矿山带式输送机运行状态智能识别研究进展

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作者 武岳 乔旭 《能源科技》 2025年第1期21-25,共5页

目前,我国煤炭运输主要采用带式运输机,皮带运输是煤矿生产中重要的环节,直接影响煤矿的生产安全和生产效益。我国煤矿生产经历了从动力化、机械化、信息化到智能化的发展转变,目前煤矿生产转型升级正处于智能化阶段。智慧矿山建设要求... 目前,我国煤炭运输主要采用带式运输机,皮带运输是煤矿生产中重要的环节,直接影响煤矿的生产安全和生产效益。我国煤矿生产经历了从动力化、机械化、信息化到智能化的发展转变,目前煤矿生产转型升级正处于智能化阶段。智慧矿山建设要求实现安全、无人、高效、绿色生产,对智能化升级提出了新要求。研究对煤矿带式输送机运行状态智能化识别技术进行回顾与论述,提出基于计算机视觉技术识别带式输送机运行状态的实现方法,并对未来发展方向进行展望。 展开更多

关键词 带式输送机 智能识别 计算机视觉 研究进展

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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：4

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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

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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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矿井外因火灾图像凹陷度识别方法

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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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室内电磁波传播衰减统计模型用于矿井的适用性研究

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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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基于红外视觉特征融合的矿井外因火灾监测方法

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作者 李晓宇 范伟强 +1 位作者 刘毅 霍跃华 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期116-124,共9页

为了解决矿井复杂环境下外因火灾监测误报率和漏报率较高的问题,提出基于红外视觉特征融合的矿井外因火灾监测算法。首先,改进红外小目标检测的局部对比度度量(LCM)模型,提高早期火灾目标的显著度,进而分割出火灾疑似区域;其次,通过分... 为了解决矿井复杂环境下外因火灾监测误报率和漏报率较高的问题,提出基于红外视觉特征融合的矿井外因火灾监测算法。首先,改进红外小目标检测的局部对比度度量(LCM)模型,提高早期火灾目标的显著度,进而分割出火灾疑似区域;其次,通过分析不同监视场景下外因火灾和主要干扰热源在热红外图像序列中的视觉特征,选出抗干扰能力强的火灾显著特征;然后,优选火灾显著特征提取方法和相似度估计策略,以获取热红外图像序列中火灾疑似区域的主要视觉特征,并构建火灾特征向量;最后,通过建立特征向量集,构建基于支持向量机(SVM)的矿井外因火灾检测模型,对所提算法进行验证。结果表明:所提算法不仅能监测不同场景下的外因火灾,还能够监测远距离和早期阶段的外因火灾,其正确率和检测率分别达到96.93%、96.24%,误检率低至2.56%;相较于对比算法,所提算法在火灾监测的准确率、误报率和漏报率方面均有较大的改善。 展开更多

关键词 矿井外因火灾 红外视觉特征 局部对比度度量(LCM)模型 特征向量 支持向量机(SVM)

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固体密实充填自适应滑模路径跟踪控制研究

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作者 张子航 刘扬 +3 位作者 杨尚青 薄灿 张子峣 李明泽 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期57-66,共10页

针对煤矿固体充填液压支架推压机构在复杂工况下轨迹跟踪精度低、抗干扰能力不足等问题,提出了一种基于改进滑模控制方法的自适应解耦控制策略。通过构建包含管路效应的双液压缸协同动力学模型,表征了系统在充填作业中的非线性与不确定... 针对煤矿固体充填液压支架推压机构在复杂工况下轨迹跟踪精度低、抗干扰能力不足等问题,提出了一种基于改进滑模控制方法的自适应解耦控制策略。通过构建包含管路效应的双液压缸协同动力学模型,表征了系统在充填作业中的非线性与不确定性。设计前馈补偿解耦方法,有效抑制了水平液压缸与抬升液压缸的耦合效应。进一步提出融合指数趋近律与双曲正切函数的自适应滑模控制器,通过动态调整趋近速率和扰动估计参数,显著降低滑模面抖振并提升轨迹跟踪精度。基于AMESim/Simulink联合仿真平台的实验结果表明,与传统PI和模糊PID控制相比,所提方法稳定时间缩短超过60%,最大跟踪误差小于0.02 m,在响应速度、控制精度及抗干扰能力方面均表现出显著优势。 展开更多

