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基于图像与点云融合的巷道锚护孔位识别定位方法

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 249-261页

作者：王宏伟李进闫志蕊郭军军张夫净李超太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对... 详细信息

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对煤矿井下低照度、水雾和粉尘等环境因素导致的锚孔轮廓成像模糊的问题,采用IA(Image-Adaptive)-SimAM-YOLOv7-tiny网络对巷道待锚护孔位进行视觉识别,该网络能够自适应地增强图像亮度和对比度,恢复锚孔边缘的高频信息,并使模型重点关注锚孔特征,提高锚孔检测的成功率;②求解激光雷达和工业相机联合标定的外参矩阵,将图像检测的锚孔边界框通过透视投影关系生成锥形感兴趣区域(Region Of Interest,ROI),获得对应的目标点云团簇;③采用点云处理算法提取锚护孔位边界点云,获得孔位中心坐标及其法向量,并通过坐标深度差比较判断锚孔识别的正确性。文中搭建了锚杆台车机械臂钻孔定位系统,对算法自主定位的精度以及准确度进行验证,试验结果表明:IA-SimAM-YOLOv7-tiny模型的平均精度均值(Mean Average Precision,mAP)为87.3%,较YOLOv7-tiny模型提高了4.6%;提出的融合算法定位误差为3 mm,单锚孔情况下系统平均识别时间为0.77 s,与单一视觉方法相比,采用激光与视觉多源融合不仅可以降低环境和小样本训练对定位性能的影响,而且可以获得锚护孔位的法向量,为机械臂调整钻孔位姿实现精准锚固提供依据。

关键词：锚孔精准定位图像识别点云处理激光雷达和相机联合标定数据融合

基于标签语义信息感知的少样本命名实体识别方法

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 413-421页

作者：张越王长征苏雪峰闫智超张广军邵文远李茹山西大学计算机与信息技术学院太原030006 山西同方知网数字出版技术有限公司太原030032 山西工程科技职业大学现代物流学院晋中030609 山西大学计算智能与中文信息处理教育部重点实验室太原030006

在少样本命名实体识别方法中,目前广泛应用的方法是基于原型网络的两阶段模型。但是,该方法未充分利用实体标签中的语义信息,且在距离计算中过度依赖实体类型原型向量,导致模型泛化能力差。针对这些问题,提出一种基于标签语义信息感知... 详细信息

在少样本命名实体识别方法中,目前广泛应用的方法是基于原型网络的两阶段模型。但是,该方法未充分利用实体标签中的语义信息,且在距离计算中过度依赖实体类型原型向量,导致模型泛化能力差。针对这些问题,提出一种基于标签语义信息感知的少样本命名实体识别方法。该方法是一种先进行实体跨度检测,再判断实体类型的两阶段方法。在构建实体类型原型向量时,将对应实体类型包含的语义信息考虑在内,通过维度转换层将其与原型向量相融合。在对新样本进行实体识别时,将实体类型的正负样本与实体类型原型向量组成实体类型三元组,依据样本到三元组的距离对其进行分类。在多个数据集上的实验结果证明,该模型的性能比以往的模型有较大的提升。

关键词：少样本命名实体识别标签语义信息感知实体类型三元组原型网络

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关帝山3个典型森林群落优势种的氮素利用策略差异

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林业科学 2024年第2期60卷 12-20页

作者：张芸香吕世琪刘泰瑞李晋芳郭晋平山西农业大学林学院太谷030801 山西文峪河国家级湿地公园管理局交城030599

【目的】研究关帝山林区华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个典型森林群落优势种的新生枝叶氮含量、地上生物量和氮利用效率对5个土壤施氮梯度的差异化响应,阐明3个森林群落优势种不同的氮利用功能特性和氮利用策略,为氮沉降背景下的森林... 详细信息

