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基于深度学习的矿井智能目标检测技术研究综述 被引量:2
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作者 张帆 张嘉荣 程海星 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期284-296,共13页
随着深度学习理论的研究与发展,基于深度学习的目标检测技术在智能化矿山领域取得了显著进展,目标检测已成为人工智能技术在煤矿应用场景的典型范式和研究热点。然而深度学习目标检测对标注数据集依赖性强,存在模型可解释性差、计算复... 随着深度学习理论的研究与发展,基于深度学习的目标检测技术在智能化矿山领域取得了显著进展,目标检测已成为人工智能技术在煤矿应用场景的典型范式和研究热点。然而深度学习目标检测对标注数据集依赖性强,存在模型可解释性差、计算复杂等问题,如何提高矿井目标检测精度、模型自适应性和计算效率,是矿山人工智能领域亟待解决的研究课题。对煤矿井下智能目标检测技术及其研究进展进行综述。首先,简要概述了目标检测技术,介绍了基于深度学习的目标检测技术演进过程和算法分类,并分析比较了基于CNN和Transformer的目标检测网络。然后,重点研究了矿井智能目标检测的数据增强、超分辨率重建、特征提取等关键技术,并围绕煤矿“人-机-环”应用需求,详细阐述了基于深度学习的目标检测在井下人员安全监测、矿井设备智能检测、工况环境感知等方面的研究进展。最后,指出了煤矿应用场景下智能目标检测技术在数据集构建、模型优化、多源异构数据融合等方面仍存在挑战,讨论了煤矿智能目标检测技术的发展趋势。并提出未来应致力于将目标检测技术与小样本学习和多模态融合、模型轻量化和边缘计算、数字孪生和具身智能等新兴技术相结合,以此促进智能检测技术与煤矿安全生产的深度融合与应用,为矿井智能目标检测技术体系构建提供理论参考。 展开更多
关键词 煤矿智能化 目标检测 深度学习 数字孪生 具身智能
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煤矿瓦斯抽采和探水作业智能管理系统标准研究制定
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作者 孙继平 龚大立 《工矿自动化》 北大核心 2025年第6期1-7,共7页
煤矿瓦斯抽采和探水作业分别是煤矿瓦斯和水害防治的主要措施。当前煤矿瓦斯抽采和探水钻孔作业存在不按设计施工、无有效监督手段、钻孔质量难以保障等问题。煤矿瓦斯抽采和探水作业智能管理系统采用人工智能图像识别技术,自动识别钻... 煤矿瓦斯抽采和探水作业分别是煤矿瓦斯和水害防治的主要措施。当前煤矿瓦斯抽采和探水钻孔作业存在不按设计施工、无有效监督手段、钻孔质量难以保障等问题。煤矿瓦斯抽采和探水作业智能管理系统采用人工智能图像识别技术,自动识别钻孔深度,减少了瓦斯和水害事故发生。①根据煤矿瓦斯抽采和探水作业业务需求,提出目标识别准确率应不低于95%,目标召回率应不低于95%。②根据煤矿瓦斯抽采业务流程,提出煤矿瓦斯抽采智能管理系统应具有瓦斯地质建模、抽采钻孔设计、抽采施工计划、抽采钻孔作业、抽采钻孔验收、抽采钻孔台账、抽采管路管理、抽采参数监测、矿井环境监测、抽采达标评判、绝对瓦斯涌出量预测等显示、查询、存储、报警等功能。根据煤矿瓦斯抽采作业需求,提出煤矿瓦斯抽采智能管理系统应具有基于抽采方法的抽采钻孔辅助设计、抽采施工计划下发、现场设备接收抽采钻孔作业、自动计算抽采钻孔深度、瓦斯抽采钻孔验收等功能;提出工作面抽采设计说明书、安全技术措施、原始记录班报表、抽采钻孔竣工验收表、抽采钻孔作业完整视频、每杆钻机视频等资料文档保存期限应≥2a。③根据煤矿探放水业务流程,提出煤矿探水作业智能管理系统应具有“三专”管理、物探管理、钻探设计、钻探计划、钻探作业、钻探验收、钻探分析、钻探台账等显示、查询、存储、报警等功能。根据煤矿探放水作业需求,提出系统应具有基于物探异常区域范围的钻孔辅助设计、钻探计划下发、现场设备接收钻探作业、自动计算钻孔深度、单孔验收及钻探工程验收、系统大数据应用分析等功能;提出系统应具有专职探放水作业人员作业期间的出入井记录、人员定位轨迹查询等功能;提出系统应具有作业现场甲烷传感器实时监测值显示等功能;提出物探设计文档、钻探设计文档、安全技术措施、停止掘进通知单、探水通知单、原始记录班报表、钻探工程验收表、安全确认移交表、允许掘进通知单、钻探工程总结、月/季/年度探水统计表、钻探作业完整视频、单孔作业视频、每杆钻进视频等资料文档保存期限应≥2a。 展开更多
关键词 煤矿灾害防治 瓦斯抽采 探水作业 智能管理 标准
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面向智能网联汽车的车路协同感知技术及发展趋势 被引量:6
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作者 张新钰 卢毅果 +4 位作者 高鑫 黄雨宁 刘华平 王云鹏 李骏 《自动化学报》 北大核心 2025年第2期233-248,共16页
