（系统工程专业论文）基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现.pdf

摘要 伴随世界经济一体化进程的加快，特别是我国加入w t o 后，为煤炭工业的 发展带来了巨大的机遇和挑战，与此同时，对煤炭企业自身的经营水平和发展也 提出了紧迫的要求，以计算机和网络技术为核心的信息技术已成为企业生产经营 管理不可缺少的支撑。 在信息技术不断发展的今天，各种数字设备在不同行业领域内综合集成，协 同管理企业生产，如何集成各种设备，并使设备效用最大化和最优化，成为了各 企业信息化进程中面对的最大难题。本文提供了一种行之有效的煤炭行业信息化 综合解决方案，同时将图像识别技术高效运用于煤炭行业，有助于我国煤炭企业 信息化和自动化的进程。 论文致力于解决计量监控系统中数据采集、图形报表生成，以及因天气、光 照、路面等环境因素所造成的地磅边界模糊现象的边缘检测问题，以使得识别设 备具备更强的环境适应性。边界识别主要包括货车图像的预处理、货车的定位、 车轮边缘的识别和车轮坐标定位四大块内容。在图像预处理环节中，首先对图像 进行增强滤波，然后提出一种基于差影法的目标分离及去噪方法，对图像进行了 去噪处理，取得了较好的效果，为进一步的处理作好了准备；在车轮定位环节中， 提出了一种基于c a n n y 算子获取边缘信息，再根据投影特征进行定位的方法， 取得了理想的定位效果。 为了实现系统的高度智能化和小型化，提高系统的性价比，论文采用图像识 别技术取代传统的红外定位设备，设计了一种基于图像识别的智能计量监控系 统，并详细地对其硬件实现的各个环节做了介绍。在硬件开发平台上，对论文采 用的算法从图像预处理到图像定位，进行了实验验证，取得了满意的效果。 关键字：煤炭工业；计量监控；图像识别；边界识别 a b s t r a c t w i t ht h eq u i c k l yd e v e l o po fg l o b ee c o n o m i c ，e s p e c i a l l yc h i n ab eam e m b e ro f t h ew t o ，t h e r ew i l lb e 埘1 0 糟c h a n c ea n dc h a l l e n g ef o rt h ec o a li n d u s t r y s ot h ec o a l i n d u s t r ym u s ti m p r o v ei t s e l f t h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g yi st h eb a s ei fc o a l i n d u s t r yc o m p a n i e sw a n tt oi m p r o v et h e i rm a n a g e m e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ee l e c t r o n i c e q u i p m e n tw i l lb ei n t e g r a t e di ne v e r yc o m p a n y h o wt oi n t e g r a t et h e s ee l e c t r o n i c e q u i p m e n t sa n dh o wt om a k et h e mw o r ke f f e c t i v ei st h eh a r d e s tp r o b l e mf o rt h e s e c o m p a n i e s t h ea r t i c l ep r o v i d e sae f f i c i e n ts o l u t i o np r o g r a mt or e s o l v et h ep r o b l e m u s i n gi m a g er e c o g n i t i o ni nc o a li n d u s t r yw i l lc o n t r i b u t et ot h ep r o c e s so ft h e c o m p a n y si n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n da u t o m a t i o n t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yd e a l s 诵t l lt h ed a t ac o l l e c t i o n , r e p o r tf o r ma n dt h e i l l e g i b i l i t yo ft h ew e i g h tp l a t se d g ea r i s e sf r o mb a dw e a t h e r , i n s u f f i c i e n tl i g h ta n d a w f u lr o a dc o n d i t i o n , a n dt r i e