本发明属于信息处理，特别是涉及一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统及方法。
背景技术：
1、众所周知，工业窑炉是水泥制造过程中非常重要的设备之一，为了保证工业窑炉的安全正常工作，就需要及时掌控工业窑炉的工作状态，为此，工程师在工业窑炉上安装了大量的传感器(例如温度传感器、可见光摄像机等)，但是由于工业窑炉的使用工况特别复杂(高温、高粉尘、有时还具有高腐蚀性物料等)，因此，传感器的检测结果可信度比较低，检测结果并不能够真实反映工业窑炉的真实工作状态；
2、目前，经过大量的尝试，由于“两磨一烧”的核心工艺过程存在诸多无法感知的“黑盒”问题，其所应用场景却集中于：安全监控、排放控制、物流管理等核心工艺的外围系统；而在企业最关心的“工艺优化、能耗优化、生产状态监控”等应用场景进行大量研究和应用的并不多见，应用效果也并不明显。
3、综上，为了解决窑炉内部物理化学过程的“黑箱”问题，设计开发一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统及方法具有重要的意义。
技术实现思路
1、技术方案，为了解决上述背景技术中的下列技术问题：利用直观可视化技术通过对炉内外实时图像的分析处理，进而实现对工业窑炉的可视化控制。
2、本发明的第一目的是提供一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，包括：
3、根据工业窑炉参数建立的仿真机，通过仿真生成工业窑炉内部的温度场结构；
4、数据采集模块，用于获取工业窑炉内部和外部的实时数据，所述实时数据包括炉内图像信息、炉内温度数据和炉外红外图像；
5、炉内温度场三维重建模块，首先根据所述温度场结构和炉内图像信息，重建工业窑炉内部的炉内温度场梯度；然后将炉内温度数据映射到所述炉内温度场梯度，进而得到炉内三维温度场；
6、图像处理模块，获取所述工业窑炉内部和外部的图像信息，通过对所述图像信息的识别和分析，进而得出异常工况预测的结果；
7、可视化控制终端，接收重建后的炉内三维温度场和异常工况预测的结果，进而利用cps智能控制系统对工业窑炉进行控制。
8、优选地，所述数据采集模块包括设置在工业窑炉内部的红外温度传感器、超声波传感器、可见光相机和设置在工业窑炉外部的红外热像仪。
9、优选地，所述炉内温度场三维重建模块包括：
10、图像学习模块，对所述温度场结构和当前窑炉控制操作指令进行学习，提取工业窑炉在不同控制操作指令下的温度场结构；
11、温度获取模块，根据炉内成像系统硬件接口函数或软件接口程序，自定义传感器和相机视场的温度提取点，提取炉内不同位置的温度，并根据所述温度场结构，构造炉内温度场梯度；
12、三维温度场重建模块，根据所述温度场结构、炉内温度场梯度，将炉内温度数据实时映射到所述炉内温度场梯度，重建得到炉内三维温度场。
13、优选地，所述图像处理模块包括：
14、区域分割单元，将所述图像信息划分为结皮区域和正常区域；
15、面积监测单元，计算所述结皮区域的结皮面积；
16、速度监测单元，计算所述结皮面积的变化速率；
17、警告单元，将所述结皮面积与结皮面积阈值进行面积比较，根据面积比较结果做出是否发送面积警告提示，将所述变化速率与变化速率阈值进行比较，根据比较结果做出是否发送结皮速度警告提示。
18、优选地，所述区域分割单元包括：
19、灰度化模块，将所述图像信息转化为灰度图；
20、二值化模块，将所述灰度图进行二值化处理得到二值化图像；
21、边缘提取模块，将所述二值化图像进行边缘提取，得到结皮区域和正常区域。
22、优选地，所述可视化控制终端包括：
23、可视化终端，一方面实时显示炉内外图像、温度、曲线及预警信息，供操作员优化窑炉操作参考；另一方面将图像识别分析、异常工况预测或预警的结果自动上传至cps智能控制系统，分析计算控制指令用；
24、数据交互模块，将图像识别分析、异常工况预测或预警的结果上传至cps智能控制系统。
25、优选地，所述cps智能控制系统包括：智能控制数据库、cps智能控制模块、dcs工控机，其中：
26、所述智能控制数据库，用于实时存储工业窑炉的运行状态参数和特定工况时工业窑炉的输入和输出之间的关联；
27、所述cps智能控制模块接收智能控制数据库的数据，并对数据进行处理，生成主控制参数和辅助控制参数；
28、所述dcs工控机接收所述主控制参数和辅助控制参数，并向执行系统发送控制指令。
29、优选地，所述智能控制数据库利用神经网络对实时存储工业窑炉的运行状态参数和特定工况时工业窑炉的输入和输出之间的关联进行学习和训练，形成窑炉ai智能控制知识库。
30、优选地，所述cps智能控制模块接收智能控制数据库的数据，并对数据做出如下处理：
31、将隐性参数与隐性预设目标进行对比，得到隐性参数变化趋势；
32、将显性参数与显性预设目标进行对比，得到显性参数变化趋势；