随着感知技术的不断发展以及智能交通基础设施的完善,智能网联汽车应用在自动驾驶领域的地位逐渐提升.自动驾驶感知从单车智能向车路协同迈进,近年来涌现出一批新的协同感知技术与方法.本文旨在全面阐述面向智能网联汽车的车路协同感知... 随着感知技术的不断发展以及智能交通基础设施的完善,智能网联汽车应用在自动驾驶领域的地位逐渐提升.自动驾驶感知从单车智能向车路协同迈进,近年来涌现出一批新的协同感知技术与方法.本文旨在全面阐述面向智能网联汽车的车路协同感知技术,并总结相关可利用数据及该方向的发展趋势.首先对智能网联汽车的协同感知策略进行划分,并总结了不同感知策略具备的优势与不足;其次,对智能网联汽车协同感知的关键技术进行阐述,包括车路协同感知过程中的感知技术与通信技术;然后对车路协同感知方法进行归纳,总结了近年来解决协同感知中感知融合(Perception fusion,PF)、感知信息选择与压缩(Perception selection and compression,SC)等问题的相关研究;最后对车路协同感知的大规模数据集进行整理,并对智能网联汽车协同感知的发展趋势进行分析. 展开更多
关键词 智能网联汽车 车路协同 协同感知 安全通信 自动驾驶
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基于深度学习的轻量化炮孔智能检测方法 被引量:7
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作者 岳中文 金庆雨 +3 位作者 潘杉 颜文婧 覃逸峰 陈震 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2247-2256,共10页
在隧道(巷道)钻爆法施工过程中,智能装药可以取代人工作业,减少装药作业中危险事故的发生。然而,隧道中光线条件差、炮孔目标小和掌子面裂隙等因素会造成智能装药时炮孔的错检和漏检,同时车载计算机有限的算力也是制约炮孔识别大模型使... 在隧道(巷道)钻爆法施工过程中,智能装药可以取代人工作业,减少装药作业中危险事故的发生。然而,隧道中光线条件差、炮孔目标小和掌子面裂隙等因素会造成智能装药时炮孔的错检和漏检,同时车载计算机有限的算力也是制约炮孔识别大模型使用的难点。MCIW-2深度学习模型,可以解决在隧道掘进作业环境中的高精度炮孔检测和实时性部署问题。模型根据采集到的炮孔图像尺寸特征采取自适应锚框聚类算法优化检测框的长宽比尺寸参数;采用了具有动态非单调聚焦机制的损失函数WIoU(Wise Intersection over Union),通过优化边框回归的损失应对低质量炮孔图片的挑战实现了高精度检测;采用了MobileNetv3-Small网络与CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制构建了主干网络结构,减少了模型参数保证了检测准确率,满足车载设备的轻量化部署需求。经实验证明,MCIW-2模型在炮孔识别精确率方面达到了96.18%,检测速度达到了59 fps。与基准YOLO(You Only Look Once)系列目标检测模型文件最小的模型相比,所构建的轻量化炮孔智能检测模型减小了75.86%,模型文件仅为2.80 Mb,优于YOLO系列的基准目标检测模型。使用MCIW-2深度学习模型对工作面现场视频进行测试,实现了快速、精确地检测炮孔,测试结果表明,该模型适用于智能装药工程的轻量化部署需求,具有良好的适应性,在综合性能方面具有显著优势。 展开更多
关键词 炮孔检测 轻量化模型 目标检测 深度学习
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智能炮孔检测与路径规划系统设计与应用
5
作者 金庆雨 岳中文 +2 位作者 任猛 薛克军 潘杉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期186-196,共11页
钻爆法巷道掘进的装药作业是巷道掘进的一个重要工序环节,传统的装药过程机械化程度较低,依赖人工操作,导致耗时费力且安全性较差。为了解决巷道掘进过程中钻爆法装药存在的问题,基于深度学习与智能算法技术,创新性地提出了智能化改进... 钻爆法巷道掘进的装药作业是巷道掘进的一个重要工序环节,传统的装药过程机械化程度较低,依赖人工操作,导致耗时费力且安全性较差。为了解决巷道掘进过程中钻爆法装药存在的问题,基于深度学习与智能算法技术,创新性地提出了智能化改进方案——智能炮孔检测与路径规划系统。该系统可以提高装药精度和施工效率,为钻爆法的智能化装药提供技术支持。系统架构为数据访问层、业务逻辑层和表示层,包括图像采集、数据处理、炮孔检测、路径规划和可视化界面等模块。首先,通过高精度图像传感器获取掘进工作面上的炮孔图像数据;其次,采用基于深度学习的炮孔智能检测模型进行数据处理和分析,实现对炮孔数据的准确检测和识别;最后,将改进贪心算法与2-opt局部搜索算法相结合,设计装药路径规划算法,实现了对装药顺序的高效规划和优化。系统集成了可视化功能,提供了直观的炮孔数据管理、智能炮孔识别、炮孔数据存档和装药路径规划等操作,方便施工人员进行实时监控和动态调整。研究结果表明,该系统在炮孔检测方面的准确率可达96.24%,路径规划算法的平均计算耗时为100 ms左右,该系统可提高钻爆法施工过程中装药的效率、安全性和智能化水平,服务于钻爆法巷道掘进智能化装药过程中的炮孔检测与路径规划。 展开更多
