[发明专利]一种煤矿皮带智能监测系统及其监测方法

权利要求书

1.一种煤矿皮带智能监测系统的监测方法，其特征在于：基于一种煤矿皮带智能监测系统，包括：现场检测子系统、网络传输子系统、数据发布子系统三部分，所述的现场检测子系统与网络传输子系统之间通过5G无线网络连接并传输数据，所述的网络传输子系统与数据发布子系统之间通过光纤连接并传输数据；所述的现场检测子系统包括：高清摄像头、光强感应器、测距传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、气阀开关、警报开关、灯光开关；其中，高清摄像头与输入接口通过2×10DIP接口连接并传输数据，光强感应器与输入接口通过三线制电缆连接并传输数据，测距传感器与输入接口通过DB9串口电缆连接并传输数据，瓦斯传感器与输入接口通过DB9串口电缆连接并传输数据，粉尘传感器与输入接口通过DB9串口电缆连接并传输数据，气阀开关与输出接口通过两线制电缆连接并传输数据，警报开关与输出接口通过两线制电缆连接并传输数据，灯光开关与输出接口通过两线制电缆连接并传输数据，5G通讯模块与机载控制器通过RJ45电缆连接并传输数据；所述的网络传输子系统包括5G通讯基站和井下光纤环网，两者通过光纤连接并传输数据；所述的数据发布子系统包括：煤矿数据中心和数据发布平台，两者通过RJ45电缆连接并传输数据；

所述的监测方法包括皮带撕裂监测方法、皮带堆煤监测方法、智能补光方法、瓦斯监测方法、智能除尘方法、智能故障诊断方法；

所述的皮带撕裂监测方法包括以下步骤：

(A1)由高清摄像头获取皮带底部的实时照片，记为S，其像素大小为P_Sm×P_Sn；

(A2)由机载控制器中读取储存的撕裂皮带模板图片，记为T，其像素大小为P_Tm×P_Tn，其中P_Tm＜P_Sm，P_Tn＜P_Sn；

(A3)在实时照片S中，以像素点(i,j)为左上角，取P_Tm×P_Tn大小的子图，并按下式计算出该子图与模板图片的差异度R(i,j)，其中1≤i≤P_Sm-P_Tm+1,1≤j≤P_Sn-P_Tn+1：

(A4)在上述差异度集合中，由下式求取最小值R_min：

R_min＝min(R(i,j))  (2)

(A5)由上述计算所得的R_min，结合差异度阀值τ_r，便可由下式得出皮带撕裂标识符F_t，其中，τ_r的数值根据现场情况不同取值范围在0.025-0.075；当R_min小于τ_r时F_t为1：

F_t＝sgn(τ_r-R_min)                        (3)

(A6)机载控制器将皮带撕裂监测数据通过网络传输子系统传送至数据发布子系统，

所述的皮带堆煤监测方法包括以下步骤：

(B1)在t₁(单位s)时刻由测距传感器获取皮带运动方向上的传感器前方障碍物距离D_t1(单位m)；

(B2)在t₂(单位s)时刻由测距传感器获取皮带运动方向上的传感器前方障碍物距离D_t2(单位m)；

(B3)由上述数据，按照下式计算出障碍物的运动速度V_b(单位m/s)：

V_b＝(D_t2-D_t1)/(t₂-t₁)                    (4)

(B4)由上述计算所得的速度V_b，结合皮带机额定运动速度V_n(单位m/s)与差异度阀值τ_b，便可由下式得出皮带堆煤标识符F_b，其中，τ_b的数值根据现场情况不同取值范围在0.05-0.15；当|(V_b-V_n)/V_n|小于τ_b时F_b为1：

F_b＝sgn(τ_b-|(V_b-V_n)/V_n|)                   (5)

(B5)机载控制器将皮带堆煤监测数据通过网络传输子系统传送至数据发布子系统，

所述的智能补光方法包括以下步骤：

(C1)由光强传感器获取实时的模拟量信号U(单位V)，由下式得出当前的光照度数据L(单位lux)：

L＝800U/3.6-1                     (6)

(C2)由上式计算所得的L，结合光照度阀值τ_l(单位lux)，便可由下式得出光照度过低的标识符F_l，其中，τ_l的数值根据现场情况不同取值范围在5-50；当检测到光照度过低时F_l为1：

F_l＝sgn(τ_l-L)                      (7)

(C3)根据上式的计算结果，当F_l值为1时，机载控制器打开灯光开关；当F_l值不为1时，机载控制器关闭灯光开关，

(C4)机载控制器将光照度监测数据通过网络传输子系统传送至数据发布子系统。