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连采机自主移机轨迹绝对坐标控制方法研究
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作者 张楷鑫 刘志明 杨文宇 《煤矿机械》 2025年第1期63-65,共3页
针对连采机自主移机,目前尚无成熟控制策略,结合地质条件的变化,根据连采机掘进的特点,提出一种连采机自主移机轨迹绝对坐标控制方法,一定程度上解决连采机智能化过程的关键技术问题之一。
关键词 连采机 自主移机 智能化 绝对坐标
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基于小波阈值改进EEMD的微震信号联合去噪方法及应用
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作者 张楷鑫 胡小刚 +3 位作者 杨文宇 刘朝 王嘉宇 上官星驰 《能源与环保》 2025年第2期95-100,共6页
“地质透明化”是实现煤矿智能高效开采的关键一环,矿山多维动静态探测数据的准确性直接决定了煤矿地质模型的透明化精准程度。针对现有微震数据低信噪比导致微震源定位及微震事件能级精度较低等问题,提出了一种基于小波阈值算法改进EEM... “地质透明化”是实现煤矿智能高效开采的关键一环,矿山多维动静态探测数据的准确性直接决定了煤矿地质模型的透明化精准程度。针对现有微震数据低信噪比导致微震源定位及微震事件能级精度较低等问题,提出了一种基于小波阈值算法改进EEMD的微震信号去噪方法。结果表明,该方法使用小波阈值算法对特定IMF分量进行去噪后,重新对去噪后的IMF分量进行集成平均处理,在最大限度保留微震信号特征的同时,达到了良好的去噪效果。此方法与EMD、EEMD及小波阈值算法相比,平均均方根误差最高减小了42.5%,信噪比升高了55.5%。研究有效提高了采场微震源定位及能级精度,进一步丰富了矿山“地质透明化”研究体系。 展开更多
关键词 微震监测 信号去噪 EMD 透明地质
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温度对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷潜力和动力学的影响
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作者 于思淼 王春爽 +5 位作者 张楷鑫 郭利利 黄思思 王彦杰 付海兵 毕少杰 《黑龙江八一农垦大学学报》 2025年第2期75-81,118,共8页
利用厌氧发酵处理玉米秸秆以生产甲烷是一种有效的资源化利用方法。适宜的温度能够提高甲烷产量。研究使用玉米秸秆进行批次厌氧发酵试验,旨在探究不同温度(32、37、42、47、52℃)对玉米秸秆产甲烷的潜力及动力学特性的影响。结果表明:... 利用厌氧发酵处理玉米秸秆以生产甲烷是一种有效的资源化利用方法。适宜的温度能够提高甲烷产量。研究使用玉米秸秆进行批次厌氧发酵试验,旨在探究不同温度(32、37、42、47、52℃)对玉米秸秆产甲烷的潜力及动力学特性的影响。结果表明:随着温度的升高,玉米秸秆的累积甲烷产率呈现先增后降的趋势。在47℃时,累积甲烷产率达到最高值,为187.6 mL·g^(-1)。运用Gompertz模型和两阶段动力学模型对不同温度下玉米秸秆的厌氧发酵过程进行拟合和动力学分析,结果显示,该过程可分为快速产气期和慢速产气期两个阶段。随着温度升高,快速产甲烷阶段在总产气率中所占比例呈上升趋势。在47℃温度条件下,快速产甲烷阶段持续时间(3.5 d)和甲烷产量(137.9 mL·g^(-1))均高于其他温度。因此,综合考虑产甲烷潜力和动力学特性,47℃温度条件是玉米秸秆的厌氧发酵制取甲烷的最适温度。 展开更多
关键词 厌氧发酵 玉米秸秆 产甲烷潜能 温度 产甲烷动力学
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智慧矿山透明瓦斯地质系统平台构建与应用
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作者 杨文宇 胡小刚 +3 位作者 刘朝 张楷鑫 王嘉宇 上官星驰 《能源与环保》 2025年第3期39-45,52,共8页
随着数智化技术在各行业的广泛应用,智能矿山正引领煤矿生产方式发生变革与升级,煤炭智能化开采成为煤炭企业发展重要手段。为加快推进智慧矿山建设,提高煤矿自动化、智能化安全管控水平,通过分析系统平台构建原理与数据建模技术,详细... 随着数智化技术在各行业的广泛应用,智能矿山正引领煤矿生产方式发生变革与升级,煤炭智能化开采成为煤炭企业发展重要手段。为加快推进智慧矿山建设,提高煤矿自动化、智能化安全管控水平,通过分析系统平台构建原理与数据建模技术,详细论述了智慧矿山建设下煤矿透明瓦斯地质系统平台构建与应用界面。构建的系统平台能够基于数据库和瓦斯地质模型系统客观地展示矿井瓦斯监测、治理以及预测全过程,完成瓦斯监测、瓦斯预测预报、瓦斯通风与抽采方案设计、瓦斯治理等工程的信息化、数字化、可视化表达,科学指导煤矿瓦斯精准治理。系统平台可为煤矿智能化瓦斯灾害预警提供技术依据与支持,对于完善数字矿山工程具有重要意义。 展开更多
关键词 智慧矿山 平台构建 系统功能 瓦斯地质
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悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统改进 被引量:11
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作者 张旭辉 谢楠 +3 位作者 张超 杨文娟 张楷鑫 周创 《工矿自动化》 北大核心 2021年第7期1-7,共7页