关键词 智能化装药 炮孔检测 路径规划 钻爆法 技术架构
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基于改进型生成对抗网络的矿井图像超分辨重建方法研究 被引量:1
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作者 张帆 刘莹 +2 位作者 宋惠 张嘉荣 程海星 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期338-345,共8页
智能化无人开采是煤炭资源绿色、智能、安全、高效开采的技术发展趋势,高分辨率的矿井图像能够为煤矿智能开采和智能监控提供关键技术支撑。针对煤矿井下雾尘环境,目前采用常规的深度学习方法虽然能够提高矿井图像重建效果,但是受井下... 智能化无人开采是煤炭资源绿色、智能、安全、高效开采的技术发展趋势,高分辨率的矿井图像能够为煤矿智能开采和智能监控提供关键技术支撑。针对煤矿井下雾尘环境,目前采用常规的深度学习方法虽然能够提高矿井图像重建效果,但是受井下环境噪声影响,模型训练的稳定性较差,难以获得矿井图像的重建高频信息,导致图像重构质量欠佳,易出现矿井图像模糊和分辨率下降等问题。针对上述问题,提出一种基于生成对抗网络的矿井图像超分辨率重建方法。该方法基于SRGAN网络,对网络结构和损失函数进行改进优化,在生成器的浅层特征提取层和重建层分别采用2个5×5的卷积层,并在浅层特征提取层的每个卷积层后加入非线性激活函数,深层特征提取层采用残差结构,通过级联亚像素卷积层以实现矿井图像不同倍数的超分辨重建;采用Wasserstein距离对损失函数进行改进,并去掉判别器输出层的Sigmoid,使用RMSProp方法对网络进行优化,提高模型训练的收敛速度和稳定性;利用训练好的生成器模型,据此分别对矿井图像进行2倍和4倍超分辨重建,并对实验结果进行主观视觉分析和客观评价。结果表明,与传统的双三次插值、SRCNN、SRGAN相比,在相同缩放因子条件下,所提方法的峰值信噪比分别提升了2.68、1.50和1.59 dB,结构相似性分别提升了0.033 4、0.004 8和0.006 1,所提方法能够重建出清晰的矿井图像纹理和细节信息,在主观视觉上以及峰值信噪比和结构相似性上都实现了更好的重建效果,且整体性能优于其他几种方法,有效提高了矿井图像的分辨率。 展开更多
关键词 煤矿智能化 矿井图像 超分辨重建 生成对抗网络 SRGAN
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室内电磁波传播衰减统计模型用于矿井的适用性研究 被引量:1
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作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期1-8,共8页
5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的设计、规划和优化,需进行矿井电磁波传播分析。电磁波传播衰减统计模型是预测电磁波传播衰减的有效方法。分析研究了室内电磁波传播衰减统... 5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的设计、规划和优化,需进行矿井电磁波传播分析。电磁波传播衰减统计模型是预测电磁波传播衰减的有效方法。分析研究了室内电磁波传播衰减统计模型在矿井的适用性:①矿井电磁波传播为有限空间特殊环境中远距离传播,与地面室内长方体简单环境中近距离电磁波传播不同。②矿井巷道四周为较厚的煤岩,对电磁波具有较强的吸收能力,巷道支护材料进一步阻挡了电磁波穿透,一般不考虑电磁波穿墙衰减。室内−室内电磁波传播衰减统计模型中的COST−Multi−Wall模型、Keenan−Motley模型考虑电磁波穿墙衰减,不适用于矿井。③矿井的基站和无线终端均在巷道内,为有限空间内部电磁波传播。室外−室内电磁波传播衰减统计模型适用于基站在室外开放空间、无线终端在室内有限空间的电磁波传播,不适用于矿井。分析研究了室内电磁波传播衰减统计模型对矿井不同场景(矿井辅助运输大巷、掘进巷道、拐弯巷道、分支巷道、综采工作面)中电磁波传播衰减的预测误差:利用室内电磁波传播衰减统计模型中的WINNER II模型、3GPP InH−Office模型、ITU−R P.1238模型、ITU−R M.2412 InH模型预测矿井电磁波传播衰减时,总的误差均值分别为9.3,8.2,9.9,7.7 dB,由于预测误差较大,这些模型不适用于矿井。目前没有专门针对矿井特殊环境建立的矿井电磁波传播衰减统计模型。因此,有必要针对矿井有限空间特殊环境,研究建立矿井电磁波传播衰减统计模型,指导矿井通信基站和定位分站及其天线的设计和布置。 展开更多
关键词 矿井通信 电磁波传播 电磁波衰减 统计模型 基站布置
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基于ORB-SLAM3视觉与惯导融合的煤矿机器人定位算法研究
8
作者 陈伟 巫帅达 +2 位作者 田子建 张帆 刘毅 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期297-307,共11页