关键词 固体充填 推压机构 前馈补偿 自适应趋近律 滑模控制

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通用无线传输路径损耗统计模型用于矿井的适用性研究

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作者 彭铭 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期57-63,85,共8页

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无线网络规划和优化,需进行链路预算,确定系统允许最大无线传输路径损耗。无线传输路径损耗统计模型是预测无线传输路径损耗的有效方法。分析研究了通用无线传输路径损耗统计... 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无线网络规划和优化,需进行链路预算,确定系统允许最大无线传输路径损耗。无线传输路径损耗统计模型是预测无线传输路径损耗的有效方法。分析研究了通用无线传输路径损耗统计模型在矿井的适用性:(1)单频通用无线传输路径损耗统计模型的变量中没有频率,仅适用于预测单一频率不同距离下的无线传输路径损耗,而矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的工作频段较多,且没有考虑矿井特殊环境因素对无线传输的影响,因此,单频通用无线传输路径损耗统计模型不适用于矿井。(2)多频通用无线传输路径损耗统计模型的变量中有频率,适用于预测多个频率(即相应频段范围内)不同距离下的无线传输路径损耗,但仅考虑了频率和距离对无线传输的影响,而没有考虑矿井特殊环境因素对无线传输的影响。使用多频通用无线传输路径损耗统计模型预测矿井辅助运输大巷和掘进巷道中无线传输路径损耗时,误差均值较为接近,均为8~9 dB,由于预测误差较大,所以多频通用无线传输路径损耗统计模型不适用于矿井。目前没有专门针对矿井特殊环境建立的矿井无线传输路径损耗统计模型。因此,有必要针对矿井有限空间特殊环境,研究建立矿井无线传输路径损耗统计模型,指导矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的无线网络规划和优化。 展开更多

关键词 矿井通信 无线传输 路径损耗 统计模型 无线网络规划 基站布局

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基于LMIENet图像增强的矿井下低光环境目标检测方法 被引量：5

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作者 田子建 阳康 +1 位作者 吴佳奇 陈伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期222-235,共14页

煤矿井下工作环境复杂,存在人造光源亮度低、粉尘多和水气密度大等不利因素,导致现有的目标检测算法在应用到煤矿井下时,存在提取特征困难、目标识别和定位精度低等问题。提出一种煤矿井下低照度环境目标检测算法,由矿井低光图像增强模... 煤矿井下工作环境复杂,存在人造光源亮度低、粉尘多和水气密度大等不利因素,导致现有的目标检测算法在应用到煤矿井下时,存在提取特征困难、目标识别和定位精度低等问题。提出一种煤矿井下低照度环境目标检测算法,由矿井低光图像增强模块LMIENet和目标检测模块组成,使用图像增强模块对原始图像进行画质提升,恢复各类图像信息,再使用目标检测网络对增强图像进行特定目标检测,有效提高检测的精确度。在图像增强模块中,改进Zero-DCE算法设计轻量级增强参数预测网络,计算像素级增强参数矩阵,用于低光照图像的亮度调整和画质增强,该网络通过设计的非参考损失函数隐性衡量图像的增强效果,引导网络进行无监督学习,使网络能够不依赖配对数据集对原始图像进行自适应的画质增强。目标检测模块中,采用YOLO v8n目标检测模型,其轻量化的模型尺寸和高灵活性可避免模型整体复杂度过高;采用Focal-EIoU Loss改进回归损失函数,有效加速模型收敛并提升模型检测精度。实验结果显示:与经典目标检测算法Faster R–CNN,SSD,RetinaNet,FCOS等相比,提出算法在自建矿井人员数据集上表现出色,低光照环境下目标检测的mAP@0.5达到98.0%,mAP@0.5∶0.95达64.8%,在实验环境中单帧图像推理时间仅11 ms,优于其他对比方法,证明提出算法能够有效实现在煤矿井下低照度复杂环境下的目标检测,且耗时短、计算效率高。 展开更多