基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中,外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响。现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知),标定结果存在较大波动。针对该问题,... 基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中,外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响。现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知),标定结果存在较大波动。针对该问题,提出了一种基于多点固定的外参标定方法,该方法控制掘进机截割臂分别摆动到左上角、右上角、左下角、右下角4个已知极限位置并采集标靶图像,计算外参矩阵值,可有效提高外参标定稳定性。现有的灰度质心法采用像素的灰度值作为权重来计算光斑质心,精度只能到像素级,仅粗略满足实际应用需求。针对该问题,提出采用亚像素级边缘检测算法改进光斑中心提取方法:首先采用灰度质心法进行光斑中心粗提取,然后采用亚像素级边缘检测算法求出亚像素级边缘坐标,最后使用最小二乘法拟合光斑中心,实现光斑中心精确提取。实验结果表明:改进光斑中心提取方法将标靶LED灯间距最大测量误差从3.2 mm缩小为1 mm,提高了检测精度;基于多点固定的外参标定方法所获得的外参数矩阵比较稳定,平移矩阵中位移的最大变化幅度为15 mm,旋转矩阵中角度的最大变化幅度为1°;视觉测量系统改进前对截割头摆角的测量误差范围为[-1.2°,1.7°],改进后截割头水平摆角误差范围为[-0.5°,0.5°],垂直摆角误差范围为[-0.6°,0.6°],说明改进方法有效提高了截割头摆角的检测精度。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 截割头位姿检测 防爆工业相机 视觉测量 外参标定 光斑中心提取
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基于视觉测量的快速掘进机器人纠偏控制研究 被引量:23
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作者 张旭辉 周创 +3 位作者 张超 谢楠 张楷鑫 刘博兴 《工矿自动化》 北大核心 2020年第9期21-26,共6页
针对在煤矿井下高粉尘、低照度环境中,掘进机器人定位与控制精度不高的问题,设计了一种基于视觉测量的快速掘进机器人纠偏控制系统。利用安装在快速掘进机器人上的防爆相机,对后方的激光指向仪进行图像采集,通过以太网将采集的图像信息... 针对在煤矿井下高粉尘、低照度环境中,掘进机器人定位与控制精度不高的问题,设计了一种基于视觉测量的快速掘进机器人纠偏控制系统。利用安装在快速掘进机器人上的防爆相机,对后方的激光指向仪进行图像采集,通过以太网将采集的图像信息传输给防爆计算机;利用防爆计算机对图像进行预处理,根据位姿解算模型解算出快速掘进机器人位姿;将解算出的位姿信息与巷道设计轴线信息进行比较,计算出快速掘进机器人位姿与巷道设计轴线间的位姿偏差;根据位姿偏差的类型与大小,采用不同的控制策略计算出修正后的控制量,并输出控制指令;控制指令控制电磁比例阀的阀芯移动,实现对伸缩油缸的控制,根据各区域伸缩油缸的伸缩量不同,对快速掘进机器人进行位姿调整,实现纠偏控制。实验结果表明:位姿视觉测量精度为X方向平均偏差21.334 mm,Y方向平均偏差34.154 mm,偏航角平均偏差为0.493°;纠偏控制精度在X方向小于30 mm,满足实际工况要求。 展开更多
关键词 巷道掘进 快速掘进机器人 视觉测量 纠偏控制 位姿解算
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基于CARS与PCA的高光谱煤岩特征信息检测方法 被引量:9
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作者 张旭辉 张楷鑫 +1 位作者 张超 杜昱阳 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期760-768,共9页
针对采煤机智能化截割时存在煤岩识别精度低、稳定性差等问题,提出一种基于高光谱成像技术的煤岩检测方案。使用8种不同类型的煤岩样本(训练集800块、预测集200块)进行分析,利用竞争性自适应重加权算法将光谱全波段降维至11个特征波长... 针对采煤机智能化截割时存在煤岩识别精度低、稳定性差等问题,提出一种基于高光谱成像技术的煤岩检测方案。使用8种不同类型的煤岩样本(训练集800块、预测集200块)进行分析,利用竞争性自适应重加权算法将光谱全波段降维至11个特征波长形成光谱特征向量;通过灰度共生矩阵来描述煤岩的纹理特征,选取对比度、能量、同质性3个特征参数值作为纹理特征向量;通过主成分分析融合剔除光谱与纹理特征中解释能力较差的特征信息,利用预测集样本分别对光谱全波段、CARS提取特征波长、图像纹理、CARS提取特征波长融合纹理特征、光谱全波段融合纹理特征和PCA融合特征波长与特征纹理特征的特征向量建立偏最小二乘回归模型,通过对比6种特征向量的建模预测性能,选出煤岩最优特征向量。PCA算法融合后特征向量预测性能的R2,RMSE,平均绝对误差MAE和准确率分别为0.912,0.201,0.151和94%.该方法可改善煤岩特征信息检测的稳定性与可靠性,为煤岩识别提供有效的特征信息,对实现采煤机智能化开采具有重要意义。 展开更多
关键词 煤岩特征信息 高光谱 纹理 竞争性自适应重加权 主成分分析
