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基于激光点云的中厚板表面平整度测量

光学精密工程 2024年第16期32卷 2464-2473页

作者：时浩邓高旭李正楠王荣军马立东太原科技大学机械工程学院山西太原030024 太原科技大学重载装备作业智能化技术与系统山西省重点实验室山西太原030024

在冶金行业中,中厚板是主要产品之一,其平整度是评估钢板质量的重要指标。压力矫平现场还依赖于人工测量,无法准确地表征板材平整度。为了提高检测的准确度及高效性,提出了一种基于机器视觉的平整度测量方法。基于高精度的三维视觉扫描... 详细信息

在冶金行业中,中厚板是主要产品之一,其平整度是评估钢板质量的重要指标。压力矫平现场还依赖于人工测量,无法准确地表征板材平整度。为了提高检测的准确度及高效性,提出了一种基于机器视觉的平整度测量方法。基于高精度的三维视觉扫描技术,结合高斯拟合算法,利用高斯系数构建特征值,建立高斯特征值与实际板材弯曲高度的映射关系,构建基准平面,计算点云坐标值与基准平面的距离,结合RGB颜色模型绘制板形云图,在此基础上给出压力矫平添加垫板的位置。实验表明,所提出的方法计算误差不大于0.3 mm,可以实现对中心凸起或边缘翘曲钢板的测量,同时板形云图反映了板形分布状况及垫板位置。该度量方法可以准确测量中厚板的弯曲量,可以为压力矫平提供数据支持。

关键词：激光点云板形检测平整度高斯拟合映射

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仿生偏振光罗盘太阳位置检测方法

中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 548-559页

作者：杨江涛王明凯刘思拓梁磊刘志郭越太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室山西太原030024

针对偏振光导航对天空中特征点精确位置信息的需求,提出一种基于全天域偏振模式成像系统对太阳位置进行精确检测的方法。与传统的基于光斑的太阳位置检测方法相比,该方法利用大气中固有的偏振信息完成对太阳位置的精确测量,具有检测方... 详细信息

针对偏振光导航对天空中特征点精确位置信息的需求,提出一种基于全天域偏振模式成像系统对太阳位置进行精确检测的方法。与传统的基于光斑的太阳位置检测方法相比,该方法利用大气中固有的偏振信息完成对太阳位置的精确测量,具有检测方法简单、精度高且适用范围广等特点。搭建的光学采集系统由三个微小型的大视场摄像头模组和偏振片构成,使得结构更加紧凑,体积更小,高度更低。从原理出发,仿真分析太阳位置求解算法,采用搭建的光学采集系统对本算法在3种天气(晴天、遮挡、气溶胶)环境下进行验证。结果显示:当天气晴朗时,在同一天不同时刻,测量的太阳高度角和方位角的精度分别为0.024°和0.03°;当太阳被高层建筑物遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.08°和0.05°;当太阳被树木的枝叶遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.3°和0.1°。研究发现当气溶胶的浓度超过一定量时就会破坏偏振光的Rayleigh分布模式,进而会影响太阳位置的检测精度。实验结果表明,这种新型的检测方法不仅能够满足偏振光导航对太阳位置精确信息的需求,还能为喜欢探索宇宙奥秘的爱好者提供一种新的探索思路。

关键词：大气光学大气偏振模式太阳空间位置光学CCD

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基于车轮-桥面相干激励的大跨连续梁桥振动响应

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 436-444页

作者：韩智强谢刚卓亚娟骆佐龙李华腾太原科技大学车辆与交通工程学院太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原030024 山西大学电力与建筑学院太原030024

为获取桥面相干激励下大跨连续梁桥动力响应规律,基于虚功原理,建立五轴重载车辆动力学模型,采用模态叠加法建立桥梁动力方程,通过谐波叠加法建立桥面相干激励模型,根据轮-桥间几何和力学耦合关系,组建车轮-桥面相干激励模型,采用Matla... 详细信息

为获取桥面相干激励下大跨连续梁桥动力响应规律,基于虚功原理,建立五轴重载车辆动力学模型,采用模态叠加法建立桥梁动力方程,通过谐波叠加法建立桥面相干激励模型,根据轮-桥间几何和力学耦合关系,组建车轮-桥面相干激励模型,采用Matlab软件编译大跨连续梁桥车桥耦合振动分析系统,并开展不同等级的相干桥面激励模型对大跨连续梁桥动力响应影响研究。结果表明:当未考虑桥面不平顺影响时,桥梁冲击系数均小于规范取值,但随着桥面状况的恶化,结构典型截面的动力响应增长较快,且完全相干模型对桥梁动力响应的影响均大于部分相干激励模型,均超过规范值,其中挠度幅值最大偏差约为7.7%,弯矩幅值最大偏差约为20%,挠度冲击系数相对误差为4%~34%,弯矩冲击系数相对误差为2%~43%;随着车速的增大,桥梁冲击系数呈先增大后减小变化。最后,给出了大跨连续梁桥挠度和弯矩冲击系数包络图。相关研究成果可为连续梁桥的结构动力响应的分析与研究提供参考。

