本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法。
背景技术：
1、近年来，红外监测作为一种新兴的快速无损检测方法，已在各个领域得到广泛应用。它具有快速、无损、高效的特点，可以对物料的含水率、外部特征等进行准确测量和检测。例如，在农业领域，红外监测可以用于蔬菜、粮食、茶叶等的含水率检测，以提高产品质量和产量。在工业领域，红外监测可以用于煤炭、陶瓷石膏、矿物等物料的含水率检测，以优化工业生产过程和提高产品质量。
2、在煤炭行业中，随着红外监测技术的发展和应用，翻车机房开始采用红外监测来改善煤炭粉尘抑制效果。例如，中国发明专利（cn 115382325 a）公开了一种基于红外含水率监测的底层洒水控制方法及系统，通过红外含水率监测的方式对含水率进行监测，以达到均匀表面洒水的目的，进而起到抑尘的作用。
3、然而，尽管上述方案利用红外监测技术对煤炭的含水率进行检测，但存在几个影响因素。首先，利用红外监测技术的红外光束的耦合效能受到周围复杂干扰光的影响，增加了对红外光信号感知处理的误差；其次，煤炭颗粒大小不一以及煤炭表面轮廓的起伏变化会引起传感监测的反射差异性，进一步增加了误差；最后，翻车机房中存在多种不同的煤炭种类，不同煤种具有不同的红外吸收特性，使得吸光度-含水率拟合函数的符合度降低，从而导致更大的误差。
4、因此，迫切需要一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法，以提高在翻车机房内对煤炭含水率的测量精确度。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统及方法，能够提高翻车机房煤炭含水率的测量精度。
2、本发明提供了一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，包括：轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块；
3、所述轮廓扫描模块，用于实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至所述动作模块；
4、所述动作模块与所述轮廓扫描模块连接，用于接收所述最佳检测面的位置信息，并根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
5、所述含水率检测模块与所述动作模块连接，用于测量最佳检测面煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至所述洒水模块；
6、所述洒水模块与所述含水率检测模块连接，用于接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，若判断需要洒水，则执行洒水动作。
7、进一步，所述轮廓扫描模块包括三维激光扫描模块，所述三维激光扫描模块用于基于所述列车车厢内煤炭的整体轮廓获取原始点云数据，然后，通过对原始点云数据进行处理，生成重建联合点云图，将重建联合点云图对应的所述列车车厢内煤炭的轮廓区域作为最佳检测面。
8、进一步，所述含水率检测模块包括红外水分仪以及与所述红外水分仪相连的数据建模模块；
9、所述红外水分仪用于采集测量光以及位于测量光波段两侧的参比光，将采集到的测量光和参比光转换为煤炭的吸光度数据，并将吸光度数据传输给所述数据建模模块；
10、所述数据建模模块用于对不同煤种的吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据。
11、进一步，所述红外水分仪包括光路采集模块；
12、所述光路采集模块包括光线发射模块、探测器、马达电机、第一滤光片、第二滤光片、第一反射镜、第二反射镜、第一负透镜、第二负透镜和正透镜，所述光线发射模块射出测量光后，首先经过所述马达电机和所述第一滤光片的解调处理，将点光源变为线光源，再经过所述第一反射镜反射到所述第一负透镜，所述测量光在穿过所述第一负透镜后光线扩散，照射在所述最佳检测面上形成检测区域，所述检测区域内的测量光经过最佳检测面的反射，到达所述正透镜，所述正透镜将测量光的路径改变，再通过所述第二负透镜对测量光进行汇聚，汇聚后的测量光经过第二反射镜，改变光线的传递路径，照射在第二滤光片上进行光线矫正，最后矫正后的测量光由所述探测器进行接收。
13、进一步，所述第一负透镜旋转设置在所述检测区域的上方，且所述第一负透镜的半径大于等于所述第一滤光片的半径；
14、所述正透镜和所述第一负透镜与所述检测面的等高设置，且所述正透镜的半径与所述检测区域的半径相同；
15、所述第二负透镜设置在正透镜的正上方，且第二负透镜的半径大于等于所述正透镜的半径。
16、进一步，所述数据建模模块具体用于：使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；对所述数据库中的吸光度-含水率数据组进行预处理，剔除所述数据库中不符合正相关对应关系的数据组；利用伯恩斯坦多项式对所述数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，用于描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。
17、进一步，所述洒水模块包括判断模块和与所述判断模块连接的洒水装置；
18、所述判断模块用于接收所述数据建模模块发送的含水率数据，并将所述含水率数据和所述判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
19、所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
20、进一步，所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令进行相应的动作，包括：当所述洒水装置接收到洒水指令，进行洒水时，所述数据建模模块实时将测量到的所述含水率数据发送给所述判断模块，当所述判断模块接收到的含水率数据大于等于预设阈值后，发送停止洒水指令至所述洒水装置，控制所述洒水装置停止洒水动作。
21、一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，包括如下步骤：
22、s1、轮廓扫描模块实时探测翻车机房内列车的位置情况，当列车进入翻车机房后，对列车车厢内煤炭的整体轮廓进行扫描，根据扫描结果判断最佳检测面，并将最佳检测面的位置信息发送至动作模块；
23、s2、所述动作模块接收所述最佳检测面的位置信息，根据所述最佳检测面的位置信息调整所述含水率检测模块与所述最佳检测面的距离，并在调整结束后激活所述含水率检测模块；
