一种渣皮厚度数据滤波的方法和装置与流程

1.本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种数字滤波处理方法，具体而言是用于高炉冶炼中的渣皮厚度数据滤波的方法和装置。


背景技术：

2.由于高炉的封闭性，从高炉外部是无法直接观测到其内部状态的，只能通过风口处有限的窥视孔进行观察，视野有限存在大面积盲区。近年来，各种实时监测及可视化系统在钢铁等工业领域得到广泛应用，通过高炉上布置的不同位置的多种传感器，获取高炉生产时的温度、压力等数据，可以推测出高炉内部的状态，再以伪彩色图的二维图或三维模型进行展示，即可直观地观察到高炉内部的运行状态。高炉生产过程中，炉腰、炉腹位置会生成渣皮，渣皮的脱落会影响炉缸的热分布，一旦打破其热平衡会导致严重的后果。因此对渣皮的分布进行可视化，是高炉可视化系统的重要组成部分。
3.然而，受成本和现场条件的影响，高炉上布置的传感器是有限的，进而得到的可视化数据也是不连续的点。如高炉冷却壁上热电偶的分布，从炉腹往上，一般每层只有10到20个热电偶，而炉腹位置的炉身半径可达六七米，因此两个热电偶之间相隔可达一到两米。相应地在可视化时，只能拿到十几个渣皮厚度数据，将炉身圆周等分为十几份，若每一部分为厚度相同的扇环，可视化效果会很差，且现实中的渣皮也不可能是规则的立方体状分布。


