/32;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種基于高光譜圖像的煤炭灰分含量快速檢測方法，屬于高光譜檢測和煤炭檢測技術領域。首先通過高光譜成像設備采集煤炭樣本的高光譜圖像，對該圖像進行重構，去除噪聲信息，得到更加純凈的圖像。對重構后的圖像進行感興趣區域選取，提取感興趣區域的光譜數據并分析，得到煤炭灰分的吸收谷所在波段，對吸收谷所對應波段的圖像中感興趣區域求平均灰度值，根據特征波段圖像中灰度值與煤炭實際灰分含量之間的映射關系，建立煤炭灰分檢測模型，從而實現煤炭的無損在線灰分檢測。本發明操作簡單，工作量小，能夠實時快速檢測出待測煤炭樣本的灰分含量，為洗煤選煤或煤炭的燃燒配比提供重要的指導，避免了資源浪費，提高了經濟效益。

技術領域

本發明涉及煤炭檢測技術領域，更具體地說，本發明涉及一種基于高光 譜圖像的煤炭灰分含量快速檢測方法。

背景技術

煤炭是世界上十分重要的能源，也是工業生產生活中最主要的燃料之一， 且其是不可再生能源，因此實現煤炭的充分利用十分重要。若要實現煤炭的 充分利用，需通過某一種方法對煤炭進行質量檢測，即得到煤炭內部的各組 成成分。通過判斷煤炭的含碳量、含水量、含硫量以及灰分含量和揮發分含 量得到煤炭的質量報告，評判煤炭質量好壞的標準即是通過單位質量的煤炭 完全燃燒所釋放的熱值多少，煤炭中的各種物質的含量與煤炭的熱值之間存 在著某一種非線性關系，其中煤炭的灰分含量是評判煤炭質量的重要的標準 之一。

煤炭的灰分分為內在灰分和外在灰分。煤炭的外在灰分主要是在采煤的 過程中來自頂層和夾層中的巖石碎塊，這些巖石碎塊無法燃燒，會降低經濟 效益，且如果煤炭中含有過多的巖石碎塊，在運輸的過程中也會造成一定的 經濟損失，但可以通過煤炭的分選去掉絕大部分外在灰分，一般通過煤巖分 類的方法檢測出煤炭中摻雜的巖石碎塊。煤炭的內在灰分是在煤炭形成的過 程中，由于植物本身的無機物造成的煤炭內在灰分差異，煤炭的內在灰分越 多則煤炭相對含碳量就越少，其完全燃燒所能釋放出的熱量就越少，煤炭的質量就越差。

目前的煤炭灰分檢測方法可分為兩種，分別是直接檢測法和間接檢測法。 直接檢測法即在煤質化驗室中進行的，即先稱取一定量的一般分析煤炭試驗 樣本，放入馬弗爐中，以一定的溫度加熱到(850±10)℃，令其灰化并灼燒到質 量恒定，以殘留物的質量占煤炭試樣質量的百分數作為煤炭式樣的灰分。

間接檢測法包括輻射法、圖像法、微波技術、廣電發、光譜法等。低能γ 射線反散射法對待測樣品的要求較為嚴格，因此可行性較差。高能γ射線法因 其輻射性較強，對工作人員和環境的危害比較大，不適合大范圍推廣使用。 圖像法進行灰分檢測通過對煤炭的電子圖像進行處理分析，但這是不可避免 地會因其它的如水分或揮發分的成分造成影響而使灰分檢測并不準確，從而 影響對煤炭質量的判斷，影響其經濟效益。光譜法主要是通過近紅外光譜儀 采集煤炭的光譜信息，通過對煤炭的光譜曲線進行處理，找到煤炭灰分對應 的吸收谷，從而進行灰分檢測。本發明方法采用高光譜成像技術實現對煤炭 的灰分檢測，通過對煤炭樣本的高光譜圖像采集，找到灰分吸收谷處的圖像， 選取感興趣區域并計算其平均灰度值，得到其平均灰度值與煤炭灰分含量之 間的映射關系，從而建立煤炭灰分檢測模型，實現煤炭的灰分檢測，是一種 簡單安全的檢測方法，且相比于傳統的間接檢測方法具有更好的檢測效果， 在洗煤選煤以及在煤炭配比等方面具有很好的實際應用價值。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種基于高光譜圖像的煤炭灰分 含量快速檢測方法。該方法通過對煤炭樣本進行高光譜圖像采集、去噪，并 對其光譜信息進行分析，得到其灰分吸收谷并對其相應波段的圖像進行分析， 并通過神經網絡算法建立灰分檢測模型，從而實現煤炭的灰分檢測。