24、s3、所述含水率检测模块基于最佳检测面测量煤炭的吸光度，再根据吸光度计算煤炭的含水率，并将含水率数据发送至洒水模块，具体包括：红外水分仪发射测量光，照射在待测煤炭的检测面上，检测面将测量光反射,被检测面反射的测量光经过校正后由探测器接收，转化为煤炭表面的吸光度数据；含水率检测模块中的数据建模模块对所述吸光度数据进行数据处理，将吸光度数据转换为对应的含水率数据，并将含水率数据发送至洒水模块；
25、进一步，所述洒水模块接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，根据判断结果执行相应的动作包括：
26、s41、洒水模块的判断模块将含水率数据和判断模块的预设阈值进行比较，且预设阈值针对不同煤种设定不同的阈值，根据含水率数据与预设阈值的比较结果判断是否需要洒水，并发出相应的控制指令；若含水率数据小于预设阈值，则判断需要洒水，发出洒水指令，若含水率数据大于等于预设阈值，则判断无需洒水，则不发送洒水指令；
27、s42、洒水模块的洒水装置接收判断模块传递的控制指令，并根据控制指令执行相应的动作。
28、本发明实施例具有以下技术效果：
29、1. 红外光信号处理优势：现有技术红外光束的耦合效能容易受到周围复杂干扰光的影响，增加了对红外光信号感知处理的误差。本发明通过采集测量光和参比光的吸光度数据，有效减小了干扰光对红外光束的影响，提高了测量的准确性；同时在本发明中通过优化光路结构，增大感知面积的接收率，可以提高数据的采集准确性，且通过引入耦合系数进行补偿，在增大感知面积的同时，减少了对探测器面积的依赖性。
30、2. 解决煤炭表面轮廓影响：煤炭颗粒大小和表面轮廓的起伏变化会导致传感监测的反射差异性，进一步增加了误差。然而，本发明通过进行精确的煤炭表面轮廓扫描，可以获取准确的煤炭表面形状和轮廓数据，进而选择煤炭较为平整均匀的位置为最佳检测面进行后续的含水率检测，提高了含水率检测的精度和准确性。
31、3. 多种煤种差异性：翻车机房中存在多种不同的煤炭种类，不同煤种具有不同的红外吸收特性，使得吸光度-含水率拟合函数的符合度降低，从而导致更大的误差，本发明通过建立吸光度-含水率数据库，并使用伯恩斯坦多项式等方法进行数据预处理和拟合，可以准确转换吸光度数据为相应的含水率数据，提高了煤炭含水率监测的准确性和可靠性。
32、4. 减少洒水过量和浪费：通过本发明的系统和方法，根据实际的含水率数据实时进行判断和控制，能够避免不必要的洒水动作，减少煤炭洒水过量和浪费的现象，提高洒水的效率和节约资源。
33、5. 降低人工操作和人为误差：本发明的实现了自动化的煤炭含水率测量和控制，减少了人工操作的需要，并且通过近红外检测技术提供了准确的含水率数据，降低了人为误差对测量结果的影响，提升了测量的可靠性和准确性。
34、附图说明
35、为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
36、图1是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统的结构示意图；
37、图2是本发明实施例提供的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法的流程图；
38、图3是本发明实施例提供的光路采集模块的结构示意图。
1.一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，包括：轮廓扫描模块、动作模块、含水率检测模块和洒水模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述轮廓扫描模块包括三维激光扫描模块，所述三维激光扫描模块用于基于所述列车车厢内煤炭的整体轮廓获取原始点云数据，然后，通过对原始点云数据进行处理，生成重建联合点云图，将重建联合点云图对应的所述列车车厢内煤炭的轮廓区域作为最佳检测面。
3.根据权利要求1所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述含水率检测模块包括红外水分仪以及与所述红外水分仪相连的数据建模模块；
4.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述红外水分仪包括光路采集模块；
5.根据权利要求4所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述第一负透镜（5）旋转设置在所述检测区域（6）的上方，且所述第一负透镜（5）的半径大于等于所述第一滤光片（2）半径；
6.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述数据建模模块具体用于：使用近红外光谱技术对煤炭样本进行扫描，获取吸光度数据；通过国标烘干法，对相应吸光度的煤炭样本含水率进行实际测量，得到含水率数据；将各个煤种的吸光度区间与相应的含水率区间进行对应，建立吸光度-含水率数据库；对所述数据库中的吸光度-含水率数据组进行预处理，剔除所述数据库中不符合正相关对应关系的数据组；利用伯恩斯坦多项式对所述数据库中的每个煤种对应的吸光度-含水率数据组进行拟合，得到一个多通道的拟合曲线，用于描述各个煤种的吸光度与含水率之间的对应关系。
7.根据权利要求3所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述洒水模块包括判断模块和与所述判断模块连接的洒水装置；
8.根据权利要求7所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统，其特征在于，所述洒水装置用于接收所述判断模块传递的控制指令，并根据控制指令进行相应的动作，包括：当所述洒水装置接收到洒水指令，进行洒水时，所述数据建模模块实时将测量到的所述含水率数据发送给所述判断模块，当所述判断模块接收到的含水率数据大于等于预设阈值后，发送停止洒水指令至所述洒水装置，控制所述洒水装置停止洒水动作。
9.一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，基于上述权利要求1-8任一项所述的一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率系统实现，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述一种基于近红外检测翻车机房煤炭含水率检测方法，其特征在于，所述洒水模块接收所述含水率数据，并基于含水率数据判断是否需要洒水，根据判断结果执行相应的动作包括：
