帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)作業(yè)的重要設(shè)備，因經(jīng)常處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，容易發(fā)生跑偏、撕裂、礦井火災(zāi)等事故?；谲壍朗窖矙z機(jī)器人，通過(guò)搭載雙光云臺(tái)，實(shí)時(shí)采集輸送帶跑偏、異物、物料流量、撕裂及托輥異常等數(shù)據(jù)信息；采用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，提出一種面向帶式輸送機(jī)場(chǎng)景的視覺(jué)識(shí)別和分類方法，提高了帶式輸送機(jī)的高效智能感知和礦用巡檢機(jī)器人的智能化水平，降低了煤礦非計(jì)劃停機(jī)的安全生產(chǎn)損失。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第12期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者：張國(guó)鳴，現(xiàn)任神華北電勝利能源有限公司儲(chǔ)運(yùn)中心經(jīng)理助理兼檢修部經(jīng)理，主要從事維修電工、機(jī)電一體化的相關(guān)研究工作。E-mail：814595685@qq.com。

通訊作者：趙紅菊，高級(jí)工程師，主要從事煤礦機(jī)器人智能化、電機(jī)伺服控制、開關(guān)電源開發(fā)等相關(guān)研究工作。E-mail：zhaohj2020@126.com

作者單位：神華北電勝利能源有限公司；中煤科工機(jī)器人科技有限公司

引用格式：張國(guó)鳴，王文龍，于福軍，等. 面向煤礦帶式輸送機(jī)場(chǎng)景的視覺(jué)識(shí)別和分類方案[J].智能礦山，2025，6(12):86-89.

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由于不同場(chǎng)景礦業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，在煤炭、礦石、礦渣等生產(chǎn)過(guò)程中，帶式輸送機(jī)作為一種連續(xù)輸送設(shè)備，經(jīng)常發(fā)生帶面跑偏、異物、堵塞、撕裂等異常。受井下惡劣環(huán)境影響，發(fā)生異常時(shí)，現(xiàn)有人工巡檢存在發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、范圍有限等問(wèn)題，易發(fā)生輸送帶帶面損壞，甚至引發(fā)嚴(yán)重的煤礦事故。因此，采用智能化裝備代替人工，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)場(chǎng)景的全方位監(jiān)測(cè)。

礦用軌道巡檢機(jī)器人可有效解決人工巡檢存在的諸多弊端，搭載雙光云臺(tái)沿軌道巡檢輸送帶巷的周邊環(huán)境，實(shí)時(shí)將視頻上傳到計(jì)算端，遇到異常情況及時(shí)報(bào)警。

礦用機(jī)器人智能化視覺(jué)識(shí)別和分類包括圖像分類、圖像分割、目標(biāo)檢測(cè)等算法，在復(fù)雜的煤礦井下場(chǎng)景得到應(yīng)用。以礦用巡檢機(jī)器人為平臺(tái)，通過(guò)分析帶式輸送機(jī)存在的各種異?，F(xiàn)象，提出基于視覺(jué)的識(shí)別與分類方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的高效、智能化監(jiān)測(cè)。

巡檢機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別場(chǎng)景

針對(duì)帶式輸送機(jī)常見發(fā)生的故障種類，巡檢機(jī)器人搭載雙光云臺(tái)，通過(guò)云臺(tái)獲取視頻流，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶運(yùn)行狀況，機(jī)器人巡檢主要包括以下7種識(shí)別場(chǎng)景。

圖1 巡檢機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別場(chǎng)景分類

（1）輸送帶帶面跑偏

帶面跑偏是帶式輸送機(jī)的多發(fā)問(wèn)題，是帶式輸送機(jī)故障的主要誘因。輸送帶跑偏會(huì)造成輸送機(jī)堆煤現(xiàn)象，進(jìn)一步存在引起運(yùn)輸巷封堵、輸送帶摩擦斷裂、礦井火災(zāi)等事故風(fēng)險(xiǎn)。巡檢機(jī)器人搭載帶面跑偏識(shí)別算法，對(duì)帶式輸送機(jī)帶面進(jìn)行持續(xù)健康檢測(cè)，降低煤礦及復(fù)雜運(yùn)輸場(chǎng)景的安全事故發(fā)生。

（2）輸送帶異物

部分輸送帶損壞是由錨桿、槽鋼等鐵器或大塊矸石等非煤異物進(jìn)入輸送帶造成，輸送帶在運(yùn)輸過(guò)程中主要的異物包括大塊煤、石頭、錨桿、鐵器、矸石等。實(shí)時(shí)檢測(cè)帶式輸送機(jī)上異物并及時(shí)剔除，減少異物對(duì)輸送帶損壞，可有效防止輸送帶撕裂事故發(fā)生。