关键词 低照度 矿井目标检测 图像增强 无监督学习

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矿井无线电波防爆安全发射功率研究 被引量：6

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作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第3期1-5,共5页

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧... 5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。 展开更多

关键词 矿井无线电波 防爆安全 接收点火功率 发射功率

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煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故自动发现与报警方法研究 被引量：3

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作者 孙继平 程继杰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期1-5,13,共6页

煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报... 煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报警方法,煤矿冲击地压事故主要靠人工发现。目前仅有基于甲烷、风速和风向传感器的煤与瓦斯突出自动报警方法,但存在响应速度慢、甲烷传感器损毁前监测不到甲烷浓度大幅升高等问题。提出了煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:根据煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出温度、颜色、深度、掩埋等图像特征,识别煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出;再根据巷道空间和采掘工作面的甲烷浓度变化,区分冲击地压和煤与瓦斯突出,如果甲烷浓度大面积迅速升高,则判定为煤与瓦斯突出,否则判定为冲击地压。该方法具有直观、响应速度快、非接触、监测范围广、简单可靠等优点,可直观地记录煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出真实情况;当煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故报警后,调度室值班人员可以通过录像,立即确认事故,及时进行应急救援。提出了减少煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出抛出的煤岩对图像感知影响的方法:摄像机多点布置,摄像机设置在较高位置,视频数据及时传输,甲烷传感器多点布置等。 展开更多

关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 煤矿事故感知 灾害报警 图像识别

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煤矿信息综合承载网标准研究制定 被引量：3

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作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期1-8,共8页

为满足煤矿监控、定位、视频、音频、远控、5G等不同业务对时延、可靠性、带宽等指标的不同需求,煤矿信息综合承载网应具有下列功能:①网络切片功能,支持FlexE接口技术或信道化子接口技术,将端口带宽资源划分到不同网络切片中;不同网络... 为满足煤矿监控、定位、视频、音频、远控、5G等不同业务对时延、可靠性、带宽等指标的不同需求,煤矿信息综合承载网应具有下列功能:①网络切片功能,支持FlexE接口技术或信道化子接口技术,将端口带宽资源划分到不同网络切片中;不同网络切片之间的业务彼此隔离承载,互不影响。②网络切片在线带宽扩容功能,带宽调整过程中业务不出现丢包。③网络切片设置掉电保护功能。④符合IEEE 802.3和TCP/IP协议,支持IPv6协议和IPv6业务承载,支持IPv4、IPv6业务同时承载。⑤支持万兆光接口、千兆光接口、10/100/1000 Mbit/s自适应接口,核心与汇聚节点宜支持5万兆及以上光接口。⑥宜采用环形或双环结构。⑦业务质量实时监测功能,实时监测指定业务的时延、抖动和丢包率情况。⑧1588v2时钟同步功能,支持5G基站业务接入。煤矿信息综合承载网的主要技术指标应满足下列要求:①光端口传输距离应≥20 km;电端口传输距离应≥100 m。②骨干网传输速率应≥10 Gbit/s;接入网传输速率应≥1 Gbit/s。③不同帧长的丢包率均≤0.01%(在70%网络流量负载条件下)。④单节点传输时延应≤1 ms(当以太网帧帧长度为1518 byte时)。⑤节点转发抖动≤100μs。⑥单接口支持切片数量应≥5。⑦FlexE接口技术最小带宽应≤1 Gbit/s;信道化子接口技术最小带宽应≤2 Mbit/s。⑧网络重构自愈时间应≤50 ms。⑨在电网停电后,承载网设备在备用电源下的连续工作时间应≥4 h。 展开更多

关键词 煤矿智能化 煤矿信息 承载网 网络切片 FlexE

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无线电波发射功率防爆要求与检测方法 被引量：2

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作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-5,22,共6页

