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智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

煤炭学报 2024年第1期49卷 181-202页

作者：王国法庞义辉任怀伟战凯杜明张勇程健杜毅博张建中巩师鑫王丹丹孟令宇孟积渐中煤科工开采研究院有限公司北京100013 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 安标国家矿用产品安全标志中心北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 矿冶科技集团有限公司北京100160

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系... 详细信息

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。

关键词：智慧矿山系统工程机器视觉射频电磁能防爆安全闭环管控标准体系

OceanBase分布式关系数据库架构与技术

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计算机研究与发展 2024年第3期61卷 540-554页

作者：阳振坤杨传辉韩富晟王国平杨志丰成肖君北京奥星贝斯科技有限公司

关系数据库是当今社会的关键信息基础设施，互联网和数字化带来了高并发和海量数据，传统关系数据库均为集中式架构，处理能力和存储容量都捉襟见肘. OceanBase分布式关系数据库基于通用PC服务器，不仅实现了在线水平伸缩，还实现了机... 详细信息

关系数据库是当今社会的关键信息基础设施，互联网和数字化带来了高并发和海量数据，传统关系数据库均为集中式架构，处理能力和存储容量都捉襟见肘. OceanBase分布式关系数据库基于通用PC服务器，不仅实现了在线水平伸缩，还实现了机房故障自动无损容灾以及高倍率数据压缩等，已经应用于金融、政务、通信和互联网等行业.介绍了OceanBase分布式关系数据库的系统架构和关键技术，包括分布式事务处理、基于LSM-tree的存储系统以及分布式SQL优化器.详细阐述了OceanBase数据库的高可用和数据一致性，包括RPO为0和RTO小于8 s.也介绍了OceanBase数据库多租户机制，即采用了集群内原生多租户设计，在集群内实现多个互相独立的数据库服务.基于Sysbench和TPC-H评测基准，对比实验结果表明：1）在单机模式下，OceanBase的性能是MySQL的1.27倍至2倍多；2）在单主模式下，OceanBase的性能是MySQL的1.25倍至近2倍；3）在多主模式下，OceanBase的性能是MySQL的1.09倍至3.1倍，对于OLAP的复杂查询，OceanBase的性能是MySQL的6倍到327倍.

关键词：关系数据库分布式事务基于LSM-tree存储分布式SQL优化器多租户

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复杂海况下运载火箭自对准算法

中国惯性技术学报 2024年第7期32卷 637-644页

作者：孙国伟刘百奇刘建设张军锋何建华王振华北京星河动力装备科技有限公司北京100176

运载火箭对发射窗口和对准精度高度敏感。海上发射平台受风、浪、涌等复杂海况的综合作用产生低频、宽幅、时变晃动,传统的静基座对准方法不能适应,有限的配套设施又不便开展光瞄辅助对准或传递对准。对此,设计了基于晃动辨识的粗对准... 详细信息

运载火箭对发射窗口和对准精度高度敏感。海上发射平台受风、浪、涌等复杂海况的综合作用产生低频、宽幅、时变晃动,传统的静基座对准方法不能适应,有限的配套设施又不便开展光瞄辅助对准或传递对准。对此,设计了基于晃动辨识的粗对准方法和在线修正量测噪声阵的精对准方法。对粗对准的影响因素进行量化分析,实时辨识晃动周期和幅值,结合器件特性和精度要求在线调整粗对准时间,为精对准创造良好初始条件。精对准过程中在线修正卡尔曼滤波器的量测噪声阵,从而适应发射平台的时变晃动。所设计方法于2023年9月在谷神星一号海射型运载火箭上完成了飞行实验验证,在晃动角度约2.1°、角速度约2.35(°)/s的复杂海况下,粗对准算法实现了300.0s内小于2.0°的精度,精对准算法实现了小于0.3°的精度,保障了运载火箭首飞成功。