针对煤矿井下空间狭窄、光线昏暗且严重不均匀使矿井图像存在照度低、纹理稀疏、颜色失真等缺陷,严重影响了视觉SLAM特征点提取匹配结果,导致定位性能急剧下降,提出1种基于改进ORB-SLAM3算法的煤矿移动机器人单目视觉定位算法。首先对OR... 针对煤矿井下空间狭窄、光线昏暗且严重不均匀使矿井图像存在照度低、纹理稀疏、颜色失真等缺陷,严重影响了视觉SLAM特征点提取匹配结果,导致定位性能急剧下降,提出1种基于改进ORB-SLAM3算法的煤矿移动机器人单目视觉定位算法。首先对ORB-SLAM3定位算法进行改进,在前端特征点提取(ORB)算法的基础上引入了直方图均衡化、非极大值抑制法、自适应阈值法以及基于四叉树策略的特征点均匀化性质;然后在特征点匹配工作中,引入了基于图像金字塔的LK光流法,减少优化的迭代次数,在特征点匹配完成后加入RANSAC算法去除误匹配的特征点,提高特征点的匹配准确率。在后端通过三角测量的方法,得到像素的深度信息,将2D-2D位姿求解问题转化成3D-2D(pnp)位姿求解问题。根据视觉惯导紧耦合的原理,通过融合视觉残差和IMU残差构建整个定位系统的残差函数,并使用基于非线性优化的滑动窗口BA算法不断迭代优化残差函数,获取精确的移动机器人位姿估计。将改进后的算法在4个数据集下与ORB-SLAM3算法以及VINSMono算法进行了充分的对比实验。研究表明:(1)相比于ORB-SLAM3算法以及VINS-Mono算法,提出定位系统的运动轨迹和真值轨迹最接近;(2)提出定位系统的APE各项指标均优于ORB-SLAM3算法以及VINS-Mono算法;(3)提出定位系统均方根误差为0.049 m(4次实验平均值),相较于ORBSLAM3均方根误差降低了31.1%(四次实验平均值)。 展开更多
关键词 单目视觉 惯性导航 移动机器人 视觉SLAM(即时定位与地图构建)定位 LK光流法
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基于注意力机制和特征融合的井下轻量级人员检测方法
9
作者 王帅 杨伟 +2 位作者 李宇翔 吴佳奇 杨维 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期383-392,共10页
煤矿井下环境复杂,安全隐患较多,人员检测是保障煤矿安全生产和建设智慧矿山的重要内容。常用的检测算法不仅参数量大,对设备算力要求高,而且在煤矿低照度环境下的应用效果不理想。针对上述问题,基于YOLOv5提出一种用于煤矿井下的轻量... 煤矿井下环境复杂,安全隐患较多,人员检测是保障煤矿安全生产和建设智慧矿山的重要内容。常用的检测算法不仅参数量大,对设备算力要求高,而且在煤矿低照度环境下的应用效果不理想。针对上述问题,基于YOLOv5提出一种用于煤矿井下的轻量级人员检测方法YOLOv5-CWG。首先,在骨干网络中嵌入坐标注意力机制(Coordinate Attention)自适应的调整特征图中每个通道的权重,增强特征的表达能力,提高模型在低照度、粉尘影响严重以及对比度低的不利条件下对待检测人员目标的关注度,更精确地定位和识别人员目标。其次,通过加权多尺度特征融合模块(Weighted multiscale feature fusion moule)引入可学习的权重赋予特征层不同的关注度,使网络有效融合浅层位置特征和高层语义信息,增强模型的信息提取能力,更好地区分目标区域和背景噪声,从而提高模型的抗干扰能力。增加1个P2层的检测头,提升较小目标的检测和定位精度。引入SIoU损失函数代替原损失函数加快模型收敛。最后,引入Ghost模块优化骨干网络,可以在不损失模型性能的前提下降低模型的参数量,提高检测速度,使得模型更容易部署在资源受限的设备上。结果表明,提出的YOLOv5-CWG算法在煤矿井下人员检测数据集(UMPDD)上的mAP达到了97.5%,相较于YOLOv5s提高了7.3%,计算量减少了27.6%,FPS提高了6.3。所提算法显著提高了煤矿井下人员检测精度,有效解决了亮度低和光照不均引起的人员检测困难问题。 展开更多
关键词 人员检测 YOLOv5 注意力机制 轻量化 特征融合
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基于多侧面信息表征联合的实体相似性度量及对齐方法
10
作者 朱红 王阔然 朱彤 《计算机工程》 北大核心 2025年第3期64-75,共12页
实体对齐旨在发现不同知识图谱中相同对象的不同实例,但图谱之间的异构性导致等价实例结构及表征不一致,从而影响实体对齐准确性。提出一种实体主信息与多侧面信息表征相联合的异构图谱实体相似性度量方法,并用于实体对齐任务。实体主... 实体对齐旨在发现不同知识图谱中相同对象的不同实例,但图谱之间的异构性导致等价实例结构及表征不一致,从而影响实体对齐准确性。提出一种实体主信息与多侧面信息表征相联合的异构图谱实体相似性度量方法,并用于实体对齐任务。实体主信息包括实体名称及描述,侧面信息包括实体属性、关系及关联实体描述等信息。针对图谱间等价实体结构异构带来的对齐干扰,提出了一种结合实体多侧面信息语义表征的相似性度量方法UnMuSIR-SM&EA用于实体对齐。为提升信息同义词的表示一致性,引入表示学习模型以获取实体各信息的语义表征,为解决表示学习模型嵌入空间各向异性带来的同义词度量尺度不一致问题,设计了一种基于实体主信息对比学习的微调方法,优化实体信息的语义表征。实验结果表明,该方法在结构差异较大的数据集DIS_(ZH-EN)上的Hits@1达到了95.2%,比基于侧面信息的模型BERT-INT高出了16.8百分点;在DBP15K的DBP15K_(ZH-EN)、DBP15K_(JA-EN)和DBP15K_(FR-EN)数据子集上的Hits@1分别达到了95.7%、96.0%和98.9%;在DBP-WD数据集上的Hits@1达到了99.4%。所提模型在实体对齐任务上具有优异的效果。 展开更多
