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专利号: 2023110948550
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统的工作方法,其特征在于,采用的井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统包括数据采集单元、尘源识别‑追踪与喷雾控制单元和自适应喷雾降尘单元;所述数据采集单元,用于采集井下作业空间的粉尘实时视频图像并反馈给尘源识别‑追踪与喷雾控制单元;所述尘源识别‑追踪与喷雾控制单元,用于接收数据采集单元拍摄的粉尘实时视频数据并进行分析处理,获得井下作业空间内的粉尘粒径分布情况及粉尘运移轨迹,进而发出控制指令使自适应喷雾降尘单元采取相应喷雾降尘动作;所述自适应喷雾降尘单元,用于根据尘源识别‑追踪与喷雾控制单元的控制指令实时调整雾场覆盖范围和雾滴粒径分布,实现对井下作业空间内的精准降尘,具体工作步骤为:步骤一、布设系统:在井下作业空间内,将尘源智能识别‑追踪精准降尘系统布设在易产尘区域;

步骤二、获取原始数据集:选择多组已知粉尘粒径分布情况的粉尘样品,将每组粉尘样品依次在井下作业空间内释放,并通过数据采集单元持续拍摄每组粉尘样品释放至井下作业空间后的视频图像,根据已知每组粉尘样品的粒径分布数据,并结合每组粉尘样品对应释放时间范围内的视频图像数据,形成原始数据集;接着对原始数据集整理分类,根据粉尘粒径分布情况对每组粉尘样品的数据进行分类,分为粉尘颗粒累积分布为10%的粒径D10、粉尘颗粒累积分布为50%的粒径D50、粉尘颗粒累积分布为90%的粒径D90和粉尘颗粒的平均粒径步骤三、建立粉尘粒径分布识别模型:基于步骤二获取的原始数据集采用CNN图像识别方法训练并测试粉尘粒径分布识别模型;并且在CNN图像识别方法中加入时间序列,以视频的关键帧序号作为时间参数,识别每一时刻粉尘粒径D10、D50、D90和 的变化,从而识别粉尘粒径分布的时间分布特征 最终建立粉尘粒径分布识别模型,使该模型能根据数据采集单元采集的实时视频图像数据对当前井下作业空间内的粉尘粒径分布进行动态识别;

步骤四、建立粉尘运移轨迹追踪模型:基于HYSPLIT模型,在步骤三建立的粉尘粒径分布识别模型基础上建立粉尘运移轨迹追踪模型,粉尘运移轨迹追踪模型能根据采集单元采集的实时视频图像数据,定位井下作业空间内的粉尘轨迹并追踪,将离散轨迹点转换为连续轨迹计算粉尘运移的速度和加速度,对粉尘轨迹进行溯源与去向预测,从而实现井下作业空间内的粉尘运移状态追踪;

步骤五、精准降尘:在井下作业空间开始正常生产时,数据采集单元采集实时视频图像数据,并将数据传递给尘源识别‑追踪与喷雾控制单元,尘源识别‑追踪与喷雾控制单元利用粉尘粒径分布识别模型对视频图像数据进行分析获得当前的粉尘粒径分布情况,同时利用粉尘运移轨迹追踪模型对视频图像数据进行分析获得当前的粉尘运移轨迹及去向预测;

接着尘源识别‑追踪与喷雾控制单元根据获取的粉尘运移轨迹及去向预测,向自适应喷雾降尘单元发出控制指令,从而对自适应喷雾降尘单元的喷雾方向及角度进行调整使其与粉尘运移轨迹及去向预测相一致;同时尘源识别‑追踪与喷雾控制单元根据获取的粉尘粒径分布情况,从而调整进入喷雾箱体的气液比,最终从气水喷嘴喷出与粉尘粒径分布情况相适应的雾滴,最终实现井下作业空间内的精准降尘。

2.根据权利要求1所述井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统的工作方法,其特征在于,所述数据采集单元包括高清摄像仪、底座和空气幕隔尘装置,底座上固定有支撑杆,高清摄像仪上装有套箍,支撑杆通过第一连接件与套箍铰接;空气幕隔尘装置装在高清摄像仪的前端上部;所述空气幕隔尘装置包括导流筒和导流槽,导流筒为一端设有进气口的圆筒形,导流槽装在导流筒侧部、且其与导流筒内部连通,导流筒内部为楔形流道,用于使进入导流筒内部气流的流场分布均匀;导流槽上开设出气口、且出气口朝向与高清摄像仪的拍摄方向垂直,导流槽内装有多个等间距排列的组合导流叶片,用于将导流筒内经过的气流进行整流,从而增强了空气幕出风强度和风流抗干扰能力。

3.根据权利要求1所述井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统的工作方法,其特征在于,所述尘源识别‑追踪与喷雾控制单元为内置了粉尘粒径分布实时识别和粉尘运移轨迹追踪算法程序的单片机控制箱,能够实现对喷雾状态的实时调节。

4.根据权利要求1所述井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统的工作方法,其特征在于,所述自适应喷雾降尘单元包括固定座、控制箱体、喷雾箱体、第一电动伸缩支杆、第二电动伸缩支杆和微型防爆电机,微型防爆电机装在固定座内,第一电动伸缩支杆的固定端通过转动轴承垂直装在固定座上,且第一电动伸缩支杆能相对固定座转动,第一电动伸缩支杆的固定端与微型防爆电机的输出轴同轴连接,使微型防爆电机能带动第一电动伸缩支杆同步转动;第一电动伸缩支杆的伸缩端与喷雾箱体下部铰接,第二电动伸缩支杆的固定端与第一电动伸缩支杆的固定端侧部铰接,第二电动伸缩支杆的伸缩端与喷雾箱体下部铰接,当第一电动伸缩支杆和第二电动伸缩支杆伸缩时能对喷雾箱体的喷雾角度进行调整;所述控制箱体装在固定座上,控制箱体内部设有控制器,控制器与第一电动伸缩支杆、第二电动伸缩支杆和微型防爆电机连接,用于对第一电动伸缩支杆、第二电动伸缩支杆和微型防爆电机的启停进行控制,所述控制箱体上设有电源开关、电源接口和RS485数据接口,其中电源接口用于为自适应喷雾降尘单元供电,电源开关用于控制供电线路的通断,RS485数据接口将控制器与尘源识别‑追踪与喷雾控制单元连接,使控制器接收尘源识别‑追踪与喷雾控制单元的指令对第一电动伸缩支杆、第二电动伸缩支杆和微型防爆电机进行控制;所述喷雾箱体侧部开设多个气水喷嘴、下部设有供气接口和供水接口,从供气接口进入喷雾箱体的气体和从供水接口进入喷雾箱体的水体在喷雾箱体内混合后,从气水喷嘴喷出形成喷雾。

5.根据权利要求4所述井下作业空间尘源智能识别‑追踪精准降尘系统的工作方法,其特征在于,所述喷雾箱体的供气接口和供水接口处均装有比例阀,且两个比例阀均与尘源识别‑追踪与喷雾控制单元连接,尘源识别‑追踪与喷雾控制单元通过控制两个比例阀的打开比例,从而调整进入喷雾箱体的气液比,最终从气水喷嘴喷出不同粒径分布的雾滴。