（3）輸送帶撕裂檢測(cè)

輸送帶是帶式輸送機(jī)最重要也最容易損壞的部分，有效減少輸送帶撕裂是保障帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要一環(huán)。輸送帶縱向撕裂會(huì)引起輸送帶局部溫度過(guò)高，增加引發(fā)火災(zāi)的概率。

（4）物料流量檢測(cè)

帶式輸送機(jī)物料流量檢測(cè)是對(duì)大型礦用企業(yè)進(jìn)行智能化和信息化改造的重要舉措。受礦產(chǎn)開采過(guò)程影響，帶面物料流容易出現(xiàn)偏心、斷續(xù)等現(xiàn)象，導(dǎo)致輸送帶秤、核子秤等接觸式檢測(cè)的結(jié)果存在偏差。

（5）堵料檢測(cè)

輸送帶面物料流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任何部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，物料流中摻雜大煤塊或者大石塊均會(huì)導(dǎo)致堵料現(xiàn)象發(fā)生，在料倉(cāng)下部易發(fā)生堵料。

（6）托輥異常

托輥是帶式輸送機(jī)的核心部件，當(dāng)發(fā)生高熱、抖動(dòng)、脫落等異常時(shí)，將失去支撐傳送帶和降低阻力的作用，易引起輸送帶撕裂及輸送帶燃燒，長(zhǎng)距離運(yùn)輸和托輥數(shù)量在日常巡檢及定期維護(hù)需要大量的人力和物力。

（7）粉塵灑落

帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中存在粉塵灑落的情況，需要工人定期清掃，在復(fù)雜礦井環(huán)境中增加了人力成本。

巡檢機(jī)器人視覺(jué)功能和分類研究

根據(jù)上述7類視覺(jué)識(shí)別場(chǎng)景，設(shè)計(jì)面向帶式輸送機(jī)場(chǎng)景的視覺(jué)識(shí)別和分類方案。

（1）輸送帶帶面跑偏

針對(duì)輸送帶帶面跑偏場(chǎng)景設(shè)計(jì)識(shí)別方案，巡檢機(jī)器人輸送帶運(yùn)行狀態(tài)的視頻流，圖像預(yù)處理后，采用傳統(tǒng)圖像識(shí)別方法，對(duì)比輸送帶實(shí)時(shí)狀態(tài)和預(yù)先處理好的正常狀態(tài)，對(duì)比差的結(jié)果實(shí)現(xiàn)偏移檢測(cè)，輸送帶帶面跑偏識(shí)別流程如圖2所示。首先通過(guò)視頻流獲取實(shí)時(shí)圖像，將圖像進(jìn)行增強(qiáng)和濾波處理，利用霍夫變換提取輸送帶邊緣，再過(guò)濾掉錯(cuò)誤直線，設(shè)定輸送帶未跑偏時(shí)的閾值，最后將檢測(cè)直線與閾值做差得到跑偏距離。

圖2 輸送帶帶面跑偏識(shí)別流程

（2）輸送帶異物檢測(cè)功能

不同場(chǎng)景的輸送帶異物主要由大塊煤、石頭、錨桿、矸石等組成。巡檢機(jī)器人輸送帶運(yùn)行狀態(tài)的視頻流，通過(guò)異物檢測(cè)算法檢測(cè)出異物。針對(duì)輸送帶異物檢測(cè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)輸送帶異物檢測(cè)方案，輸送帶異物檢測(cè)識(shí)別流程如圖3所示。首先在試驗(yàn)場(chǎng)地的輸送帶上放置可能出現(xiàn)的各種異物，采集多角度、多位置、多種光線環(huán)境下的圖像并標(biāo)注，數(shù)據(jù)擴(kuò)充后用于訓(xùn)練YOLOv5目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，獲得用于檢測(cè)帶式輸送機(jī)上異物的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重；然后使用訓(xùn)練權(quán)重對(duì)巡檢機(jī)器人輸送帶狀態(tài)實(shí)時(shí)視頻流進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到輸送帶帶面異物的坐標(biāo)和分類；最后將實(shí)時(shí)獲取的圖像同時(shí)進(jìn)行二值化，提取物體的輪廓，使用輪廓內(nèi)像素個(gè)數(shù)衡量物體體積；最終使用YOLOv5目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和輪廓提取算法的結(jié)果，將二者的結(jié)果標(biāo)注在圖像上。