关键词 实体对齐 知识图谱 相似性度量 对比学习 预训练模型
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机器人关节轴承自润滑PTFE/PEEK复合材料的制备及其摩擦学性能研究
11
作者 李林琛 蒋磊 周康 《化工新型材料》 北大核心 2025年第7期110-114,127,共6页
采用熔融沉积成型(FDM)和热压烧结工艺分别制备机器人关节轴承自润滑聚四氟乙烯/聚醚醚酮(PTFE/PEEK)复合材料,并对复合材料进行热处理改性,采用单因素实验探讨了热处理各阶段(升温、保温、冷却)工艺参数对复合材料摩擦学性能的影响。... 采用熔融沉积成型(FDM)和热压烧结工艺分别制备机器人关节轴承自润滑聚四氟乙烯/聚醚醚酮(PTFE/PEEK)复合材料,并对复合材料进行热处理改性,采用单因素实验探讨了热处理各阶段(升温、保温、冷却)工艺参数对复合材料摩擦学性能的影响。结果表明:热处理改性可以显著提高FDM及热压烧结工艺成型PTFE/PEEK复合材料的摩擦学性能,但需合理把控升温速率,升温速率过快容易导致材料结晶不充分,劣化改性效果,升温速率为2℃/min时制备的试样摩擦学性能最优;FDM和热压烧结成型试样对应的最佳保温温度分别为210℃和205℃,过高的温度容易诱导材料脆性转变,劣化其摩擦学性能;相较于骤冷的冷却方式,自然冷却可以减小PTFE/PEEK复合材料内部由于冷却而产生的应力及其他结构缺陷,自然冷却条件下FDM成型试样的摩擦因数降低约16.81%,热压烧结试样摩擦因数降低11.65%,从而赋予材料更优的摩擦学性能。 展开更多
关键词 熔融沉积成型 热压烧结成型 聚四氟乙烯 聚醚醚酮 热处理改性
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基于Akima插值的带式输送机物料流量激光检测方法
12
作者 刘毅 刘毅 +1 位作者 孙静 赵子贤 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期57-63,共7页
针对现有基于激光雷达的带式输送机物料流量检测方法易受异常点云数据影响、难以准确描述物料表面状态的问题,提出一种基于Akima插值的带式输送机物料流量激光检测方法。通过激光雷达获取输送带点云轨迹,并进行直通滤波和离群点去噪处理... 针对现有基于激光雷达的带式输送机物料流量检测方法易受异常点云数据影响、难以准确描述物料表面状态的问题,提出一种基于Akima插值的带式输送机物料流量激光检测方法。通过激光雷达获取输送带点云轨迹,并进行直通滤波和离群点去噪处理;采用Akima插值法获取带式输送机上物料的截面积,结合输送带运行速度和激光雷达扫描频率,计算单个扫描周期内的物料体积;通过对任意时间段的测量数据进行积分,获得该时间段内的物料总体积。仿真结果表明,对激光雷达输出的点云进行离群点去噪处理,能够有效识别异常的点云数据并对其进行修正,修正后的计算结果更接近真实的物料截面积。分别采用扇形−三角形计算法和Akima插值法对不同体积和带速的情况进行对比实验,结果表明,扇形−三角形计算法的精度较低且不稳定,而Akima插值法的精度全部达90%以上,可靠性高,可以准确得到输送物料的瞬时流量和总流量。 展开更多
关键词 带式输送机 流量检测 激光雷达 Akima插值法 离群点去噪
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基于光信标的井下视觉精确定位方法
13
作者 刘毅 王可翔 +3 位作者 程浩 李长鑫 胡成玺 赵莉莉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第7期135-141,共7页
煤矿井下UWB定位技术受多径效应、定位分站部署稀疏及通信线缆依赖性的限制,存在定位稳定性差、精度不高和灾害场景下通信易中断等问题,不能满足井下无人驾驶车辆、机器人、自动采掘设备等智能移动装备的自主导航定位需求。针对上述问题... 煤矿井下UWB定位技术受多径效应、定位分站部署稀疏及通信线缆依赖性的限制,存在定位稳定性差、精度不高和灾害场景下通信易中断等问题,不能满足井下无人驾驶车辆、机器人、自动采掘设备等智能移动装备的自主导航定位需求。针对上述问题,提出了一种基于光信标的井下视觉精确定位方法。在巷道两侧成对部署光信标组,光信标周期性发送包含唯一编码的光信号;利用智能移动装备搭载的相机采集包含光信标组的图像;通过解析图像中的光信号得到唯一编码,并根据唯一编码查询光信标的已知坐标;基于光信标在图像中的像素位置及实际坐标,计算得到智能移动装备与光信标之间的距离,并采用透视n点(PnP)算法求解得到智能移动装备的三维坐标和姿态。在限定空间和巷道中进行了定位实验,结果表明,该方法可实现定位误差小于0.15m的三维精确定位和欧拉角误差小于7°的高精度姿态感知,优于UWB定位精度。与UWB定位相比,该方法无需无线通信网络支持,可完全通过机器视觉实现井下三维定位和姿态感知,特别适合在采掘工作面等电磁环境复杂且定位精度要求高的区域应用。 展开更多