st om a k et h ea l g o r i t h m sm o r ea d a p t e rt oe n v i r o n m e n t m o d g cr e c o g n i t i o nm a i n l yi n c l u d e s4p a r t s ：i m a g ep r e - p r o c e s s i n g oc a rl o c a t i o n , t h e c d g eo fc a rw h e e lr e c o g n i t i o n , w h e e ll o c a t i o n i nt h ei m a g ep r e - p r o c e s s i n g , o r i g i n a l i m a g ea r ee n h a n c e d , a n dt h e nad e n o i s i n gm e t h o db a s e do nd i f f e r e n c ea n a l y s i si s p r o p o s e dt od e n o i s i n ga n dt a k eg o o de f f e c tt og e tr e a d yf o rf u r t h e rw o r k i nc a rw h e e l l o c a t i o n , u s i n gam e t h o db a s e do nt h ea l g o r i t h m so fc a n n yt ot a k et h ee d g eo ft h e w h e e l ，t h e np r o j e c tt h ei m a g et ol o c a t et h ec o o r d i n a t eo ft h ew h e e li nt h eo r i g i n a l i m a g e , t h a tm e t h o dw o r ke f f e c t i v e l y a tt h es a m e t i m e ，f o ri n t e l l i g e n t i z i n g , m i n i a t u r i z i n g a n d i m p r o v i n g p e r f o r m a n c e - t o - p r i c eo ft h es y s t e m , t h es y s t e mu s et h ei m a g er e c o g n i t i o nt ot a k et h e p l a c eo ft h ei n f r a r e de q u i p m e n t , d e s i g nai n t e l l i g e n tw e i g h ta n dw a t c hs y s t e mb a s e d o nt h ei m a g er e c o g n i t i o n , w ed e s c r i b et h ec i r c u i t so fh a r d w a r ed e t a i l 1 1 1 eh a r d w a r e s y s t e mi su s e dt od e t e c tt h ep r o p o s e da l g o r i t h m s ( f r o mi m a g ep r e p r o c e s s i n gt oc a r w h e e ll o c a t i o n ) 1 1 1 ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi s s a t i s f i e d k e yw o r d s ：c o a li n d u s t r y ；w e i g h ta n dm o n i t o r , i m a g er e c o g n i t i o n ；e d g cd e t e c t e d 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为() 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责入或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 声明人( 签名) ：弛勺锄 卅年石月2 7 日 7 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据 中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年 月日解密，解密后适用上述授权。 () 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“ 或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明入( 签名) ：池勺弓幻 w 年6 月z 7 日 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 当前煤炭行业信息化特点与存在问题 随着我国加入w t o ，面对国外行业的冲击，我国在各行各业的信息化建设 上取得了巨大的成就，但作为中国基础产业的煤炭工业，信息化建设的步伐却显 得异常缓慢。如何通过信息化来改造我国传统的煤炭工业，以信息化带动工业化， 实现信息化管理，从而达到提高核心竞争力的目的，是摆在我国大多数煤炭企业 面前的一道难道。 我国煤炭行业的信息化发展目前处于一种极度不平衡状态，国有重点企业的 信息化建设情况较好，一般地方小煤矿，信息化建设普遍较差。该行业企业信息 化程度普遍较低，大多数煤矿仍处于人工统计汇总的阶段，特别是进销存等日常 业务，大多数企业仍采用手工处理，同时企业机构不断调整，职能不断变换，工 作人员相对不够稳定，企业的统计不全或断档，致使统计汇总口径不一，数据不 全，信息收集效率不高，统计过程中人为失误较多。 煤炭企业信息化建设的一个重要特点是生产安全监测监控与企业信息管理 系统综合集成，但由于上述特点导致实时监控生产和安全普遍无法衔接和实现。 从整体上来讲，煤炭行业的信息化建设落在了金融、电力、钢铁、石油、石 化、有色、电子等行业的后头。 1 2 国内煤炭生产计量系统的特点及需求 1 2 1 历史特点 国内煤炭企业在起步时基本采用的是手工采集录入煤炭重量的方式，通过煤 炭在称台上称重，根据称台重量显示，手工将计量数据记录于纸制介质中。到 8 0 年代末期，各企业逐步开始进行信息化建设，在地磅煤台中配备d o s 系统下 的早期计量系统软件，通过地磅衡器采集计量数据，功能简单，大多只能实现数 据的本机录入及一般报表查询，无法进行复杂的数据统计 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 进入9 0 年代中后期，w i n d o w s 平台开始普及，部分煤炭企业开始更新地磅 信息软件，对原有d o s 环境进行升级换代，开始实施部分的w i n d o w s 平台软件， 此时软件功能相对d o s 下有了长足进步，在界面操作，数据采集，以及数据统 计汇总功能上大大加强，基本满足了当时时代的操作需要，但此时的计量软件仍 为单机操作，无法对数据进行分布式处理，各个“信息孤岛 的存在，给企业进 行决策支持设置了巨大的障碍和不便。为适应2 1 世纪企业竞争和发展，利用现 代互联网和数据库技术，对原有系统升级换代，已经刻不容缓。 1 2 2 企业总体需求 某煤电股份有限公司自2 0 0 3 年成立以来发展较快，管理水平较高，基础较 好。公司机关部门有办公室、人力资源部、财务部、审计部、市场部、生产技术 部、安全监察部等职能部门，下属9 个矿井，3 个发运站等基层单位。公司现有 的信息系统在以下几个方面不同程度地影响着公司的进一步发展： ( 1 ) 矿井和发运站每天需要定时向机关部门上报过磅计量、销售等信息报 表，数据量大，传递关系复杂，数据传输时间延迟较大。 ( 2 ) 各基层单位之间的信息交流主要依靠纸质报表，信息传递慢，信息资 源不能得到及时有效的应用。 ( 3 ) 信息数据在各个部门、各个基层单位之间经常出现重复传输，信息利 用率不高，信息孤岛现象严重。 ( 4 ) 信息处理方式基本采用手工操作，工作效率底下，出错概率较高，工 作质量、自动化程度低。 ( 5 ) 货车在计量时，是否压线犯规需要人眼判断，存在一定得经营监管漏 洞。 信息管理系统应为企业现代化管理、数据共享、计算机辅助决策提供强有力 的工具，进一步树立现代化企业的良好形象，带来明显的社会效益，新系统应在 以下几方面为企业带来便利和实惠： ( 1 ) 实现计算机辅助管理、决策分析，提供工作效率和工作质量； ( 2 ) 通过统一的接口集成企业原有的各类数据库，要求信息数据的存取、 2 第一章绪论 修改、归类、查询、统计、分析方便易行，保证所获数据的及时性和有效性，并 能按一定格式制表显示、打印。 ( 3 ) 建立共享服务器，运用现代计算机智能识别技术取代传统的检测技术， 减少企业在软硬件上的开支。 ( 4 ) 实现系统数据文件的高效传输，保证报表信息的及时生成与更新，缩 短决策周期，提高决策水平。 ( 5 ) 系统通过摄像头自动监控货车过磅计量状态，实现监管的自动化和智 能化。 1 3 论文的主要难点及创新 本文的研究内容是基于图像识别技术的煤炭生产计量监控系统的实现，主要 内容包括防图像采集卡与串口数据采集冲突处理模块，自定义图形报表模块、虚 拟检测线设置模块以及汽车过磅压线检测模块的设计。 课题的主要难点： ( 1 ) 目标公司网络环境复杂，各筛选厂及煤矿存在不同的内部局域网，计 量软件基本都为单机版，网络化运用水平较低，且分公司与总公司处于不同地区， 网络通讯不稳定，不存在现成的成熟网络环境，需要重新构建； ( 2 ) 基层员工只具备基础的计算机运用能力，计量软件需要实现智能化、 傻瓜化操作，以符合企业实际情况； ( 3 ) 基于使用环境的因素，企业在基础硬件上的配置不会投入过多的成本， 如何在低成本下实现计量系统的高速运行，是本课题面临的主要难题之一； ( 4 ) 煤炭企业存在工作现场煤灰影响大，野外环境气候多变等不利因素， 相对现有国内外智能交通系统的路面环境更复杂多变，在图像处理与识别的难度 上更大； ( 5 ) 煤炭生产监控实时性要求较高，智能交通系统领域允许车辆图像识别 的1 2 秒延迟，但煤炭生产监控过程中1 2 秒的延迟将给企业带来业务的诸多不 便，在一定硬件基础上实现车辆压线的迅速识别，具有很大的现实意义。 