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基于ROTI和AATR的测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁准确性分析

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测绘学报 2024年第7期53卷 1251-1264页

作者：赵东升张雪礼崔双雷王潜心李冠青李龙江李宸栋张克非中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 国家空间科学数据中心北京101407 浙江师范大学浙江金华321004

当前,第25个太阳周期已进入强活跃时期,能引发大量电离层不规则体,进而对使得穿行其中的GNSS信号产生电离层闪烁。这已成为影响GNSS全球稳定导航定位服务的重要干扰源。对全球电离层闪烁进行广泛且全面的监测是消除闪烁对GNSS干扰的重... 详细信息

当前,第25个太阳周期已进入强活跃时期,能引发大量电离层不规则体,进而对使得穿行其中的GNSS信号产生电离层闪烁。这已成为影响GNSS全球稳定导航定位服务的重要干扰源。对全球电离层闪烁进行广泛且全面的监测是消除闪烁对GNSS干扰的重要前提,然而传统电离层闪烁监测接收机(ISMR)分布有限,无法满足闪烁全球监测需求;测地型接收机分布广泛,但从其低采样数据中提取的闪烁因子缺乏新太阳周期长时序监测数据验证,导致其闪烁监测可靠性存疑。为此,本文基于近3 a新太阳周期测地型接收机数据,以ISMR提供的闪烁因子为参考,从代表性空间天气事件闪烁响应、日闪烁发生率、闪烁持续时间概率分布、闪烁日发生规律及其随极昼、极夜、地磁指数的特征变化等方面,对比研究了两种测地型接收机电离层闪烁因子(即电离层总电子含量变化率指数ROTI和沿弧段电子含量变化率指数AATR)监测北极高纬度区域电离层闪烁的准确性,并给出了ROTI和AATR在高纬度区域判断闪烁发生的经验阈值。结果表明,ROTI和AATR均能较为准确探测到地磁扰动、太阳活动等因素驱动的区域电离层闪烁,并能有效表征电离层闪烁统计学上的日变化规律,但两种闪烁因子不能准确区分闪烁和电离层电子密度梯度变化,导致在电子密度梯度变化剧烈期间存在较高虚警。该研究成果可为准确选择区域电离层闪烁监测因子提供指导。

关键词： GNSS 电离层闪烁相位闪烁因子测地型接收机

结合LSTM深度学习和模糊推理控制的巷道掘进机智能联合截割策略与方法

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煤炭学报 2024年

作者：王鹏江沈阳宗凯王东杰吉晓冬吴淼石家庄铁道大学机械工程学院中国安全生产科学研究院清华大学自动化系中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院中国运载火箭技术研究院清华大学车辆运载学院

煤矿巷道掘进作业是井下最危险、工作环境最为恶劣的前端生产环节。与智能综采工作面相比，巷道掘进智能化进展缓慢，“采掘失衡”严重制约了煤炭企业实现高效、智能开采。悬臂式掘进机是我国井下掘进工作面应用最为广泛的机电设备，掘... 详细信息

煤矿巷道掘进作业是井下最危险、工作环境最为恶劣的前端生产环节。与智能综采工作面相比，巷道掘进智能化进展缓慢，“采掘失衡”严重制约了煤炭企业实现高效、智能开采。悬臂式掘进机是我国井下掘进工作面应用最为广泛的机电设备，掘进机能否快速精准截割煤岩直接影响巷道的掘进效率和掘进质量。为此，本文提出一种结合LSTM深度学习和模糊推理控制的巷道掘进机智能联合截割策略与方法，以提高掘进机的掘进效率和智能化水平。首先，通过综合分析掘进机联合截割工况，提出联合截割载荷分级标准，并依此提出一种掘进机联合控制策略。其次，根据此策略提出联合截割控制方法，通过设计LSTM深度学习神经网络控制器实现对截割煤岩载荷等级的精确识别；同时设计模糊推理控制器实现掘进机截割头和截割臂的联合智能调速。最后，基于Simulink软件建立了仿真控制系统，仿真实验结果表明：该方法能够实现对常规工况和复杂工况下掘进机截割头转速和截割臂摆速的联合智能调节，控制过程响应时间在0.6 s内，且基本无超调量，控制准确度高，效果好。此外，与单一控制的先进方法对比表明，本文提出的联合截割控制方法在缩短了响应时间的同时保证了控制方法的稳定性。最后，通过搭建的掘进机远程测控平台设计实验验证了本方法的准确性和有效性，为掘进机器人快速智能掘进的实现提供了技术参考，为之后进一步的优化和工程应用提供了理论基础。

