基于AI的矿石粒径智能分析:华南某大型露天矿实现高效级配检测与数据闭环

中科软银-风清扬
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01 项目背景:从“人工筛分 + 经验估算”走向数据化决策

在矿山生产与选矿工艺优化中,矿石粒径分布是影响破碎效率、筛分效果、磨矿能耗与最终回收率的关键指标之一。传统的粒径测量多依赖人工筛分与目测估算,通常面临三类痛点:

  1. 效率瓶颈明显:样品准备、筛分、称量、记录和统计耗时长,难以满足高频检测需求。

  2. 主观误差不可控:不同人员、不同批次的判定标准不一致,导致数据可比性差。

  3. 批量化与可追溯不足:图像、结果与统计数据分散存储,难以形成完整的数据链路,无法沉淀可复用的分析资产。

客户(信息已脱敏,以下简称“客户”)希望建立一套高效率、可复制、可追溯的粒径检测方案,在不增加过多人力投入的前提下,实现:

  • 面向矿石照片的快速粒径统计与分布分析;

  • 输出标准化结果文件,便于横向对比与长期追踪;

  • 为破碎/筛分参数调整提供更及时、更客观的依据。

02 方案概述:AI自动分割 + 比例尺换算 + 统计导出,一次完成

客户最终采用了矿石图像分割软件作为核心工具,将现场照片转换为结构化数据。软件以 Meta 发布的 SAM(Segment Anything Model) 为核心分割引擎,提供从图像加载、智能分割、人工校正到数据导出的完整工作流,主要能力包括:

  • 一键自动分割:自动识别并分割图像中的矿石颗粒,输出轮廓与编号;

  • 参考球自动检测 / 手动比例设定:建立像素与真实尺寸的换算关系;

  • 点选编辑纠正:对漏分、粘连等问题进行新增、合并、删除;

  • 多格式数据导出:支持 CSV / Excel / JSON,包含粒径与形状等多维参数;

  • 工程轮廓导出:支持 DXF/DWG(建议优先 DXF)用于 CAD/工艺分析场景;

  • 统计分析体系:包含 D10/D50/D90 等特征粒径、均匀系数 Cu、曲率系数 Cc 等工程指标,并可生成粒径分布与累积分布数据。

说明:软件支持 GPU(CUDA)加速,可在 Windows 10/11 环境下运行,适用于现场工程师与实验室人员日常使用。

03 现场落地流程:从采集到报告的“标准化四步法”

为了保证数据稳定性与可复用性,客户将软件能力沉淀为一套易执行的流程规范,并在多个班次、多个采样点上形成统一操作口径。

第一步:图像采集标准化(决定上限)

客户将采集环节作为质量控制的第一道关口,重点统一:

  • 光照与清晰度:避免强反光与阴影,确保边界清晰;

  • 拍摄角度与距离:尽量垂直拍摄,保持视角稳定;

  • 参考球配置:每张图像尽量放置颜色对比明显的参考球(支持红/橙/黄/蓝/绿等),并记录其物理直径(mm)。

经验:拍摄阶段做到“可复现”,后续分割与统计才能做到“可对比”。

第二步:一键自动分割(5–30 秒完成初版识别)

将图像导入软件(支持 PNG/JPG/JPEG/BMP/TIFF 等),在“模型参数”区域选择模型类型并设置最小分割面积阈值后,点击 开始自动分割(F5)

  • 软件自动输出每个颗粒的轮廓与编号;

  • 可按需显示/隐藏轮廓线、填充色块与序号标签,提升检查效率;

  • 在 GPU 加速启用的情况下,可满足现场“快速出结果”的节奏。

第三步:比例尺设定(把“像素尺寸”变成“真实粒径”)

粒径计算的关键是比例尺换算。客户根据现场条件,选择两种方式之一:

方式 A:参考球自动检测(优先)

  1. 输入参考球直径(mm);

  2. 选择参考球颜色(auto 自动或指定颜色);

  3. 点击“自动检测”,软件自动识别并绘制圆形标记,建立像素/毫米比例。

方式 B:手动画圆设定(兜底)

当自动检测不理想(例如背景颜色接近、遮挡)时:

  1. 点击“手动画圆”;

  2. 在原图画布点击确定圆心,拖拽到边缘完成画圆;

  3. 软件自动完成比例换算并显示结果。

设定比例后,客户通常会使用“排除参考球”功能,自动移除与参考球重叠的分割区域,避免将参考球误计入颗粒统计。

第四步:点选编辑纠错 + 一键导出(形成可追溯的数据资产)

面对矿石边界粘连、遮挡导致的漏分/误分,客户使用“点选编辑模式”进行快速纠偏:

  • 新增:点击空白区域自动识别并添加新颗粒;

  • 合并:多选相邻区域后合并,处理“同一颗粒被切碎”的情况;

  • 删除:删除误识别区域(噪声、背景碎片等)。

完成校正后,客户会按统一命名规则导出结果,形成“图像—轮廓—统计”的闭环:

  • 导出分析数据:CSV/Excel/JSON(用于统计、报告、历史对比);

  • 导出 CAD 轮廓:DXF/DWG(用于工程复核或工艺沟通);

  • 保存结果图像:用于复盘与审计留档。

04 输出指标:不只看“粒径”,也看“形貌”

相比只输出单一粒径值的方式,本方案在工程应用中更强调“多指标联动”。软件导出的单颗粒与统计摘要,覆盖:

单颗粒参数(示例)

  • 等效圆直径(mm):基于面积换算,便于工程表达

    • 公式:D = 2√(A/π)

  • 面积(mm²)周长(mm)

  • 圆形度:4πA/P²(越接近 1 越圆)

  • 长轴/短轴(mm)椭圆度(长轴/短轴)

统计摘要(示例)

  • 基本统计:颗粒总数、平均粒径、标准差、中位数、变异系数

  • 特征粒径:D10、D25、D50、D75、D90、D95

  • 工程指标:均匀系数 Cu、曲率系数 Cc

  • 分布数据:粒径分布直方图与累积分布数据(用于绘制级配曲线)

这使客户能够从“单次检测结果”升级为“过程控制数据”,支撑跨班次、跨料堆、跨工况的对比分析。

05 项目成效:效率提升、数据一致性提升、可追溯闭环形成

在该粒径检测/级配分析场景中,客户重点关注三类收益:

  1. 检测效率提升:由“耗时筛分/人工记录”转为“图像分析 + 一键导出”,显著缩短单批次检测周期;

  2. 结果一致性提升:通过统一的采集规范、比例尺设定与参数阈值,减少人员差异带来的波动;

  3. 可追溯与可复用:结果图像、轮廓文件与结构化数据统一归档,形成可复盘的历史库,支持趋势分析与工艺验证。

06 可复制经验:让AI分析在现场“稳定跑起来”

为了确保在不同批次图像上都能获得稳定结果,客户沉淀了三条可复制实践:

  1. 拍摄先标准化:统一光照、角度、参考球摆放与直径记录,降低输入波动;

  2. 参数先固化再微调:在典型样本上确定模型类型与最小面积阈值,形成基线;遇到漏分再按规则微调;

  3. 先自动、后编辑、再导出:先跑自动分割获得“80% 结果”,再通过点选编辑补齐“最后 20%”,整体效率与准确性更平衡。

07 总结:从“看得见的图片”到“用得起的数据”

在粒径检测/级配分析场景下,矿石图像分割软件通过“AI分割 + 比例尺换算 + 统计导出”的闭环流程,帮助客户把矿石照片快速转化为可分析、可对比、可追溯的结构化数据资产,为工艺优化与质量控制提供更及时、更客观的依据。

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