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基于机器视觉的煤矿井下锚护作业钢带孔识别研究

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基于机器视觉的煤矿井下锚护作业钢带孔识别研究

作者：乔佳伟煤炭科学研究总院

学位级别：硕士

煤炭能源对社会经济发展和人民生活至关重要,在未来能源结构体系中,煤炭依然是我国的主要能源。经济的快速发展,加大了对煤炭能源的需求,煤矿开采也需更加高效化,而在煤矿开采作业中,锚杆支护是目前煤矿巷道支护的主要方式。针对目前锚... 详细信息

煤炭能源对社会经济发展和人民生活至关重要,在未来能源结构体系中,煤炭依然是我国的主要能源。经济的快速发展,加大了对煤炭能源的需求,煤矿开采也需更加高效化,而在煤矿开采作业中,锚杆支护是目前煤矿巷道支护的主要方式。针对目前锚杆支护作业中钢带孔位难以准确识别的问题,本文通过机器视觉与图像处理的相关方法,并结合目标识别算法准确识别钢带孔,得出钢带孔图像中心像素坐标信息。本文主要进行了以下几个方面的研究:首先为了对相机参数进行准确标定,本文提出了一种改进粒子群算法对相机内参进行优化,在张氏标定法求得相机内参的基础上,利用改进粒子群算法进行实验分析得出,优化后成像模型重投影点的平均误差和标准差相比张氏标定法提高了23.65%和22.83%;相比标准粒子群算法和e指数调节惯性权重粒子群算法,优化结果精度有明显提升,而且本文提出的改进算法迭代次数更少。其次进行图像处理,根据Retinex算法原理,对图像R、G、B分量分别使用高斯滤波作为中心环绕函数去估计各个分量的照度分量,通过增强每个分量实现对图像的增强处理,然后进行灰度转化、滤波和钢带孔与图像背景的分割。图像经过处理后,使用传统识别方法（模板匹配法、霍夫变换圆检测算法、特征匹配法）对钢带孔图像进行识别,得到其中心像素坐标。本文经过实验分析,得出传统方法存在不同图像需要调节不同参数、调参过程复杂耗时、会有误识别及不能判断钢带孔类型的问题。针对传统方法存在的问题,本文使用深度学习YOLO-V5算法进行识别,通过对钢带孔数据集的标记和训练,得出训练结果的MAP值为0.996,随机选择未训练的钢带孔图像进行识别验证,正确预测钢带孔的概率为95%,相比传统方法,此算法识别速度快,误识别率低,更适用于对目标的实时识别。最后对钢带孔识别系统进行研究,分析系统软硬件,设计识别系统,并研究了手眼标定方法,将钢带孔图像中心像素坐标转换为末端执行器在钻锚设备基坐标系下的坐标。进而可以得出末端执行器与目标位置距离,并进行实验验证,得出误差在2mm之内,能够满足实际要求,为下一步的精确控制提供基础。本文完成了基于机器视觉锚护作业中钢带孔的识别,得出其中心像素坐标及末端执行器在钻锚设备基坐标系下的坐标,设计识别系统并进行实验验证,为锚杆支护作业中的钢带孔位难以准确识别的问题提供了一种解决方案,设计的识别系统为钻锚设备的精确控制提供重要基础。

关键词：锚杆支护相机标定钢带孔目标识别机器视觉

优化运行策略与算法的分布式能源系统容量配置研究

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优化运行策略与算法的分布式能源系统容量配置研究

作者：乔佳伟华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

以分布式能源系统形式开发利用可再生能源是实现我国“3060”战略目标的重要手段,也是构建清洁低碳安全高效能源体系的重要举措。风/光/柴/储发电互补系统是一种典型的分布式能源系统结构,具有较高的稳定性和安全性,然而其存在建设成本... 详细信息

