用图像处理技术建立爆破粒度控制模型

SeriesNo.293金　　属　　矿　　山　　　　　　　　　　　　　　　总第293期

November2000METALMINE2000年第11期

用图像处理技术建立爆破粒度控制模型

傅洪贤　张幼蒂

(中国矿业大学)

摘　要　用倾斜摄影法,对爆堆进行拍照,然后对图像进行调整,使图像在高度、宽度方向上缩小比例一致。基于图像处理技术,对爆堆图像进行处理,统计岩块的面积、周长,进而推测岩块的粒度组成。利用回归方法,建立爆破粒度控制模型。

关键词　矿岩块度　图像处理　爆破参数　模型

EstablishingBlastFragmentationControlModelbyMeansofImageProcessingTechnology

FuHongxian　ZhangYoudi

(ChinaMiningUniversity)

Abstract　Tiltingphotographyingmethodwasusedtotakephotosofmuckpiles.Regulationwasmadeontheimagestomakethereducescaleintheheightandwidthidentical.Imageprocessingtechnologywasusedforthemuckpileimagesandtheareaandtheperimeterofrockswereaddedupsoastoinferthesizecompositionofrocks.Regressingmethodwasusedtoestablishthecontrolmodelofblastfragmentation.

Keywords　Rockfragmentation,ImageProcessing,Blastingparameters,Model

　　在矿山生产过程中,爆破是其中重要一环。因矿山的生产活动是动态的,随着时间的推移、生产地点的变化,地质条件、运输距离也在变化,变化到一定程度时,最优爆破参数也应随着调整。每个矿山都想建立适合自身条件的爆破经济优化模型,以便地质条件、运输距离改变时,调整最优爆破参数,预测采矿总成本。爆破经济优化模型的基石是爆破粒度控制模型。随着计算机的普及和图像处理技术的飞速发展,本文提出一种结合图像处理技术建立爆破粒度控制模型的方法。1　图像获取

对爆堆拍照实质上是一种抽样测量方法。诺林等人认为:抽样拍照面积占总面积的15%即足以保证其代表性[1]。在爆堆表面和挖掘断面进行拍照,要保证拍照面积大于爆堆表面积的15%。在拍照方法上,采用平面倾斜摄影法。由于倾斜拍照,同样大小的物体在宽度、高度方向上所占象素个数不同,后面计算目标大小时以象素个数为基础,故每次拍照时,在爆堆上放置两个互相垂直的标尺,以便调整图像时,使同样大小的物体在宽度、高度方向上缩小的比例一致。通常拍照面积10m2左右。

[2]

2　图像处理

(1)图像格式变换。对爆堆进行拍照的图像,经扫描仪扫描后变成Windows支持的bmp文件。此时bmp文件通常为24位bmp文件。为了便于后面的处理,应把24位bmp文件在Photoshop或画图软件上变成8位(256色)bmp文件。这样bmp文件的每个字节存放一个象素的灰度值,在图像处理上极大方便了操作。虽然24位bmp文件转变成8位bmp文件,丢失一些信息,但对统计岩块大小基本无影响。

(2)对图像进行调整,以便岩块在宽度、高度方向上缩小比例一致。对爆堆进行拍照时,由于不是垂直拍照,这样在宽度、高度方向上岩块缩小的比例不一致。相机镜头与爆堆表面法线的夹角越大,同样长度物体在高度方向上所占象素个数越少。图1所示,20cm长的物体在宽度方向上为40个象素长,在高度方向上为25个象素长。这样必须把照片在高度方向上的象素个数放大40/25=1.6倍,物体在宽度、高度方向上才能得到一致的缩小比例。图

傅洪贤,中国矿业大学博98,221008江苏省徐州市。

·

总第293期　　　　　　　　　　　金　　属　　矿　　山　　　　　　　　　　　2000年第11期2为图1放大后的图像

。

图1　

非垂直实拍摄爆堆

图3　图2

边缘跟踪结果

图4　

目标统计结果

图2　图1放大后的图像

(3)图像上物体边缘的提取。由于爆堆上的岩块凸凹不平和光线等原因,对爆堆拍照所得图像,往往出现岩块中部的灰度值与边缘灰度值相同或还小,这样不能自动地对岩块进行边缘提取。建议采用简单的人机交互方式提取。在前面得到的8位bmp文件上,通常鼠标人为地把岩块边缘提取出来。这样,虽费些时间,但提取的边缘比较准确。与筛分相比,极大地节约了人力、物力。

(4)图像边界跟踪、目标统计和岩块粒度组成。对图像进行边缘提取后,可利用中国矿业大学露天边坡研究所开发的KDImageprocess软件,对图像进行边缘跟踪,统计目标的面积和周长,再利用最佳匹配椭圆体模型[3、4]推测岩块的粒度组成。图3为图2边缘跟踪的结果,图4为目标统计结果,图5为岩块粒度分布图

。

图5　岩块粒度分布关系

3　粒度组成的统计及分布参数的回归

在某露天矿生产爆破中,采用了7组爆破参数,对每一爆堆进行拍照,通过图像处理,统计其粒度组成。其粒度组成,公认为最符合下列R-R分布。

n

y=1-exp[-(X/X0)],(1)式中,X为筛网尺寸;y为块度筛网尺寸小于或等于X时的筛下百分含量;X0为特定的筛网尺寸,即筛下百分含量为63.21%时的筛网尺寸;n为分布指数。

