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露天矿山下无人矿卡的轻量级障碍检测算法 被引量:1
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作者 程铄棋 伊力哈木·亚尔买买提 +2 位作者 谢丽蓉 李熙玉 马颖 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期262-274,共13页
随着人工智能技术不断发展和智慧矿山理念的逐步推进,传统露天矿山的运营模式正在被自动化方式取代。无人矿卡作为智慧矿山的重要组成部分,其推广应用有效解决了因矿区地形不规则、路面坑洼或恶劣天气等因素导致的矿卡翻车、侧滑等问题... 随着人工智能技术不断发展和智慧矿山理念的逐步推进,传统露天矿山的运营模式正在被自动化方式取代。无人矿卡作为智慧矿山的重要组成部分,其推广应用有效解决了因矿区地形不规则、路面坑洼或恶劣天气等因素导致的矿卡翻车、侧滑等问题,从而显著降低了由此引发的伤亡事故。准确的检测目标类别是做避障决策的前提,而模型轻量化可以在资源有限的条件下很好地部署。因此,针对露天矿山场景下,无人矿卡目标检测算法存在参数量多、模型较大及小目标和遮挡目标检测准确率低的问题,提出轻量级无人矿卡检测算法LWHP(Lightweight High-Precision),设计思路有以下4点:其一,提出高效加权双向的特征金字塔网络R-BiFPN,利用这一结构重构颈部网络,通过跨层连接及双向传播,减少冗余计算路径,并通过加权特征融合方式增强多尺度特征融合能力,提升小目标检测能力的同时大幅度降低参数量;其二,设计带有多头注意力机制的检测解耦头,改善卷积层冗余导致网络复杂的问题,并处理空间维度以集中捕捉目标特征,减弱无关背景干扰,提升遮挡目标识别准确率;其三,利用双重卷积构建轻量级神经网络CDC,增强通道间信息流动,提高模型特征表达能力并降低模型复杂度;其四,引入EIOU损失函数,分别计算目标边界框的宽高差异,并加入Focal Loss解决难易样本不平衡问题,获得更快的收敛速度和更优秀的定位能力。试验表明:改进后算法相较于原始算法参数量降低50.2%,计算量减少46.3%,模型大小压缩47.6%,仅有3.3 MB,且FPS达到92.9,满足实时性需求。精度提升1.6%,召回率提升3.1%,平均精度达到79.6%,相比原模型提升2%,保证轻量级部署的同时提升了检测准确率。 展开更多
关键词 无人矿卡 目标检测 LWHP 轻量化 加权双向特征金字塔网络 多头注意力机制
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综掘面掘支锚配套锚固钻机部力学特性研究
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作者 谢苗 唐千时 +2 位作者 张鸿宇 孙晓虎 刘杰 《振动工程学报》 北大核心 2025年第10期2312-2321,共10页
针对煤矿井下综掘面锚固钻进过程中存在的设备与煤岩间耦合振动影响的问题,考虑工作面顶、底板不平整性因素,重点研究钻进过程锚固钻机部力学特性。构建多钻机锚固钻机部同步锚固作业动力学模型,利用数值分析方法求解锚固钻机部关键部... 针对煤矿井下综掘面锚固钻进过程中存在的设备与煤岩间耦合振动影响的问题,考虑工作面顶、底板不平整性因素,重点研究钻进过程锚固钻机部力学特性。构建多钻机锚固钻机部同步锚固作业动力学模型,利用数值分析方法求解锚固钻机部关键部件振动响应特征。依据时域曲线分析可得,钻杆振动半径最大为3.59 mm,最小为1.51 mm;依据频域曲线可知,钻杆相较于钻机其他部件在频率11.94 Hz左右幅值达到最大,最大值为392.6 mm;依据振动相图可知,锚固钻机动力头、钻架及横梁在振动过程中整体稳定性良好。通过锚固试验样机进行对比试验,从而得到锚固钻机部关键部件在钻进过程中的振动响应特性,与动力学数值模拟结果基本一致,验证了关键部件钻进振动特征理论分析的可靠性,相关理论结果可为综掘面锚固钻机部稳定研究提供理论基础。 展开更多
关键词 锚固群组 数学模型 振动特性 力学特性 钻进试验
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复杂场景下无人驾驶障碍检测算法
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作者 程铄棋 伊力哈木·亚尔买买提 +2 位作者 谢丽蓉 侯雪扬 马颖 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第6期160-170,共11页