【目的】研究关帝山林区华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个典型森林群落优势种的新生枝叶氮含量、地上生物量和氮利用效率对5个土壤施氮梯度的差异化响应,阐明3个森林群落优势种不同的氮利用功能特性和氮利用策略,为氮沉降背景下的森林质量提升和精准经营提供理论依据。【方法】采用野外5梯度土壤氮(0、9、18、27和36 g·m^(−2) a^(−1))添加试验的方法,比较3个森林群落优势种和群落总体的新生枝叶氮含量、地上新增生物量和氮利用效率对土壤不同施氮量的响应;采用线性模型拟合地上新增生物量随新生枝叶氮含量、氮利用效率和土壤氮素供应水平的变化过程;通过构建结构方程模型,分析土壤氮添加影响地上新增生物量的作用路径。【结果】3个群落优势种的新生枝叶氮含量总体表现为华北落叶松华北落叶松>沙棘,生长盛期的枝叶氮含量都高于末期,生长期之间的差异也表现为白桦>华北落叶松>沙棘;新生枝和新生叶在生长盛期和末期的氮含量都有随施氮量增加而增加的趋势,但3个优势种的变化表现出显著不同的趋势,饱和施氮量和饱和氮含量均表现为华北落叶松沙棘林>白桦林;群落氮利用效率都随施氮量增大而降低,以华北落叶松林的降幅最大,沙棘林最小,也随优势树种枝叶氮储量的升高而降低,以白桦林降幅最大,沙棘林最小;群落优势种和群落类型对群落新生枝叶氮储量和氮素利用效率直接作用显著,也受施氮量的影响,进而正向驱动群落新增生物量积累。【结论】华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个森林群落新增生物量的差异主要取决于群落类型及其优势种的差异,直接受群落优势种的氮利用效率和新生枝叶氮含量的影响,并受土壤供氮水平的调节;三者的氮利用策略分异表现在氮需求、氮利用效率、环境氮敏感性、饱和氮供应水平4个方面;依次表现为“低需求-高效率-高敏感-低饱和”、“较低需求-低效率-较高敏感-较低饱和”和“固氮型-高需求-低效率-低敏感-高饱和”3个氮利用策略类型,可为不同氮沉降情境或林地氮含量水平下的林分优势树种选择、结构调控和林地精准管理提供依据。

关键词：土壤氮添加氮利用效率氮利用策略优势树种典型森林群落关帝山林区

用于C_(3)H_(6)/N_(2)分离的PDA@PEBA2533膜的制备

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化工进展 2024年第1期43卷 437-446页

作者：杜翠花张茜王晓东黄伟周明太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024 吕勒奥理工大学化工系瑞典吕勒奥市97187

为回收聚丙烯制备尾气中的丙烯,采用本实验室独创的浸渍-旋转法在聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)膜层制备出对C3H6具有更强亲和性的PDA@PEBA2533膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对PDA颗粒和膜进行表... 详细信息

为回收聚丙烯制备尾气中的丙烯,采用本实验室独创的浸渍-旋转法在聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)膜层制备出对C3H6具有更强亲和性的PDA@PEBA2533膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对PDA颗粒和膜进行表征。考察了PDA沉积时间对膜形貌、结构以及分离性能的影响,也考察了温度和压力等操作条件对膜分离性能的影响。探索了PDA@PEBA2533膜对不同C3H6浓度的C_(3)H_(6)/N_(2)混合气的分离效果以及膜的长时间分离稳定性。结果表明,沉积PDA于PEBA2533膜表面有效提高了膜的分离性能。当沉积时间不小于24h时,可得到连续的PDA膜层,随沉积时间的增加,膜层逐渐增厚,气体渗透速率先增大后减小,选择性持续上升,沉积24h所制备的膜分离性能最佳。增大操作温度和压力,膜对C3H6和N2的渗透速率均增大,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性则降低。增大混合气中C3H6浓度,膜对C3H6的渗透速率和选择性均呈现先上升后下降的趋势。在所制备的分离性能最好的PDA@PEBA2533膜上,0.2MPa时,对C3H6体积分数为20%的混合气,温度从0℃提高到50℃,C3H6渗透速率从8.25GPU增加到71.42GPU,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性从22.92降低至10.14。在130h的气体分离实验中,该膜表现出良好的稳定性。该膜与其他分离C_(3)H_(6)/N_(2)混合气膜相比具有一定的优势。

