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基于模糊逻辑识别云粒子相态的优化算法

光学学报 2024年第12期44卷 92-100页

作者：袁云狄慧鸽高宇星曹梅华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 西安市气象局陕西西安710016

为准确且精细地识别云相态,提出一种基于模糊逻辑识别云相态的优化算法,基于不同云粒子特征参数对T函数系数进行了调整。考虑了回波反射率因子衰减和温度对云相态识别准确性的影响,利用毫米波云雷达订正后的回波反射率因子、径向速度、... 详细信息

为准确且精细地识别云相态,提出一种基于模糊逻辑识别云相态的优化算法,基于不同云粒子特征参数对T函数系数进行了调整。考虑了回波反射率因子衰减和温度对云相态识别准确性的影响,利用毫米波云雷达订正后的回波反射率因子、径向速度、谱宽和微波辐射计探测的连续时空温度,作为优化后的模糊逻辑算法的输入参数。优化后的模糊逻辑算法在原有云粒子相态(冰晶、雪花、混合相态、液态云滴、毛毛雨和雨滴)识别的基础上,还可实现对过冷水和暖云滴的识别。利用该算法对2022年2月6日陕西省西安市一次降雪过程的云粒子相态进行识别,将近地面的云粒子相态结果与同址地面降水现象仪记录的降水粒子相态进行对比,二者探测的相态有较高的一致性,说明优化后的算法能准确且精细地识别云粒子相态。

关键词：大气光学云粒子相态识别模糊逻辑优化过冷水毫米波云雷达

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煤矿井下掘进机器人路径规划方法研究

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 152-163页

作者：张旭辉郑西利杨文娟李语阳麻兵董征陈鑫西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054

针对煤矿非全断面巷道条件下掘进机器人移机难度大、效率低下等问题,分析了煤矿井下非结构化环境特征及掘进机器人运动特性,提出了基于深度强化学习的掘进机器人机身路径规划方法。利用深度相机将巷道环境实时重建,在虚拟环境中建立掘... 详细信息

针对煤矿非全断面巷道条件下掘进机器人移机难度大、效率低下等问题,分析了煤矿井下非结构化环境特征及掘进机器人运动特性,提出了基于深度强化学习的掘进机器人机身路径规划方法。利用深度相机将巷道环境实时重建,在虚拟环境中建立掘进机器人与巷道环境的碰撞检测模型,并使用层次包围盒法进行虚拟环境碰撞检测,形成巷道边界受限下的避障策略。考虑到掘进机器人形体大小且路径规划过程目标单一,在传统SAC算法的基础上引入后见经验回放技术,提出HER-SAC算法,该算法通过环境初始目标得到的轨迹扩展目标子集,以增加训练样本、提高训练速度。在此基础上,基于奖惩机制建立智能体,根据掘进机器人运动特性定义其状态空间与动作空间,在同一场景下分别使用3种算法对智能体进行训练,综合平均奖励值、最高奖励值、达到最高奖励值的步数以及鲁棒性4项性能指标进行对比分析。为进一步验证所提方法的可靠性,采用虚实结合的方式,通过调整目标位置设置2种实验场景进行掘进机器人的路径规划,并将传统SAC算法和HER-SAC算法的路径结果进行对比。结果表明:相较于PPO算法和SAC算法,HER-SAC算法收敛速度更快、综合性能达到最优;在2种实验场景下,HER-SAC算法相比传统SAC算法规划出的路径更加平滑、路径长度更短、路径终点与目标位置的误差在3.53 cm以内,能够有效地完成移机路径规划任务。该方法为煤矿掘进机器人的自主移机控制奠定了理论基础,为煤矿掘进设备自动化提供了新方法。

关键词：掘进机器人路径规划深度强化学习智能体虚实结合改进SAC算法煤矿

小岩体叠加成矿作用在新一轮找矿突破战略行动中的应用:以勉略宁矿集区为例

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西北地质 2024年第5期57卷 40-52页

作者：刘伟栋王硕魏翔郭花利刘云华张小明田育功长安大学地球科学与资源学院陕西西安710054 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065 中国地质调查局发展研究中心北京100037 陕西省地质调查院陕西西安710054 自然资源陕西省卫星应用技术中心陕西西安710002 陕西省矿产地质调查中心陕西西安710068

