一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法和系统与流程

本发明涉及矿石选冶，具体涉及一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法和系统。

背景技术：

1、铝土矿是电解铝及高端铝基新材料生产的核心战略矿产资源，其产品铝的使用量更是仅次于钢铁的第二大金属，在航空航天、建筑化工和电子电力等领域具有不可替代的作用。全球铝土矿主要分布在几内亚、澳大利亚、越南和中国，以红土型和喀什特型（沉积型和堆积型）为主。我国铝土矿主要以喀斯特型为主，整体禀赋较差、储量有限、对外依存度高达75%以上，已探明储量仅占全球储量的3.5%左右，储采比不足7年，资源保障压力突出。同时，国内铝土矿以一水硬铝石为主，普遍具有氧化铝含量偏低、二氧化硅杂质含量高、铝硅比低的特点，平均铝硅比仅为4～7，矿石成分复杂、品位区间重叠严重、临界品位样本混杂，分选及冶炼难度显著高于海外三水铝石型铝土矿，导致冶炼能耗与成本高。传统人工及常规检测手段难以实现铝土矿不同品位的快速、精准分级，存在主观性强、误判率高、效率低的问题，难以满足矿山智能化分选、矿石梯次利用与低成本冶炼的工业需求。目前，高光谱技术凭借精细的光谱特征能力，在矿物识别、矿物丰度估算和元素含量反演等领域取得了许多显著的成效。但如何使用高光谱技术与深度学习方法相结合实现对铝土矿多品位的精准、稳定分级的研究较少，尤其是能够满足矿山智能分选、矿石梯次利用和低成本选冶的工业需求的更少。因此，亟需一种高精度、低成本的智能品位分选技术来提高对高品位铝土矿的提炼。

2、因此，本发明在现有研究不足的基础上，开发了一种基于成像高光谱遥感的绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法和系统，能够快速稳定无损地分选出不同品位铝土矿，为矿山相关行业提供技术参考。

技术实现思路

1、针对现有方法的不足以及实际应用的需求，一方面，本发明提供一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，包括以下步骤：

2、基于铝硅比约束对高光谱数据进行分层耦合特征提取，得到铝硅敏感耦合特征集；将所述耦合特征集输入双分支识别模型，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数训练得到铝土矿品位识别模型；利用所述品位识别模型对待测铝土矿的高光谱数据进行识别，得到对应的品位分类结果；根据所述品位分类结果联动调控破碎筛分设备的运行参数，完成铝土矿分选。

3、可选地，所述基于铝硅比约束对高光谱数据进行分层耦合特征提取，得到铝硅敏感耦合特征集，包括：

4、提取预处理后的高光谱数据的微分趋势特征、铝硅组分专属光谱指数特征、分形维数特征三类特征；对三类特征进行铝硅相关系数阈值筛选，剔除与铝硅品位无关的噪声波段；加权融合筛选后的三类特征，得到所述铝硅敏感耦合特征集。

5、可选地，所述提取预处理后的高光谱数据的微分趋势特征、铝硅组分专属光谱指数特征、分形维数特征三类特征，包括：

6、计算预处理后的高光谱数据的一、二阶导数，保留与铝硅比相关系数绝对值大于0.6的波段，得到微分趋势特征；分别提取与氧化铝、二氧化硅相关系数绝对值大于0.7的波段，构建归一化光谱指数，得到铝硅组分专属光谱指数特征；采用变差维数法计算预处理后的高光谱数据的分形维数，得到分形维数特征。

7、可选地，所述加权融合筛选后的三类特征，得到所述铝硅敏感耦合特征集，包括：

8、基于铝硅组分专属光谱指数与铝硅比的相关系数，构建波段权重矩阵；采用所述波段权重矩阵分别对微分趋势特征、分形维数特征逐波段加权；将加权后的两类特征与铝硅组分专属光谱指数特征拼接，得到所述铝硅敏感耦合特征集。

9、可选地，所述将所述耦合特征集输入双分支识别模型，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数训练得到铝土矿品位识别模型，包括：

