[发明专利]隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统及方法，系统包括分析模块和设置于皮带机上方的摄像机，所述摄像机捕捉皮带机上岩渣的图像，并传输给分析模块，所述分析模块提取其中的每一帧，将其转换为灰度图，并将灰度图转换为二值图，应用图像形态学的膨胀处理方法，以把二值图像中过于破碎的区域连通起来，确定每个独立连通区域为岩渣，根据独立连通区域计算有向包围盒，确定岩渣形状。本发明能定量的给出岩渣的形状统计数据，使隧道掘进机驾驶员可以实时掌握高速皮带机岩渣情况数据。

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统及方法。

背景技术

进入21世纪后，一大批水利水电工程、铁路公路交通工程、市政地铁工程等重大基础工程陆续提上建设日程，极大的促进了隧道等地下工程的发展，其中在市政管道方面，我国在“十三五”规划中将建设地下管廊作为国家的100个大项目之一，当前世界各国日益重视地下空间的开发利用。对于地下空间的开发，因隧道掘进机施工具有速度快、质量优、费用低、施工安全等优点，国际上已普遍采用。然而，隧道掘进机施工过程中，刀具磨损的情况严重，刀具更换的费用占到施工费用三分之一。隧道掘进机施工过程中过早换刀会造成资源浪费，过晚换刀会导致刀具偏磨或脱落，造成工期推迟，严重的还会发生事故。如何实时检测刀具磨损情况并及时更换刀具，关系到隧道掘进机施工效率，也是隧道掘进机掘进过程中亟待解决的问题。

目前用于隧道掘进机刀具磨损检测的方法主要有油压检测、异味检测、掘进参数分析和开仓检查等。其中，油压检测法受油路数量的限制，由于油路有限，只能安装于一部分刀具上，不能检测所有刀具的磨损情况，也无法得知刀具的具体磨损量。异味检测能灵敏地报告刀具磨损信息，但这种方法对盾构机无效，只适用于TBM。掘进参数分析方法预测过程繁琐，实际应用困难，预测的准确度还有待考证。开仓检查工作效率低，而且危险系数高，有可能导致开挖面坍塌，严重的会造成人员的伤亡。所以掘进机施工过程中的实时滚刀磨损检测，是隧道掘进机的一大技术难点，也是各大科研机构和厂商争相研究的课题之一。

在当前技术水平下，隧道掘进机滚刀磨损检测尚存在如下难题：(1)由于滚刀直接与掌子面接触，造成无法对滚刀进行直接观测，现有的检测方式多需要对刀盘或滚刀进行机械和结构上的改造，工程实现难度大，且成本较高；(2)现有技术多只能定性的检测刀具磨损情况，给出刀具是否已经磨损，但难以得知滚刀的具体磨损量；(3)为了达到定量检测的目的，一些新技术使用较复杂的方法，有的需要无线传输模块，造成整个检测系统的复杂度高，维护困难。针对以上难题，研究并提出了一种隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统，为实现隧道掘进机施工过程中滚刀磨损程度的实时定量检测提供一条可行的途径。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统及方法，本发明实现对隧道掘进机施工过程中滚刀磨损程度的实时定量检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道掘进机搭载的高速皮带机岩渣视频分析系统，包括分析模块和设置于皮带机上方的摄像机，所述摄像机捕捉皮带机上岩渣的图像，并传输给分析模块，所述分析模块提取其中的每一帧，将其转换为灰度图，并将灰度图转换为二值图，应用图像形态学的膨胀处理方法，以把二值图像中过于破碎的区域连通起来，确定每个独立连通区域为岩渣，根据独立连通区域计算有向包围盒，确定岩渣形状。

优选的，所述摄像机外设置有保护机构。对高速摄像机敏感电子和光学器件进行防水防尘保护，以解决隧道掘进机施工环境常有隧道洞壁滴水，施工粉尘，掉落岩渣。所述保护机构优选为保护壳体，且壳体外侧设置有防水涂层。

所述保护机构前端设置有一圈突出的防尘挡板，以遮挡来自洞壁及皮带机的滴水、粉尘等对摄像机镜头的干扰。所述摄像机利用螺栓固定在高速皮带机上方的金属壁上，同时，保护装置也将摄像机机体整个盖住，以保护摄像机内的精密电子元器件免受破坏。