关键词： C_(3)H_(6)/N_(2)混合气分离浸渍-旋转法聚多巴胺@聚醚嵌段共聚酰胺膜

HZSM-22的粒径调控及Pt/HZSM-22的正十二烷加氢异构催化性能

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化工进展 2024年第3期43卷 1309-1317页

作者：陈风王宣德黄伟王晓东王琰太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024 太原理工大学化学工程与技术学院山西太原030024 国能寿光发电有限责任公司山东潍坊262714

通过调控合成液中的水含量,采用过饱和溶液法,在静态水热条件下合成了三种不同c轴长度的ZSM-22分子筛,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、N2物理吸附、NH3-程序升温脱附和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-FTIR)表征。并以所制备的ZSM... 详细信息

通过调控合成液中的水含量,采用过饱和溶液法,在静态水热条件下合成了三种不同c轴长度的ZSM-22分子筛,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、N2物理吸附、NH3-程序升温脱附和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-FTIR)表征。并以所制备的ZSM-22分子筛为酸性载体,在其上负载0.5%(质量分数)的金属Pt作为加(脱)氢活性位点,制备成Pt/ZSM-22双功能催化剂。以正十二烷为探针分子,进行正构烷烃加氢异构化反应,考察了分子筛合成液中水含量对Pt/ZSM-22催化剂加氢异构化性能的影响。结果表明,随着合成液中水含量减少,ZSM-22分子筛粒径减小。但是当水含量低到一定值时,会有方英石和ZSM-5杂晶生成。当分子筛合成液摩尔组成为SiO_(2)∶Al_(2)O_(3)∶K_(2)O∶DEA∶H_(2)O=1∶0.01∶0.08∶0.29∶28时,获得的HZSM-22在所合成的三种分子筛中拥有最多的中、强Brønsted酸量以及较短的c轴长度,对应的双功能催化剂Pt/HZSM-22表现出最佳催化性能。在320℃时,正十二烷转化率为73.24%,异构烷烃收率为57.92%,异构烷烃选择性为79.09%,尤其是中心位置甲基异构体5-甲基十一烷的选择性达到了17.66%。

关键词：过饱和溶液法 ZSM-22分子筛 c轴长度正十二烷加氢异构化

基于改进A*和势场法的轮式煤矿救援机器人路径规划

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煤炭科学技术 2024年第8期52卷 159-170页

作者：王宏伟李超梁威姚林虎李永安太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心山西太原030024

煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容... 详细信息

煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容易偏离预设路线或与路口壁面发生剐蹭。为了克服这些问题并提高机器人的导航精度,提出了针对轮式煤矿救援机器人的路径规划算法改进方案:①改进启发式全局路径规划A*算法,通过分层邻域搜索与剪枝的方法改进邻域搜索方式,优化代价函数以更好地平衡实际代价和启发式代价的影响,更准确地评估每个节点的代价,使其适应实际情况且缩减了计算量,并利用B样条方法对路径进行平滑处理;②利用随机样本一致算法(RANSAC)构建煤矿巷道壁面的几何模型,以便提取交叉路口特征点坐标纳入规划系统,利用B样条曲线基函数的局部支撑性优化路径,当后续添加路径优化点时,仅影响相应区间的曲线形状,对路径的其余部分不产生影响;③根据构建的环境几何模型和提取的特征点建立综合局部势场,引入调整系数优化势场分布,并使用粒子群算法(PSO)优化的PID算法实现运动控制,增强机器人针对巷道交叉口等复杂环境通行的适应能力。通过MATLAB和机器人操作系统(ROS)仿真验证了算法原理与应用的可行性,结果表明该方法可以实现在复杂交叉环境中路径规划、自主行驶等功能。