关键词：桥梁工程桥面相干激励模型车桥耦合动力响应冲击系数

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活性磁化水改善无烟煤煤尘润湿性能的研究

北京理工大学学报 2024年第1期44卷 83-90页

作者：庞杰文谢建林赵振保郝永江韩巧云梁磊太原科技大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原科技大学煤矿粉尘智能监测与防控山西省重点实验室山西太原030024 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面... 详细信息

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面活性剂溶液、最佳活性磁化水与无烟煤的接触角.结果表明,质量分数0.10%尘克C&C溶液可使矿井静压水的表面张力下降43.83%.质量分数0.10%尘克C&C溶液的优磁化强度为300 mT,磁化时间为50 s.相较于矿井静压水,质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水接触角减小了79.11%,表面张力减小了47.04%,铺展功及浸湿功分别提升了97.35%、87.01%,极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力.现场应用试验结果表明,使用质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水作为采煤工作面的喷雾降水,降尘效率提高了37.53%.

关键词：煤尘活性磁化水无烟煤湿润性抑尘

跨层细节感知和分组注意力引导的遥感图像语义分割

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中国图象图形学报 2024年第5期29卷 1277-1290页

作者：李林娟贺赟谢刚张浩雪柏艳红太原科技大学电子信息工程学院太原030024 先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原030024

目的语义分割是遥感图像智能解译的关键任务之一,遥感图像覆盖面广,背景交叉复杂,且地物尺寸差异性大。现有方法在复杂背景下的多尺度地物上分割效果较差,且分割区域破碎边界不连续。针对上述问题,提出了一种跨层细节感知和分组注意力... 详细信息

目的语义分割是遥感图像智能解译的关键任务之一,遥感图像覆盖面广,背景交叉复杂,且地物尺寸差异性大。现有方法在复杂背景下的多尺度地物上分割效果较差,且分割区域破碎边界不连续。针对上述问题,提出了一种跨层细节感知和分组注意力引导的语义分割模型用于高分辨率遥感图像解析。方法首先采用结构新颖的ConvNeXt骨干网络,编码输入图像的各层次特征。其次,设计了分组协同注意力模块,分组并行建模通道和空间维度的特征依赖性,通道注意力和空间注意力协同强化重要通道和区域的特征信息。接着,引入了自注意力机制,构建了跨层细节感知模块,利用低层特征中丰富的细节信息,指导高层特征层学习空间细节,保证分割结果的区域完整性和边界连续性。最后,以山西省太原市为研究区域,自制高分辨率遥感太原市城区土地覆盖数据集(Taiyuan urban land cover dataset,TULCD),所提方法实现了太原市城区土地覆盖精细分类任务。结果实验在自制数据集TULCD和公开数据集Vaihingen上与最新的5种算法进行了比较,所提方法在两个数据集上平均像素准确率(mean pixel accuracy,mPA)为74.23%、87.26%,平均交并比(mean intersection over union,mIoU)为58.91%、77.02%,平均得分mF_(1)为72.24%、86.35%,均优于对比算法。结论本文提出的高分辨率遥感图像语义分割模型具有较强的空间和细节感知能力,对类间差异小的相邻地物也有较强的鉴别能力,模型的整体分割精度较高。

关键词：遥感图像语义分割全卷积网络(FCN) 注意力机制分组卷积

FLM-YOLOv8:一种轻量级的口罩佩戴检测算法

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计算机工程与应用 2024年第17期60卷 203-215页

作者：高民陈高华古佳欣张春美太原科技大学电子信息工程学院太原030024 先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原030024

针对现有的口罩佩戴检测模型无法较好平衡检测精度与速度,参数量较大,漏检和误检率高等问题,提出了一种轻量级的口罩佩戴检测算法FLM-YOLOv8。使用轻量级FasterNet替换YOLOv8n的主干特征提取网络,提升网络检测速度;融合FasterNet Block... 详细信息