现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的... 现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的乘积。在无线电波防爆安全发射功率阈值一定的条件下,天线增益越大,无线电发射器的有效输出功率就越小,这将限制通过增大天线增益,提高无线传输距离。因此,有必要对国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017中规定的阈功率的正确性进行研究,提出合理的无线电波发射功率防爆要求与检测方法。提出了无线电波防爆安全发射功率与天线增益无关,国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电发射器的阈功率是错误的。提出了煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W,且与天线增益无关;国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6 W,且与天线增益相关,是错误的。提出了无线电波防爆安全性能检测方法——检测无线电发射器输出功率,这既可保证通过检测的防爆无线电设备的防爆安全,又简化了检测方法,更提高了防爆无线电设备的无线电波发射功率,解除了对天线增益的限制,将大大提高煤矿井下防爆无线电设备的无线传输距离。 展开更多

关键词 矿井无线电波 防爆安全 天线增益 发射功率 输出功率 防爆安全性能检测

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基于图像内凹度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法 被引量：2

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作者 孙继平 李小伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3253-3264,共12页

尽早发现矿井火灾并处置,可避免或减少人员伤亡和财产损失及次生事故的发生。井下没有日光、月光、星光及闪电等自然光源,影响矿井火灾图像识别的主要是矿井光源。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... 尽早发现矿井火灾并处置,可避免或减少人员伤亡和财产损失及次生事故的发生。井下没有日光、月光、星光及闪电等自然光源,影响矿井火灾图像识别的主要是矿井光源。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。矩形度能够排除矩形光源的干扰,但难以排除非矩形光源的干扰。在工程实际中,因摄像机的拍摄角度不同,矿井光源图像会出现变形,无法呈现理想的规则形状,使用圆形度和矩形度算法难以排除矿井光源的干扰。揭示了火焰图像轮廓外接图面积明显大于其图像实际面积,圆形灯、长方形灯和正方形灯等矿井实际光源图像轮廓外接图面积近似等于其光源图像实际面积等特点。提出基于图像内凹度的矿井火灾识别及抗干扰方法,计算目标图像面积与图像轮廓外接图面积的比值(即图像内凹度),根据火焰图像内凹度数值较小,而矿井光源图像内凹度数值较大,区分火焰与矿井光源。提出的内凹度方法不受摄像机距检测目标距离和图像大小、摄像机安装位置和摄像机拍摄检测目标的角度、矿井光源形状等影响,适应性强,识别准确率高。实验表明,内凹度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最大,波动最小,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强,准确率为91.6%。矩形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值较大,波动较小,区分度较好,受摄像机拍摄角度及距离影响较小,抗干扰能力一般,准确率为72.5%。圆形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最小,波动最大,区分度最差,受摄像机拍摄距离影响较小,受摄像机拍摄角度影响大,抗干扰能力最差,准确率为12.0%。因此,提出的内凹度识别方法,优于矩形度和圆形度,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强。 展开更多

关键词 矿井火灾 图像内凹度 图像轮廓 外接图面积 火灾监测 图像识别

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基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法 被引量：1

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作者 张帆 邵光耀 +1 位作者 李昱翰 李玉雪 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期23-29,45,共8页

受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传... 受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态,在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型,其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节,控制模型实现超前液压支架的自适应控制,机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释,数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据,仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互。根据基于深度Q网络(DQN)的超前液压支架自适应抗冲决策算法,对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策,并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令,实现超前液压支架智能控制。实验结果表明:立柱位移与压力变化一致,说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理,从而验证了数字孪生模型的准确性;基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数,自适应调控立柱压力,提升巷道安全等级,实现超前液压支架自适应抗冲支护。 展开更多

关键词 矿井智能抗冲 超前液压支架 自适应支护 数字孪生 深度强化学习 深度Q网络 DQN

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矿井无线传输测试分析与矿用5G优选工作频段研究 被引量：1

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作者 孙继平 彭铭 刘斌 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期1-11,20,共12页