以分布式能源系统形式开发利用可再生能源是实现我国“3060”战略目标的重要手段,也是构建清洁低碳安全高效能源体系的重要举措。风/光/柴/储发电互补系统是一种典型的分布式能源系统结构,具有较高的稳定性和安全性,然而其存在建设成本高、资源利用率低等问题,严重限制了其商业化推广应用。对风/光/柴/储发电系统的设备进行容量配置优化可有效降低系统成本,提高可再生能源利用率。本文立足于分布式能源系统规划设计需求,围绕运行策略和优化算法两个关键技术问题,分别以离网型风光柴储发电系统和并网型风光储发电系统为研究对象,建立微电网分布式电源和储能装置输出功率模型,采用目标函数分析的方法展开研究讨论。主要工作如下。在运行策略优化方面,针对分布式电源跟踪净负荷,如何分配净负荷功率这一关键问题,提出了一种改进柴油发电机优先跟踪净负荷的运行策略。以离网型风光柴储分布式能源系统为研究对象,目标函数为系统建设成本,约束条件包括:风光机组最小功率约束、储能装置充放电深度及次数约束、柴油发电机约束和功率平衡约束,将供电可靠性、风光互补特性和环保性作为评价指标,同时利用Homer作为优化算法进行计算。结果表明,当建设1000kW分布式能源系统时,采用优化后运行策略,风机装机数量减少1台,光伏装机数量增加299个,储能蓄电池安装数量减少172个,柴油发电机安装数量不变,系统总成本降低40.2万元,负荷缺电率增加1%,风光互补特性值降低11%,CO2等污染物排放量减少7000kg。在算法优化方面,针对海鸥算法在迭代寻优过程中收敛速度慢和寻优精度低等问题,提出了一种黄金正弦引导和Tanh函数连续化海鸥算法,同时引入贪心式策略。以并网型风光储分布式能源系统为研究对象,目标函数为系统总成本、风光互补特性以及可再生能源消纳率,约束条件包括:功率平衡约束、分布式电源输出功率约束、与大电网购售电功率约束以及弃风弃光率约束,此外,在运行策略方面采用分时段运行策略。结果表明,当建设500kW分布式能源系统时,采用改进优化算法,风机装机数量增加3台,光伏装机数量减少201台,储能蓄电池数量减少103个,系统总成本减少约30万元,风光互补特性值降低4%,可再生能源消纳率提高8%。综合上述结果,本文所提优化运行策略和优化算法的科学性和先进性性均得到验证。相关结论可为分布式能源系统的开发应用提供重要的理论基础和技术指导。

关键词：分布式能源系统容量配置目标优化 OPLDE运行策略 SOA算法

原子氧和紫外辐射效应对空间光学系统沸石分子筛吸附性能的影响

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航空材料学报 2024年第3期44卷 35-42页

作者：乔佳胡旺旺江苏海洋大学电子工程学院江苏连云港222000

针对低轨空间环境下分子筛材料吸附能力变弱造成高精度、超低温光学仪器或者其他精密探测仪器的探测质量和使用寿命受到严重影响的问题,研究低轨环境中,ZSM-5、ZSM-22、MCM-41和SAPO-11四种沸石分子筛辐照前后样品的外观和对水的吸附性... 详细信息

针对低轨空间环境下分子筛材料吸附能力变弱造成高精度、超低温光学仪器或者其他精密探测仪器的探测质量和使用寿命受到严重影响的问题,研究低轨环境中,ZSM-5、ZSM-22、MCM-41和SAPO-11四种沸石分子筛辐照前后样品的外观和对水的吸附性能。结果表明:原子氧对四种材料吸附性能几乎没有影响;紫外会严重降低MCM-41吸附性能,吸收比率降低约2.44%,SAPO-11吸收比率增加1.6%,而ZSM-5、ZSM-22吸收比率增加的幅度非常小,可以忽略;与紫外单独辐照相比,原子氧与紫外同时辐照对MCM-41影响不大,而对SAPO-11、ZSM-5影响较大,可以显著增强其吸附能力,吸收比率增加约为1.7%;对四种材料进行烘烤,加热后MCM-41吸收比率恢复为原样品的吸收比率,表明紫外辐照后造成的网络破坏可以通过烘烤修复。

关键词：沸石分子筛原子氧紫外辐射吸附性能

基于AHP-TOPSIS综合评价法的离心泵健康状态评估

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工矿自动化 2022年第9期48卷 69-76页

作者：乔佳伟田慕琴太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室山西太原030024 太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室山西太原030024

