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基于图像融合和改进CornerNet-Squeeze的煤矿井下行人检测方法

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工矿自动化 2023年第2期49卷 77-84页

作者：邹盛周李兵季亮于政乾中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

在煤矿井下无人驾驶和安防监控等领域,对行人目标的检测至关重要,但受井下光线昏暗、光照不均、背景复杂、行人目标小且密集等特殊工况环境的影响,图像中的行人目标存在边缘细节特征少、信噪比低、与背景相似度高等问题,难以有效识别遮... 详细信息

在煤矿井下无人驾驶和安防监控等领域,对行人目标的检测至关重要,但受井下光线昏暗、光照不均、背景复杂、行人目标小且密集等特殊工况环境的影响,图像中的行人目标存在边缘细节特征少、信噪比低、与背景相似度高等问题,难以有效识别遮挡多尺度下的行人目标。针对上述问题,提出了一种基于图像融合和改进CornerNet-Squeeze的煤矿井下行人目标检测方法。采用双尺度图像融合(TIF)算法将红外相机和深度相机采集的图像进行像素级融合,再进行形态学处理,减少背景干扰。在CornerNet-Squeeze网络基础上,将八度卷积(OctConv)引入沙漏型主干网络,处理图像特征中高低频信息,增强图像边缘特征,提高多尺度行人检测能力。实验结果表明:①在深度图像、红外图像、融合图像3种数据集上,改进CornerNet-Squeeze模型在保持原算法实时性的同时,有效提升了井下行人检测精度。②采用融合图像数据集训练的模型检测精度较红外图像和深度图像数据集训练的模型高,可见融合图像能充分发挥深度图像和红外图像的优势,有助于提高模型检测精度。③在不同程度遮挡和多尺度行人目标6种场景下,改进CornerNet-Squeeze训练的模型的行人漏检率最低。④与YOLOv4相比,在COCO2014行人数据集上改进CornerNet-Squeeze算法的平均精度提高了1.1%,检测速度提高了6.7%。⑤改进CornerNet-Squeeze能够有效检测出图像中远处小目标,对小目标的检测能力提升明显。

关键词：煤矿井下行人检测双尺度图像融合 CornerNet-Squeeze 边缘增强沙漏型主干网络多尺度行人检测

煤矿井下无人驾驶无轨胶轮车目标3D检测研究

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工矿自动化 2022年第2期48卷 35-41页

作者：秦沛霖张传伟周李兵王健龙西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

基于3D检测的环境感知是实现煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶技术的基础。因井下环境中光照不足,导致RGB图像信息缺失,且巷道空间狭小导致激光雷达采集的点云数据存在较多噪声,现有的基于图像或雷达点云的目标3D检测方法在井下难以取得较好... 详细信息

基于3D检测的环境感知是实现煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶技术的基础。因井下环境中光照不足,导致RGB图像信息缺失,且巷道空间狭小导致激光雷达采集的点云数据存在较多噪声,现有的基于图像或雷达点云的目标3D检测方法在井下难以取得较好的检测效果。针对该问题,提出一种融合图像和雷达点云的无人驾驶无轨胶轮车目标3D检测方法。针对获取的无轨胶轮车行驶环境数据进行预处理:采用全局直方图均衡化方法提升RGB图像亮度,降低井下光照不均影响;对雷达点云数据进行双边滤波去噪及主成分分析降维处理,以提升点云数据质量,减少运算时间。设计了一种融合图像与雷达点云检测模型,采用区域生成网络生成2D图像候选区域,对其与点云数据进行早期特征级融合生成3D候选区域,并与经感兴趣区域池化的图像和点云数据进行后期区域级融合,输出3D检测锚框,实现目标检测。实验结果表明,与基于YOLO3D,MV3D模型的检测方法相比,该方法对待测目标的检测精度较高,较好地实现了精度与检测速度的平衡。井下测试结果表明,该方法能够准确检测出无轨胶轮车行驶环境中的行人或车辆位置,无漏检情况,具有良好的井下适应性。

关键词：无轨胶轮车无人驾驶环境感知目标3D检测单目图像雷达点云特征融合

用于井下行人检测的可见光和红外图像融合算法

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工矿自动化 2023年第9期49卷 73-83页

作者：周李兵陈晓晶贾文琪卫健健叶柏松邹盛中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

矿用智能车辆的工作环境光照条件复杂,在进行井下行人检测时可以通过融合可见光和红外图像,将红外线反射信息和细节纹理信息融合于可见光图像中,改善目标检测效果。传统的可见光和红外图像融合方法随着分解层数增多,会导致图像边缘和纹... 详细信息