为解决复杂路况下因目标遮挡及小目标信息缺失导致现有无人驾驶目标检测算法准确率低的问题,提出了基于改进YOLOv8的无人驾驶障碍检测算法(YOLOv8 effectual accurate,YOLOv8-EA)。该算法首先引入快速神经网络作为主干网络,利用部分卷... 为解决复杂路况下因目标遮挡及小目标信息缺失导致现有无人驾驶目标检测算法准确率低的问题,提出了基于改进YOLOv8的无人驾驶障碍检测算法(YOLOv8 effectual accurate,YOLOv8-EA)。该算法首先引入快速神经网络作为主干网络,利用部分卷积提取空间特征,保证特征的完整性;其次,利用大内核深度卷积层重构快速金字塔池化层,采用并行多尺度连接的方式融合不同分辨率的自注意力特征,增强模型在复杂环境中的特征提取能力;然后,采用多分支结构和重参数化抑制信息干扰,并通过不断堆叠梯度流的方式提升特征融合能力;最后,基于部分卷积设计小目标检测头以处理小目标像素级特征信息。对比实验结果表明,相较于原模型,上述改进后,模型在性能上均有明显提升,并在检测精度上显著优于其他改进方式。消融实验结果表明,YOLOv8-EA在障碍检测精度方面取得显著提升,在KITTI数据集下,mAP50和mAP50-95分别提升了2.4%和4.7%;采用SODA10M数据集进行二次验证,mAP50和mAP50-95分别提升了1.4%和1.1%,证明YOLOv8-EA算法具有很好的泛化能力。所提算法在处理遮挡目标及小目标时,展现了出色的性能,为无人驾驶系统中的后续决策任务提供了更加可靠的支持。 展开更多
关键词 目标检测 无人驾驶 复杂道路场景 部分卷积 大内核深度卷积层
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依托周期性重训练强化学习的矿卡车道保持算法
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作者 刘锦瑶 谢丽蓉 +3 位作者 卞一帆 安毅 杨志勇 黄德启 《金属矿山》 北大核心 2025年第10期175-181,共7页
为解决自动驾驶矿用卡车在矿山复杂环境下易失去对先前策略适应能力的难题,提出了一种考虑样本重训练的深度强化学习车道保持控制算法。首先,通过考虑目标网络更新参数的特性,推导出一种周期性经验抽取重训练模型,将重训练回合间隔纳入... 为解决自动驾驶矿用卡车在矿山复杂环境下易失去对先前策略适应能力的难题,提出了一种考虑样本重训练的深度强化学习车道保持控制算法。首先,通过考虑目标网络更新参数的特性,推导出一种周期性经验抽取重训练模型,将重训练回合间隔纳入到传统目标网络更新参数模型中。然后,为避免噪声对模型的影响,将经验回放缓冲区设置在较小的抽样范围内,噪声和不相关的经验对模型的影响会被降低,增强极端运行条件下的系统鲁棒性。最后,考虑到露天矿山典型十字形道路,在CARLA中设定车辆位置于十字路口,采用固定回合数下得到的平均奖励作为模拟的关键性能指标进行仿真试验。试验结果表明,提出的周期性重训练深度Q网络(PR-DQN)策略有效减少了训练过程中的波动,使模型更快收敛,有效提升模型在非平稳环境任务中的性能,在稳定性和泛化能力上表现出显著优势。 展开更多
关键词 自动驾驶 深度强化学习 矿用卡车 车道保持 周期性重训练
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融合短时傅里叶变换和卷积神经网络的托辊故障诊断方法 被引量:10
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作者 谢苗 孟庆爽 +3 位作者 李博 卢进南 李玉岐 杨志勇 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期565-574,共10页
托辊故障已成为带式输送机运行中的常见问题。若不能及时诊断托辊故障,则将严重制约带式输送机的安全运行。为了解决上述问题,基于某矿带式输送机中间段托辊的实际运行工况,提出了一种融合短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,... 托辊故障已成为带式输送机运行中的常见问题。若不能及时诊断托辊故障,则将严重制约带式输送机的安全运行。为了解决上述问题,基于某矿带式输送机中间段托辊的实际运行工况,提出了一种融合短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT)和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的托辊故障诊断方法。