关键词：煤矿救援机器人路径规划 B样条方法势场控制 PID控制算法

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可重构性和解耦性轮腿式机械腿构型综合方法

兵工学报 2024年第8期45卷 2658-2666页

作者：潘武星李瑞琴中北大学机械工程学院山西太原030051

基于螺旋理论和可重构机构运动分岔原理,综合出一组完全解耦的可重构轮腿式混联机械腿构型。根据机械腿轮、腿模式自由度需求,分析了机械腿轮腿变换机理,进而综合和筛选出5种主运动支链。基于轮腿变换机理,提出约束支链布局原理和方案,... 详细信息

基于螺旋理论和可重构机构运动分岔原理,综合出一组完全解耦的可重构轮腿式混联机械腿构型。根据机械腿轮、腿模式自由度需求,分析了机械腿轮腿变换机理,进而综合和筛选出5种主运动支链。基于轮腿变换机理,提出约束支链布局原理和方案,基于螺旋理论构造约束支链,根据主运动支链及约束支链几何条件,进行运动副轴线变换及运动副分解、组合,最终得到134种约束支链。基于并联机构运动解耦概念,导出驱动副选取条件,确定各约束支链上的驱动副位置。通过实例验证机械腿的可重构性和解耦性。研究结果表明:综合出的机械腿基于约束奇异实现轮腿模式切换,减少了构态变换所需的时间消耗,使模式切换更加高效;由于结构约束的存在,轮式运动时,无需锁死与腿模式运动相关的关节,减少了能量消耗及驱动控制难度。

关键词：轮腿式机械腿构型综合约束支链可重构性解耦性

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融合视觉特征的光伏组件语义分割模型研究

太阳能学报 2024年第4期45卷 500-511页

作者：王银沈灵鑫李茂环王健安李小松太原科技大学电子信息工程学院太原030024 南京迪锐科技有限公司南京211500

针对光伏组件红外图像的分割问题,使用MobileNetv2作为DeepLabv3+的主干特征提取网络并使用位置通道注意力模块减少背景干扰,引入混合条带池化对ASPP模块进行优化,帮助模型进一步捕获全局和上下文信息。针对检测困难的屋顶光伏组件设计D... 详细信息

针对光伏组件红外图像的分割问题,使用MobileNetv2作为DeepLabv3+的主干特征提取网络并使用位置通道注意力模块减少背景干扰,引入混合条带池化对ASPP模块进行优化,帮助模型进一步捕获全局和上下文信息。针对检测困难的屋顶光伏组件设计DeepLabv3-T网络,在上述改进的基础上融入纹理信息进行选择性背景抑制,实现光伏组件的精确分割。在PV_large和PV_roof数据集上进行实验证明该文方法优于现有技术,DeepLabv3-T相较于DeepLabv3+,mIoU值分别提高了2.74%和10.53%。此外,设计消融实验表明各个改进模块的有效性。

关键词：光伏组件语义分割深度学习图像纹理 deeplab 注意力机制

生物炭对四环素和铜复合污染土壤生菜生长及污染物累积的影响

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环境科学 2024年第5期45卷 3037-3046页

作者：郑晨格裴欢欢张亚珊李嘉欣刘奋武乔星星秦俊梅山西农业大学资源环境学院太谷030800

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05)... 详细信息

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05).添加不同生物炭可以在不同程度上提高生菜生理指标中硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量,降低丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性,在幼苗期和成熟期生物炭对生菜生理指标的影响趋势一致.与CK相比,添加生物炭后生菜地上部和地下部的TC和Cu含量均有不同程度的降低,生菜地上部TC和Cu分别降低了2.49%~92.32%和12.79%~36.47%,地下部TC和Cu分别降低了12.53%~55.64%和22.41%~42.29%.相关性分析表明,生菜硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量与生菜TC含量呈显著负相关,丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性与生菜TC含量呈显著正相关,生菜抗性基因与TC含量呈显著正相关(P<0.05).总体趋势上,改性生物炭对提高生菜生长及降低污染物累积的效果优于原生物炭,其中改性谷子秸秆生物炭的修复效果最佳.

关键词：生物炭四环素(TC) 铜(Cu) 四环素类抗生素抗性基因(TC ARGs) 生菜