关键词 井下精确定位 视觉定位 自主导航 光信标 三维定位 姿态感知 PnP算法
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矿井外因火灾图像凹陷度识别方法
14
作者 孙继平 李小伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期341-355,共15页
图像监测是矿井火灾火焰主要感知方法,但受矿井光源影响。内凹度能减小摄像机的安装位置、拍摄距离和拍摄角度的影响,排除矿井光源干扰,快速识别并排除矩形光源等非弧形类光源正视图及其变形图像;但对于圆形光源和类圆形光源等弧形类干... 图像监测是矿井火灾火焰主要感知方法,但受矿井光源影响。内凹度能减小摄像机的安装位置、拍摄距离和拍摄角度的影响,排除矿井光源干扰,快速识别并排除矩形光源等非弧形类光源正视图及其变形图像;但对于圆形光源和类圆形光源等弧形类干扰光源,计算量较大,识别时间较长。圆形度能够排除圆形光源的干扰,但难以排除非圆形光源的干扰。矩形度能排除矩形光源的干扰,但难以排除非矩形光源的干扰。受摄像机安装位置和拍摄角度等影响,圆形和矩形光源图像会出现变形,无法呈现理想的规则形状。因此,圆形度和矩形度算法难以排除矿井光源的干扰。揭示了火焰图像边界上存在多个凹陷区域,总凹陷区域面积较大;圆形灯、长方形灯和正方形灯等矿井实际光源图像边界上不存在凹陷区域等特点。提出矿井外因火灾图像凹陷度识别方法,计算目标图像边界总凹陷区域面积与其目标图像实际面积的比值(即图像凹陷度),根据火焰图像凹陷度数值较大,而矿井光源图像凹陷度数值较小,区分矿井光源与火焰。研究提出的凹陷度方法不受摄像机安装位置、拍摄距离和拍摄角度、矿井光源形状和大小等影响,适应性强,识别准确率高。凹陷度识别方法计算得到的矿井干扰光源图像与火焰图像凹陷度平均差值绝对值最大,波动较小,区分度最好。内凹度识别方法计算得到的矿井干扰光源图像与火焰图像内凹度平均差值绝对值较大,波动较小,区分度较好。矩形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像矩形度平均差值绝对值较小,波动较大,区分度较差。圆形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像圆形度平均差值绝对值最小,波动最大,区分度最差。结果表明:凹陷度识别火灾火焰图像准确率为98.2%,召回率为98.4%,准确率和召回率最好;内凹度识别火灾火焰图像准确率为92.8%,召回率为92.4%,准确率和召回率较好;矩形度识别准确率为86.5%,召回率为86.5%,准确率和召回率较差;圆形度识别准确率仅为35.9%,召回率为31.9%,准确率和召回率最差。 展开更多
关键词 矿井火灾 图像凹陷度 图像边界 凹陷区域 火灾监测 图像识别
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基于UeDiff-GAN的综采工作面目标检测与孪生体同步映射
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作者 张帆 于洋 +7 位作者 戚振明 李海军 王春丽 杜潇 王柄印 张光磊 宋惠 席宸荣 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期9-15,21,共8页
矿井综采工作面数字孪生模型的构建过程需要手动构建实体的数字孪生3D模型,然后对实体进行目标检测,并根据实时检测结果控制3D模型,以确保孪生体与实体之间的同步映射关系。因此,对井下目标的实时、准确检测是实现虚实同步映射控制的关... 矿井综采工作面数字孪生模型的构建过程需要手动构建实体的数字孪生3D模型,然后对实体进行目标检测,并根据实时检测结果控制3D模型,以确保孪生体与实体之间的同步映射关系。因此,对井下目标的实时、准确检测是实现虚实同步映射控制的关键。目前主流的目标检测方法需要在传统模型中引入或改进模块,使得模型网络结构复杂、训练周期较长,降低了目标检测的实时性;同时,对于一些含高强度噪声的图像难以精确检测。针对上述问题,提出了一种基于UeDiff-GAN的综采工作面目标检测与孪生体同步映射方法。通过扩散模型对高质量样本进行加噪扩散,得到不同程度的加噪样本,然后使用生成对抗网络(GAN)模型进行训练;设计了平滑扩散算法,以控制扩散步长,加入不均衡扩散模块,以得到与预识别样本匹配的检测算法模型。使用Unity3D构建综采工作面3D模型并进行渲染,实现井下物理实体的对象孪生,据此构建综采工作面实体与其孪生模型的映射关系,根据井下不同位置的检测结果控制对应机器运动状态及姿态,实现孪生模型协同控制,从而实现过程孪生。在自制数据集上的实验结果表明:UeDiff-GAN模型对井下移动目标的平均检测精度较SSD,R-CNN,YOLOv7和Diff-GAN模型分别提升了19.4%,14.3%,9.1%,24.3%;检测速度较SSD,R-CNN分别提升了13.86,42.73帧/s;孪生模型与实体的实时性延迟至多为0.873 s。 展开更多