关键词：悬臂式掘进机智能截割 LSTM神经网络算法模糊控制联合截割控制

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多约束条件下的无轨胶轮车路径规划算法研究

能源与环保 2024年第7期46卷 174-183页

作者：胡松涛王艳军中国中煤能源集团有限公司北京100020 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100089

针对无轨胶轮车调度中存在的效率低、不合理等问题,基于传统节约算法增加约束条件,研究了多约束条件下煤矿无轨胶轮车的任务优化以及最短路径规划。通过将传统节约算法的单类型车辆约束改进为多类型车辆,提高了车辆的利用率,降低了车辆... 详细信息

针对无轨胶轮车调度中存在的效率低、不合理等问题,基于传统节约算法增加约束条件,研究了多约束条件下煤矿无轨胶轮车的任务优化以及最短路径规划。通过将传统节约算法的单类型车辆约束改进为多类型车辆,提高了车辆的利用率,降低了车辆的使用成本;提出时间窗约束,提高了胶轮车到达的正点率,改善了人工处理调度作业中存在各种不确定因素而导致的车辆晚点,避免引发一系列不必要的事故;提出货物类型约束,提高了车辆的实载率,改善了“一车一用”的情况;提出最大行驶里程约束,提高了胶轮车运行安全保障,改善了井下的行车环境。采用陕西大海则煤矿胶轮车配送的实际算例,对提出的多约束条件下节约算法进行了实验,算例结果对比表明,在经过多约束条件下节约算法处理后,车辆平均实载率达到90%以上。现场应用结果表明,该方案可以提高胶轮车的配送效能,优化车辆任务,还可以有效地节约成本,满足煤矿现场应用需求。

关键词：节约算法多约束条件路径规划任务优化

高温环境Si_(3)N_(4)陶瓷与M50钢材料的球盘配副与润滑油量对摩擦学行为的影响研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 200-213页

作者：潘盈卓吕宝华马楷刘明辉程洁曹辉白鹏鹏孟永钢田煜中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 中航机载系统有限公司北京100000 中国石化润滑油有限公司合成油脂研究院重庆400039 洛阳LYC轴承有限公司航空精密轴承国家重点实验室河南洛阳417023

针对耐高温轴承的高温润滑问题,采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对轴承用材料Si_(3)N_(4)陶瓷和M50钢展开了高温控油摩擦磨损试验,之后对不同的配副方式进行了高温足量油、乏油的摩擦磨损对比试验.控油试验结果表明:200℃、足量油润滑条件... 详细信息

针对耐高温轴承的高温润滑问题,采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对轴承用材料Si_(3)N_(4)陶瓷和M50钢展开了高温控油摩擦磨损试验,之后对不同的配副方式进行了高温足量油、乏油的摩擦磨损对比试验.控油试验结果表明:200℃、足量油润滑条件下,Si_(3)N_(4)(球)-M50(盘)配副相较于M50钢自配副具有更低的摩擦系数和盘磨损率.M50钢自配副磨损率更容易受到润滑油量的影响.这是由于Si_(3)N_(4)(球)-M50(盘)配副的M50盘表面在摩擦过程中生成了稳定的含磷摩擦反应膜,而M50钢自配副的磨损以磨粒磨损为主,化学反应膜容易被破坏,且磨粒浓度会受到润滑油量的影响.不同配副对比试验结果表明:200℃、3μL油量下,仅M50(球)-Si_(3)N_(4)(盘)配副长摩1 h未发生润滑失效,且能够保持较低的磨损率,除摩擦过程中产生的反应膜能够起到保护作用外,M50钢球表面化学反应膜成膜面积更小,成膜不易受乏油条件的影响也是重要原因.

