本发明具体涉及一种基于双目视觉的煤流量监测方法。
背景技术：
1、综放工作面是指综合机械化放顶煤回采工作面，通常在足够厚的煤层中进行开采，这种工作面的特点是采用液压支架、大功率刮板输送机和双滚筒采煤机等设备进行机械化操作，在煤炭开采中具有重要的地位；
2、目前综放工作面放顶煤作业主要包含两种方式：
3、第一种是人工放煤，这种方式依赖于放煤工人的双目视力和工作经验，是较为传统的放煤方式，受矿下放煤粉尘、光线、支架后部空间狭小等环境因素影响，人工放顶的控制精度较低，不能满足综放开采技术对顶煤回收率的要求，甚至对操作工人的生命健康安全也存在严重影响；
4、第二种是应用控制系统操作放煤口开闭，通过统计规律以及工人经验得到放煤口开闭时间，在控制系统中写入预先设定的放煤程序，按照提前设定好的放煤时间进行自动化放煤，该方法减少了人工参与，保障了工人生命安全，但另一方面，由于受地下煤层厚度及倾角的影响，液压支架放煤口开闭时间和放煤动作需要随着回采工作面推进发生改变，不能获取单个液压支架的放煤口信息；
5、综上，目前的综放工作面采用人工目测或控制系统两种传统方法进行放煤，无法对煤流量进行准确的监测，经常出现欠放、过放的情况，导致刮板输送机上出现煤流过少或者超载，不利于生产。
6、因此，发明一种基于双目视觉的煤流量监测方法来解决上述问题很有必要。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于双目视觉的煤流量监测方法，通过对双目相机进行标定，制成探测器，并合理的布置装有探测器制成的支架，综放工作面放煤时，可以实时获得刮板运输机上方的煤流信息，同时通过将煤流信息三维重建，得到煤流的三维点云数据，进而在得到煤流扫描体积后，可以算出单位时间内的煤流量大小，使得工作人员可以快速的知晓综放工作面实时的煤流量，从而对综放工作面的煤流量进行准确的监测，避免了欠放、过放的情况发明，刮板输送机上煤流稳定，有利于生产，以解决技术中的上述不足之处。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双目视觉的煤流量监测方法，包括以下步骤：
3、步骤1、选取两个双目相机进行标定，制成探测器；
4、步骤2、合理布置装有探测器的探测器支架；
5、步骤3、基于探测器获取刮板运输机上方的煤流信息，计算综放工作面的煤流量q。
6、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤1中，所述双目相机选取为mv-sua630c-m工业级相机，且mv-sua630c-m工业级相机的镜头选取为m2808-1k-4镜头，并增设主动光源，且主动光源选取为sdi 3005。
7、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤1中，对双目相机进行标定，制成探测器的具体步骤为：
8、1.1、准备标定板，其内部具有一张黑白相间的棋盘纸；
9、1.2、将标定板放置在扫描位置，调节两个双目相机使标定板同时出现在二者视野中心范围之内，此时对双目相机进行固定；
10、其中，双目相机固定方位为同一直线上的一左一右；
11、1.3、调节标定板位置，使其在双目相机中的图像位置发生变化，从而得到多组不同位置、不同角度下的棋盘纸图像，并存储在磁盘中；
12、1.4、对位于左侧的双目相机先进行单独标定，将该左侧双目相机采集得到的棋盘纸图像导入matlab程序中，输入标定板规格，使用matlab程序提取标定板上的所有顶点，继而进行左侧双目相机的参数标定，得到的标定板三维位置仿真图和参数，进而得到左侧双目相机的标定结果，具体结果如下；
13、内参矩阵为：
14、
15、径向畸变为：
16、[-0.060.47]
17、矫正矩阵为：
18、
19、1.5、将右侧双目相机采集得到的棋盘纸图像导入matlab程序中，输入标定板规格，使用matlab程序提取标定板上的所有顶点，继而进行右侧双目相机的参数标定，得到的标定板三维位置仿真图和参数，进而得到右侧双目相机的标定结果，具体结果如下；
20、内参矩阵为：
21、
22、径向畸变为：
23、[-0.1040.917]
24、矫正矩阵为：
25、
26、1.6、将两个双目相机采集得到的棋盘纸图像同时输入matlab程序，完成顶点获取后得到标定板的三维位置仿真图，此时计算得到两个双目相机的旋转矩阵、以及平移矩阵，完成两个双目相机的标定，具体结果如下；两个双目相机的旋转矩阵r为：
27、
28、两个双目相机的平移矩阵为：t＝[210.802312.995810.1175]；
29、1.7、当两个双目相机完成标定后，直接将两个双目相机并列安装在一起，即可制成探测器。
30、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤2中，合理布置装有探测器的探测器支架的具体步骤为：
31、2.1、计算出探测器支架安装位置距离放煤支架的最远距离，具体计算公式如下：
32、
33、其中，v为刮板输送机的运行速度，且v＝1.5m/s，
34、δts为顶煤离开放煤口与监测系统扫描煤流的时间间隔，
35、na为目标探测器支架上的序号，其中，综放工作面处的探测器支架序号为1，向外依次递增，
36、nf为放煤支架上的序号，其中，综放工作面处的探测器支架序号为1，向外依次递增，
37、wy为液压支架的支护宽度；
38、2.2、对煤流粉尘浓度进行分析，得出|nf-na|的关系式为：
39、4≤|nf-na|；
40、2.3、对煤流运动的距离进行分析，得出|nf-na|的另一关系式为：