矿用智能车辆的工作环境光照条件复杂,在进行井下行人检测时可以通过融合可见光和红外图像,将红外线反射信息和细节纹理信息融合于可见光图像中,改善目标检测效果。传统的可见光和红外图像融合方法随着分解层数增多,会导致图像边缘和纹理模糊,同时融合时间也会增加。目前基于深度学习的可见光和红外图像融合方法难以平衡可见光和红外图像中的特征,导致融合图像中细节信息模糊。针对上述问题,提出了一种基于多注意力机制的可见光和红外图像融合算法(IFAM)。首先采用卷积神经网络对可见光和红外图像提取图像特征;然后通过空间注意力和通道注意力模块分别对提取出来的特征进行交叉融合,同时利用特征中梯度信息计算2个注意力模块输出特征的融合权值,根据权值融合2个注意力模块的输出特征;最后通过反卷积变换对图像特征进行还原,得到最终的融合图像。在RoadScene数据集和TNO数据集上的融合结果表明,经IFAM融合后的图像中同时具备了可见光图像中的背景纹理和红外图像中的行人轮廓特征信息;在井下数据集上的融合结果表明,在弱光环境下,红外图像可以弥补可见光的缺点,并且不受环境中其他光源的影响,在弱光条件下融合后的图像中行人轮廓依旧明显。对比分析结果表明,经IFAM融合后图像的信息熵(EN)、标准方差(SD)、梯度融合度量指标(Q AB/F)、融合视觉信息保真度(VIFF)和联合结构相似性度量(SSIMu)分别为4.9013,88.5214,0.1693,1.4135,0.8062,整体性能优于同类的LLF−IOI,NDM等算法。

关键词：矿用智能车辆无人驾驶行人检测深度学习多传感器图像融合红外图像多注意力机制

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煤矿机电设备预测性维护用采集计算平台设计

工矿自动化 2020年第8期46卷 106-111页

作者：周李兵中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

常用的煤矿机电设备运维模式为井下采集数据、地面工控机或云平台进行数据分析,存在实时性和灵活性差、采集数据量受限、成本高等问题,而边缘计算机+数据采集卡的通用工业预测性维护解决方案因不易实现矿用本质安全型设计、现场布置灵... 详细信息

常用的煤矿机电设备运维模式为井下采集数据、地面工控机或云平台进行数据分析,存在实时性和灵活性差、采集数据量受限、成本高等问题,而边缘计算机+数据采集卡的通用工业预测性维护解决方案因不易实现矿用本质安全型设计、现场布置灵活性差、成本过高等,不适用于煤矿机电设备运维场景。针对上述问题,设计了一种基于STM32F4主控芯片的煤矿机电设备预测性维护用采集计算平台。该平台可并行高速采集煤矿机电设备振动、温度、压力等数据并实时进行快速傅里叶变换、包络谱分析等处理,进而得出机电设备健康状态,通过人机交互模块本地显示监测与诊断结果,并可通过以太网将监测数据及诊断结果传输至地面工控机或云平台进行大规模数据分析。测试结果表明,该平台对振动信号的测量误差小于4%,且可准确判断机电设备不同部件的运行状况和故障,满足现场实时计算、就地分析、灵活布置的需求。

关键词：智能矿山煤矿机电设备预测性维护边缘计算振动信号分析故障诊断

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煤矿井下智能化辅助运输系统设计

陕西煤炭 2023年第5期42卷 82-85页

作者：陈科唐永岗周李兵陕西陕煤榆北煤业有限公司榆林信息化运维分公司陕西榆林719000 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015 中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015

煤矿井下驾驶环境复杂,车辆运输频率高,驾驶人员易出现疲劳等不安全因素,极大影响了井下辅助运输工作的安全。针对这一难题,提出一套井下智能化辅助运输系统设计方案,包括冗余组合定位、井下环境感知、高精度地图、路径规划、车辆控制... 详细信息

煤矿井下驾驶环境复杂,车辆运输频率高,驾驶人员易出现疲劳等不安全因素,极大影响了井下辅助运输工作的安全。针对这一难题,提出一套井下智能化辅助运输系统设计方案,包括冗余组合定位、井下环境感知、高精度地图、路径规划、车辆控制和远程启停,解决煤矿井下人员和物料运输过程中的无人化问题。通过减少矿井运输司机和操作人员的数量以及提高运输车辆智能化,推动煤矿开采的智能化发展,实现安全高效的无人化运输,起到煤矿无人化运输应用的示范作用。

关键词：煤矿辅助运输无人驾驶多传感器融合无人化运输

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复合板材厚度在线检测系统设计

复合板材厚度在线检测系统设计

作者：周李兵合肥工业大学

学位级别：硕士

板材厚度精度是衡量板材质量的主要指标之一,它直接关系到产品的质量和经济效益,板材厚度测控也是板材轧制领域里的一项关键技术。厚度自动测量与控制是提高板材质量的重要方法,其目的是获得高品质的板材并降低废品率。本学位论文研究... 详细信息