首先,以分布式光纤为基础,对托辊在正常、轴承损坏及筒皮断裂工况下运行时的振动信号进行采集并作STFT处理,得到对应的时频图样本集,并将其分为训练集和测试集。然后,将训练集输入CNN模型以进行诊断模型训练,在训练过程中不断更新不同工况下托辊的运行状态特征。最后,将训练好的CNN模型应用于测试集,并输出托辊运行状态的识别结果。结果表明,所构建的CNN模型的识别准确率高达99.6%。基于所提出的故障诊断方法,在某矿上开展现场实验,以进一步验证CNN模型的识别准确率。实验结果表明,CNN模型对带式输送机中间段托辊的运行状态有较高的识别准确率,可达96.5%,与测试集上的识别准确率仅相差3.1个百分点,说明所提出的故障诊断方法具有一定的可靠性。后续可通过不断增加不同工况下托辊的运行数据来提高该故障诊断方法的鲁棒性,这可为煤矿企业有效诊断托辊故障提供有力的理论基础。 展开更多
关键词 托辊 故障诊断 分布式光纤 短时傅里叶变换 卷积神经网络
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煤矿井下锚固群组动力响应特性分析 被引量:2
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作者 谢苗 张鸿宇 +4 位作者 任泽 杨志勇 周永利 刘治翔 李玉岐 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期278-288,共11页
针对煤矿井下锚固钻孔作业精度低、振动量大等问题,以掘进机配套式锚固群组为研究对象,构建锚固群组动力学数学模型,得到锚固群组各部件时域与频域响应特征;利用动力学软件对锚固群组进行刚柔耦合动力学求解和特性分析,研究伸缩架在缩回... 针对煤矿井下锚固钻孔作业精度低、振动量大等问题,以掘进机配套式锚固群组为研究对象,构建锚固群组动力学数学模型,得到锚固群组各部件时域与频域响应特征;利用动力学软件对锚固群组进行刚柔耦合动力学求解和特性分析,研究伸缩架在缩回/伸出状态下,锚固群组关键部件的振动特性及力学特性分析。结果表明:小刚度大变形钻杆与支腿式底座振动半径相对较大,振动效果明显;钻机组件与固定伸缩架在振动过程中整体稳定性良好;由于伸缩架在伸出状态下为短机身大跨度结构,各部件的振动运动参数及力学参数要普遍大于缩回状态;通过锚固群组样机钻孔试验,获得系统实际振动模态数值,利用相关振动检测系统测量,验证关键部件钻进振动特征理论分析可靠性,可将获得的参数信息可用于指导关键部件结构强度设计及钻杆自动定位技术理论基础。 展开更多
关键词 锚固群组 刚柔耦合 振动特性 力学特性
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基于改进离散方法的截割稳定性预测分析 被引量:1
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作者 谢苗 朱昀 +5 位作者 刘杰 任泽 杨志勇 刘治翔 王贺 孟庆爽 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第18期2153-2164,2176,共13页
为了研究悬臂式掘进机截割头煤岩多重交互与速度效应对截割头颤振稳定性的影响,考虑煤岩物理特性、截割头结构参数、截割头运动参数,拟合截割头截割深度与参与截割截齿的函数表达,建立了截齿动态截割的截割状态力学特性方程,并基于截齿... 为了研究悬臂式掘进机截割头煤岩多重交互与速度效应对截割头颤振稳定性的影响,考虑煤岩物理特性、截割头结构参数、截割头运动参数,拟合截割头截割深度与参与截割截齿的函数表达,建立了截齿动态截割的截割状态力学特性方程,并基于截齿截割头映射关系,构建了包含截割头煤岩多重交互与速度效应的截割动力学模型。提出了一种基于牛顿拉格朗日混合插值的改进离散方法,阐明了截割状态下再生效应与速度效应的耦合作用对截割颤振稳定性的影响规律。将改进全离散方法与全离散法、半离散法进行对比,证明了基于混合插值方法的改进全离散法的优越性。基于改进全离散法研究了不同截割系统动力学参数对稳定性的影响。基于相似试验理论,搭建截割头煤岩系统截割实验台,进行了截割系统颤振模拟实验。结果表明,构建的改进全离散方法能够很好地预测实际截割状态。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 颤振 动态截割 截割稳定性
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