一种粉尘污染的评价系统技术方案

本发明专利技术提供了一种粉尘污染的评价系统，方法包括接收由所述图像采集装置每隔预设时长采集到的多张粉尘图像，并将所述多张粉尘图像处理并生成三维图像数字矩阵；对所述三维图像数字矩阵以像素为梯度步长进行梯度计算，生成梯度图像；对所述梯度图像进行图像锐化、灰度转换、二值化处理，生成粉尘去噪图；对所述粉尘去噪图进行运算，得到分形维数值、灰度均值，调用粉尘污染指数模型对所述分形维数以及所述灰度均值运算生成粉尘污染等级，解决了现有技术中采用单变量对粉尘污染状况进行评价存在较大误差或失真的问题。较大误差或失真的问题。较大误差或失真的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种粉尘污染的评价系统


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，特别涉及一种粉尘污染的评价系统。

技术介绍

[0002]粉尘污染一直是工业生产中存在的常见问题，尤其体现在矿产资源开发过程中。在煤矿、部分金属矿开采过程中，一些开采工艺：钻孔、爆破、切割、混凝土喷淋、运输、提矿、装载、皮带传输等工作区域，都是产尘的高源点。大多粉尘具有易扩散、可燃等不利性质，粉尘带给生产生活的危害主要分为：
[0003](1)长期工作在较高浓度粉尘环境中的工人容易患上职业病：角膜炎、鼻炎、咽喉炎、支气管炎、矽肺病、慢性阻塞性肺病、尘肺病等；
[0004](2)煤矿本身具有较高的自燃倾向，在空气流通充分、浓度条件满足粉尘爆炸极限的情况，在点火源的作用下，极易发生爆炸事故。粉尘爆炸具有非常大的破坏性，对于煤粉尘爆炸而言，粉尘爆炸产生的冲击波高达2340m/s，爆温可达2300～2500℃；
[0005](3)在粉尘的作用下，工人的作业场所环境污染严重，能见度较低，降低了生产效率。同时，粉尘对生产设备具有磨损效应，在长时间的磨损下，设备的精度、安全性等要求无法得到充分保持，从而最终影响企业的经济效益。
[0006]目前国内外在评价粉尘污染情况一般采用粉尘浓度评价法，即测量工作面粉尘浓度，对测量结果进行分析判断。测量粉尘浓度的方法一般有手持式采样设备，快速浓度检测仪以及粉尘在线检测仪。手持式粉尘检测设备主要包括滤膜称重；快速检测仪主要包括光电转换法，β射线衰减法，压电晶体频率变化法等；粉尘浓度在线检测仪则主要利用声光效应，通过设置多个传感器在整体上实现粉尘在线浓度检测。在数字图像技术在粉尘浓度检测的应用中，一般通过研究粉尘浓度与数字图像相关参数的相互关系，如灰度，形态学特征等，得到粉尘浓度拟合曲线，但在现场应用中，成熟度较低。
[0007]现有技术中的粉尘污染监测及评价技术如：
[0008]CN103089291B公开了一种基于图像的煤矿粉尘污染评价及喷雾除尘联动系统，包括图像评价部分和状态控制部分，所述图像评价部分是通过设置在产尘点的图像传感器对整个产尘空间进行监控，通过与设置的背景图像比较得到评价结果；所述状态控制部分根据图像评价的结果来控制设置在产尘点的喷雾装置，当评价结果显示当前粉尘浓度超过基准值时，启动喷雾降尘系统；当评价结果显示当前浓度低于基准值时，喷雾降尘系统关闭；所述状态控制部分主要通过控制箱来控制安装在各产尘点的喷雾降尘系统。
[0009]CN206138918U公开了一种用于粉尘监测与治理的自动一体化装置，包括粉尘传感器、除尘设备以及控制装置，粉尘传感器用于检测目标区域的粉尘数据；除尘设备用于降低目标区域的粉尘含量；控制装置与粉尘传感器和除尘设备通讯连接，其根据粉尘数据以控制除尘设备的开启与关闭。控制装置同时与粉尘传感器和除尘设备进行数据交互，如此实现粉尘监测系统和粉尘治理系统的同步管理和控制。
[0010]上述现有技术中的粉尘污染监测及评价方法在一定程度上可以对粉尘源进行浓
度测定以及污染评价。传统的粉尘浓度测定方法，如滤膜沉重操作复杂，测定时间较长；快速浓度测定仪如β射线衰减法对实验设备要求较高，且测量范围存在局限性；粉尘在线检测仪近年得到较多的关注，其通过布置系列传感器，利用物联网技术在线实现粉尘浓度的监控和测定。但工况复杂条件下，传感器布置数量及位置可能大大影响正常生产，设备的维护成本较大。通过数字图像技术研究图像参数与粉尘浓度之间的相互关系，进而对粉尘污染状况进行评价，容易受到环境条件(光照、风速等)的影响，造成误差较大的问题。
[0011]有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0012]本专利技术公开了一种粉尘污染的评价系统，旨在解决现有技术中采用单变量对粉尘污染状况进行评价存在较大误差或失真的问题。
[0013]本专利技术实施例提供了一种粉尘污染的评价系统，包括：透明箱体、配置在所述透明箱体上方的落尘装置、配置在所述透明箱体第一侧部的风机装置、配置在所述透明箱体第二侧部的可移动门、配置在所述透明箱体外部的图像采集装置、以及与所述图像采集装置电气连接的控制器；
