[发明专利]一种基于图像识别的井巷通风阻力系数计算方法

说明书

本发明公开了一种基于图像识别的井巷通风阻力系数计算方法，属于矿山智能通风领域。通过对待测风阻巷道的围岩拍照获得多张包含粗糙度信息照片，图片采用高斯差分算法识别出图片中粗糙度，并提取照片中粗糙度的键点。结合相机内外参数、坐标系变换将二维信息转换在世界坐标系并构件点云三维模型。将点云模型分割为几个区域，通过各区域内的散点拟合三维平面，计算各个点云到平面距离的均值作为该区域的粗糙度。同样的方法计算其他分割区域的粗糙度。对所有分割区域的粗糙度求平均值作为这张照片的粗糙度；同样方法识别其他照片中的围岩粗糙度，将所有照片识别的粗糙度计算均值作为待测巷道的粗糙度。最后联立Colebrook数学模型和摩‑阻数学模型预测阻力系数。本发明具有智能化程度高、工作环境适应性强、具备数据运算和反馈的优点，能够为矿井智能通风提供技术支持。

技术领域

本发明专利涉及矿井通风防灾技术领域的通风阻力系数智能预测技术，尤其涉及图像 识别的井巷通风阻力系数计算方法。

背景技术

矿井通风作为矿山的“呼吸系统”对采掘生产、防治瓦斯积聚和井巷内遗煤自燃、营 造良好的作业环境具有重要意义。空气沿井巷中流动时，由于风流的黏滞性、惯性和井巷壁 面等对井巷的阻滞、扰动作用而形成通风阻力造成巷道的需风地点供风不足。通风摩擦阻力 系数作为衡量通风难以程度的重要参数之一，如何合理的预测长期以来是研究的热点问题。

目前，预测巷道内通风摩擦阻力系数的方法可归结于三类：

(1)经验取值法，即根据以往的经验数据，在某一范围内随机取值；

(2)现场测试法，通过现场的实测获得数据；

(3)数值计算法，通过建立数值计算模型，通过计算机计算而得。

经验法易受到主观因素的影响，预测结果和实际结果误差较大，难以客观反映真实结 果；现场测试易受到井下复杂环境的影响，其次开采年限较长的矿井巷道分支有数千条之多， 无法对全部巷道进行实际测量；数值计算法需要求解偏微分方程，采用不同数学模型结果差 别较大，并且迭代次数对计算机的性能要求较高。除上述原因外，风流本身脉动影响导致测 量结果“测不准、总在变”，难以获得令人满意的测量结果。针对通风摩擦阻力系数，部分学 者们的研究结果具有代表性。

张庆华等提出一种基于大数据的通风巷道摩擦阻力系数快速确定方法，通过建立巷道 通风参数数据与巷道摩擦阻力系数的分类数据母几何和子几何，新城各行综合、动态更新、 精确的摩擦阻力系数系统大数据集，通过巷道顺序，在其中搜索类似巷道的数据集，然后在 相似巷道的数据集中搜索相似的影响因子，快速确定摩擦阻力系数。

杨卓明提出一种通风摩擦阻力系数测量方法和通风阻力系数测量装置。在巷道中设置 可调节的阻断程度的阻断物；分N此调节所述阻断物对所述巷道的阻断程度，测量N个风量 数值及所述N个风量数值对应的N个巷道压力差值；根据所述N个风量数值及其对应的N 个巷道压力差值确定所述巷道的通风阻力系数。

高菊茹等提出一种测试曲线隧道通风沿程摩擦阻力系数的实验装置。根据相似比选用 的与原型巷道壁面粗糙度相应的贴合在曲线模型隧道内表面的砂纸、静压测试管、带测试小 孔的整流圆管、微压计、通过变频器控制的实验风机所构成，曲线模型隧道的一段与直线模 型隧道连接、另一端与整流圆管连接，整流圆管与实验风机连接，静压测试管安装在曲线模 型隧道的待测长度的两端点位置，整流圆管用L型皮托管与微压计相连。由风机提供测试风 量，将测得的静压差值和动压差值带入公式计算即可得到曲线模型隧道内的摩擦阻力系数。

刘承东等提出一种综合管廊通风系统当量摩擦阻力系数确定方法。分别通过理论公式 和数值计算获得忽略管线和支架铺设情况时综合管廊舱室内的摩擦阻力系数，对比二者获得 第一修正系数；分别通过理论公式和数值计算获得铺设管线和支架情况时综合管廊舱室内的 摩擦阻力系数，对比二者获得第二修正系数；根据第一修正系数和第二修正系数获得管廊通 风系统的当量摩擦阻力系数。