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结合文本自训练和对抗学习的领域自适应工业场景文本检测

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中国图象图形学报 2024年第10期29卷 3090-3103页

作者：吕学强权伟杰韩晶陈玉忠才藏太北京信息科技大学网络文化与数字传播北京市重点实验室北京100101 青海师范大学省部共建藏语智能信息处理及应用国家重点实验室西宁810008

目的快速检测工业场景中的文本,可以提高生产效率、降低成本,然而数据的标注耗时耗力,鲜有标注信息可用,针对目前方法在应用到工业数据时存在伪标签质量低和域差距较大等问题,本文提出了一种结合文本自训练和对抗学习的领域自适应工业... 详细信息

目的快速检测工业场景中的文本,可以提高生产效率、降低成本,然而数据的标注耗时耗力,鲜有标注信息可用,针对目前方法在应用到工业数据时存在伪标签质量低和域差距较大等问题,本文提出了一种结合文本自训练和对抗学习的领域自适应工业场景文本检测方法。方法首先,针对伪标签质量低的问题,采用教师学生框架进行文本自训练。教师和学生模型应用数据增强和相互学习缓解域偏移,提高伪标签的质量;其次,针对域差距,提出图像级和实例级对抗学习模块来对齐源域和目标域的特征分布,使网络学习域不变特征;最后,在两个对抗学习模块之间使用一致性正则化进一步缓解域差距,提高模型的域适应能力。结果实验证明,本文的方法在工业铭牌数据集的精确率、召回率和F1值分别达到96.2%、95.0%和95.6%,较基线模型分别提高了10%、15.3%和12.8%。同时在ICDAR15和MSRA-TD500数据集上也表现出良好性能,与当前先进的方法相比,F1值分别提高0.9%和3.1%。此外,本文的方法在应用到EAST(efficient and accurate scene text detector)文本检测模型后,铭牌数据集的各指标分别提升5%,11.8%和9.5%。结论本文提出的方法成功缓解了源域与目标域数据之间的差距,显著提高了模型的泛化能力,并且具有良好的通用性,同时模型推理阶段不会增加计算成本。

关键词：场景文本检测领域自适应文本自训练特征对抗学习一致性正则化

10m超大采高智能化开采关键技术及装备研究

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中国煤炭 2024年第7期50卷 82-90页

作者：韩会军韩春福李明忠张金虎张权曾明胜煤炭科学研究总院开采分院北京市朝阳区100013 中煤科工开采研究有限公司北京市朝阳区100013 陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司陕西省榆林市719001 天地科技股份有限公司北京市朝阳区100013

通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,... 详细信息

通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,实现了综采工作面中部到两端头巷道6 m高差的短缓过渡及端头区三角煤高回收率支护;基于综采工作面智能化成套开采装备选型配套,研发了适应10 m超大采高综采工作面的成套开采装备,实现了超大开采空间安全防护、特厚煤层高效截割、超大运量煤流顺畅运输;搭建工作面“采支运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台,支撑10 m超大采高综采工作面安全高效开采。

关键词： 10 m超大采高厚及特厚煤层开采技术及装备智能化开采

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小型农田原状土样采集机器人系统研发与测试

智能化农业装备学报（中英文） 2024年第1期5卷 12-22页

作者：闫全涛李丽霞邱权丛岳北京农学院智能科学与工程学院北京市100096 昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京市100097 江苏丰尚智能科技有限公司江苏扬州225100

农业机器人是农业机械领域的研究热点之一。国内外对温室/农田/果园作业(除草、施肥、喷药、采摘等)机器人移动平台的研究已取得初步成果,但对农田土样采集机器人移动平台的研究鲜有出现。在土壤的物理力学特性研究过程中,原状土壤样品... 详细信息

农业机器人是农业机械领域的研究热点之一。国内外对温室/农田/果园作业(除草、施肥、喷药、采摘等)机器人移动平台的研究已取得初步成果,但对农田土样采集机器人移动平台的研究鲜有出现。在土壤的物理力学特性研究过程中,原状土壤样品的采集是一个重要前提。如果土样的原状度无法保障,后期实验室物理力学测试分析难以得出准确的研究结果。本研究针对这一问题,研发了一台结构紧凑、通过性强、取土质量好、取土效率高的农田土壤采集机器人移动平台,给出了机械系统、控制系统设计方案,并开展了初步的田间试验研究。本研究的主要内容如下:(1)机器人移动平台本体设计方面,确定了差速转向的转向方式;进行了机械系统设计,完成了相关硬件选型分析和控制系统设计以及软件编写。移动平台轴距为960 mm、轮距为600 mm,轮毂电机功率1000 W,实现了基于调速转把和遥控手柄的移动平台协调运动控制,满足试验要求。(2)土样采集装置方面,对分段原状取土装置进行了设计。通过对比分析选用液压传动作为动力源和直压旋入式入土方式。通过理论分析确定了取土器主要技术参数,并对其入土关键部件进行有限元分析,验证了其结构参数设计的合理性。(3)通过田间试验,考察整机的移动性能和取土质量。移动性能测试试验结果表明:最大垂直越障高度80 mm,最大爬坡坡度35°。土样抗剪强度检测试验结果表明:在获取0~200 mm深度土样时,环刀法和新系统所取土样的内摩擦角方差在0.05的置信水平下,P值等于0.866;在获取0~100 mm和100~200 mm深度土样时,环刀法和取土装置所取土样的凝聚力方差在0.05的置信水平下,P值分别为0.145和0.717。取土效率对比试验结果表明:该取土装置完成一次取土仅需3~5 min。