关键词：复杂海况运载火箭粗对准精对准卡尔曼滤波谷神星一号

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基于LSTM的液压支架尾梁倾角预测方法

煤炭科学技术 2024年

作者：姚钰鹏张境麟熊武北京天玛智控科技股份有限公司

综放开采是我国特厚煤层主要的开采方式，放煤执行机构控制精度很大程度上依赖于尾梁姿态的数据反馈。为了提高放煤执行机构的控制精度，提出了一种基于长短期记忆神经网络（LSTM）的支架尾梁倾角预测方法。将与尾梁放煤动作相关的支架... 详细信息

综放开采是我国特厚煤层主要的开采方式，放煤执行机构控制精度很大程度上依赖于尾梁姿态的数据反馈。为了提高放煤执行机构的控制精度，提出了一种基于长短期记忆神经网络（LSTM）的支架尾梁倾角预测方法。将与尾梁放煤动作相关的支架底板绝对坐标、尾梁倾角、尾梁相对高度、移架速率和立柱压力作为RNN卷积网络和LSTM神经网络的输入变量，使用某煤矿综放工作面放煤历史数据对支架尾梁姿态预测模型进行训练和验证，建立支架尾梁姿态预测模型，对尾梁倾角进行连续16小时预测，结果预测的尾梁倾角曲线与实际尾梁倾角曲线的拟合程度达98.7%。在综采放顶煤工作面开展了3～4个生产班的液压支架尾梁倾角预测试验，经过对比分析预测的尾梁倾角曲线与实际尾梁倾角曲线，当置信区间为(0.98，1.02)时，连续生产16小时预测准确率为98.40%。基于LSTM的支架尾梁倾角姿态预测方法解决了电液控系统自适应放煤作业尾梁倾角控制问题，为综放工作面无人放煤奠定了基础。

关键词：支架尾梁姿态倾角预测长短期神经网络时序处理放煤工艺

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综采工作面隔爆巡检机器人设计及工程实践

煤炭科学技术 2024年

作者：关士远北京天玛智控科技股份有限公司

针对目前由于综采工作面工况恶劣，本安型巡检机器人存在通过性差、防护能力弱、感知技术手段有限，不能实现常态化运行等问题，本文提出隔爆巡检机器人方案，以应对综采工作面严苛工作环境。分析了轨道式巡检机器人在该环境下遇到的三... 详细信息

针对目前由于综采工作面工况恶劣，本安型巡检机器人存在通过性差、防护能力弱、感知技术手段有限，不能实现常态化运行等问题，本文提出隔爆巡检机器人方案，以应对综采工作面严苛工作环境。分析了轨道式巡检机器人在该环境下遇到的三种典型的工况：爬坡、错切、扭转。基于轨道式巡检机器人遇到的三种典型工况，设计了一种具有多自由度的隔爆巡检机器人，该巡检机器人除具有视频感知手段外，还增加了激光slam实时建图能力，能提供精确的三维感知能力，并且其感知能力不受光照条件的影响，能在无光条件下使用。针对爬坡工况，采用履带式行走机构；针对错切工况，设计了具有前后两组差速驱动的行走机构，其具有主动转向功能；针对扭转工况，在车身中部增加了纵向转轴。为了对其进行有效的控制，确保其在综采工作面平稳运行，充分考虑其具有约束的特点，分析得出其具有轨迹及底盘约束的运动学模型。同时介绍了该巡检机器人的控制方法，依据激光slam所建的实时三维激光点云地图，提取参考轨迹，根据参考轨迹实时计算各个履带主动轮的速度给定。基于运动学模型，提出一种模型预测控制算法，采用主从控制策略，模型预测控制只在前组驱动实现，后组驱动的控制量根据前组的速度给定及约束计算得出。该控制算法在计算复杂度及实时性方面做了平衡，控制算法基于ROS系统实现。最后，通过充分的井下工业性实验，验证了该控制方法能有效地解决爬坡、错切、扭转等综采工作面的苛刻工况，能在综采工作面执行常态化巡检任务。