针对现有的口罩佩戴检测模型无法较好平衡检测精度与速度,参数量较大,漏检和误检率高等问题,提出了一种轻量级的口罩佩戴检测算法FLM-YOLOv8。使用轻量级FasterNet替换YOLOv8n的主干特征提取网络,提升网络检测速度;融合FasterNet Block改进C2f模块,降低模型计算复杂度;提出SPPF-LSKA结构,增强模型的特征表达能力和感知能力,提高网络检测精度;设计Inner-MPDIoU边界框回归损失函数,提高回归预测精度,加快收敛速度。创建标注了一个复杂多元场景下的口罩佩戴数据集,并使用马赛克数据增强,以提高网络泛化能力。实验结果表明,该算法在正确佩戴口罩、未正确佩戴口罩和未佩戴口罩目标上的mAP@0.5达到了91.3%,FPS达到了143.6,实现了更加实时准确的口罩佩戴检测。

关键词：口罩佩戴检测 YOLOv8 FasterNet 轻量级损失函数

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基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法

计算机工程 2024年第3期50卷 290-297页

作者：谢新林尹东旭张涛源谢刚太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室山西太原030024

针对人群计数图像人头尺度变化大、背景噪声高等问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法,以充分聚合多尺度信息,并有效区分背景噪声。构建基于残差连接的空洞空间金字塔池化,通过残差结构以及多个不同扩张率的空洞卷积在... 详细信息

针对人群计数图像人头尺度变化大、背景噪声高等问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法,以充分聚合多尺度信息,并有效区分背景噪声。构建基于残差连接的空洞空间金字塔池化,通过残差结构以及多个不同扩张率的空洞卷积在捕获多尺度头部目标特征的同时融入浅层特征图的空间细节信息,提高特征图质量;构建跨层多尺度特征融合模块,融合浅层和深层分支不同大小的边缘细节信息和上下文语义信息,并设计基于多分支的特征融合模块,融合不同感受野大小的多尺度信息以缓解大规模人头尺度变化的问题;构建基于矩阵相似运算的通道和空间注意力机制模块提取像素级特征权重,加强网络对于背景和人头目标的判别能力,自适应矫正位置信息。实验结果表明,相比11种对比算法的最优值,所提算法在SHA数据集上的平均绝对误差和均方根误差指标降低1.4%、4.2%,在UCF_CC_50数据集上降低4.9%、1.8%,能够精确地预测人群分布状态和估计人群数量,生成高质量的人群密度图。

关键词：人群计数多尺度融合注意力机制卷积神经网络密度图

螺旋输送机卸料口流量脉动产生原因及降低方法研究

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机床与液压 2024年第8期52卷 134-139页

作者：孙征宇孟文俊张露嵘孙晓霞赵晓霞太原科技大学机械工程学院山西太原030024 智能物流装备山西省重点实验室山西太原030024 上海应用技术大学理学院上海201418

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不... 详细信息

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不均匀分布和螺旋面对颗粒的周期性阻挡造成了流量脉动;不同结构形式的螺旋输送机卸料口流量脉动对比为:无轴螺旋输送小于有轴螺旋输送,双轴螺旋输送小于单轴螺旋输送,斜卸料口结构小于正常卸料口结构;所提斜卸料口双轴螺旋输送的脉动值(1.14)与普通螺旋输送(2.25)相比降低了49.33%,基本实现了螺旋输送机卸料口颗粒的稳定流出。

关键词：螺旋输送机颗粒流流量脉动离散单元法(DEM)

面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2124-2140页

作者：王学文刘曙光王雪松谢嘉成刘京铨王禧龙太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 智能采矿装备技术全国重点实验室山西太原030032

随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-... 详细信息

随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统设计与关键技术研究。首先,针对复杂任务中2类煤矿操作员(包括集控操作员与就地操作员)与2类煤矿机器人(包括探测机器人与作业机器人)协作的典型场景,设计了系统总体架构,将系统划分为物理子系统、VR运维子系统与AR运维子系统3部分,并对各部分的内容、功能以及3部分之间的协同运行关系进行介绍;然后,对系统涉及的VR运维子系统构建、AR运维子系统构建以及通讯网络构建等关键技术进行剖析,对各关键技术对应的解决方案进行了探讨,并实现了2类煤矿操作员、2类煤矿机器人与VR/AR运维子系统的集成运行;最后,在实验室环境下模拟井下复杂环境搭建了试验场地,在试验场地中设定了任务点与具体任务,对系统的可行性与有效性进行测试验证。试验结果表明,煤矿XR智能运维系统能够在不同复杂任务对应的多人-多机协作情形中发挥作用。通过VR运维子系统与AR运维子系统的协同运行,可实现虚拟空间和物理空间的协同感知、决策与控制,能够在虚拟空间中对物理空间的复杂任务进行迭代、优化和验算,形成了人-人、人-机、机-机交互协作的智能运行模式。

关键词：煤矿智能化煤矿机器人煤矿操作员人机协作 XR智能运维数字孪生