课题的主要创新点： ( 1 ) 通过设置虚拟检测线，能够很好的解决煤炭生产的环境影响，以利于 3 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 准确定位，且设置简单，符合使用人员的操作水平； ( 2 ) 运用图像识别技术取代传统的红外边缘定位，能够节约企业投入成本 外，无需专业人员的定期维护与调校，方便企业的实际运用； ( 3 ) 在图像识别上，利用差影法及投影法，能够较好的获取货车车轮与路 面的接触点；在压线判定原理上，本文采用了一种基于数学平面几何的判定规则， 无需进行大量的运算，处理速度快，判定准确，更够很好的符合企业实时监控的 要求。 4 第二章计量监控系统总体设计 第二章计量监控系统总体设计 为了适应煤炭企业发展的要求以及未来升级的便利性，计量监控系统主要遵 循以下原则： ( 1 ) 采用先进成熟的技术，坚持结构的开放性和灵活性。 ( 2 ) 保证数据调用的一致性和安全性，系统性能良好，输入输出方便。 ( 3 ) 各功能模块之间关系尽量简单，层次分明，具有较强的独立性，具有 广泛的可连接性、方便的可维护性和灵活的可扩充性。 ( 4 ) 在监控功能上实现高度的自动化和智能化，摆脱人为的干扰。 2 1 系统主要功能 系统通过企业网将分散于公司机关及各矿点管理部门的硬件资源和网络资 源连接起来，将货车过磅后的计量数据及监控图像统一存储于中央服务器中，实 现统一的管理调用。根据煤炭企业的特点，计量监控系统应达到以下要求： ( 1 ) 称重仪表通讯参数设置及修改简洁明了。因生产厂家的不同，地磅称 重显示仪表的通讯格式随型号的不同而互有差异，通过设置统一的参数配置接 口，可随时不断添加、修改任何特殊或不常见的称重显示控制器的通讯格式。 ( 2 ) 多功能的自定义图形报表设置。由于公司组织机构较为复杂，各单位 在报表需求上存在差异，需要有多种报表格式输出，用户可根据需要自行设计图 形报表。 ( 3 ) 多数据库支持。在煤炭企业原有信息资源的基础上，进行数据库扩展， 充分利用原有的信息资源，保证企业信息流的平滑过渡升级。 ( 4 ) 灵活的边缘检测线设置方式。煤炭企业地磅平台工作环境复杂多变， 地点多处于野外，实体检测线容易受粉尘等异物掩盖，并且常年会因货车的过磅 摩擦而造成磨损，如何设计一种灵活耐用的检测线检测机制，是本系统的重要功 能目标之一 ( 5 ) 方便的图像文件存取功能。本系统需要通过网络大量调用和存储图像 文件，如何保存和调用图像文件，节约网络带宽，降低网络传输瞬时流量，是系 5 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 统的重要功能之一。 ( 6 ) 快速有效的处理图像与识别判定。系统需要在货车过磅生产现场实时 监控，分析过磅车辆是否压线违规过磅，如何减少系统资源消耗，快速对图像进 行分析处理，获得判断结果，是系统高效运行的关键因素。 针对上述系统需求，计量监控系统必须在实现过磅车辆称重数据采集的同 时，通过智能图像识别，判定车辆是否压线违规，再通过多线程机制将图像连通 数据上传至中央服务器，实现企业信息联网控制，具体功能模块如下： ( 1 ) 车辆过磅计量数据采集及过磅图像抓拍模块。通过车辆定位自动识别 监控，实现车辆过磅称重处在规定的位置，防止称重违规现象。 ( 2 ) 过磅车辆车轮定位及压线识别监控模块。系统的核心处理模块，综 合运用现代图像识别技术，优化处理时间，符合现代工业实时监控要求。 ( 3 ) 图像数据的管理及上传模块。通过多线程技术，将处理后的图像上 传至中央服务器，供管理决策人员的进一步分析。 ( 4 ) 自定义图形报表模块。通过友好的设计界面，满足企业各部门个性 化的报表打印需求，提供灵活的打印接口。 ( 5 ) 地磅检测线设置与管理模块。提供新颖独特的检测线设置方案，符 合煤炭企业工作环境的需求。 2 2 系统模块流程分析 计量业务模块是计重监控系统的核心模块，货车使入地磅平台时，通过摄 像监控进行车辆位置自动识别定位，若未违规，则记录车辆相关信息，从称重 仪器采集货车重量信息，将货车过磅图像保存于特定存储设备，计量信息暂存 于本地数据库，经系统分析处理后，统一上传至中央服务器供企业决策人员调 用，具体数据流程如图2 1 所示。 6 第二章计量监控系统总体设计 图2 - 1 计量业务数据流程图 1 系统结构图 系统功能结构设计如图2 2 所示。 图2 - 2 计重管理子系统系统结构图 7 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 2 系统功能设计详细描述 ( 1 ) 计重数据采集模块负责货车过磅重量数据的输入和保存。 ( 2 ) 检测线设置模块提供便捷的虚拟检测线设置，设置结果清晰明了。 ( 3 ) 计量及图像传输模块负责对计量和图像数据上传至中央服务器。 ( 4 ) 自定义图形报表模块提供对报表的设计、预览、打印等功能，如图 2 - 3 所示。 图2 - 3 数据查询管理模块 ( 5 ) 图像采集模块对过磅货车进行图像拍摄，并保存于特定存储设备中， 供检测识别模块调用，同时提供图像的删除等管理功能，如图2 - 4 所示。 图2 - 4 图像采集管理模块 ( 6 ) 地磅车辆压线检测模块包括图像的调用、图像预处理、图像检测识 别及结果输出等功能，如图2 - 5 所示。 第二章计量监控系统总体设计 图2 - 5 基础数据管理模块 ( 7 ) 系统数据管理模块分为登陆、退出系统、代码维护、日志管理、站 点设置、串口参数设置、日志管理等，如图2 6 所示。 图2 - 6 系统管理模块 3 数据库结构设计 ( 1 ) 系统用到的数据表 计量子系统共设计了1 1 个数据表，如表2 - i 所示。 表2 - i 系统相关数据表 序表的描述表的英文名字备注 号 l 一级部门信息表d e p a r t m c n t存储一级部门信息，部门类别 9 基于蚓像识别的煤炭p ”盈监控秉统的世计j 实现 2 二级部门信息表s u b d e m m a c n t存储二级部门信息所属一级部门信息 三级部门信息表存储三级部门信息，所属二级别部门信息 客户信息表存储静态轨道衡客户基础信息 计重信息表 t r a i n _ w a g o n 存储静态轨道衡计重信息 6 组权限表 w e i g h l o m u p 存储备组权限设置信息 地磅信息表w e i g h tl o a d m c t c r存储异地磅基础信息 产品类型表w e i g h tp r o d u c t t y p c存储产品类型信息 子产品类型表 w e i g h 廿r o d u c t s u b t y p c 存储子产鼎类型信息 用户信息表 协曲t u 哪!存储系统使用用户基础信息 ( 2 ) 数据表各表结构关系图如图2 7 所示 图2 7 部门与客户信息结构关系图 * 章计量监控系统总体世计 产品类型衰 p k | 亡虽尝型i 昱 l 产一n 类型名 产品描述 i 产品使用状志 子产品类型袁 p i ( 1 亡儡王煎型姓 l 产晶子类掣名 f k ll 产品类型编号 l 产品子娄型描述 l 产品使用状态 图2 8 产品关系图 图2 - 9 表结构整体关系图 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 第三章数据采集及图形化报表 3 1 视频监控模式下的计量数据采集模块设计 计量数据的采集是该计量监控系统的重要功能之一，但由于引入了摄像监控 器，对系统硬件资源的共享出现了竞争关系，造成了串口数据采集的严重延迟， 有必要对数据采集程序进行改进，以有利于监控系统的整体运行。 3 1 1 硬件资源冲突表现 通过对串口数据缓冲区的测试检验，在单独运行串口采集模块时，从串口传 送到p c 机的a s c i i 数据长度在8 8 0 之间快速变动，每帧数据到达将直接触发 串口控件的o n r e c e i v e d a t a 事件，以较大的概率实时解析读取串口数据当p c 机启用s d k 2 5 0 0 视频采集卡后，通过称重仪器r s 2 3 2 c 串口读取的a s c i i 数据 长度被限制在了8 位，而串口传送完整的一帧a s c i i 数据长度应为1 2 位，若此 时仍按照数据实时到达触发o n r e c e i v e d a t a 事件，将因为数据长度不够而无法正 确读取并显示数据【6 l 。 3 1 2 模块实现 ( 一) 计量硬件平台 目前煤炭行业常用的地磅称重显示仪表有耀华公司生产的x k 3 1 9 0 - a 9 ， x k 3 1 9 0 - d 2 + ，x k 3 1 9 0 a 2 ，x k 3 1 9 8 b 等以及常州梅特勒托利多公司的 t o l e d 0 8 1 4 2 p r o 等系列。在进行信息化改造之前，耀华x k 3 1 9 0 a 9 称重显示 仪是福建煤电股份有限公司主要使用的硬件之一。 x k 3 1 9 0 a 9 的接口信号参数为：通信接口采用r s 2 3 2 c ，所有数据均为 a s c i i 码，每组数据有1 0 位组成，第1 位为起始位，第l o 位为停止位，中间8 位为数据位。工作在连续输出方式时，所传送的数据为仪表显示的当前称量。每 帧数据由1 2 组数据组成，具体格式见表3 1 。 1 2 第= 章教据采集拉目彤化撮& 表31x k 3 1 9 0 一k 9 数据格式 第x 字节内容及注解 0 2 f x o n l 开始 + 或符号位 称量数据高位 称量数据： 称量数据： 8称量数据低位 小数点位数从右到左( 0 4 ) 异或校验高四位 异或校验低四位 0 3 ( x o f n 结束 所有仪表必须全部工作在连续输出方式，如果设置在指令输出方式则无法 与p c 机进行通信。 ( 二) 软件实现 数据采集模块通过一个对话框来设置通信参数，在开启业务图像监控菜单界 面时响应函数进行串口配置，实现数据的采集功能，经处理后将数据存储于数据 库中，以各决策调用。