基于综放开采放煤口煤矸放落动态实时轻量化监测方法

专利主权项内容

1.一种基于综放开采放煤口煤矸放落动态实时轻量化监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、构建煤矸实时轻量化监测模块，过程如下：步骤101、构建并训练煤矸识别神经网络模型，过程如下：步骤10101、构建适用于综放开采放煤口煤矸放落的图像数据集，所述图像数据集中图像经LabelImg进行标记，图像数据集中图像的检测种类分为煤和矸石，煤在标记处选择coal作为标签，矸石在标记处选择rock作为标签；步骤10102、利用图像数据集训练煤矸识别神经网络模型，获得训练好的煤矸识别神经网络模型，所述煤矸识别神经网络采用YOLOv5s引入SimAM注意力模块，YOLOv5s的骨干网络输出的特征图经过对应的SimAM注意力模块后，输出80×80、40×40和20×20三种不同比例尺的带有边界框的coal和rock第一特征图，第一特征图中具有三种不同coal特征映射信息和三种不同rock特征映射信息；第一特征图输入至YOLOv5s的瓶颈网络进行上采样、卷积、特征拼接和融合，获得表征能力增强的第二特征图；最后经过检测头，将融合后的特征分别输出尺寸为80×80、40×40和20×20的三个煤检测头和三个矸检测头；步骤102、煤矸识别神经网络模型的轻量化优化，过程如下：步骤10201、在STM32微控制器上设置初始阈值，以调整煤矸识别神经网络模型算法的敏感度和准确性；步骤10202、将训练好的煤矸识别神经网络模型文件导入STM32微控制器的STM32Cube中的X-CUBE-AI的模型库，对训练好的煤矸识别神经网络模型转换，生成优化后的煤矸实时轻量化监测模块；步骤103、测试煤矸实时轻量化监测模块的性能：使用STM32的计时器来测量煤矸实时轻量化监测模块从输入数据到输出结果的监测时间，监测时间为煤矸实时轻量化监测模块开始和结束时记录时间，然后计算时间差，当时间差不大于测试时间阈值时，煤矸实时轻量化监测模块构建完成；当时间差大于测试时间阈值时，调整煤矸识别神经网络模型的参数或者初始阈值参数，执行步骤10102，直至时间差不大于测试时间阈值；步骤二、组建并安装煤矸实时轻量化监测系统，所述煤矸实时轻量化监测系统包括煤矸实时轻量化监测模块、摄像头、感光传感器、补光灯、指示灯和蜂鸣器，所述煤矸实时轻量化监测模块为集成有经X-CUBE-AI的模型库转换的煤矸识别神经网络模型的STM32微控制器模块，摄像头的信号输出端和感光传感器的信号输出端均与STM32微控制器模块的信号输入端连接，补光灯、指示灯和蜂鸣器均由STM32微控制器模块控制，煤矸实时轻量化监测系统安装在液压支架的底座上；步骤三、综放开采放煤口煤矸放落动态实时轻量化监测，过程如下：步骤301、在STM32微控制器模块上设置含矸率预警值；步骤302、利用煤矸实时轻量化监测系统对综放开采放煤口的煤矸放落动态进行实时轻量化监测，利用感光传感器实时采集环境亮度，当实时的环境亮度值低于环境亮度阈值时，STM32微控制器模块控制补光灯工作，利用摄像头采集综放开采放煤口煤矸放落图像，综放开采放煤口煤矸放落图像送入STM32微控制器模块进行处理；步骤303、STM32微控制器根据公式计算综放开采放煤口煤矸放落图像的含矸率P，其中，a为综放开采放煤口煤矸放落图像中矸石累计面积，b为综放开采放煤口煤矸放落图像中煤块累计面积；当综放开采放煤口煤矸放落图像的含矸率P不大于含矸率预警值时，煤矸实时轻量化监测系统持续对综放开采放煤口煤矸放落动态实时轻量化监测；当综放开采放煤口煤矸放落图像的含矸率P大于含矸率预警值时，STM32微控制器模块控制指示灯和蜂鸣器工作，实现监测报警提示。