41、1≤|nf-na|；
42、2.4、基于煤流粉尘浓度和煤流运动的距离的分析，得出探测器支架安装的具体位置。
43、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤2.2中，对粉尘浓度进行分析的具体步骤为：
44、2.2.1、在放煤工作面确定需要放煤的液压支架，设该液压支架为80号支架，定义该液压支架序号为80，以该液压支架为中心，从左边第15架开始到右边第15架，设置粉尘浓度探测点；
45、2.2.2、待放煤开始后，记录放煤过程中工作面风向、粉尘浓度变化情况。
46、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤2.3中，对煤流运动的距离进行分析的具体过程为：
47、将顶煤放出的过程依次分为：破碎顶煤受重力影响从尾梁后方开始向下运动的第一阶段、通过控制插板收缩，进而控制放煤口开闭的第二阶段，破碎顶煤与后部刮板输送机上表面相接触的第三阶段；
48、且在第三阶段中：设vx为顶煤离开放煤口时的横向速度，
49、vy为顶煤离开放煤口时的横向速度，
50、vz为顶煤的运动速度，
51、v为刮板输送机运行速度，
52、μ为刮板输送机的表面摩擦系数，且具体值为0.07，
53、则煤流运动的距离d的关系式如下：
54、
55、其中，v0为顶煤接触刮板输送机时的横向初始速度，为0m/s，
56、g是重力加速度，取值为9.8m/s2，
57、代入上述公式得出：d＝1.64m。
58、前述的基于双目视觉的煤流量监测方法，在步骤3中：
59、设双目相机的扫描频率为f，且f＝18fps，
60、单次扫描消耗的时间为δt，且δt＝0.5s，
61、单次识别区域宽度为w，刮板输送机上单次识别区域长度为zs，
62、且当探测器安装高度为90cm时，探测器单次识别区域宽度w＝150cm，刮板输送机上单次识别区域长度zs＝90cm；
63、且基于探测器获取刮板运输机上方的煤流信息，计算综放工作面的煤流量q，具体步骤为：
64、3.1、将探测器获取到的刮板运输机上方的煤流信息进行三维重建，得到煤流的三维点云数据；
65、3.2、从t＝0开始，以δt为时间间隔，将三维点云数据按照扫描时间进行分段，共获得t/δt段数据；
66、3.3、取其中任一段时间δti内的三维点云数据进行分析，令该段对应的煤流扫描体积为v；
67、3.4、将煤流扫描体积v根据其区域长度zs划分为多个细小单元，则煤流扫描体积v的计算公式如下：
68、
69、其中，vi为每个细小单元的体积；
70、δz为每个细小单元的长度；
71、3.5、令探测器扫描煤流获取的第i组煤流体积的煤流截面面积为si，利用微分法计算出煤流截面面积为si，具体过程为：
72、3.5.1、设底部为刮板输送机，上部为煤流截面轮廓，以探测器光学中心为原点，建立直角坐标系；
73、3.5.2、使用点云数据将煤流截面面积划分为n个区域，以区间的起始坐标和结束坐标为基础，得到煤流截面面积si，具体公式如下：
74、
75、其中，其中，x为煤流轮廓坐标，
76、y为刮板输送机底部轮廓坐标；
77、3.6、根据计算出的煤流截面面积为si，将全部的细小单元的体积vi求总和，得到煤流扫描体积v，具体公式如下：
78、
79、3.7、联立公式(1)、(2)、(3)可得到煤流扫描体积v的公式，具体如下：
80、
81、3.8、计算出探测器单次获取的新增煤流体积vx，且计算公式如下：
82、vx＝v-vc
83、其中，vc为探测器获取的煤流体积数据库的重复部分体积；
84、3.9、通过对所有的探测器单次获取的新增煤流体积vx进行求和，得到放煤煤量总体积，则单位时间内的煤流大小，即煤流量计算如下，且计算公式如下：
85、
86、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
87、本发明通过对双目相机进行标定，制成探测器，并合理的布置装有探测器制成的支架，综放工作面放煤时，可以实时获得刮板运输机上方的煤流信息，同时通过将煤流信息三维重建，得到煤流的三维点云数据，进而在得到煤流扫描体积后，可以算出单位时间内的煤流量大小，使得工作人员可以快速的知晓综放工作面实时的煤流量，从而对综放工作面的煤流量进行准确的监测，避免了欠放、过放的情况发明，刮板输送机上煤流稳定，有利于生产。
1.一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤1中，所述双目相机选取为mv-sua630c-m工业级相机，且mv-sua630c-m工业级相机的镜头选取为m2808-1k-4镜头，并增设主动光源，且主动光源选取为sdi 3005。
3.根据权利要求2所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤1中，对双目相机进行标定，制成探测器的具体步骤为：
4.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤2中，合理布置装有探测器的探测器支架的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤2.2中，对粉尘浓度进行分析的具体步骤为：
6.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤2.3中，对煤流运动的距离进行分析的具体过程为：
7.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的煤流量监测方法，其特征在于：在步骤3中：