关键词 综采工作面 数字孪生 目标检测 虚实同步映射 扩散模型 生成对抗网络
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基于数字孪生的煤矿两柱式支架载荷预测方法
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作者 张帆 李玉雪 +1 位作者 李昱翰 邵光耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期312-325,共14页
现有的矿山巷道液压支架载荷预测方法通常假设静态时空开采布置,忽略了远场围岩的动载荷,影响了冲击地压预测的准确性。为了确保安全开采,必须对潜在的冲击地压进行实时和精确的预测评估。提出一种基于数字孪生和机器学习的麻雀搜索算... 现有的矿山巷道液压支架载荷预测方法通常假设静态时空开采布置,忽略了远场围岩的动载荷,影响了冲击地压预测的准确性。为了确保安全开采,必须对潜在的冲击地压进行实时和精确的预测评估。提出一种基于数字孪生和机器学习的麻雀搜索算法–随机森林(SSA–RF)预测方法。通过分析支护系统与围岩的相互作用,建立了两柱式支架的数字孪生体模型,基于数据驱动实现物理实体与其数字孪生体之间的交互映射与同步反馈。对比分析两柱式支架升柱过程中姿态变量的计算值与真实值发现,与支架物理实体相比,数字孪生体模型的角度平均误差为0.14°,长度平均误差为6.15mm,符合精度要求。此外,麻雀搜索算法用于优化随机森林中决策树和节点特征的数量。与使用单一预测模型相比,SSA–RF预测模型的建立提高了收敛速度和优化能力。试验结果表明,与长短期记忆(LSTM)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)等预测算法相比,笔者提出的SSA–RF方法表现最优,其在中部支架和端头支架数据集上的预测准确率分别达到85.89%和91.09%。此外,研究发现,工作面中部支架所在区域顶板易出现断裂失稳现象,会破坏工作面中部区域垂直方向的应力支撑条件,从而导致中部支架载荷变化范围更大预测精度略低于端头支架。上述研究结果将对进一步研究煤矿冲击地压发生机理和准确预测潜在冲击地压提供一定理论借鉴。 展开更多
关键词 冲击地压矿井 数字孪生 两柱式支架 麻雀搜索算法 支架载荷预测
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应用于齿轮箱故障诊断的小样本图像生成方法
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作者 高文超 陈一帆 +2 位作者 陈诗雨 周思杰 黄俊 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第3期246-255,共10页
行星齿轮箱是一种广泛应用于工业领域的关键传动装置,其在复杂工况和长期负荷下易出现故障。传统的故障诊断方法依赖于专家经验和昂贵设备,存在数据稀缺和诊断效率低的问题。针对这一挑战,近年来生成对抗网络(GAN)的发展为图像生成和数... 行星齿轮箱是一种广泛应用于工业领域的关键传动装置,其在复杂工况和长期负荷下易出现故障。传统的故障诊断方法依赖于专家经验和昂贵设备,存在数据稀缺和诊断效率低的问题。针对这一挑战,近年来生成对抗网络(GAN)的发展为图像生成和数据增强提供了新的解决方案。然而,现有GAN模型在处理小样本数据时,常出现语义错位和伪影问题,限制了其在智能故障诊断领域的应用潜力。为此,提出了一种基于多尺度渐进式特征融合的生成对抗网络(MSA-PF-GAN)模型,通过引入渐进式解码器结构与多尺度注意力模块,有效提升小样本条件下的图像生成质量及故障诊断精度。实验基于两个独立的行星齿轮箱故障数据集进行验证,结果显示,该方法显著降低了生成图像的FID分数,提升了诊断准确率(分别提高35%和20%)。在多种评价指标上,MSA-PF-GAN均优于其他主流方法。进一步分析表明,该模型通过渐进式特征融合和多尺度注意机制,不仅在生成图像的多样性和真实感上表现优异,还能有效增强对复杂故障特征的捕捉能力。因此,该技术在行星齿轮箱故障诊断领域具有有效的应用潜力和实际价值。 展开更多
关键词 图像生成 生成对抗网络 数据增强 齿轮箱故障诊断
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基于YOLOv8-ECW的井下人员行为实时检测算法 被引量:3
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作者 骆津津 陈伟 +2 位作者 田子建 张帆 刘毅 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期316-327,共12页