[0014]其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
[0015]接收由所述图像采集装置每隔预设时长采集到的多张粉尘图像，并将所述多张粉尘图像处理生成三维图像数字矩阵；
[0016]对所述三维图像数字矩阵以像素为梯度步长进行梯度计算，生成梯度图像；
[0017]对所述梯度图像进行图像锐化、灰度转换、二值化处理，生成粉尘去噪图；
[0018]对所述粉尘去噪图进行运算，得到分形维数值、灰度均值，调用粉尘污染指数模型对所述分形维数以及所述灰度均值运算生成粉尘污染等级。
[0019]优选地，所述对所述三维图像数字矩阵以像素为梯度步长进行梯度计算，生成梯度图像具体为：
[0020]调用梯度计算模型，对分别在水平、垂直方向对所述三维图像数字矩阵中像素{I
i，j
(x，y)，I
i+Δi，j
(x，y)，I
i，j+Δj
(x，y)}进行梯度计算，生成所述梯度图像；其中，所述梯度计算模型的表达式为：
[0021][0022]其中，Grad
ij
表示经过梯度计算的图像像素值，Δj和Δi分别表示在垂直方向和水平方向选取的步长。
[0023]优选地，所述对所述梯度图像进行图像锐化、灰度转换、二值化处理，生成粉尘去噪图具体为：
[0024]对所述梯度图像进行图像锐化处理，生成具有补偿图像轮廓特征的锐化图像；
[0025]调用灰度平均模型，对所述锐化图像进行灰度转换，生成灰度图像；
[0026]对所述灰度图像进行二值化计算，生成二值图；
[0027]将所述二值图中的噪点影响，生成粉尘去噪图。
[0028]优选地，所述对所述粉尘去噪图进行运算，得到分形维数值、灰度均值，调用粉尘
污染指数模型对所述分形维数以及所述灰度均值运算生成粉尘污染等级
[0029]调用二维图像计盒维数Box
‑
dimension模型对所述粉尘去噪图进行运算，得到分形维数；
[0030]调用灰度均值模型对所述粉尘去噪图进行运算，得到灰度均值；
[0031]对所述灰度均值进行线性拟合生成第一拟合方值，对所述分形维数以e 为底数的指数拟合生成第二拟合方值；
[0032]调用粉尘污染指数模型对所述第一拟合方值、所述第二拟合方值、灰度均值、以及分形维数进行运算，生成粉尘污染等级。
[0033]优选地，所述二维图像计盒维数Box
‑
dimension模型的表达式为：
[0034]log(N
k
)＝D
F log(K)+C；
[0035]其中，D
F
分形维数，N
k
为满足遍历全图像的盒子总数，K为方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉尘污染的评价系统，其特征在于，包括：透明箱体、配置在所述透明箱体上方的落尘装置、配置在所述透明箱体第一侧部的风机装置、配置在所述透明箱体第二侧部的可移动门、配置在所述透明箱体外部的图像采集装置、以及与所述图像采集装置电气连接的控制器；其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：接收由所述图像采集装置每隔预设时长采集到的多张粉尘图像，并将所述多张粉尘图像处理并生成三维图像数字矩阵；对所述三维图像数字矩阵以像素为梯度步长进行梯度计算，生成梯度图像；对所述梯度图像进行图像锐化、灰度转换、二值化处理，生成粉尘去噪图；对所述粉尘去噪图进行运算，生成得到分形维数值、灰度均值，调用粉尘污染指数模型对所述分形维数以及所述灰度均值运算生成粉尘污染等级。2.根据权利要求1所述的一种粉尘污染的评价系统，其特征在于，所述对所述三维图像数字矩阵以像素为梯度步长进行梯度计算，生成梯度图像具体为：调用梯度计算模型,对分别在水平、垂直方向对所述三维图像数字矩阵中像素{I
i,j
(x,y),I
i+Δi,j
(x,y),I
i,j+Δj
(x,y)}进行梯度计算,生成所述梯度图像；其中,所述梯度计算模型的表达式为:其中,Grad
ij
表示经过梯度计算的图像像素值,Δj和Δi分别表示在垂直方向和水平方向选取的步长。3.根据权利要求1所述的一种粉尘污染的评价系统，其特征在于，所述对所述梯度图像进行图像锐化、灰度转换、二值化处理，生成粉尘去噪图具体为:对所述梯度图像进行图像锐化处理,生成具有补偿图像轮廓特征的锐化图像；调用灰度平均模型,对所述锐化图像进行灰度转换,生成灰度图像；对所述灰度图像进行二值化计算,生成二值图；将所述二值图中的噪点影响,生成粉尘去噪图。4.根据权利要求1所述的一种粉尘污染的评价系统，其特征在于，所述对所述粉尘去噪图进行运算，得到分形维数值、灰度均值，调用粉尘污染指数模型对所述分形维数以及所述灰度均值运算生成粉尘污染等级，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少锋，尹江江，皮滋滋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：