板材厚度精度是衡量板材质量的主要指标之一,它直接关系到产品的质量和经济效益,板材厚度测控也是板材轧制领域里的一项关键技术。厚度自动测量与控制是提高板材质量的重要方法,其目的是获得高品质的板材并降低废品率。本学位论文研究来源于企业委托的研究课题,研究的重点是复合板材厚度在线测量系统的设计,并完成系统的加工、装配、调试及现场应用试验。归纳起来,本论文的主要研究内容及成果如下:⒈研究了瞄准方式、传感器接测量位置,设计了滚动测头、滑动测头并对比试验分析,确定了最终的测量方案。设计了系统的工作流程,分析了系统的误差来源。⒉设计了轴承支撑和刀口支撑两种测量链传递方案,对比试验后选择了刀口支撑方案。设计了测头的结构、测杆的结构,最终完成了测量头主体结构设计,并分析了测量头的动态特性、热流量曲线等变化因素,确定了主体结构的参数。⒊设计了外围保护盖板、夹紧把手、推拉把手、防尘罩等外围设备。设计了标定装置、导向滚轮、自动打标系统等测量辅助系统。⒋完成系统的加工、装配,实验研究了系统的时漂特性、温漂特性。在生产线上,验证系统的可靠性及各个功能。系统在生产现场的使用情况表明,其完全满足企业对复合板材厚度在线检测系统的要求。该成果可推广应用于其他复合板材生产线的在线检测与控制。

关键词：板材厚度在线检测结构设计动态分析

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煤矿巷道全自动测风装置及关键技术

煤矿机电 2023年第5期44卷 34-39页

作者：卞俊陈晓晶蒋伟周李兵中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213003 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213003

当前煤矿井下巷道测风主要有传统人工测量和自动化产品代替人工两种方案。人工测量需要测风员沿着固定路线匀速移动风表,且需人工到达不同测风点实施测风,工作效率低、工作强度大。目前行业内相关自动化装置结构复杂,影响测风数据,且对... 详细信息

当前煤矿井下巷道测风主要有传统人工测量和自动化产品代替人工两种方案。人工测量需要测风员沿着固定路线匀速移动风表,且需人工到达不同测风点实施测风,工作效率低、工作强度大。目前行业内相关自动化装置结构复杂,影响测风数据,且对巷道的适应性较差。提出基于六线法测风的自动测风装置,可通过上位机下发风表运动路径文件实现运动规划,从而达到井下对多个巷道无人化一键测风的效果。该测风装置对标人为测风,可通过设置参数来适应不同断面积巷道,其测风结果准确性大于95%,其具有自动化程度高、测量准确性高、结构更为优化、无需复杂电缆、适用性更强的优点。

关键词：测风装置六线法测风运动规划无人化适用性

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煤矿巷道顶板离层监测系统设计

工矿自动化 2012年第4期38卷 94-97页

作者：周李兵孙骏驰中煤科工集团常州自动化研究院江苏常州213015 济宁学院计算机系山东济宁273155

针对煤矿巷道顶板离层监测的重要性,提出了一种顶板离层监测系统的设计方案;给出了该系统结构及测点布置方案,详细介绍了用于准确测量顶板离层位移量的围岩移动传感器的硬件及软件设计,并分析了顶板离层位置及顶板离层位移报警阈值的确... 详细信息

针对煤矿巷道顶板离层监测的重要性,提出了一种顶板离层监测系统的设计方案;给出了该系统结构及测点布置方案,详细介绍了用于准确测量顶板离层位移量的围岩移动传感器的硬件及软件设计,并分析了顶板离层位置及顶板离层位移报警阈值的确定方法。实际测试结果表明,该系统实现了对顶板离层位移量的实时监测,测量精度达2.5%。

关键词：巷道顶板离层位移量围岩移动传感器报警阈值

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基于改进PSO算法的煤矿相机参数优化设计

煤矿机电 2023年第5期44卷 1-6页

作者：赵春光周李兵高鹏刘军伟国能神东煤炭保德煤矿山西忻州036600 中煤科工集团常州研究院有限公司天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213003 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

为提升基于PSO算法的煤矿相机参数选取的准确性,提出了一种基于惯性权重调整对粒子群算法进行优化的方法。在优化中在结合e指数法的基础上,通过粒子适应度函数值对惯性权重进行动态调节,在迭代的前期阶段,此时的适应度值较大,根据迭代... 详细信息

为提升基于PSO算法的煤矿相机参数选取的准确性,提出了一种基于惯性权重调整对粒子群算法进行优化的方法。在优化中在结合e指数法的基础上,通过粒子适应度函数值对惯性权重进行动态调节,在迭代的前期阶段,此时的适应度值较大,根据迭代次数对惯性权重进行调整,在迭代的后期阶段,此时的适应度较小,则根据适应度值对惯性权重进行调整,从而达到减少迭代次数、提高精度的目的,通过优化后的算法对张氏标定法得到的相机内参进行调节。为验证算法优化后的效果,对优化参数后的相机进行标定试验,经标定试验可知,改进PSO算法对煤矿相机参数优化后,平均误差为0.4517 piexl、标准差为0.2989 piexl、迭代次数为213次,对比标准的PSO算法、e指数法,能够明显提高相机参数的精准度、降低迭代时间。

关键词： PSO算法改进煤矿相机相机内参