其参数设置以及主要软件界面如图3 - 1 所示。 h 咖 州 雌i 蚺t -“m _ h t - 1 7 lm。一“ 碴动圃l _ a _ 图3 - 1 串口参敷设置及视频监测界面 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 3 1 3 串口数据采集模块设计 ( 一) 全局变量 d a t a _ s t r ：s t r i n g ； 串口数据接收变量 d a t a r e s u l t ：s t d n g ； 串口数据结果重量 ( 二) 初始化并打开串口 窗口的初始化参数在进行串口参数设置时储存在了配置文件当中，当打开业 务窗口进行串口数据采集的时候，软件后台将自动读取配置参数，并进行必要的 初始化工作，主要代码如下。 1 c o m m d a t a c o m m n a m e ：- - v s t r c o m ；串口端口号 c o m m d a t a b a u d r a t e ：= s t r t o i n t ( v s t r b o t e ) ；数据传输速率 c o m m d a t a p a r i t y ：- - - v s t r p a r a ； 奇偶校验 c o m m d a t a s t o p b i t s ：= _ _ v s t r s t o p ；停止位 c o m m d a t a b y t e s i z e ：- - _ v s t r b y t e ；数据位 c o m m d a t a r e a d i n t e r v a l t i m e o u t ：- - s t r t o i n t ( v r e a d t i m e ) ；中断时间 c o m m d a t a s t a r t c o m m ； 打开串口 ( 三) 串口数据采集与冲突处理 当串口中有数据传递到p c 机的时候，将触发串口控件的r e c e i v e d a t a 事件， 在该事件处理单元中，运用代码将传每次送来的8 位a s c i i 码拼接存储在全局 变量中： p r o c e d u r e t f _ c a r y w c o m m d a t a r e c e i v e d a t a ( s e n d e r ：t o b j e c t ；b u f f e r ：p o i n t e r ；b u f f e r l e n g t h ：w o r d ) ； v a r d a t a _ b u f f e r ：1 x ：h a r ； a s c _ d a t a ：s t r i n g ； b e g i n d a t a _ b u f f e r ：= b u f f e r ；取缓冲区数据 a s q d a 组：= d a t a ：伽i 彘叫转换为p c h a r 类型 d a t a _ s n ：= d a t a _ s t r + a s cd a t a ；转换为s u i n g 类型，同时进行数据拼接存储 e n d ； 1 4 第三章数据采集及图形化报表 运用定时器，每2 0 0 毫秒将拼接后存储于全局变量d a t a s i r 中的a s c i i 数据进 行解析处理，得出正确的重量数据： p i d d u t f _ c a r y w t i m v r d a t a t i m e r ( s e n d e r ：t o b j e c t ) ； v a f i j ：i n t e g e r ； a s c _ r c s u l t ：s t r i n g ； 用于储存完整的一帧a s c i i 码 w e i g l l t r e s u l t ：d o u b l e ；储存数据处理结果 b e g i n t r y f o r j ：- - 0t o1 0 0d o # 层循环用于控制寻找完整的一帧a s c i i 数据 b e g i n i f ( d a t a _ s t r j = # 0 2 ) a n d ( d a t a _ s t r j + 11 】2 绚3 ) t h e n b e g i n f o ri - - - j + 2t oj + 7d o ，内层循环对找到的完整a s c i i 数据解析处理 a s c _ r c s u l t ：= a s c _ r c s u l t + d a t a _ s t r i ； w c i g h t r m u l t ：= s t r t o f l o a t ( a s c _ r o s u l o ； d a t a r c s u l t ：- - f o n n a t f l o a t ( 0 0 0 ，w e i g h t r e s m l t ) ； w 萌g l l t d a t a c a p t i o n - - - 当前重量： + d a t a r c s u l t + 吨脏界面上显示重量信息 d a t a _ s i n = ； c a d ； e n d ； e x c q , t s h o w m c s s a g e ( “串口数据解析处理错误”) ； e n d ； c a d ； 串口数据采集模块是计量监控系统的关键模块之一，但在开启视频监控模块 之后，由于多硬件资源的争夺与冲突，造成了串口数组读取缓冲区的不足。