1.引言
主井提升系统在矿井生产运行中起到非常重要的作用。长期以来，提升系统首、尾绳系统的巡检工作主要依靠人工进行定时排查【1】，可靠性差效率低下，花费大量人力，无法做到准确高效。基于机器视觉的视频图像识别是一种更高端的视频监控应用，随着计算机视觉技术的普及和发展，图像识别技术被广泛应用在工业生产中。视频图像识别能够识别画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。
2.系统关键技术
图像预处理
预处理主要分为图像灰度化和滤波。检测区域的图像为三通道RGB彩色图像，首先要对其进行灰度化，将其从彩色图转换成灰度图。对于任一像素点
，其转换公式为：
得到灰度图后，要对其进行滤波处理以去除图像中的噪点、小煤块和无关线条的干扰。本系统采用均匀滤波，其原理是在图像上给目标像素一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有像素的均值，再把该均值赋予当前像素点
，作为处理后图像在该点上的灰度
，即
为该模板中包含当前像素在内的像素总个数，
表示模板区域，
表示点
处的灰度值。由于井下环境复杂多变，为了有效过滤干扰信息（尤其是线条干扰信息）建议选择稍大的模板：如
等。
AI智能识别算
采用人工智能领域中卷积神经网络与全连接层构建技术、RPN中的多参考窗口技术、一体化卷积网络检测算法，直接将整张图像作为网络的输入，通过一次前向传播直接得到目标包围框的位置和目标的类别，提出在多个分辨率的特征图上进行检测。采用高级的跟踪算法，通过预训练的神经网络模型提取目标物理特性、计算每个目标的外观特征值，前后两帧中目标计算特征值之间的“余弦距离”来比较两个目标的相似度。
视频集成控制技术
视频集成控制技术，通过网络拉取高速线扫图像采集器海量视频流数据。通过工业以太网传输到视频识别分析主机中，进行识别分析和警报。同时在指定位置配备安装新研发的隔爆兼本安型线扫图像采集器【2】。
矿井传统的视频监控系统只实现单一的视频监控应用，集成建构相对简单。而本项目中考虑到对皮带的视频分析和联动控制，需要重新设计视频集成架构。整个系统由首绳移动巡检装置、精密轨道，图像处理工作站，交换机、工程师操作站等组成。
首绳检测：
设计专用的首绳移动巡检装置，运行于特定的巡检轨道上，需人员手动调整移动巡检装置至首绳的检测位置。通过移动巡检装置配置的高精度图像传感器、光学高精度直径测量仪进行图像抓拍、直径测量、位置标定等处理。可实现首绳全周面拍摄，保证检测无死角。
首绳移动巡检装置：
采用精密滑台及专用光学检测装置形成首绳移动巡检装置，通过软件编程和机器学习，移动巡检装置在检测区域人工移动，将检测装置移动至待检测的钢丝绳预设位置进行检测。通过自带高精度图像传感器进行图像抓拍、钢丝绳直径测量等处理。首绳移动巡检装置安装4台180度线扫相机，可自动实现钢丝绳的多角度拍摄，保证检测无死角。
高清相机用于拍摄周围实时视频，便于远端操作者感知现场状态。8K线扫相机用于拍摄钢丝绳高速连续图像，用于进行钢丝绳间捻距、断丝检测。高精度外径测量仪用于测量钢丝绳直径。
首绳移动巡检装置由高精度外径测量仪，高速线扫相机、线扫光源以及图像采集单元、灯光控制单元等组成。
3.系统功能
（1）提升机以检修速速2m/s运行期间，钢丝绳能够实现检测无盲区，可全程实时监测单根钢丝绳捻距、断丝、变形、磨损等状态，可手动切换至其它钢丝绳检测，可自动判断形成钢丝绳捻距、断丝、变形等状态变化趋势曲线，具备预报预警功能，可按周、月、季度、年查询钢丝绳全生命周期状态趋势。
（2）系统可自动完成同等位置一根钢丝绳及钢丝绳间捻距变化情况，可实现智能比对并形成检测报告。
（3）钢丝绳断丝图像信息、提升机位置应自动标定，位置误差应控制在100mm以内；可自动检测出标定捻距内断丝数量，准确率100%。
（4）检测准确率：钢丝绳金属截面积（LMA）误差＜±1%，钢丝绳直径精度为0.1mm。
（5）可自动检测判断钢丝绳变形情况，即钢丝绳直径局部变大、钢丝绳直径局部变小、钢丝绳局部被压扁或损伤。
（6）损伤检出率（损伤检出能力）：超限损伤、严重损伤、较重损伤、中度损伤实时检出率100%；轻度损伤实时检出率＞99%；轻微损伤实时检出率＞95%；损伤点定位准确率≥99%。
4.系统优势
（1）可减少提升机检修维护人数，消除检测人员对钢丝绳检测结果影响；
（2）提高设备生产运行效率，有效提高检测效率，每天节约查绳时间1h。
（3）本项目投入使用后，可杜绝首绳故障导致的矿井事故，根据近三年生产统计，每年可节省意外停产时间15小时。
采用开放的设计理念，兼容多种控制机构；识别算法可以进化升级和扩展可靠性高，系统在硬件选型、线路、支撑环境及结构上均选用高质量的材料及成熟的软件架构，能适应严酷的工作环境。
5.结束语
系统应用后，采用机器智能检测代替人工检测，可对提升机首绳各种外部状态进行智能分析、检测并导出检测报告，可实现提升机首绳全生命周期分析、存档及管理，将大幅提升查绳效率和质量，节约日常检修时间，降低职工劳动强度。可以降低煤矿提升系统故障风险，提升煤矿安全运行生产效率，推进煤矿行业的自动化、智能化进程，用智能装备代替人力岗位作业，降低劳动强度，达到自动化、高精度、少人化钢丝绳管理维护目的。本系统在提升机钢丝绳检测应用成功后，能够推动提升机钢丝绳智能分析检测工艺创新，推进行业技术进步，具有较高的推广价值，可在矿山行业推广使用。
参考文献
[1]杨公训,戴鸿仪,闫凤兰,等. 提升机钢丝绳张力在线检测系统[J]. 中国煤炭,1995(6):41-44.
[2]刘维桥. 杨柳煤矿北翼运输大巷带式输送机AI智能识别技术[J]. 水电水利, 2021, 5(6):106-107
作者简介：朱元斌（1991-),供职于华洋通信科技股份有限公司，主要负责矿山安全监控监测、综合信息化等工程的项目建设。
张允允（1991-),供职于华洋通信科技股份有限公司，主要负责矿山安全监控监测、综合信息化等工程的项目建设。
方旭东（1986-),焦作煤业(集团)新乡能源有限公司赵固二矿，电气工程师主要负责现场设备安装调试、控制系统工程建设，机电一体化技术现场维护保养。
李哲（1989-),焦作煤业(集团)新乡能源有限公司赵固二矿，电气工程师主要负责现场设备安装调试、控制系统工程建设，机电一体化技术现场维护保养。
