本發(fā)明屬于安全生產(chǎn)的，具體涉及一種基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，鋁加工深井鑄造爆炸事故頻發(fā)，主要原因是鑄造井內(nèi)高溫鋁液泄漏未及時發(fā)現(xiàn)，高溫鋁液與冷卻水接觸發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，短時間內(nèi)在狹小的鑄造深井空間釋放極大能量，從而引發(fā)爆炸事故，給企業(yè)帶來較大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。因此，及時檢測發(fā)現(xiàn)鋁液泄漏并實時預(yù)警可有效預(yù)防鋁液泄漏引發(fā)的爆炸事故。

2、對比分析鑄造過程中正常狀態(tài)與鋁液泄漏狀態(tài)的鋁液液面面積變化特點，發(fā)現(xiàn)鋁液泄漏狀態(tài)下鋁液液面面積減小。根據(jù)鋁液液面面積異常變化的場景與特征，提出一種基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法，并以此方法建立一套鋁液泄漏識別與預(yù)警裝置。例如申請?zhí)枮?01910775833.8的基于數(shù)值模擬技術(shù)的高溫熔融鋁液與水接觸爆炸預(yù)防預(yù)警方法，雖然該方案能夠根據(jù)模擬不同鋁液流量下鋁液澆注狀態(tài)，以及測量實時鋁液流量，判斷模擬狀態(tài)下相同鋁液流量下的鋁液澆注過程是否發(fā)生溢流泄漏，但是其采用的數(shù)值模擬技術(shù)具有比較大的時滯性，而且其建模幾何參數(shù)需要大量的人工調(diào)整。

3、綜上所述，如何提高鋁液液面變化識別和判斷的實時性以及減少人工干預(yù)是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服依靠作業(yè)人員觀察是否存在鋁液泄漏的缺點與不足，提供一種基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法及裝置，提出一種改進(jìn)的圖像語義分割算法模型進(jìn)行鋁液液面分割，然后計算液面面積變化量指標(biāo)，并采用iqr方法計算液面面積變化量的預(yù)警閾值，有效提高判斷鋁液泄漏的準(zhǔn)確性與及時性，提升鋁加工深井鑄造本質(zhì)安全。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法，包括下述步驟：

4、采集鋁液液面圖像，并進(jìn)行液面圖像裁剪和分幀處理，利用改進(jìn)的圖像語義分割算法模型進(jìn)行鋁液液面分割；

5、根據(jù)當(dāng)前時刻完成的鋁液液面分割圖像，計算鋁液液面面積，并計算在設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積變化量；

6、采用iqr法確定液面面積變化量的預(yù)警閾值，對比鋁液液面面積變化量與預(yù)警閾值的大小，判斷是否存在鋁液泄漏，當(dāng)鋁液液面面積變化量大于預(yù)警閾值，則判定為鋁液泄漏。

7、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述改進(jìn)的圖像語義分割算法模型，包括編碼器、解碼器和注意力機制，編碼器結(jié)構(gòu)包括特征網(wǎng)絡(luò)提取模塊和空洞空間卷積池化金字塔模塊，注意力機制包括通道注意力模塊和空間注意力模塊，所述通道注意力模塊和空間注意力模塊串行連接；在編碼器結(jié)構(gòu)中引入注意力機制，將特征網(wǎng)絡(luò)提取模塊所提取的深特征圖輸入注意力機制，注意力機制的輸出端與空洞空間卷積池化金字塔模塊連接；在解碼器結(jié)構(gòu)前引入注意力機制，將特征網(wǎng)絡(luò)提取模塊所提取的淺特征圖輸入注意力機制，注意力機制的輸出端與解碼器連接；所述空洞空間卷積池化金字塔模塊的輸出端與解碼器連接。

8、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，包括改進(jìn)的圖像語義分割算法模型的離線訓(xùn)練，具體為：

9、采集鋁液液面區(qū)域rgb圖像并進(jìn)行圖像處理，建立鋁液液面圖像數(shù)據(jù)集；所述圖像處理包括圖像裁剪、圖像降噪和圖像標(biāo)注；