针对离心泵叶轮磨损问题,现有研究大都集中在对叶轮磨损的数值仿真分析、振动信号分析和磨损量检测上,很少对叶轮磨损下的离心泵工况参数进行研究。针对该问题,提出了一种基于层次分析法(AHP)和优劣解距离法(TOPSIS)综合评价的离心泵健... 详细信息

针对离心泵叶轮磨损问题,现有研究大都集中在对叶轮磨损的数值仿真分析、振动信号分析和磨损量检测上,很少对叶轮磨损下的离心泵工况参数进行研究。针对该问题,提出了一种基于层次分析法(AHP)和优劣解距离法(TOPSIS)综合评价的离心泵健康状态评估方法。首先根据离心泵的运行条件,结合离心泵的性能要求,确定了表征离心泵健康状态的工况参数(流量、扬程、效率、轴功率);然后以叶轮外径和比转数大小作为工况参数评价指标,利用AHP和超传递近似法确定各工况参数对离心泵健康状态的权重值;最后利用TOPSIS综合评价法评估离心泵工况参数,通过加权求和方式得到离心泵的健康状态评分,实现对离心泵的健康状态评估。以IS-100-80-125型单级离心泵为研究对象,将叶轮外径由125 mm磨损至87 mm,得到离心泵不同叶轮外径下的工况参数,利用AHP-TOPSIS综合评价法评估离心泵各工况参数和健康状态,结果表明:离心泵的叶轮磨损量和离心泵健康状态呈线性关系,随着叶轮磨损量的不断增加,离心泵排水能力不断降低,评估结果符合离心泵实际情况,证明了该方法的合理性和可行性。

关键词：离心泵健康状态评估叶轮磨损工况参数层次分析法 TOPSIS综合评价超传递近似法

Retinex算法在煤矿井下图像增强的应用研究

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煤炭技术 2022年第3期41卷 193-195页

作者：乔佳伟贾运红煤炭科学研究总院北京100013 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006 煤矿采掘机械装备国家工程实验室太原030006

由于煤矿井下存在大量粉尘及光照强度不足,造成采集的图像不清晰、对比度不足、细节信息无法展现等问题,严重影响图像的观测效果及信息提取。Retinex算法作为一种颜色恒常性模型,在处理图像模糊、光照不足方面有很好的效果及广泛的应用... 详细信息

由于煤矿井下存在大量粉尘及光照强度不足,造成采集的图像不清晰、对比度不足、细节信息无法展现等问题,严重影响图像的观测效果及信息提取。Retinex算法作为一种颜色恒常性模型,在处理图像模糊、光照不足方面有很好的效果及广泛的应用。根据当前Retinex算法的研究现状,总结分析了目前Retinex算法应用于煤矿井下图像增强的研究,分析了每种算法的优缺点并提出了展望。

关键词： Retinex算法煤矿井下图像图像增强

反应物化学计量比对阶梯流道URFC性能影响

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工程热物理学报 2024年第7期 2061-2067页

作者：乔佳楠郭航叶芳陈浩北京工业大学能源与动力工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室

本文基于一个两相、非等温模型，探究了燃料电池模式的化学计量比对一体式再生燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池模式下提高反应物的化学计量比有利于促进传质与排水，但消耗的泵功会持续增加，因此电池性能的提升率随化学计量... 详细信息

本文基于一个两相、非等温模型，探究了燃料电池模式的化学计量比对一体式再生燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池模式下提高反应物的化学计量比有利于促进传质与排水，但消耗的泵功会持续增加，因此电池性能的提升率随化学计量比的增加呈先上升后下降的趋势。在本文的运行工况下，当化学计量比为1.5时，燃料电池模式的净输出功最高；此外，在电池饥饿程度较高时，将化学计量比设置为1.5对充放电循环效率的提升率最高。

关键词：一体式再生燃料电池化学计量比性能提升率传质排水

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基于改进粒子群算法的煤矿井下相机参数优化

煤炭技术 2022年第4期41卷 119-122页

作者：乔佳伟贾运红王强煤炭科学研究总院北京100013 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006 煤矿采掘机械国家工程实验室太原030006

