Дремин А.В., Марков Ю.В.
ГРУППОВАЯ ОЦЕНКА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСЫПИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ *
Аннотация:
рассмотрены методы оценки гранулометрического состава осыпи буровзрывных работ (БВР). Предложен метод измерения гранулометрического состава на основе систем стереовидения и искусственного интеллекта. Предложенный метод использует информацию о рассовмещении группы синхронных изображений сцены. Предложенный метод повышает точность, скорость и безопасность применения аппаратуры при оценке размера фракций в осыпи
Ключевые слова:
горное дело, стереовиденье, искусственный интеллект
УДК 552.12
Дремин А.В.
ООО "Давтех"
(г. Екатеринбург, Россия)
Марков Ю.В.
ООО "Давтех"
(г. Екатеринбург, Россия)
ГРУППОВАЯ ОЦЕНКА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО
СОСТАВА ОСЫПИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Аннотация: рассмотрены методы оценки гранулометрического состава осыпи буровзрывных работ (БВР). Предложен метод измерения гранулометрического состава на основе систем стереовидения и искусственного интеллекта. Предложенный метод использует информацию о рассовмещении группы синхронных изображений сцены. Предложенный метод повышает точность, скорость и безопасность применения аппаратуры при оценке размера фракций в осыпи.
Ключевые слова: горное дело, стереовиденье, искусственный интеллект.
При групповом измерении размера фракции осыпи БВР применяется метод измерения угловых размеров элементов фракции по фотографическим изображениям или физическое измерение элементов фракции вручную. Реализация этих методов возможна несколькими способами [1-4].
Во-первых, известен метод оценки количества и размера элементов осыпи при просеивании породы через сита различных размеров. Данный метод является весьма трудоёмким и требует переработки части осыпи вручную, следовательно, обладает низкими показателями безопасности и скорости выполнения работ.
Во-вторых, возможно фотографическое оценивание размера фракций при использовании реперных элементов, внедрённых в изображение. Т.е. каких-либо тестовых (опорных) объектов, размер которых заранее известен. Например, шкальных линеек или шаров, с которыми (точнее с линейными размерами которых) и производится сравнение размеров элементов осыпи. Данный метод требует присутствия оператора в зоне осыпи и так же не является безопасным. Возможен как ручной, так и автоматизированный анализ изображения [4].
Во-третьих, метод с использованием машинного анализа стереоизображений (стереовидения). Метод стереовидения не подразумевает использование и укладку реперных элементов в осыпь, а значит и нахождение оператора в зоне осыпи. Поэтому он является более безопасным, менее трудозатратным и, в конечном итоге, экономически более эффективным. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать именно этот метод измерения.
При использовании стереовидения используется оценка угловых или линейных размеров объектов по величине сдвига элементов изображения ведомой камеры относительно центральной оси или относительно изображения ведущей камеры. Рассмотрим измерение линейных разметов элементов изображения с помощью двух камер, геометрическая схема измерения представлена на рис. 1.
Рис. 1. Определение размеров элементов изображений
На рис. 1 изображена система из двух камер, направленных так, что их центральные оси параллельны, и расположенных друг относительно друга на расстоянии ΔL. При этом, вследствие пространственного разноса камер, в растре изображения один и тот же объект, например один пиксель изображения, будет находиться на разных участках кадра. Для камеры 2 этот пиксель будет сдвинут влево, как показано на рис. 1. Пиксельное расстояние между объектом (пикселем) на изображениях обеих камер составит ΔP. Следовательно, можно определить калибровочную величину l, соответствующую геометрическому размеру одного пикселя
,
при этом l будет зависеть от дальности до сцены и расстояния между камерами.
В дальнейшем геометрические размеры элементов осыпи L могут быть определены в соответствии с выражением
где P – пиксельные размеры элемента осыпи.
При таком построении системы основная проблема заключается в том, что в реальном изображении присутствует не один объект, а информация обо всех элементах изображения, т.е. целый кадр. Кроме того, изображение с двух разнесённых камер будет несколько отличаться, даже при съёмке одной и той же сцены. В этом случае для измерения величины ΔP следует провести вычисление построчной (или постолбцовой, при вертикальном измерении) взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух изображений в виде
,
или в дискретном виде
,
где S1 и S2 – содержимое строк с одним и тем же номером от двух изображений.
При съёмке одной и той же сцены содержимое одних и тех же строк двух изображений будет иметь высокий уровень взаимной корреляции, вследствие чего в ВКФ будет различим хорошо заметный максимум. Сдвиг максимума ВКФ относительно нуля равен сдвигу строк друг относительно друга и будет определяться ΔP для этой строки (столбца).
Для повышения точности определения ΔP и уменьшения дискретной и флуктуационной ошибок измерения можно усреднить измерения по нескольким строкам (столбцам). При этом погрешности измерения на краях изображения, вызванные ненулевым углом визирования для ведущей камеры, могут быть скомпенсированы с учётом знания угловых размеров изображения в целом.
При фотосъёмке откоса осыпи будет присутствовать угол наклона откоса к вертикальной оси камер, как это показано на рис. 2.
Рис. 2. Откос осыпи, вид сбоку
Конструкция камеры позволяет знать угловые размеры одного пикселя в ПЗС матрице, это в свою очередь позволяет измерить дальность до каждого участка сцены. Т.е. для небольшого участка сцены необходимо провести измерения сдвига изображений в пикселях с помощью ВКФ, а затем определить дальность до участка Hn на вертикальной оси изображения в соответствии с выражением
,
где N – число пикселей сдвига, αp – угловой размер пикселя, который может быть вычислен как отношение полного угла зрения камеры к разрешению по соответствующей оси.
Знание дальностей до участков сцены позволит построить аппроксимацию рельефа откоса (рис. 2) и определить угол наклона откоса к оси камер.
На следующем этапе измерений собственно и происходит определение гранулометрического состава осыпи. Сначала необходимо с помощью искусственного интеллекта (например, на основе нейро-нечётких сетей) провести контурный анализ изображения осыпи и выделить контуры гранул породы. Затем оценить пиксельные размеры каждого внутриконтурного содержимого и отобразить их в соответствии с заранее установленными правилами на графиках, таблицах или гистограммах.
Таким образом, анализ гранулометрического состава может проводиться одним компактным прибором, в режиме реального времени и при полном обеспечении безопасности оператора, проводящего измерения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Ракишев Б.Р. «Вскрытие карьерных полей и системы открытой разработки» Алматы, 2013 г., 304 стр., УДК: 622.2 (075), ISBN: 978-601-289-109-6 Катанов И.Б., Сысоев А.А. «Буровзрывные работы на карьерах. Учебное пособие» Инфра-Инженерия, 2021 г. 208 с. ISBN: 978-5-9729-0757-1 Гапонов Ю., Павлович А., Цирель С.В. «Гранулометрический состав, сдвиговая прочность разрушенных горных пород и их влияние на устойчивость отвалов.» ISBN: 0236-1493, UDK: 622.271. Шустерман С.А. «Автоматический анализ гранулометрического состава взорванной горной массы по фотографиям». https://cyberleninka.ru/article/n/avtomaticheskiy-analiz-granulometricheskogo-sostava-vzorvannoy-gornoy-massy-po-fotografiyam
Номер журнала Вестник науки №4 (61) том 4
Ссылка для цитирования:
Дремин А.В., Марков Ю.В. ГРУППОВАЯ ОЦЕНКА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСЫПИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ // Вестник науки №4 (61) том 4. С. 276 - 281. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/7880 (дата обращения: 30.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+