10、構(gòu)建改進(jìn)的圖像語義分割算法模型，利用特征提取的遷移學(xué)習(xí)策略；所述遷移學(xué)習(xí)策略包括模型預(yù)訓(xùn)練階段和遷移階段，在模型預(yù)訓(xùn)練階段，利用voc數(shù)據(jù)集對改進(jìn)的圖像語義分割算法模型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，生成.pth格式的預(yù)訓(xùn)練文件，獲取預(yù)訓(xùn)練權(quán)重；在遷移階段，利用鋁液液面圖像數(shù)據(jù)集并根據(jù)預(yù)訓(xùn)練權(quán)重，對改進(jìn)的圖像語義分割算法模型重新訓(xùn)練，模型收斂時停止訓(xùn)練。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述計算鋁液液面面積，具體為：

12、讀取當(dāng)前時刻完成的鋁液液面分割圖像，將圖像調(diào)整為原尺寸；提取圖片中鋁液液面部分的像素點，基于opencv計算液面總像素，用液面像素總值表征液面面積，計算出當(dāng)前時刻的圖像液面面積。

13、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述計算在設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積變化量，包括：

14、以設(shè)定時間δt作為鋁液液面面積變化量的時間窗口；

15、計算液面面積變化量的絕對值，如下式：

16、|δs|＝|st+δt-st|

17、其中，|δs|表示液面面積變化量的絕對值，st表示第t秒的液面面積，st+δt表示第t+δt秒的液面面積。

18、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述采用iqr法確定液面面積變化量的預(yù)警閾值，如下式：

19、iqr＝|q1-q3|

20、lb＝λ×iqr+q3

21、式中，q1表示上、下四分位數(shù)，iqr表示四分差，lb表示液面面積變化量的預(yù)警閾值，λ為固定常數(shù)。

22、第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警系統(tǒng)，應(yīng)用于所述的基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法，包括包括攝像頭、數(shù)據(jù)采集箱、服務(wù)器和工作站；

23、攝像頭，用于拍攝鋁液液面區(qū)域的視頻圖像；

24、數(shù)據(jù)采集箱，用于視頻圖像數(shù)據(jù)的采集和傳輸，數(shù)據(jù)采集箱與攝像頭通過網(wǎng)線、光纖連接；

25、服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、鋁液泄漏識別與預(yù)警；

26、工作站，用于讀取服務(wù)器存儲的數(shù)據(jù)，以可視化界面的形式展示設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積、鋁液液面面積變化量和鋁液泄漏預(yù)警信息。

27、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述服務(wù)器，包括數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、鋁液泄漏識別與漏鋁預(yù)警模塊；

28、數(shù)據(jù)儲存模塊，用于存儲實時采集的鋁液液面區(qū)域圖像數(shù)據(jù)、圖像處理的過程數(shù)據(jù)、鋁液液面面積、在設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積變化量、時間窗口和液面面積變化量的預(yù)警閾值；

29、數(shù)據(jù)處理模塊，用于鋁液液面圖像裁剪、分幀及分割，計算鋁液液面面積，并計算在設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積變化量；

30、鋁液泄漏識別與漏鋁預(yù)警模塊，用于采用iqr法確定液面面積變化量的預(yù)警閾值，對比鋁液液面面積變化量與預(yù)警閾值的大小，判斷是否存在鋁液泄漏，當(dāng)鋁液液面面積變化量大于預(yù)警閾值，則判定為鋁液泄漏。

31、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：

32、至少一個處理器；以及，

33、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

34、所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的計算機程序指令，所述計算機程序指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行所述的基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法。

35、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)所述的基于液面面積異常變化檢測的鋁液泄漏識別與預(yù)警方法。

36、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

37、本發(fā)明利用resnet50網(wǎng)絡(luò)作為液面面積變化特征提取網(wǎng)絡(luò)，并引入cbam注意力機制改進(jìn)deeplapv3+算法模型，利用改進(jìn)的deeplapv3+算法模型對鋁液液面進(jìn)行分割，能夠降低模型復(fù)雜度的同時提高對鋁液液面圖像特征實時處理能力，增強了網(wǎng)絡(luò)模型對鋁液液面細(xì)粒度特征的感知；其次，采用特征提取的遷移學(xué)習(xí)策略，能夠提高模型訓(xùn)練的效率；然后，計算設(shè)定時間窗口內(nèi)的鋁液液面面積變化量并采用iqr法確定液面面積變化量的預(yù)警閾值；該方法有利于提高提高判斷鋁液泄漏的準(zhǔn)確性與及時性，提升鋁加工深井鑄造本質(zhì)安全。