关键词：巡检机器人运动学模型差速驱动 slam 轨迹模型预测控制

注重明度感知的通用渐进式无监督图像增强方法

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应用光学 2024年第5期45卷 937-945页

作者：周爱国赵吉林安山符长虹同济大学机械与能源工程学院上海201804 北京京东拓先科技有限公司北京100176

针对低照度图像增强研究中真实成对训练数据获取难、现有方法难以同时兼顾上下游视觉任务等问题,设计一种注重明度感知的渐进式无监督图像增强方法。具体地,采用多项损失共同引导模型训练进程,从而摆脱对成对训练数据的依赖;借助所提明... 详细信息

针对低照度图像增强研究中真实成对训练数据获取难、现有方法难以同时兼顾上下游视觉任务等问题,设计一种注重明度感知的渐进式无监督图像增强方法。具体地,采用多项损失共同引导模型训练进程,从而摆脱对成对训练数据的依赖;借助所提明度感知参数估计网络,仅需0.035 M参数即可完成特征提取;为提高非线性调整能力并减少迭代次数,设计一种高阶非线性映射曲线。为验证所提方法有效性,在图像增强领域广泛使用的权威数据集上开展定性与定量实验,结果均表明所提方法优于已有图像增强方法。此外,以无人机夜间目标跟踪作为典型下游视觉感知任务展开测试,在相关权威评估基准上的试验结果表明,所提方法对现有跟踪器在夜间场景的性能有显著提升,其精度与成功率的增益分别为21.50%与32.23%。大量实验结果表明所提方法可以显著改善低照度图像视觉效果,并有效缓解夜间场景下因低照度挑战所致下游视觉算法性能下降问题。

关键词：低照度增强图像分解无监督渐进式明度感知

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热解石墨晶体在X射线荧光仪器的应用进展

光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1820-1826页

作者：汪淼程大伟贾云海李建强北京科技大学北京100083 钢铁研究总院有限公司北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司北京100094

石墨晶体具有优良的化学惰性、高熔点、强弹性和独特的电子性能,广泛应用于诸多领域,由于热解石墨具有出色的高反射率,在XRF技术中的运用越来越广泛。热解石墨是一种层状结构的人造合成石墨材料,在接近3000℃的温度下进行退火可以调整... 详细信息

石墨晶体具有优良的化学惰性、高熔点、强弹性和独特的电子性能,广泛应用于诸多领域,由于热解石墨具有出色的高反射率,在XRF技术中的运用越来越广泛。热解石墨是一种层状结构的人造合成石墨材料,在接近3000℃的温度下进行退火可以调整材料结构,当退火伴随变形时结构变化增强,退火温度和变形类型的不同组合会导致产生具有不同结构的热解石墨,主要的热解石墨有两种分别是高定向热解石墨(HOPG)和高退火热解石墨(HAPG)。HOPG晶体镶嵌度通常在0.3°~3°,具有极高的积分反射率,在2 keV到几十keV的能量范围内,与完美晶体相比,它的积分反射率高一到两个数量级,但能量分辨率稍低。HOPG的能量分辨率主要受镶嵌度和Bragg反射的本征宽度的影响,较大的镶嵌度会导致能量分辨率显著降低。HAPG晶体是一种类似于HOPG晶体的改性材料,晶体的镶嵌度非常低,与相同厚度的HOPG晶体相比,HAPG晶体的镶嵌度约为其1/5,一般是0.05°~0.1°,有较高的能量分辨率,积分反射率会有所下降;HAPG晶体可以单层沉积在基材上并可以弯曲成小半径等几乎任何形状,且不会显著降低能量分辨率。石墨晶体在X射线荧光领域主要是用作单色器,可以有效消除白光、荧光及X射线管中的杂光等原因所造成的高背景,这些优异的性质使其被广泛应用于Von Hamos光谱仪和能量色散X射线荧光仪,Von Hamos光谱仪加上热解石墨晶体的镶嵌聚焦,可以得到较好的积分反射率和能量分辨率;热解石墨晶体在能量色散X射线荧光仪中可以提高分析的灵敏度和检出限。在研究X射线吸收精细结构光谱、测量放射性元素、乳腺X光检查等方面都有较好的表现。文章回顾了近二十年热解石墨晶体在X射线仪器的研究及应用。