矿井移动通信系统、人员和车辆定位系统等的研发和布置,需进行矿井无线传输特性分析,优选无线工作频段,优化无线通信基站和定位分站布置。在矿井拐弯巷道、分支巷道、辅助运输大巷、掘进巷道、综采工作面中进行了350 MHz~6 GHz较大频率... 矿井移动通信系统、人员和车辆定位系统等的研发和布置,需进行矿井无线传输特性分析,优选无线工作频段,优化无线通信基站和定位分站布置。在矿井拐弯巷道、分支巷道、辅助运输大巷、掘进巷道、综采工作面中进行了350 MHz~6 GHz较大频率范围的无线传输测试,并对测试结果进行了分析,揭示了矿井无线传输特性:(1)拐弯巷道中无线传输频率越低,衰减越小,其中350 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(2)分支巷道中无线传输频率越低,衰减越小,其中350 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(3)辅助运输大巷中700 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(4)掘进巷道中700 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(5)综采工作面中433 MHz~1300 MHz频段的无线传输衰减最小。(6)在巷道断面相同的情况下,拐弯巷道中的无线传输衰减小于分支巷道,支巷发射的分支巷道中的无线传输衰减小于主巷发射的分支巷道。巷道拐弯和分支均增加了无线传输衰减。提出了煤矿井下无线通信系统的优选工作频段与天线在拐弯和分支巷道中的最佳布置方式:(1)煤矿井下无线通信系统的工作频段应优选700 MHz~900 MHz。(2)为减小巷道拐弯和分支对无线传输的影响,无线通信基站和定位分站及其天线应设置在拐弯巷道的拐点和分支巷道的分支点。研究成果已被中华人民共和国能源行业标准NB/T11546—2024《煤矿用5G通信系统通用技术条件》、NB/T11523—2024《煤矿用5G通信基站》和NB/T 11547—2024《煤矿用5G通信基站控制器》应用。 展开更多

关键词 矿井无线传输 无线工作频段 5G 基站布置 天线设置

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从局部到全局的零参考低照度图像增强方法

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作者 杨伟 王帅 +2 位作者 吴佳奇 陈伟 田子建 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期158-169,共12页

为解决现有的低照度图像增强方法存在的色彩失真、细节损失以及暗区增强不足和亮区增强过度导致低照度图像增强效果不理想的问题,提出了一种从局部到全局的零参考低照度图像增强方法。采用局部照度增强对低照度图像进行像素级增强,改进... 为解决现有的低照度图像增强方法存在的色彩失真、细节损失以及暗区增强不足和亮区增强过度导致低照度图像增强效果不理想的问题,提出了一种从局部到全局的零参考低照度图像增强方法。采用局部照度增强对低照度图像进行像素级增强,改进了自适应光照映射估计函数,提升了照度调整能力,避免了生成大量的迭代参数,提高了模型的推理速度;采用基于Transformer结构的全局图像调整对局部增强后的图像进行全局调整,解决了亮区照度增强过度的曝光问题和暗区照度增强不足的问题,提升了图像的整体对比度;优化损失函数,对低照度图像特征和增强图像特征进行相似性约束,提升了目标检测精度。实验结果表明,LOL数据集上的客观指标峰值信噪比和结构相似性达到了20.18 dB和0.80,MIT-Adobe FiveK数据集上达到了23.31 dB和0.87,ExDark数据集上增强后图像的目标检测精度提高了7.6%,有效提升了低照度图像可视化质量和目标检测效果。 展开更多

关键词 图像处理 机器视觉 轻量级网络 低照度图像 图像增强 目标检测

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基于Arduino的智能消毒小车设计

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作者 宋家骥 李雨祺 +2 位作者 刘壮壮 吕建全 石卫东 《现代信息科技》 2023年第20期161-164,共4页

文章基于Arduino设计一款能够自动避障并具有消毒功能的小车,分别进行了软硬件系统的设计,搭建了智能小车平台。利用超声波传感器、红外传感器对路况进行监测,采用基于栅格法地图的弓字形遍历路径,以静态路径规划和动态路径规划相结合... 文章基于Arduino设计一款能够自动避障并具有消毒功能的小车,分别进行了软硬件系统的设计,搭建了智能小车平台。利用超声波传感器、红外传感器对路况进行监测,采用基于栅格法地图的弓字形遍历路径,以静态路径规划和动态路径规划相结合的方式进行综合路径规划,借助驱动程序实现避障,同时结合消毒液喷洒装置实现消毒作业。试验结果表明,该智能消毒小车能够稳定运行,满足设计要求。 展开更多

关键词 ARDUINO 消毒小车 智能避障 红外传感器 超声波传感器

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