关键词：耐高温轴承 M50钢 Si_(3)N_(4)陶瓷高温乏油

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非线性谐振无线电能传输系统频率分裂特性

计算机仿真 2024年第09期 162-166页

作者：刘晓阳王嘉鹏田子建樊京中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院南阳理工学院电子与电气工程学院

针对由于频率分裂现象导致无线电能传输系统传输效率降低的问题，采用非线性谐振拓扑替代传统线性谐振拓扑抑制频率分裂进行了研究。首先通过A参数矩阵法得出了求解高阶系统传输效率公式理论方法，并推导了非线性传输系统的效率公式；... 详细信息

针对由于频率分裂现象导致无线电能传输系统传输效率降低的问题，采用非线性谐振拓扑替代传统线性谐振拓扑抑制频率分裂进行了研究。首先通过A参数矩阵法得出了求解高阶系统传输效率公式理论方法，并推导了非线性传输系统的效率公式；分析了非线性谐振传输系统抑制频率分裂现象的原理，在系统产生频率分裂现象的情况下将非线性电感并入次级线圈，可以改善系统的传输特性。并通过仿真测试频率分裂现象对于非线性传输系统的影响。结果表明：在相同频率条件下，非线性传输系统可以推迟传输系统临界耦合状态的出现，且对抑制频率分裂现象具有明显的效果。

关键词：非线性参数频率分裂谐振拓扑过耦合

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考虑风载因素的玻璃幕墙清洁机器人设计

电子器件 2024年第2期47卷 557-563页

作者：李林琛张春芝秦绪杰李磊杨幸北京工业职业技术学院机电工程学院北京100042 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

围绕高楼玻璃幕墙机器人自动清洁中的风载问题,设计了一款考虑风载因素的真空吸盘吸附的框架式爬壁机器人。针对玻璃幕墙清洁机器人的框架式结构进行步态规划。基于空间力学理论建立了玻璃幕墙清洁机器人在风载下的力学平衡模型,得到了... 详细信息

围绕高楼玻璃幕墙机器人自动清洁中的风载问题,设计了一款考虑风载因素的真空吸盘吸附的框架式爬壁机器人。针对玻璃幕墙清洁机器人的框架式结构进行步态规划。基于空间力学理论建立了玻璃幕墙清洁机器人在风载下的力学平衡模型,得到了风载大小与机器人吸盘吸附力之间的力平衡方程。在Workbench中对风载作用下的清洗机器人本体进行了有限元分析,得到了机器人模型的应力云图与变形云图。实验测试结果表明:在极限风载作用下,机器人的最大应力点位于吸盘支架,最大变形点位于主架板中心。在真实风载下对机器人进行攀爬运动仿真分析,机器人可以在极限风载下稳定地工作,不会发生滑移和倾覆,验证了力学模型和设计模型的正确性。

关键词：玻璃幕墙清洁机器人风载作用真空吸附有限元最大应力

千万吨级综放工作面智能化放煤理论及关键技术

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煤炭科学技术 2024年第9期52卷 48-67页

作者：于斌邰阳徐刚李勇李东印王世博匡铁军孟二存重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 晋能控股煤业集团有限责任公司技术中心大同山西037000 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

针对综采放顶煤工作面在智能放煤理论、智能感知与识别关键技术、智能放煤综合决策技术和远程放顶煤智能控制技术方面存在的问题,依托“十三五”国家重点研发计划——千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范,开展了千万吨级综放... 详细信息