应用 软件方法解决硬件资源冲突问题，能够有效利用企业原有硬件资源，为企业的信 息化建设节约成本，并取得良好的应用效果；该方法具有通用性，实验效果良好 1 5 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 3 2 自定义图形报表模块设计 报表是计量监控系统的重要人机交互媒介，是数据记录、分析等计量活动结 果的重要的输出形式。计量报表内容复杂，且随着业务流程的改变和企业内外部 环境的变化，报表的格式和形式也将产生变化，计量报表在显示被监控目标车辆 上有特殊的要求，且由于优化网络带宽和数据传输的原因，本系统未将图像存储 于数据库中，对于报表的图像调用显示也需要重新设计。因此本文设计一套操作 简便、界面友好、通用性强的报表系统，嵌入到计量监控系统中，实现了报表的 用户自定义、网络化管理以及图像的动态调用显示等功能。根据实际需求，自定 义图像报表系统主要实现以下目标： ( 1 ) 用户可以运用报表系统提供的设计环境快捷地设计新的报表、编辑已 有的报表，实现报表的用户自定义； ( 2 ) 报表面向具体用户的人性化预览和自定义打印设置； ( 3 ) 报表的监控图像智能调用； 图像报表各模块结构关系如图3 2 所示。 图3 - 2 图形报表模块结构图 1 6 第三章数据采集及图形化报表 3 2 1 设计思想 在报表设计上，一种是直接运用编程语言调用系统a p i 编写报表代码，此 种方法代码编写量大，并且需要设计者对a p i 调用有充分的了解，设计模式单 一、不灵活；另一种方式是运用报表工具，灵活性大，代码量小，报表设计基本 采用可视化界面，符合面向对象的设计模式。结合计量监控系统开发人员和报表 使用人员等各方面的需求，本文在进行报表系统设计时，采用报表设计工具 f a s t r e p o r t ，体现以下设计思想： ( 1 ) 采用模板技术，报表格式与报表数据相分离，用户根据实际需要自行 设计或修改报表的格式、报表的数据来源、计算和处理的方法，而不必修改计量 监控系统本身。 ( 2 ) 系统采用动态数据源来实现报表数据的动态提取，用户可以动态设置 报表的数据来源，系统在生成报表时动态创建用户自定义的数据集。 ( 3 ) 用户应用报表向导，按照系统提示选择或者录入一定的数据，系统自 动根据用户的输入生成报表模板，体现报表系统的智能化。 ( 4 ) 把报表数据分为计量监控系统基础数据、计量监控数据集、报表数据 集三个层次，更好支持报表数据的复用，降低报表系统的复杂度。 ( 5 ) 动态调用计算机和服务器中存储的货车图像及存储在数据库中计量数 据。 3 2 2 数据结构 图形报表模块数据可以分为两部分。一是计量监控系统在具体的业务操作中 产生的基础数据，可以存储在任何类型的数据库中：另一部分是通用报表系统为 了适应各种用户的不同需求，提高可维护性、可移植性、独立性，实现各种系统 功能所需的参数、设置等数据，这些数据存储在独立的报表配置文件中。报表配 置文件包括报表信息、数据显示信息、预览参数、打印参数、用户报表设置、报 表页参数等。 系统包括报表格式、报表数据、报表参数、报表输出四部分，由参数管理、 数据集管理、报表管理、报表设计、报表预览、报表打印六个模块组成，可根据 需要嵌入到计量监控系统中。 1 7 基于图像m 蹦的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 ( 1 ) 参数管理模块 参数管理模块包括预览参数管理、打印参数管理、报表联参数管理等功能， 设置好的参数存储在特定的i n i 文件或x m l 文件中。报表页参数在报表设计时 读取到相应的选择录入框中，供报表使用人员或设计人员选择，实现报表方便调 用和高效设计。 ( 2 ) 报表管理与定制模块 报表管理与定制模块主要实现报表显示数据项的设置功能。报表信息与定制 管理按报表类别等条件显示报表的可选项详细信息，以进一步实现报表信息项的 增加、删除、修改等操作。井根据相应的操作更新修改选项设置信息到i n i 配置 文件中。该模块在保证报表系统的安全性和可靠性的同时，实现了不同用户的报 表个性化设计与定制。计量明细报表信息项定制模块如图3 - 3 所示。 圈3 - 3 计量明细报表信息项定制模块 ( 3 ) 计量与图像数据集管理模块 计量与图像数据集管理模块包括计量数据集管理和图像数据集管理两项功 能。能够方便建立、撤销、修改报表与计量数据集、图像数据集之间的对应关系。 第= 章数摧采集目形化m 表 ( 4 ) 报表设计模块 报表设计模块包括报表模板装载、报表模板保存、报表模板备份、报表设计 四项功能。运用f a s t r e p o r t 报表工具，可以方便的实现报表的可视化设计功能， 用户只需要拖动可视化的文本框连接数据源放置到现实区域，就能实现报表的 二次设计和保存。