煤矿井下视觉测量精度的关键在于相机参数的准确性,提出一种改进粒子群算法对张氏标定法所得参数进行优化,在迭代初期和后期分别使用e指数和粒子适应度函数值动态调节惯性权重。经过实验,优化后相机参数平均误差与标准差相比张氏标定法... 详细信息

煤矿井下视觉测量精度的关键在于相机参数的准确性,提出一种改进粒子群算法对张氏标定法所得参数进行优化,在迭代初期和后期分别使用e指数和粒子适应度函数值动态调节惯性权重。经过实验,优化后相机参数平均误差与标准差相比张氏标定法分别提高了23.65%、22.83%。且改进PSO算法与传统PSO算法、e指数调节惯性权重PSO相比,可以明显降低迭代次数,提高优化精度,是提高煤矿井下视觉测量准确性的一种有效方法。

关键词：视觉测量相机标定惯性权重改进粒子群算法

肾结石合并系统性红斑狼疮行经皮肾镜碎石取石术的安全性和有效性评估

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北京大学学报(医学版) 2024年第4期 745-749页

作者：乔佳佳田聪黄晓波刘军北京大学人民医院泌尿外科北京大学应用碎石技术研究所

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）是一种病因不明的慢性自身免疫性疾病，几乎可影响所有器官，约50%的SLE患者会出现明显的肾受累[1-2]。SLE与肾结石关系的研究甚少见，Osman 等[3]指出肾结石可能是风湿性疾病的突... 详细信息

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）是一种病因不明的慢性自身免疫性疾病，几乎可影响所有器官，约50%的SLE患者会出现明显的肾受累[1-2]。SLE与肾结石关系的研究甚少见，Osman 等[3]指出肾结石可能是风湿性疾病的突出特征，SLE所导致的肾小管改变会促进肾结石的形成，但这种关系至今尚未明确。对于SLE合并肾结石患者，鹿角型结石、尿pH高比较常见。

关键词：系统性红斑狼疮经皮肾镜碎石取石术感染性结石围手术期

初诊急性早幼粒细胞白血病患者血清纤维胶凝蛋白3水平与早期严重出血的相关性分析

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中国实验血液学杂志 2024年第4期 1058-1062页

作者：赵宏斌乔佳佳贺雪花山西白求恩医院输血科

目的:分析初诊急性早幼粒细胞白血病(APL)患者血清纤维胶凝蛋白3(Ficolin-3)水平与早期严重出血的相关性。方法:选择2020年1月-2023年8月期间山西白求恩医院收治的125例初诊APL患者，所有患者均给予全反式维甲酸+砷剂进行诱导治疗，以... 详细信息

目的:分析初诊急性早幼粒细胞白血病(APL)患者血清纤维胶凝蛋白3(Ficolin-3)水平与早期严重出血的相关性。方法:选择2020年1月-2023年8月期间山西白求恩医院收治的125例初诊APL患者，所有患者均给予全反式维甲酸+砷剂进行诱导治疗，以诱导治疗30 d内严重出血事件(以WHO出血评分进行评估，0级、1级、2级为无出血或轻度出血，3级、4级为严重或致命性出血)作为观察终点，采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测患者血清Ficolin-3水平，统计患者基线资料及其他实验室指标，分析血清Ficolin-3水平与初诊APL患者早期严重出血的相关性。结果:125例APL患者在诱导治疗期间发生早期严重出血的患者23例，其中3级出血13例，4级出血10例；非严重出血共102例，其中0级30例，1级出血24例，2级出血48例。严重出血组的血清早幼粒细胞比例、白细胞计数、D-D水平均明显高于非严重出血组(P0.7,均有一定预测效能，且以治疗前血清Ficolin-3水平预测效能最佳。结论:初诊APL患者血清Ficolin-3水平与早期严重出血有关，且治疗前血清Ficolin-3水平在预测初诊APL患者早期严重出血时有显著优势。

关键词：急性早幼粒细胞白血病诱导治疗血清纤维胶凝蛋白3水平早期严重出血