关键词： HOPG HAPG 镶嵌度 XRF

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基于工艺引擎的规划放煤控制系统

工矿自动化 2024年第9期50卷 41-46,107页

作者：姚钰鹏商楚浩刘清北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

目前对综放智能化的研究主要聚焦于感知方面,对放煤过程智能化的研究较少,自动放煤控制技术存在自适应性不足、效率较低、放煤质量难以把控等问题。为了提升放煤过程的智能化水平与运行效率,设计了一种基于工艺引擎的规划放煤控制系统... 详细信息

目前对综放智能化的研究主要聚焦于感知方面,对放煤过程智能化的研究较少,自动放煤控制技术存在自适应性不足、效率较低、放煤质量难以把控等问题。为了提升放煤过程的智能化水平与运行效率,设计了一种基于工艺引擎的规划放煤控制系统。该系统由放煤管控单元和窗口决策单元组成:规划放煤管控单元通过异步递进的放煤调度策略、柔性切换技术及规划放煤工艺编辑引擎,实现采煤机位置弱关联的自动顺序放煤及工艺在线编辑,通过关联后部刮板输送机负载,动态调整工艺启停,保障刮板输送机安全作业;窗口决策单元通过PID控制算法动态调节尾梁角度,实现放煤窗口反馈控制,采用遗传算法优化BP神经网络对放煤窗口大小进行智能决策,以适应不同工况,提高放煤质量。现场应用结果表明:基于异步递进的放煤调度策略与柔性切换技术提升了单刀自动运行效率,无需再手动接管;每一班组自动化运行刀数提升了33.3%;系统关联的后部刮板输送机负载、泵站等设备可动态调整工艺启停,每班后部刮板输送机平均停止次数下降了61.1%,可保障作业安全;工艺编辑引擎能适应多种场景下的应用,工艺调整用时大幅度降低;后部动作与前部动作相互叠加,使得单刀平均用时缩短了9.3%,提升了开采效率;倾角传感关联控制与规划放煤窗口智能决策将每日发热量提升了10.3%,改善了放煤质量。

关键词：综放工作面智能综放规划放煤放煤控制工艺引擎异步递进柔性切换

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基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术

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工矿自动化 2024年第1期50卷 9-16页

作者：李重重刘清北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

传统的煤层截割路径规划通过几何控制、规划计算等方式对采煤机滚筒高度进行预测,但存在预测的数据误差较大、无法适应地质条件变化的问题。针对上述问题,提出了一种基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术。首先,分析了影响... 详细信息

传统的煤层截割路径规划通过几何控制、规划计算等方式对采煤机滚筒高度进行预测,但存在预测的数据误差较大、无法适应地质条件变化的问题。针对上述问题,提出了一种基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术。首先,分析了影响截割顶底板高度的因素,指出影响顶底板高度的主要因素包括煤层的起伏变化数据、历史截割数据、刮板输送机的高程数据及人工操作记录,将上述4类数据融合处理,建立以长短期记忆(LSTM)模型和灰色马尔可夫模型为基础的截割顶底板高度预测模型,通过算法模型预测出截割顶底板的高度。然后,以截割顶底板的高度数据为基础,结合采煤机位姿和空间坐标,建立计算滚筒高度的几何模型,同时依据刮板输送机上窜下滑量及是否执行加减刀工艺等因素进行修正,最终将顶底板高度序列转换为滚筒高度序列,即将截割顶底板高度转换为采煤机滚筒的目标高度,由采煤机执行到目标高度,实现滚筒自动调高工业性试验结果表明:(1)在自动调高技术的控制下,顶滚筒和底滚筒的预测高度与实际高度偏差值有90%的数据量均在10 cm以内,滚筒的预测高度和实际高度具有明显的一致性。(2)与传统手动控制方式相比,中部截割一刀煤的人工干预调高次数由49次下降为21次,说明截割顶底板的高度预测模型和计算滚筒高度的几何模型是准确合理的,采煤机滚筒的自动调高技术是可行的。

关键词：采煤机滚筒自动调高截割顶底板高度预测长短期记忆灰色马尔可夫采煤机位姿人工干预

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