关键词：农业机器人移动平台农田原状土样取土器

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矮化密植果园多臂采摘机器人任务规划

农业工程学报 2021年第2期37卷 1-10页

作者：李涛邱权赵春江谢丰北京市农林科学院北京农业智能装备技术研究中心北京100097 北京市农林科学院北京农业信息技术研究中心北京100097 江苏大学农业工程学院镇江212000

为提高矮化密植果园多机械臂采摘机器人的协同作业效率,该研究对存在重叠访问域的多臂协同采摘机器人任务规划进行分析,将多臂协同任务规划问题归纳为异步重叠访问域的多旅行商问题,给出了基于遗传算法的优化求解方法。试验结果表明:该... 详细信息

为提高矮化密植果园多机械臂采摘机器人的协同作业效率,该研究对存在重叠访问域的多臂协同采摘机器人任务规划进行分析,将多臂协同任务规划问题归纳为异步重叠访问域的多旅行商问题,给出了基于遗传算法的优化求解方法。试验结果表明:该研究所提任务规划算法在求解4个机械臂采摘43和90颗果实的任务规划问题时,分别在500和2000次迭代后收敛,相比于随机遍历算法,作业遍历时长可缩短40.97%和54.98%;采摘90颗果实,单机械臂的遍历时长约为该方法的4.28倍;采摘3种不同分布条件下的28颗果实,相比于顺序规划法和随机遍历法,该方法的作业遍历时长分别缩短10.69%和27.18%、20.45%和23.33%以及12.94%和21.69%。综上,基于遗传算法的任务规划方法能够协调规划多臂采摘机器人系统的作业任务,确保各个机械臂避免发生冲突,以较短时间遍历所有目标果实,提升作业效率。研究结果可为其他多机械臂采摘机器人任务规划提供参考。

关键词：机器人控制收获任务规划协同作业旅行商问题遗传算法

Map Construction Fusing Environmental Information and Motion Constraints

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Map Construction Fusing Environmental Information and Motion...

基于自适应系数卡尔曼滤波的农业移动机器人组合定位

2021中国智能自动化大会(CIAC2021)

作者： Na Sun Zhengqiang Fan quan qiu Tao Li Chunjiang Zhao beijing research center of intelligent equipment for agriculture Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences College of Engineering and Technology Southwest University College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F University beijing research center for Information Technology in agriculture Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences

Robots are expected to replace humans in performing scientific expedition tasks, which greatly reduces the essential impact of human basic survival on scientific expedition activities, and improve the space-time coverage of scientific expedition activities in polar regions. However, the polar regions have complex topographic features, such as the edge of the glacier on the Qinghai-Tibet Plateau is steep and the inland is relatively flat, which undoubtedly brings great challenges to realize the safe and autonomous navigation of unmanned ground vehicles. For glacier area of the Qinghai-Tibet Plateau, accurately converting environmental information into the map that robots can understand is an important part of path planning, that is, mapping. This paper proposes a method of constructing an occupancy grid map for large-scale point cloud data, taking into account the movement constraints and terrain information of the mobile platform. By dividing and rasterizing the sub-point cloud, the state of the raster can be judged according to the normal, elevation and other information. Finally, we carried out path planning based on the A* on the raster map.

关键词： Global path planning Metric map Terrain A* Glacier

来源： cnki会议评论

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农业机械学报 2022年第S1期53卷 36-43页

作者：邱权胡青含樊正强孙娜张喜海北京石油化工学院人工智能研究院北京102617 东北农业大学电气与信息学院哈尔滨150030 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 西南大学工程技术学院重庆400715

基于全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)的定位导航技术在半结构化、半开放式农业应用场景的部分区域,可能由于存在作物遮挡而导致GNSS接收信号出现短暂丢失的情况,进而影响机器人定位导航精度,甚至对作物和工... 详细信息

基于全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)的定位导航技术在半结构化、半开放式农业应用场景的部分区域,可能由于存在作物遮挡而导致GNSS接收信号出现短暂丢失的情况,进而影响机器人定位导航精度,甚至对作物和工作人员造成伤害。针对这一问题,本文开展了农业遮挡环境下的GNSS与惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)的组合定位方法研究。搭建了用于多传感器定位导航实验的农业机器人系统,该系统由履带式移动平台、GNSS、INS等硬件和ROS(Robot operation system)操作系统、远程操控界面等软件构成。提出了引入自适应系数的GNSS/INS组合定位卡尔曼滤波算法,当GNSS无法进行差分定位或定位数据产生跃变时,通过自适应卡尔曼滤波能够切换到INS定位,从而实现机器人自身位置、姿态的最优估计。在典型农业遮挡场景(果园)进行了实地组合定位实验,并通过GNSS单通道定位、INS单通道定位、常规卡尔曼滤波融合定位、引入自适应系数的卡尔曼滤波定位等4种定位方法的对比,验证了本文提出算法的有效性。现场实验表明:定位过程中,当100 m×20 m的实验区域内出现30 m×6 m的高遮挡区域时,与GNSS定位信息测量方法、INS航迹推算定位方法以及常规卡尔曼滤波组合定位方法相比,自适应系数卡尔曼滤波组合定位方法定位精度分别提升62.1%、48.5%、47.7%。