33、根据隐性参数变化趋势和显性参数变化趋势进行自寻优控制及学习训练；当所述自寻优控制及学习训练的结果为目标调整时，则返回目标对比；否则，计算生成主控制参数和辅助控制参数，并将主控制参数和辅助控制参数发送给dcs工控机。
34、本发明的第二目的是提供一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制方法，包括：
35、利用窑炉仿真机生成工业窑炉内部的温度场结构；
36、利用数据采集模块获取工业窑炉内部和外部的实时数据，所述实时数据包括炉内图像信息、炉内温度数据和炉外红外图像；
37、首先根据所述温度场结构和炉内图像信息，重建工业窑炉内部的炉内温度场梯度；然后将炉内温度数据映射到所述炉内温度场梯度，进而得到炉内三维温度场；
38、图像处理，获取所述工业窑炉内部和外部的图像信息，通过对所述图像信息的识别和分析，进而得出异常工况预测的结果；
39、可视化控制，接收重建后的炉内三维温度场和异常工况预测的结果，进而利用cps智能控制系统对工业窑炉进行控制。
40、本发明的第三目的是提供一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统的构建方法，包括：
41、搭建数据采集系统，包括窑炉仿真机、炉内成像系统和炉外成像系统；
42、搭建炉内温度场三维重建模块，具体为：
43、导入窑炉仿真机在线仿真的窑炉温度场图像，开发仿真机窑炉温度场图像识别及学习程序，提取窑炉在线仿真的温度值及温度场结构；
44、根据炉内成像系统硬件接口函数或软件接口程序，自定义各相机视场的温度提取点，开发相机视场温度提取程序，提取炉内温度，并根据窑炉仿真机的温度场结构，构造炉内温度场梯度；
45、根据所述温度场结构和温度场梯度，将炉内监测的温度值实时映射到所述炉内温度场梯度，重建炉内三维温度场；
46、搭建图像处理模块，所述图像处理模块包括：
47、区域分割单元，将所述图像信息划分为结皮区域和正常区域；
48、面积监测单元，计算所述结皮区域的结皮面积；
49、速度监测单元，计算所述结皮面积的变化速率；
50、警告单元，将所述结皮面积与结皮面积阈值进行面积比较，根据面积比较结果做出是否发送面积警告提示，将所述变化速率与变化速率阈值进行比较，根据比较结果做出是否发送结皮速度警告提示。
51、本发明的优点及积极效果为：
52、本发明利用仿真技术和炉内实测数据相结合的方式重新构建炉内的温度场，在实现快速仿真的同时，使得温度场具有更高的可信度，解决高粉尘工况下炉内温度场监测的技术难题；
53、本发明通过对炉内图像信息处理，能够准确获取炉内的温度场；并通过对炉内温度图像的分析处理，能够快速实现窑炉内部异常工况预测预警；
54、本发明通过对炉外图像信息处理，能够准确获取炉外的温度图像；并通过对炉外温度图像的分析处理，能够快速实现窑炉外壁及炉内异常工况预测预警；
55、本发明利用直观可视化技术通过对炉内外实时图像的分析处理及学习训练，逐步建立基于炉内外图像特征同工业窑炉工况紧密关联的知识库或机理模型，进而实现对工业窑炉的智能可视化控制。
1.一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括设置在工业窑炉内部的红外温度传感器、超声波传感器、可见光相机和设置在工业窑炉外部的红外热像仪。
3.根据权利要求1所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述炉内温度场三维重建模块包括：
4.根据权利要求1所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述图像处理模块包括：
5.根据权利要求4所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述区域分割单元包括：
6.根据权利要求1所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述可视化控制终端包括：
7.根据权利要求1所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于：所述cps智能控制系统包括：智能控制数据库、cps智能控制模块、dcs工控机，其中：
8.根据权利要求7所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于：所述智能控制数据库利用神经网络对实时存储工业窑炉的运行状态参数和特定工况时工业窑炉的输入和输出之间的关联进行学习和训练，形成窑炉ai智能控制知识库。
9.根据权利要求7所述基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统，其特征在于，所述cps智能控制模块接收智能控制数据库的数据，并对数据做出如下处理：
10.一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制方法，其特征在于，包括：
11.一种基于直观可视化技术的工业窑炉智能控制系统的构建方法，其特征在于，包括：