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基于双目视觉的悬臂式掘进机位姿测量技术研究 被引量:17
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作者 张超 张旭辉 +2 位作者 杜昱阳 杨文娟 张楷鑫 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期225-235,共11页
煤矿井下巷道掘进过程中,高粉尘、低照度、背景复杂的工况环境导致掘进装备位姿检测困难,已经严重影响了巷道掘进的自动化、智能化进程,因此提出基于双目立体视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法。悬臂式掘进机是当前巷道掘进主要装备,其运... 煤矿井下巷道掘进过程中,高粉尘、低照度、背景复杂的工况环境导致掘进装备位姿检测困难,已经严重影响了巷道掘进的自动化、智能化进程,因此提出基于双目立体视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法。悬臂式掘进机是当前巷道掘进主要装备,其运动特点呈现出移动缓慢、摆动大等特点,分析了当前掘进机位姿检测研究现状,构建了悬臂式掘进机双目视觉位姿测量方案与测量结构。说明了双目立体视觉基本测量原理,相比于单目视觉,双目立体世界可以比较容易地计算出特征深度信息。煤矿井下低照度、高粉尘、高水雾的复杂工况下存在着严重的特征信息缺失,红外LED光源具有稳定性和穿透性,可以较好地适应复杂的掘进工况环境,因此将红外LED光源组成图像测量标靶人为构造图像特征来解决特征选取问题。采用高斯拟合法实现光斑中心点特征的快速精确提取,并在此基础上提出了基于时域图像序列的特征点环形匹配方法并验证了其有效性,最后采用3D-3D运动估计方法实现了位姿参数求解。针对双目视觉测量距离有限的情况,设计了双标靶交替移动测量策略,实现连续不间断测量。最后搭建试验验证平台,结果表明:该测量方法在X方向即横向位移的测量误差在±30 mm,航向角的测量误差在±1°以内,满足煤矿井下巷道掘进的要求。 展开更多
关键词 双目视觉 悬臂式掘进机 位姿测量 高斯拟合法 区域生长算法
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数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术 被引量:23
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作者 张超 张旭辉 +2 位作者 张楷鑫 谢楠 周创 《工矿自动化》 北大核心 2020年第9期15-20,32,共7页
目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息,巷道断面成形质量取决于人工操作经验,可靠性较低。针对该问题,研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术,从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了... 目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息,巷道断面成形质量取决于人工操作经验,可靠性较低。针对该问题,研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术,从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了数字孪生驱动掘进机自动截割的实现过程。采用视觉测量技术获取掘进机位姿数据、气体传感器等获取掘进环境数据,构成数字孪生驱动的数据来源;建立掘进机虚拟模型和虚拟场景并完成虚拟模型动作编程及虚拟模型与虚拟场景的耦合,通过求解掘进机运动学正逆解,实现掘进机与虚拟模型交互;基于三次多项式方法进行巷道断面“S”形截割轨迹规划,设计反馈线性积分滑模控制器实现截割轨迹跟踪控制;采用MySQL数据库作为数据交互媒介,通过井下工业以太环网及矿用5G技术实现数据远程传输。实验结果表明,掘进机截割头能稳定跟随规划轨迹,且同一时刻虚拟界面显示的掘进机截割头位姿与实际位姿一致。 展开更多
关键词 综掘工作面智能化 掘进机智能化 数字孪生 掘进机位姿测量 自动截割控制 截割轨迹规划
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连采掘进面自移机尾装备研究
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作者 刘朝 胡小刚 +3 位作者 张楷鑫 李建厂 陈鹏 连宇东 《煤矿机械》 2023年第7期104-106,共3页
随着煤矿智能化水平的提升以及煤矿智能化标准的要求,有效提高巷道掘进效率是解决煤矿采掘接续问题的关键。可伸缩带式输送机的机尾部一般布置一段距离的刚性架,用于放置除尘设备、耗材、电缆、馈电开关、设备易损配件等,机尾部刚性架... 随着煤矿智能化水平的提升以及煤矿智能化标准的要求,有效提高巷道掘进效率是解决煤矿采掘接续问题的关键。可伸缩带式输送机的机尾部一般布置一段距离的刚性架,用于放置除尘设备、耗材、电缆、馈电开关、设备易损配件等,机尾部刚性架整体重量及其负载较大,移动阻力较大,作业人员危险系数高。研究了连采掘进面自移机尾,在煤巷的掘进过程中,比传统刚性架的形式推进速度快、人员安全性高、作业人员数量少、人员劳动强度低,有效提高了掘进效率。 展开更多
关键词 掘进工作面 可伸缩带式输送机 刚性架 自移机尾 智能矿井
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