圖3 輸送帶異物檢測(cè)識(shí)別流程

（3）輸送帶縱撕檢測(cè)

采用輔助激光器完成輸送帶縱向撕裂檢測(cè)，在帶式輸送機(jī)滾筒位置安裝激光器，巡檢機(jī)器人進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，拍攝激光線位置，輸送帶撕裂檢測(cè)識(shí)別流程如圖4所示。首先按順序進(jìn)行顏色過(guò)濾、二值化與圖像細(xì)化，將圖片轉(zhuǎn)換為激光曲線部分為白色，其余部分為黑色的二值化灰度圖；對(duì)圖像矩陣的列進(jìn)行遍歷，計(jì)算白色像素?cái)嚅_的最大距離，當(dāng)此距離超過(guò)閾值后，即認(rèn)為輸送帶有完全撕裂的缺口。

圖4 輸送帶撕裂檢測(cè)識(shí)別流程

（4）物料流量檢測(cè)

使用深度學(xué)習(xí)的帶式輸送機(jī)物料流量檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)物料流量檢測(cè)的智能調(diào)整上料。首先獲取巡檢機(jī)器人輸送帶運(yùn)行狀態(tài)的視頻流，對(duì)物料圖像進(jìn)行校正、分割和增強(qiáng)預(yù)處理；構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的Unet分割網(wǎng)絡(luò)，獲得用于檢測(cè)物料流量的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重；最后計(jì)算出物料流在輸送帶帶面上的占比來(lái)判斷流量的大小。帶式輸送機(jī)物料流量檢測(cè)識(shí)別流程如圖5所示。

圖5 輸送帶物料流量檢測(cè)識(shí)別流程

（5）堵料

針對(duì)輸送帶堵料檢測(cè)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)輸送帶堵料檢測(cè)識(shí)別流程如圖6所示。首先使用幀差法，將連續(xù)視頻中相鄰兩幀灰度化圖像中的相同位置的像素值相減并取絕對(duì)值，得到幀差圖像；設(shè)定閾值并對(duì)幀差圖像進(jìn)行二值化處理，得到圖像中運(yùn)動(dòng)物體的掩模圖像；最后通過(guò)狀態(tài)判斷出是否堵料，堵料的嚴(yán)重程度。

圖6 輸送帶堵料檢測(cè)識(shí)別流程

（6）托輥狀態(tài)檢測(cè)

通過(guò)掛載巡檢機(jī)器人攝像機(jī)，采用目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)YOLOv5提取彩色托輥位置圖，并映射到相應(yīng)熱力圖上，使用CRNN網(wǎng)絡(luò)識(shí)別熱成像圖的最高最低溫度數(shù)值，建立熱成像圖上像素值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，計(jì)算由步驟一預(yù)測(cè)出的托輥區(qū)域溫度，并標(biāo)記在原圖像上，輸送帶托輥異常識(shí)別流程如圖7所示。

圖7 托輥異常檢測(cè)識(shí)別流程

（7）粉塵灑落檢測(cè)

巡檢機(jī)器人通過(guò)巡檢粉塵灑落的過(guò)程及灑落在地面上的粉塵來(lái)綜合判斷灑落的位置和大小。首先采集多角度、多位置、多種光線環(huán)境下粉塵灑落過(guò)程及灑落在地面的煤堆、粉塵堆等圖像，再使用深度網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)檢測(cè)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)粉塵灑落狀態(tài)，最后得出粉塵灑落評(píng)價(jià)，粉塵灑落檢測(cè)識(shí)別方案具體流程如圖8所示。

圖8 粉塵灑落檢測(cè)識(shí)別流程

結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有帶式輸送機(jī)存在的跑偏、撕裂、異物等各種異?，F(xiàn)象，基于礦用巡檢機(jī)器人，研究了帶式輸送機(jī)場(chǎng)景的視覺(jué)識(shí)別與分類方法，給出了輸送帶跑偏、輸送帶異物檢測(cè)、輸送帶撕裂檢測(cè)、物料流量及堵料狀態(tài)檢測(cè)、托輥異常和粉塵灑落等功能的具體算法實(shí)現(xiàn)方案。采用該系列視覺(jué)識(shí)別與分類方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同場(chǎng)景的帶式輸送機(jī)的智能化檢測(cè)，保證煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸安全。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來(lái)，策劃出版了“中國(guó)煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫(kù)”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái)，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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