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基于混合射线追踪的矿井电磁波分析方法

煤炭学报 2022年第7期47卷 2834-2843页

作者：孙继平张高敏中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

矿井无线通信设备的传输距离和天线安装位置有关,为不影响行人和行车,无线通信设备天线一般安装在顶板或巷帮附近,因此需要研究适用于收发天线位于顶板或巷帮附近时矿井电磁波的分析方法及电磁波传播特性。首先用射线追踪法计算出收发... 详细信息

矿井无线通信设备的传输距离和天线安装位置有关,为不影响行人和行车,无线通信设备天线一般安装在顶板或巷帮附近,因此需要研究适用于收发天线位于顶板或巷帮附近时矿井电磁波的分析方法及电磁波传播特性。首先用射线追踪法计算出收发点在巷帮或顶板附近时的接收信号强度明显高于其位于巷道截面中心附近的接收信号强度,证明了射线追踪法不适用于研究收发点同时位于巷帮附近时的电磁波传播特性。在传统射线追踪法的基础上,提出了修正射线追踪模型,设计了发射点或接收点位于顶板和巷帮交界线上以及在同一顶板或巷帮时有效射线的判定方法,细化了每个反射点入射能量的路径损耗和反射损耗,减小了射线追踪法计算信号强度的波动范围,并扩大了该方法在巷道内的适用范围。为进一步提高射线追踪法在整个巷道截面内的适用性,在修正射线追踪模型和位置衰减系数的基础上,提出了混合射线模型,给出位置衰减系数的定义和表达式,在煤矿辅助运输巷道内开展了收发天线在巷道内不同水平位置处接收信号强度变化的测量实验,根据现场测量数据和修正射线追踪模型的仿真数据,计算出天线沿巷道水平位置变化的水平位置衰减系数。实验表明:相同误差条件下,修正射线追踪模型在巷道截面中心区域外的适用范围比传统射线追踪法提高了25%。混合射线追踪法在整个巷道水平范围内仿真值和测量值之间的纵向平均误差均小于5 dB。这表明,提出的混合射线追踪法扩大了传统射线追踪法的适用范围,可以更准确地计算出天线靠近巷帮时,矿井电磁波传播特性,为矿井无线通信设备天线的安装、优化布置提供指导。

关键词：混合射线追踪矿井电磁波矿井无线通信天线位置传播特性衰减系数

基于卡尔曼滤波和指纹定位的矿井TOA定位方法

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中国矿业大学学报 2014年第6期43卷 1127-1133页

作者：孙继平李晨鑫中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

分析了矿井巷道中的设施及设备导致的无线信号传播NLOS时延特点,采用几何光学方法论证了NLOS时延参考模型在矿井巷道环境中的适用性并提出矿井巷道NLOS时延分为巷道突发NLOS时延和巷道固定NLOS时延,为了消除NLOS时延对TOA定位精度的不... 详细信息

分析了矿井巷道中的设施及设备导致的无线信号传播NLOS时延特点,采用几何光学方法论证了NLOS时延参考模型在矿井巷道环境中的适用性并提出矿井巷道NLOS时延分为巷道突发NLOS时延和巷道固定NLOS时延,为了消除NLOS时延对TOA定位精度的不利影响,提出基于卡尔曼滤波和指纹定位的矿井TOA定位方法.对于机车及不规律设置设备造成的巷道突发NLOS时延,提出基于卡尔曼滤波的方法消除其对TOA数据造成的较大误差,在此基础上提出基于历史和卡尔曼阈值的最近邻居指纹定位方法,抑制固定设施及规律设置设备造成的巷道固定NLOS时延引起的定位误差.结果表明,本文方法的定位性能优于SDS-TWR方法和基于SDS-TWR的指纹定位方法,定位实验的平均误差分别降低了3.6,1.2 m,提高了矿井TOA定位的精度,实现矿井人员的精确定位.

关键词：矿井人员定位 TOA NLOS 卡尔曼滤波指纹定位

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智能响应蓝相液晶光子晶体

化学进展 2022年第12期34卷 2588-2603页

作者：王萌宋贺祝伊飞中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

具有刺激响应性的智能驱动材料已成为材料科学领域的研究热点之一。液晶的超分子自组装结构与其刺激响应特性使其在新型智能功能材料的开发应用上具有天然优势。蓝相液晶由于其独特的三维超分子自组装结构、软物质特性以及可见光波段的... 详细信息