关键词：农业移动机器人组合定位全球导航卫星系统惯性导航系统自适应系数卡尔曼滤波

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果园移动机器人自主导航研究进展

中国农机化学报 2022年第5期43卷 156-164页

作者：李雪峰李涛邱权樊正强孙娜广西大学机械工程学院南宁市530004 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京市100097

果园移动机器人自主导航是实现果园智能机器人化作业的前提,是保障机器人在无人操控的情况下完成多功能作业的基础功能。介绍和分析果园移动机器人自主导航技术研究现状,重点讨论果园移动机器人不同导航技术、导航数据处理算法和导航控... 详细信息

果园移动机器人自主导航是实现果园智能机器人化作业的前提,是保障机器人在无人操控的情况下完成多功能作业的基础功能。介绍和分析果园移动机器人自主导航技术研究现状,重点讨论果园移动机器人不同导航技术、导航数据处理算法和导航控制策略。首先,针对单传感器果园导航存在的局限性,得出具有更高精度和鲁棒性的多传感器信息融合方案是未来果园导航主流趋势的结论;其次,介绍当前主流的果园导航数据处理算法,明确其对环境感知和路径规划的支撑作用;最后讨论果园移动机器人常用路径跟踪导航控制策略。通过对果园移动机器人自主导航研究现状进行较为全面的分析和介绍,有助于推动果园移动机器人研究的理论创新和快速发展。

关键词：果园移动机器人自主导航多传感器融合计算方法控制策略

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激光传感器在农业中的应用

北方园艺 2019年第20期 150-156页

作者：孙娜王艳君邱权樊正强河北农业大学机电工程学院河北保定071000 北京农业智能装备技术研究中心北京100097 西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100

激光传感作为一种新型传感技术,能够通过非接触方式获取目标物形态特征。相比其它类型的传感器,该传感器具有精确度高、扫描速度快、分辨率高以及抗干扰能力强等特点。因此,该传感器已经被广泛用于农业应用研究。该研究从激光传感器的... 详细信息

激光传感作为一种新型传感技术,能够通过非接触方式获取目标物形态特征。相比其它类型的传感器,该传感器具有精确度高、扫描速度快、分辨率高以及抗干扰能力强等特点。因此,该传感器已经被广泛用于农业应用研究。该研究从激光传感器的测距原理和在农业中的应用2个方面进行阐述。激光传感器的测距原理分为三角测距法、TOF法和干涉法。后2个方法的精度高,但对硬件设备的要求也相对较高,针对不同的应用场景选用合适的激光传感器可以有效提高作业效率。目前,激光传感器在农业中的应用主要包括农业机械自主导航、农田地形测绘和作物生长状况监测3个方面。农业机械通过安装激光测距仪可以帮助实现自主导航,如障碍物识别和路径规划;使用激光测距仪对农田地形进行测绘,有助于人为改善土地的平整度,从而提高灌溉用水利用率;作物在生长过程中,通过将激光传感器与其它传感器结合使用,能够实现监测作物的生长状态以便及时的人为补充作物生长过程所需要的营养物质。

关键词：激光传感器农业导航避障表型

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小型移动式农业机器人研究现状及发展趋势

中国农机化学报 2019年第5期40卷 178-186页

作者：闫全涛李丽霞邱权张兆国孟志军昆明理工大学现代农业工程学院昆明市650500 北京农业智能装备技术研究中心北京市100097

农业机器人在提高农业劳动生产率,改善农业生产作业条件,缓解农业劳动力不足现状,实现农业的规模化、精准化生产模式等方面具有极大的应用潜力。本文拟对国内外小型移动式农业机器人的相关研究进行初步探讨和分析,介绍小型移动式农业机... 详细信息

农业机器人在提高农业劳动生产率,改善农业生产作业条件,缓解农业劳动力不足现状,实现农业的规模化、精准化生产模式等方面具有极大的应用潜力。本文拟对国内外小型移动式农业机器人的相关研究进行初步探讨和分析,介绍小型移动式农业机器人的分类,总结归纳现有小型移动式农业机器人具有作业环境复杂、使用对象特殊等几大特征,提出造价昂贵、智能化程度低等阻碍小型移动式农业机器人广泛应用的几大障碍和待突破的环境感知、定位导航等关键技术,并在此基础上对我国小型移动式农业机器人的未来发展趋势进行预测。

关键词：农业机器人小型移动式分类瓶颈问题未来趋势