针对综采放顶煤工作面在智能放煤理论、智能感知与识别关键技术、智能放煤综合决策技术和远程放顶煤智能控制技术方面存在的问题,依托“十三五”国家重点研发计划——千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范,开展了千万吨级综放工作面智能化放煤理论及关键技术研究,取得如下成果:(1)开展了顶板顶煤组合体压缩试验、煤岩组合体破碎块度分布试验和不同顶板-顶煤条件下综放开采放煤相似模拟试验,阐明了顶板顶煤的破碎-运移的相互作用过程;开发了采空区三维激光空间探测技术,证明了群组放煤过程中顶煤“面接触块体成拱现象;开展以采放协调、高回收率、低含矸率为约束条件的特厚煤层多口群组智能放煤数值模拟,确定了群组放煤口数量;综上,为智能放煤工艺优化提供了可靠理论基础。(2)对工作面煤矸地质信息及物性特征、顶煤放落过程全周期感知要素进行探索研究,形成了包含“顶煤厚度在线探测-煤矸精准识别-煤流动态测量”的综合感知技术体系,为智能化放煤决策技术提供了充分的数据信息支撑。(3)建立了综放面“人-机-环”多源信息数据库,构建了基于采放时间协调、采放空间协调、采放运能协调的特厚煤层综放面采放协调决策模型,开发了基于Q-learning算法的智能放煤决策软件,形成了基于煤矸识别、顶煤厚度探测和过煤量监测感知,结合煤矸运移时序特征和经验数据的人工智能决策技术。(4)研发了智能综放面三机位姿高精度惯导监测与控制技术,实现了采煤机、液压支架、刮板输送机的实时定位、姿态监测及动作控制;开发了智能化矿山融合通信调度系统,构建了智能综放远程综合控制平台,成功实现了“远程一键启动”模式的智能放煤。(5)在塔山矿8222工作面,开展了基于探地雷达的顶煤厚度在线探测技术、融合振动-音频-高光谱的煤矸精准识别技术、基于激光三维扫描的放煤量实时监测技术和综放工作面智能化放煤决策软件的应用,现场顶煤厚度探测、混矸率和放煤量的误差分别控制在10.71%、9.32%和7.8%以内,平均每个放煤循环节省时间约30 min,实现了年产1500万t的综放工作面智能高效放煤。

关键词：特厚煤层智能化煤矸石识别综合决策远程控制

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基于改进残差神经网络的滚动轴承故障检测

计算机仿真 2024年第5期41卷 81-87页

作者：刘晓阳刘旭陈伟王文清中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中煤信息技术(北京)有限公司北京100029 北京工业职业技术学院北京100042

针对在矿井等特殊环境下在面对运算量大的复杂算法时,传统深度学习算法由于运算量大,现场检测设备由于需要消耗大量的资源无法完成现场检测的问题,提出了一种基于改进残差神经网络的滚动轴承故障检测方法。方法通过在卷积残差块和恒等... 详细信息

针对在矿井等特殊环境下在面对运算量大的复杂算法时,传统深度学习算法由于运算量大,现场检测设备由于需要消耗大量的资源无法完成现场检测的问题,提出了一种基于改进残差神经网络的滚动轴承故障检测方法。方法通过在卷积残差块和恒等残差块中加入跳跃连接,尽可能地减少了信息的损失,并且将部分残差块中的普通卷积替换成深度可分离卷积,大大降低了运算量。实验表明,改进残差神经网络能够有效地提取数据的特征信息,提高运算的速度,在解决恶劣环境下大数据量难以现场运算的同时对滚动轴承故障检测的准确率有很大提高,准确率可达99.97%。

关键词：滚动轴承残差神经网络故障检测深度可分离卷积

机器人技术创新实践教学探究——以中国矿业大学(北京)矿山机器人本科实践教学为例

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大学教育 2024年第9期 19-23,28页

作者：杨健健周国昊黄乾坤孙露崔文中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 国能准能集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯010300

在新工科背景下,能源特色工程教育强调本科学生应具备跨学科合作、工程实践、创新思维以及团队协作等多种综合能力,以解决未来能源领域中的复杂问题。课程组立足学校特点、专业特色,聚焦露天矿机器人化自主运输装卸系统最新技术,设计了... 详细信息

在新工科背景下,能源特色工程教育强调本科学生应具备跨学科合作、工程实践、创新思维以及团队协作等多种综合能力,以解决未来能源领域中的复杂问题。课程组立足学校特点、专业特色,聚焦露天矿机器人化自主运输装卸系统最新技术,设计了多技术融合、理实结合的机器人技术创新实践课程,依托国家重点研发计划,结合创新教学实验平台,将露天矿机器人化自主运输装卸系统建设中的智能感知、远程驾驶等知识点纳入课堂教学,将理论知识与实践操作相结合,将课堂教学与工业应用相结合,从而培养具有综合能力的高素质工程人才,达到提高本科实践教学质量的目的。

关键词：新工科工程教育机器人技术课程设计创新实践教学