以R-R分布为函数模型,通过回归得出X0、n。利用图像处理技术,对7组爆破参数对应的爆堆拍照,统计、回归结果可用表1表示。

表1　7组数据统计回归结果

爆　破　参　数

q/(kg·m-3)s/m2

0.170.160.160.150.170.150.16

4236304230925

m1.211.21.11.211

w/m6.0656635

粒度筛下累积百分比/%

<30cm<40cm<50cm<60cm<90cm<110cm75194253033

12165710616670

39407531808790

51559847979899

74

98

8386

9797

分布指数X0/cm70.8169.3743.6573.8842.2739.6138.74

n3.0843.2314.1053.4483.3543.2523.479

相关系数

r0.9870.9850.9900.9870.9940.9960.998

　　　傅洪贤等:用图像处理技术建立爆破粒度控制模型　　　　　　　　　　　　　2000年第11期4　粒度控制模型的建立

爆堆的粒度组成主要与爆破参数、矿岩物理性质等因素有关。可控的因素为爆破参数,爆破参数主要取q、s、m、w。粒度控制模型的建立,主要寻求X0、n与爆破参数的关系。由鞍钢矿山公司与鞍山钢铁学院对齐大山铁矿“以爆代破”攻关项目的研究可发现,X0、n与爆破参数主要为多元线性关系。函数模型为:

X0=a0+a1q+a2s+a3m+a4w,(2)

n=b0+b1q+b2s+b3m+b4w.露天矿的粒度控制模型为:

y=1-exp[-(X/X0)],X0=-247.90q+2.25s-53.61m-9.01w+131.51,n=-16.43q-0.013s+2.4m+0.063w+3.47.式中,q为炸药单耗,kg/m3;s为孔网面积,m2;m为临近系数;w为底盘抵抗线,m。

5　结　论(1)本文给出了利用图像处理技术建立爆破粒

n

度控制模型的比较完整的技术路线,可供参考。

(2)采用倾斜摄影,利用同样长度的物体在宽度、高度方向上所占象素个数应相同的原则,对图像

进行调整,其效果相当于垂直拍照。

(3)在粒度控制模型的基础上,统计挖掘设备、运输设备、破碎设备与粒度组成的关系,可进一步建立爆破经济优化模型。

参考文献

1　璩世杰.矿岩块度图象分析法研究评述.金属矿山,1995(11):

10～13

2　谭英显,等.露天矿爆堆粒度分布的测定研究.矿山技术,1992(1):33～37

3　Kemeny,JhonMetal.Analysisofrockfragmentationusingdigital

imageprocessing.JournalofGeotechnicalEngineering,1993,119(7):1144～1160

4　Kemeny,JhonM.Practicaltechniquefordeterminingthesizedistri-butionofblastedbenches,wastedumpsandheapleachsites.MiningEngineering,1994,46(11):1281～1284

(3)

在表1数据基础上,利用多元线性回归可得某

(收稿日期2000-06-08)

·信息苑·

铁矿供应结构将发生大的变化

　　业内权威人士分析认为,国内铁矿石供应不足的问题日显突出,我国钢铁生产所需铁矿石的来源构成将逐步由自产为主变为以进口为主、自产为辅。

资料显示,截至目前,国内铁矿石探明储量约486亿t,但可开采储量不足180亿t,平均铁品位不到30%。以1997年产铁矿石原矿2.56亿t、耗费铁矿储量约5亿t计算,可供开采的年限不到40年。即使假设以后探明新矿可增加10年开采,50年后我国的铁矿资源仍是个大问题。此外,我国铁矿石品位每5年下降1个百分点,而且有害杂质含量几倍于进口矿石。

上述情况严重制约了我国钢铁产品成本降低、质量提高和品种优化,对提高我国钢铁工业的竞争力十分不利。

据统计,1999年我国进口铁矿石和球团矿已达6024万t,预计到2005年进口量将达到8000万t,这相当于目前铁矿石进口量第一的日本每年进口量的2/3。如果考虑到目前我国钢铁企业正在进行产品结构调整、大力提高产品质量和竞争力以及我国将“入世”等因素,有可能对进口铁矿石的需求会更多。

这种发展态势已引起国内冶金界高层的高度重视:首先是要考虑建立稳定的海外原料供应基地。研究国外先进厂家的经验,可以看到他们具有原料供应体系的优势。如日本是进口铁矿数量最多的国家,每年进口1.2亿t左右,他们在海外大量投资参股开发铁矿、锰矿和铬矿等,建立了可靠的海外原料基地;西欧各国每年进口铁矿石约1.4亿t,他们也非常重视海外原料基地的建设。因此,我国也应从战略角度出发,及早研究如何建立稳定的原料基地问题。这涉及到是在海外建矿为主还是买矿为主;进口矿企业如何在建矿或买矿方加强联合,一致对外;如何建立最优的运输、装卸、配送体系等方面的问题。其次是原料来源的战略转移导致的钢铁工业布局问题。随着国产与进口矿石结构的改变,将使企业之间生产成本的比较关系不断发生变化。濒临沿海、运输条件好的企业将不断获得原料优势从而获得成本优势,而内地企业成本的压力将不断加大。虽然这种局面不会马上到来,但应从钢铁工业的长远发展出发,结合企业工艺、产品和组织结构调整,按照成本效益和竞争力原则,及早研究如何对不同地区的企业实行有进有退的战略性调整。

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