10、将所述耦合特征集划分为局部特征子序列和全局趋势子序列，分别输入cnn卷积分支和transformer编码分支；通过双向互馈机制实现双分支的跨层信息交互，根据铝硅比区间动态加权融合双分支的输出特征；基于融合特征生成品位分类logits，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数计算损失并反向传播更新模型参数，得到训练完成的品位识别模型。

11、可选地，所述将所述耦合特征集划分为局部特征子序列和全局趋势子序列，包括：

12、提取所述耦合特征集中的铝硅光谱指数特征、小波多尺度特征，组合形成局部特征子序列，作为cnn卷积分支的输入；提取所述耦合特征集中的一、二阶微分趋势特征，组合形成全局趋势子序列，作为transformer编码分支的输入。

13、可选地，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数训练模型，包括：

14、根据样本对应的铝硅比区间，计算自适应聚焦因子与带稀有度修正的类别权重；基于自适应聚焦因子、类别权重与二元交叉熵损失计算总损失；通过所述总损失反向传播更新双分支模型的全部参数。

15、可选地，所述基于自适应聚焦因子、类别权重与二元交叉熵损失计算总损失，满足：

16、

17、

18、其中，表示总损失，表示批次样本数量，表示品位类别数，表示单标签损失，表示样本数量与铝硅比稀有度平衡系数，表示聚焦因子，表示二元交叉熵损失项。

19、可选地，所述根据所述品位分类结果联动调控破碎筛分设备的运行参数，完成铝土矿分选，包括：

20、解析所述品位分类结果对应的铝硅比区间；根据所述铝硅比区间分别生成破碎机调控指令、振动筛调控指令以及矿石分流指令；将所述调控指令发送至对应的设备执行对应操作。

21、第二方面，为能够高效地执行本发明所提供的一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，本发明还提供了一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选系统，包括：输入设备、输出设备、处理器、存储器，所述输入设备、输出设备、处理器、存储器相互连接，所述存储器存储有程序指令，所述程序指令用于绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法。本发明的一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选系统，结构紧凑、性能稳定，能够稳定地执行本发明提供的一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，进一步提升本发明整体适用性和实际应用能力。

22、本发明通过光谱平滑、一/二阶导数、铝硅专属光谱指数、分形维数构建三层特征子集，基于铝硅比相关系数加权融合得到分层耦合特征集；搭建cnn+transformer双分支识别网络，设计跨层双向特征互馈单元与铝硅比分段动态融合权重；配套铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数，动态调整聚焦因子与稀有度修正权重，解决临界矿石混淆、稀有矿漏检、样本分布失衡问题；模型在线推理识别矿石品位后，plc联动破碎机、振动筛自适应调控破碎筛分参数，临界矿石分流复检。

23、本发明无需化学药剂、无损在线检测，临界品位矿石区分度、分类精度大幅提升，破碎能耗与赤泥固废显著降低，实现绿色、低成本、高精度工业级铝土矿智能分选，适配国内低铝硅比喀斯特型一水硬铝石矿规模化生产。

1.一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述基于铝硅比约束对高光谱数据进行分层耦合特征提取，得到铝硅敏感耦合特征集，包括：

3.根据权利要求2所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述提取预处理后的高光谱数据的微分趋势特征、铝硅组分专属光谱指数特征、分形维数特征三类特征，包括：

4.根据权利要求2所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述加权融合筛选后的三类特征，得到所述铝硅敏感耦合特征集，包括：

5.根据权利要求1所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述将所述耦合特征集输入双分支识别模型，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数训练得到铝土矿品位识别模型，包括：

6.根据权利要求5所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述将所述耦合特征集划分为局部特征子序列和全局趋势子序列，包括：

7.根据权利要求5所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，采用铝硅比分级自适应加权focal-bce损失函数训练模型，包括：

8.根据权利要求7所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述基于自适应聚焦因子、类别权重与二元交叉熵损失计算总损失，满足：

9.根据权利要求1所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法，其特征在于，所述根据所述品位分类结果联动调控破碎筛分设备的运行参数，完成铝土矿分选，包括：

10.一种绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选系统，其特征在于，所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选系统，包括：输入设备、输出设备、处理器、存储器，所述输入设备、输出设备、处理器、存储器相互连接，所述存储器存储有程序指令，所述程序指令用于执行权利要求1-9任一项所述绿色低成本的工业级铝土矿矿石分选方法。