针对现有煤矿井人员行为检测模型存在精度低、计算量大等问题,提出一种基于YOLOv8-ECW的井下人员行为实时检测算法。算法在YOLOv8n的基础上对骨干网络进行改进,提出多尺度卷积模块EMSC,再与C2f卷积相结合设计出C2f_EMSC模块,有效捕获目... 针对现有煤矿井人员行为检测模型存在精度低、计算量大等问题,提出一种基于YOLOv8-ECW的井下人员行为实时检测算法。算法在YOLOv8n的基础上对骨干网络进行改进,提出多尺度卷积模块EMSC,再与C2f卷积相结合设计出C2f_EMSC模块,有效捕获目标的多尺度特征,减少模型的计算量、参数量;在网络中引入CGBlock下采样模块融合全局的上下文信息,引入WIoU损失函数提升检测框的定位精度和模型收敛速度。在矿井人员行为检测数据集上进行实验,结果表明:①相比于基线YOLOv8n模型,YOLOv8-ECW模型对各类目标平均精度均值mAP50为92.4%,上升了2.1%;mAP50-95为75.4%,上升了4.0%。②YOLOv8-ECW的检测速度为238 F/s,较YOLOv8n模型提高了5 F/s。③与YOLOv6、YOLOv7等主流网络模型相比,YOLOv8-ECW模型的检测性能最佳且具有较好的鲁棒性。 展开更多
关键词 煤矿井下 YOLOv8 行为检测 C2f_EMSC WIoU 特征融合
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基于结构和纹理感知的井下低光照自监督图像增强方法
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作者 潘杉 于挺 +2 位作者 陈伟 田子建 岳中文 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2310-2320,共11页
受井下复杂空间环境和不均匀人造光源影响,井下视觉设备采集的图像易呈现整体或部分区域光线不足、图像内容可见度差的问题。对于井下低光照图像的增强,现有图像增强方法的结果易出现对比度差以及部分区域过曝和欠曝的问题。基于此,提... 受井下复杂空间环境和不均匀人造光源影响,井下视觉设备采集的图像易呈现整体或部分区域光线不足、图像内容可见度差的问题。对于井下低光照图像的增强,现有图像增强方法的结果易出现对比度差以及部分区域过曝和欠曝的问题。基于此,提出一种基于结构和纹理感知的井下低光照自监督图像增强方法,以摆脱训练时对配对的井下低光照/正常光照图像的依赖。首先,为产生分段平滑的光照图,设计了一种自监督结构和纹理感知的光照估计网络,根据自监督训练损失保留场景的边缘结构并平滑纹理细节。为了深入挖掘低光照图像中的局部纹理特征和全局结构特征来提高光照估计网络的性能,在光照估计网络中引入了局部-全局感知模块。该模块利用卷积操作中较小感受也能够捕获局部特征的能力以及视觉Transformer的自注意力机制能够实现全局信息交互的特性来实现低光照图像中局部和全局特征的提取。其次,为了实现自监督学习的训练方式,针对光照图分段平滑的特性,采用了一种结构感知的平滑损失。为了进一步细化光照估计网络产生的光照图,使其具有合理的亮度和对比度,引入了伪标签图像生成器来合成具有良好对比度和亮度的伪标签图像。通过重建损失约束,增强图像与伪标签图像之间亮度和对比度之间的一致性,从而间接约束光照图。在多个公开的基准数据集和井下真实场景的低光照图像数据集上进行主观和客观评价的试验结果表明:该方法具有较好的低光照图像增强效果,在面对井下场景的低光照图像时,该方法也具有良好的泛化性能。 展开更多
关键词 低光照图像 自监督 图像增强 光照估计网络 局部-全局感知
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既有隧道二次衬砌混凝土爆破振动响应及控制阈值确定
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作者 贾香宁 赵岩 +1 位作者 乔旭 闫海琴 《混凝土》 北大核心 2025年第3期51-58,共8页
铁路交叉隧道工程中,爆破施工引起的振动会影响既有铁路隧道的结构稳定和列车行车安全.针对交叉隧道开展爆破振动响应的研究与控制是相当重要的.依托京张高铁草帽山交叉隧道工程,利用现场监测和数值模拟的手段主要分析了爆破荷载作用下... 铁路交叉隧道工程中,爆破施工引起的振动会影响既有铁路隧道的结构稳定和列车行车安全.针对交叉隧道开展爆破振动响应的研究与控制是相当重要的.依托京张高铁草帽山交叉隧道工程,利用现场监测和数值模拟的手段主要分析了爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌混凝土的动力响应特征,并通过数值分析的方法对交叉隧道合理间距的选择提供了理论建议.分析结果表明:爆破振动作用下,既有隧道底板中部为最不利位置.基于第四强度理论及相关爆破振动速度数据的拟合关系,提出了可以应用于工程监测实践的爆破振动控制标准.此外,数值模拟结果证实,不同隧道间距下,既有隧道二次衬砌底板中部的质点峰值振动速度与交叉隧道间距之间呈指数型衰减关系.根据相关的爆破振动控制规范,可以得到隧道合理间距允许值的取值范围.引入的研究思路及方法,可以为类似交叉隧道设计选线及既有隧道的爆破振动控制提供一定的理论借鉴。 展开更多
关键词 既有隧道 二次衬砌混凝土 爆破振动动力响应 现场监测 数值模拟 控制标准 合理间距选择
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