报表设计前，系统先判断选择的报表是否处于使用状态，如果 没有，则提供报表向导给用户，引导用户制作报表：如果有，m 提示用户结束使 用中的报表进程，如图3 - 4 所示。 警唑兰等嚣詈嚣落麓：警 图3 - 4 报表自定义设计模块 ( 5 ) 报表预览模块 报表预览时先装载报表模板，动态连接报表的数据集，调用i n i 配置文件中 的预览参数生成报表供用户预览，实现报表的人性化预览。如果用户拥有报表 的编辑权限可以在预览窗口中修改报表的格式并将修改后的报表存为模板，供 以后调用。报表预览时可以缩放、保存、装载、用户自定义打印、编辑、页面设 置等功能，提供w o r d 、e x c e l 、p d f 等多种格式的文件输出，如图3 - 5 所示。 一 摹于图像识刺的燃炭生产计量豁挣系统设计q 实现 图3 - 5 图形报表预览模块 ( 6 ) 报袁打印模块 由于计量监控系统的运行环境是在生产的第一线，报表输出的实时性要求比 较高，且在设置后格式一般比较固定，要求报表输出操作尽可能简单，为此报表 系统提供了不经预览的直接打印功能，用户可以设置打印参数来实现直接打印报 表。 3 3 图像抓拍模块 3 3 1 硬件平台介绍 ( 一) 视频采集卡 天敏s d k 2 5 0 0 卡是一款专门针对系统开发的高品质p c i 视频卡，具有高品 质的视频采集性能，具备高速p c i 总线，兼容即插即用( p n p ) ，支持一机多卡， 支持n t s c 和p a ls e c a m 制式，提供动态a v i 图像捕获，提供预览视频的任 意缩放和全屏方式，其视频处理采用9 b i ta d c 的p h i l i p s7 1 3 0 芯片相对于 8 b i ta d cb t 8 7 8 芯片来说不管是图像质量还是颜色的饱和度方面都有更好的现 实效果。 天敏s d k 2 5 0 0 提供功能全面的s d k 二次开发包，可以选择v i s u a l b a s i c 、 2 0 第三章数据采集及图形化报表 v i s u a l c + + 、d e l p h i 等多种编程语言进行开发，通过s d k 控制图像的输入端口， 图像亮度，对比度，色度，灰度等输入信号，动态截取图像，允许用户设置帧率 大小来进行预览或捕获，广泛应用于银行、医疗、社区、交通、农业监控及远程 通信等方面的系统开发。其主要功能有： ( 1 ) 为用户提供2 格式枚举压缩和设置压缩方式。 ( 2 ) 提供吖2 视频格式的抓图，图像存为j p e g 格式文件或b m p 格式 的文件。 ( 3 ) 为用户提供吖2 ，r g b 3 2 ，r g b 2 4 ，r g b 5 5 5 视频源回调方式。 ( 4 ) 可实现自定义区域抓拍。 ( 5 ) 可采集单场，单帧，连续帧，间隔几帧，连续相邻帧的图象，精确到 帧。 ( 6 ) 提供动态检测的功能。 ( 7 ) 支持中英文o s d 叠加功能。 ( 8 ) 视频通道可实现高速切换。 ( 9 ) 支持2 路v i d e o 和l 路s v i d e o 视频源。 ( 1 0 ) 完全支持d i r e a x 和7 w 标准视频开发工具的开发。 ( 1 1 ) 提供功能全面二次开发包，方便用户的个性化功能需要。 ( - - ) 监控器 在系统中，由摄像机对过磅车辆图像进行采集，由于在矿井附近工作，受 粉尘、光线等各种环境的影响较大，所以对摄像机性能要求较高。根据实验室实 际情况，综合考虑计算机图形处理速度与图像质量要求，系统采用的是一种高性 能的监视摄像机，具有3 0 0 w 像素、s o n y 光学变焦镜头和数码变焦集成电路， 照度低、图像清晰、操作简单、工作可靠。 3 j 2 图片存储方式 图片的存储方式决定了系统对图像数据的读取处理速度，以及对系统整体性 能的影响。目前对于图像数据的管理有两种主要方式，一种是直接将图像数据存 储在数据库关系表中，另一种是采用表+ 实体的方法，即图像数据以文件形式存 放于指定的计算机目录下，在数据库表中只反映图像数据文件的存储路径。 2 1 基于图像识别的煤炭生产计量监控系统的设计与实现 ( 一) 存储图像数据的策略 图像数据的存储关系到后续图像的处理检测速度，甚至影响到整个系统的运 行稳定性与运行效率。因此，设计一种符合计量监控系统的图像存储模式至关重 要。目前，主要有两种图像存储技术，一种是基于数据库的存储技术，一种将图 片文件直接存储于计算机存储介质中。 ( 1 ) 数据库直接存储图像数据 在s q ls e r v e r 中，对于小于8 0 0 0 个字节的图像数据可以用二进制型 ( b i n a r y 、v a r b i n a r y ) 来表示。但通常要保存的货车过磅图片都会大于8 0 0 0 个 字节。s q ls e r v e r 提供了一种机制，能存储每行大到2 g b 的二进制对象( b l o b ) ， 这类对象可包括i m a g e 、t e x t 和n t e x t 三种数据类型。i m a g e 数据类型存储的是长 度不确定的二进制数据，最大长度是2 g b 。 b l o b 数据在s q ls e r v e r 系统中的存储方式不同于普通的数据类型，对于 普通类型的数据系统直接在用户定义的字段上存储