具有刺激响应性的智能驱动材料已成为材料科学领域的研究热点之一。液晶的超分子自组装结构与其刺激响应特性使其在新型智能功能材料的开发应用上具有天然优势。蓝相液晶由于其独特的三维超分子自组装结构、软物质特性以及可见光波段的选择性光反射,被认为是最具潜力的智能光子晶体材料之一。在温度、光照、电场、湿度等外场刺激作用下,蓝相超分子自组装结构的晶体学参数或相态非常容易发生变化,造成光子带隙的改变进而呈现出反射颜色的变化。因此,蓝相的外场响应性能及在智能材料上的应用引起了研究者的广泛关注。本文综述了智能响应蓝相液晶光子晶体外场响应性能方面的前沿动态,对蓝相液晶光子晶体的光、磁、电、力、湿度响应等方面取得的系列重要的研究成果进行了总结,并对该领域目前存在的挑战以及未来发展趋势做出展望。

关键词：智能材料蓝相液晶光子晶体刺激响应

基于自适应小波变换的煤矿降质图像模糊增强算法

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煤炭学报 2020年第12期45卷 4248-4260页

作者：范伟强刘毅中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

为解决矿井下复杂光照条件导致视频监控系统中的图像降质问题,提出基于自适应小波变换的煤矿降质图像模糊增强算法。首先,通过多尺度小波分解将矿井降质图像分解为低频子图和不同尺度的高频子图,采用贝叶斯估计的小波收缩阈值方法,自适... 详细信息

为解决矿井下复杂光照条件导致视频监控系统中的图像降质问题,提出基于自适应小波变换的煤矿降质图像模糊增强算法。首先,通过多尺度小波分解将矿井降质图像分解为低频子图和不同尺度的高频子图,采用贝叶斯估计的小波收缩阈值方法,自适应调整不同尺度下高频子图的小波阈值;其次,设计了引入自适应权值因子和自适应增强系数的自适应小波阈值函数,在保持了阈值函数连续性的同时也能够避免产生固定偏差,从而实现了对不同尺度下高频子图的收缩阈值滤波和非线性增强;接着,采用双边滤波算法估计并去除低频子图中的照度分量,并对处理后的低频子图和各尺度高频子图进行小波重构,获取增强后的小波重构图像;最后,采用改进的隶属度函数和模糊增强算子对小波重构图像的亮度分量进行调整,得到最终增强图像。采用主观视觉和客观评价指标对降质图像增强实验进行分析验证,实验结果表明:所述算法具有最优的图像增强效果,能够有效抑制图像噪声、增强图像细节特征、降低图像失真、改善降质图像视觉效果,且克服了传统图像增强算法在矿井复杂光照条件下的局限性,具有较强的鲁棒性。其综合性能指标较CLAHE,SSR,MSR,BF-DCP,DGR,MSWT及PGCHE七种算法,分别提高4.42%,4.95%,15.35%,196.60%,88.93%,10.52%和12.10%。

关键词：小波变换降质图像模糊增强贝叶斯估计阈值函数双边滤波

基于特征融合的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别方法

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煤炭学报 2023年第S2期48卷 638-646页

作者：余星辰李小伟中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

为解决煤矿瓦斯与煤尘爆炸灾害报警方法监测手段单一、监测技术落后、误报率和漏报率高等问题,提高煤矿瓦斯和煤尘爆炸识别的准确率,提出了基于特征融合的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别方法:在煤矿井下重点监测区域安装矿用拾音器,实时采... 详细信息

为解决煤矿瓦斯与煤尘爆炸灾害报警方法监测手段单一、监测技术落后、误报率和漏报率高等问题,提高煤矿瓦斯和煤尘爆炸识别的准确率,提出了基于特征融合的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别方法:在煤矿井下重点监测区域安装矿用拾音器,实时采集煤矿井下设备工作声音和环境音等,将采集的声音信号通过提取由梅尔倒谱系数和Gammatone滤波器倒谱系数构成的新混合特征MGCC,通过主成分分析的方法提取其前9维特征值构成表征声音信号的特征向量,输入支持向量机中训练得到煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型;待测声音样本通过提取其特征向量,输入到训练好的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型中,得到分类识别结果;并通过实验验证。首先,通过声音信号的特征提取实验分析通过MGCC和主成分分析提取的声音信号特征的特点,不同时长的同一声音信号特征值分布稳定,且差异不大;同一时长的不同声音信号特征值分布差异明显,因此通过MGCC和主成分分析提取声音信号的特征向量可有效表征声音信号;其次,由识别实验结果可以得知,所提识别方法的识别率达到97%,高于比对算法;最后,通过贝叶斯超参数优化实验结果可知,优化后的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型明显优于优化前的识别模型,能够满足煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知和报警需求。

关键词：瓦斯和煤尘爆炸声音识别特征提取特征融合主成分分析

增强序分量选相元件适应性的光伏并网逆变器序阻抗角重构方案

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电力自动化设备 2022年第1期42卷 133-139页

作者：梁营玉卢正杰中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

光伏电源的拓扑结构和控制方法与同步发电机有着显著差异,故其故障特性相较同步发电机产生了实质性的改变,恶化了传统序分量选相元件的动作性能。推导了将抑制负序电流作为控制目标时光伏电源的序阻抗表达式,详细分析了序分量选相元件... 详细信息