技术实现要素：

4.为了克服如上所述的技术问题，本发明提出一种渣皮厚度数据滤波的方法和装置，可对渣皮厚度数据进行平滑以呈现更好的可视化效果。
5.本发明提出一种渣皮厚度数据滤波的方法，所述方法的技术方案如下：
6.s1，获取包括由多个测量位置点的渣皮厚度数据的列表，每一个测量位置点对应一个数据点，并初始化列表中的数据点；
7.s2，沿垂直于炉壁的方向，对所有数据点的厚度数据进行高斯平滑，得到数据点的边缘轮廓；
8.s3，在平行于炉壁的平面内，对经由步骤s2得到数据点的边缘轮廓进行椭圆曲线平滑；
9.s4，将经过椭圆曲线平滑后的数据点的边缘轮廓中相邻数据点的交叉部分进行渣皮厚度数据的加权平均，得到新的渣皮厚度数据；
10.进一步的，还包括：
11.s5，将步骤s4得到的新的渣皮厚度数据进行可视化，作为渣皮厚度数据可视化分布的呈现。
12.进一步的，所述步骤s1的数据点定义为：
13.数据点包括中心坐标，每一个数据点的中心坐标与每一个测量点的中心位置一一对应，且每个数据点的横向范围相同，数据点的纵向范围相同；
14.其中，数据点的纵向范围与该层冷却壁高度值相关联。
15.进一步的，所述步骤s2中高斯平滑具体为：
16.以数据点的中心坐标为坐标原点，x轴为炉壁水平切线方向，y轴为竖直方向，坐标平面与炉壁平行，设数据点所测的渣皮厚度数据为h0，则数据点的范围内的任意一坐标点p(x,y)的厚度数据为
[0017][0018]
其中，为数据点的x方向方差，为数据点的y方向方差。
[0019]
进一步的，所述步骤s3中椭圆曲线平滑具体为：
[0020]
以数据点的中心坐标为坐标原点，x轴为炉壁水平切线方向，y轴为竖直方向，坐标平面与炉壁平行，对数据点的范围内的任意一个坐标点p(x,y)，计算
[0021][0022]
其中，a、b为固定参数；当d大于1时，则将坐标点p(x,y)的厚度数据设置为0；当d小于或等于1时，则坐标点p(x,y)的厚度数据为步骤s2高斯平滑计算的厚度数据；经椭圆曲线平滑后，坐标点p(x,y)的厚度数据为：
[0023][0024]
进一步的，所述步骤s4中加权平均具体为：
[0025]
设数据点a与数据点b相邻，数据点a和数据点b的交叉范围为c，对交叉范围c中任意一个坐标点q(x,y)，根据步骤s2和s3，计算出坐标点q(x,y)在数据点a的范围内的厚度数据ha；因数据点a与数据点b相邻，通过坐标变换计算出坐标点q(x,y)相对于数据点b的新坐标(x’,y’)，根据步骤s2和s3，计算出坐标点q在数据点b的范围内的厚度数据hb；则有
[0026][0027]
和
[0028][0029]
则坐标点q(x,y)的厚度数据为hq＝max{h1,h2}。
[0030]
本发明还提出了一种渣皮厚度数据的滤波装置，所述滤波装置包括采集单元和计算机单元，所述采集单元用于采集渣皮厚度数据，所述计算机单元包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如上述任一项所述的渣皮厚度数据滤波的方法。
[0031]
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的渣皮厚度数据滤波的方法。
[0032]
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
[0033]
本发明首先获取包括由多个测量位置点的渣皮厚度数据的列表，每一个测量位置点对应一个数据点，并初始化列表中的数据点；然后沿垂直于炉壁的方向，对所有数据点的厚度数据进行高斯平滑，得到数据点的边缘轮廓；然后在平行于炉壁的平面内，对经由高斯平滑得到的数据点的边缘轮廓进行椭圆曲线平滑；最后将经过椭圆曲线平滑后的数据点的边缘轮廓中相邻数据点的交叉部分进行渣皮厚度数据的加权平均，得到新的渣皮厚度数据。本发明提供的一种用于可视化的渣皮厚度滤波方法和装置，可以应用在高炉炼铁中对渣皮厚度滤波进行处理，以显著提升了渣皮厚度的可视化效果。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例的一种经由渣皮厚度数据滤波的方法后用于可视化呈现的流程图；
[0035]
图2为本发明实施例的一种渣皮厚度数据滤波的可视化效果图；
[0036]
图3为本发明实施例的一种渣皮厚度数据滤波的装置结构示意图。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]
实施例一：
[0039]
如图1所示为本发明实施例的渣皮厚度数据滤波的方法的流程图，示出了该方法的具体实施步骤，包括：
[0040]
在步骤s1中，获取包括由多个测量位置点的渣皮厚度数据的列表，每一个测量位置点对应一个数据点，并初始化列表中的数据点；
[0041]
在一种可能的实现中，假设高炉的某一层共有n个测量位置点，每一个测量位置点对应一个数据点，获取得到包括n个渣皮厚度数据的列表，同时初始化列表中的数据点，其中n≥5。
[0042]
在步骤s2中，沿垂直于炉壁的方向，对所有数据点的厚度数据进行高斯平滑，得到数据点的边缘轮廓；
[0043]
在一种可能的实现中，以数据点的中心为坐标原点，x轴为炉壁水平切线方向，y轴为竖直方向，坐标平面与炉壁平行，设数据点所测的渣皮厚度数据为h0，当炉身半径为r，冷却壁高度为h时，设数据点的范围为
[0044][0045]
数据点的范围内的任意一坐标点p(x,y)的厚度数据为
[0046]
[0047]
其中，为数据点的x方向方差，为数据点的y方向方差；
[0048]
需要说明的是，在本发明中，并不以数据点的横向范围在到之间为限，不以数据点的纵向范围在到之间为限，只需要满足每个数据点的横向范围相同，数据点的纵向范围相同即可，实际应用中根据具体情况可作调整。
[0049]
在步骤s3中，在平行于炉壁的平面内，对经由步骤s2得到数据点的边缘轮廓进行椭圆曲线平滑；
[0050]
在一种可能的实现中，以数据点的中心为坐标原点，x轴为炉壁水平切线方向，y轴为竖直方向，坐标平面与炉壁平行，对数据点的范围内的任意一坐标点p(x,y)，计算
[0051][0052]
其中，a、b为固定参数；当d大于1时，则将坐标点p(x,y)的厚度数据设置为0；当d小于或等于1时，则坐标点p(x,y)的厚度数据为步骤s2高斯平滑计算的厚度数据；经椭圆曲线平滑后，坐标点p(x,y)的厚度数据为：
[0053][0054]
在步骤s4中，将经过椭圆曲线平滑后的数据点的边缘轮廓中相邻数据点的交叉部分进行渣皮厚度数据的加权平均，得到新的渣皮厚度数据；
[0055]
在一种可能的实现中，设数据点a与数据点b相邻，数据点a和数据点b的交叉范围为c，对交叉范围c中任意一个坐标点q(x,y)，根据步骤s2和s3，计算出坐标点q(x,y)在数据点a的范围内的厚度数据ha；因数据点a与数据点b相邻，通过坐标变换计算出坐标点q(x,y)相对于数据点b的新坐标(x’,y’)，根据步骤s2和s3，计算出坐标点q在数据点b的范围内的厚度数据hb；则有
[0056][0057]
和
[0058][0059]
则坐标点q(x,y)的厚度数据为hq＝max{h1,h2}。
[0060]
在步骤s5中，将经由步骤s4得到的新的渣皮厚度数据进行可视化，作为渣皮厚度数据可视化分布的呈现。如图2所示为本发明实施例的一种渣皮厚度数据滤波的可视化效果图，呈现了在数据点a和数据点b的范围内，以及数据点a和数据点b的交叉区域c的坐标点的渣皮厚度数据滤波效果。其中，标签为正方形的线型201表示数据点a的右侧范围内的渣皮厚度数据曲线，标签为菱形的线型202表示数据点b的左侧范围内的渣皮厚度数据曲线，二者之间有重叠交叉部分，根据上述方法进行计算，最终拟合的曲线为标签为三角形的线型203。可以直观地看出，经过上述方法拟合后，二者交叉部分的曲线变得更加平滑。
[0061]
可以理解的是，将经由所述的渣皮厚度数据滤波的方法得到的新的渣皮厚度数据用于可视化呈现只是本发明其中一种实施方式，除了可视化呈现外，还可以将经由所述的渣皮厚度数据滤波的方法得到的新的渣皮厚度数据应用于其他用途，例如将经由所述的渣皮厚度数据滤波的方法得到的新的渣皮厚度数据作为参数输入到高炉冶炼的自动化监测系统，用于提高自动化监测系统的准确性。
[0062]
实施例二：
[0063]
本发明还提供一种渣皮厚度数据的滤波装置，包括采集单元和计算机单元，所述采集单元用于采集渣皮厚度数据，所述计算机单元如图3所示，包括处理器301、存储器302、总线303、以及存储在所述存储器302中并可在所述处理器301上运行的计算机程序，处理器301包括一个或一个以上处理核心，存储器302通过总线303与处理器301相连，存储器302用于存储程序指令，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。
[0064]
进一步地，作为一个可执行方案，所述采集单元可以通过热电偶、红外线设备及超声波设备等装置采集得到渣皮厚度数据。
[0065]
进一步地，作为一个可执行方案，所述计算机单元可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机单元可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述计算机单元的组成结构仅仅是计算机单元的示例，并不构成对计算机单元的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。例如所述计算机单元还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。
[0066]
进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机单元的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机单元的各个部分。
[0067]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机单元的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0068]
实施例三：
[0069]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。
[0070]
所述计算机单元集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的
产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onny memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
[0071]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。