光伏电源的拓扑结构和控制方法与同步发电机有着显著差异,故其故障特性相较同步发电机产生了实质性的改变,恶化了传统序分量选相元件的动作性能。推导了将抑制负序电流作为控制目标时光伏电源的序阻抗表达式,详细分析了序分量选相元件受光伏电源影响的机理。提出了一种新型光伏电源控制方案,通过重构光伏并网逆变器的序阻抗角来模拟同步发电机的故障特性,从而辅助序分量选相元件正确判断故障类别。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了所提控制方案的有效性和可靠性。

关键词：光伏电源选相元件故障序阻抗并网逆变器序阻抗角重构

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局部约束的自学习煤岩识别方法

煤炭学报 2018年第9期43卷 2639-2646页

作者：伍云霞孟祥龙中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

针对训练样本不足情况下的煤岩图像识别问题,提出了一种局部约束的自学习(LCSL)煤岩识别方法。该方法首先从辅助数据中通过局部约束的字典优化模型获取高层结构特征,这些辅助数据是无标签的非煤岩自然图像,与煤岩图像的特征分布不同,且... 详细信息

针对训练样本不足情况下的煤岩图像识别问题,提出了一种局部约束的自学习(LCSL)煤岩识别方法。该方法首先从辅助数据中通过局部约束的字典优化模型获取高层结构特征,这些辅助数据是无标签的非煤岩自然图像,与煤岩图像的特征分布不同,且更容易获取;然后利用学习的高层结构特征结合局部约束线性编码提取煤岩图像特征;最后利用SVM算法对煤岩图像进行分类识别。实验表明:通过该方法得到的特征能够有效地表征煤岩图像,具有很强的鉴别性和鲁棒性,达到了很好地识别效果,相比于原有煤岩识别方法平均识别率提高了1%～3%。

关键词：煤岩识别特征表达自学习局部约束

基于改进均值滤波和参数拟合的矿井TOA几何定位方法

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煤炭学报 2015年第5期40卷 1206-1212页

作者：孙继平李晨鑫中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

针对矿井巷道环境内存在大量的设备和设施,会造成电磁波传播的NLOS(non line of sight)时延、对矿井TOA(time of arrival)定位精度产生不利影响,根据成因将巷道电磁波传播NLOS时延分为随机NLOS时延和固定NLOS时延,分析了两类NLOS时延造... 详细信息

针对矿井巷道环境内存在大量的设备和设施,会造成电磁波传播的NLOS(non line of sight)时延、对矿井TOA(time of arrival)定位精度产生不利影响,根据成因将巷道电磁波传播NLOS时延分为随机NLOS时延和固定NLOS时延,分析了两类NLOS时延造成测距误差的特点。为了分步抑制两类NLOS时延造成的TOA测距定位误差,提出基于改进均值滤波和参数拟合的矿井TOA几何定位算法。针对巷道随机NLOS时延造成的以脉冲形式存在的TOA测距误差,提出基于偏差值丢弃的加权均值滤波算法加以抑制;进而提出依据定位区域巷道固定NLOS时延参数拟合方法,用以抑制其造成的TOA测距正向偏移误差,最后采用几何方法进行目标位置的估计。实验结果表明,提出的方法对巷道NLOS时延造成的TOA定位误差具有显著的抑制作用,能够保证矿井TOA定位的精度。

关键词：矿井 TOA定位 NLOS时延均值滤波参数拟合几何方法

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基于机器学习的精准定位系统

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第5期51卷 33-39页

作者：刘毅胡宗群中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

针对开阔空间中移动目标的定位技术,如卫星定位技术,存在的易受环境影响、定位误差较大的问题,以及室内定位技术,如超声波、WiFi网络和无线传感器网络等,存在的灵活度较低、成本较高的问题,提出一种基于机器学习的精准定位系统(PPS-ML)... 详细信息

针对开阔空间中移动目标的定位技术,如卫星定位技术,存在的易受环境影响、定位误差较大的问题,以及室内定位技术,如超声波、WiFi网络和无线传感器网络等,存在的灵活度较低、成本较高的问题,提出一种基于机器学习的精准定位系统(PPS-ML).该系统包括实景GIS(地理信息系统)服务器、图像训练服务器、定位服务器和无线摄像机,其中:实景GIS服务器存储设定空间内的三维地理信息和与之对应的实景图像库;图像训练服务器通过改进后的VGG-Net进行区域机器学习,训练图像分类器,并生成位置识别模型,传入定位服务器;定位服务器通过卫星定位系统粗略定位目标所在区域,然后根据该区域的位置识别模型对无线摄像机采集的图像进行识别,实现精准定位.结果表明:该系统达到了室内1.5 m和室外3 m的定位精度,且能实现8个方向的识别.

关键词：机器学习图像分类 VGG-Net 精准定位室内定位