小岩体成(大)矿理论是汤中立院士在多年找矿实践工作过程中总结出来的重要成果。该理论以岩浆铜镍硫化物矿床为研究起点,逐渐延伸至与中酸性岩浆活动有关的热液型矿床,发展成为基性-超基性与中酸性两类岩浆并行的完整成矿理论体系。研... 详细信息

小岩体成(大)矿理论是汤中立院士在多年找矿实践工作过程中总结出来的重要成果。该理论以岩浆铜镍硫化物矿床为研究起点,逐渐延伸至与中酸性岩浆活动有关的热液型矿床,发展成为基性-超基性与中酸性两类岩浆并行的完整成矿理论体系。研究发现,以勉-略-宁矿集区为代表的成矿区带分布有众多两类岩浆活动的叠加区,并且两类岩浆活动导致的叠加成矿作用在该区显著。其中,煎茶岭镍钴金多金属矿床形成过程经历了早期初步的超镁铁质岩浆熔离作用使成矿元素预富集,后期花岗斑岩岩浆流体成矿作用叠加之上,最终使钴镍矿和金矿均达到了大型规模。此外,该区在白雀寺基性杂岩体中新发现的何家垭镍钴矿同样具有两类岩浆叠加成矿的特征,这为小岩体成(大)矿理论提供了新的研究方向。目前,中国新一轮找矿突破战略行动已全面开启,以Ni、Co为代表的战略性关键金属矿产仍是本轮找矿工作的重中之重,两类岩浆的小岩体叠加成(大)矿作用是Ni、Co矿形成的重要地质过程。笔者通过介绍小岩体成(大)矿理论的发展过程,并以勉-略-宁矿集区为代表,提出了两类岩浆叠加成(大)矿作用的基本内涵。在此基础上,对其找矿应用和理论研究两方面做了展望,以期助力中国新一轮找矿突破战略行动。

关键词：小岩体成大矿叠加成矿勉略宁矿集区煎茶岭白雀寺

数字孪生驱动的掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法研究

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煤田地质与勘探 2024年第5期52卷 160-173页

作者：杨文娟赵典张旭辉陈鑫郑西利刘彦徽张冉万继成西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室陕西西安710054

掘锚自动化作业是煤矿巷道智能掘进的关键,针对当前掘锚设备交替作业过程中相对位姿测量和碰撞检测难题,提出一种数字孪生驱动的煤矿井下掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法。首先,为克服井下掘进工作面低照度、高粉尘、复杂背景干扰的影响... 详细信息

掘锚自动化作业是煤矿巷道智能掘进的关键,针对当前掘锚设备交替作业过程中相对位姿测量和碰撞检测难题,提出一种数字孪生驱动的煤矿井下掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法。首先,为克服井下掘进工作面低照度、高粉尘、复杂背景干扰的影响,以多点红外LED标靶作为信息源,通过工业相机采集红外LED特征点图像,利用Hough轮廓检测与质心法提取光斑中心并通过二进制编码识别标靶ID,采用改进稀疏光流算法对光斑进行跟踪,同时建立基于PNP的掘锚设备位姿解算模型,采用对偶四元数获得设备间相对位姿。其次,利用数字孪生技术,基于Unity3D平台建立对应实际尺寸的掘锚设备及工作面数字孪生模型,利用Socket通信方式实现虚拟空间与物理实体之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中实现掘锚设备实时位姿的三维可视化,结合任意多边形OBB(orientedboundingbox)碰撞检测算法,实现掘锚设备虚拟碰撞检测。最后,搭建实验平台进行掘锚设备位姿测量试验,同时对虚实运动轨迹和碰撞检测效果进行验证。实验结果表明:掘锚设备跟踪定位实验的位置误差不超过20mm,角度误差不超过0.30°;虚实位置坐标对比中X轴方向最大误差不超过1.14mm;Y轴方向最大误差不超过1.10mm,能够保证系统虚实一致性和同步性,满足掘进工作面作业过程中掘锚设备实时跟踪定位及碰撞检测的要求。

关键词：数字孪生掘锚设备位姿测量碰撞预警稀疏光流算法煤矿

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煤矿巷道空间毫米波雷达测量特性与重建方法

煤田地质与勘探 2024年第10期52卷 186-194页

作者：薛旭升杨星云岳佳宁王川伟毛清华马宏伟王荣泉西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 西安科技大学陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室陕西西安710054 西安重装韩城煤矿机械有限公司陕西韩城715400

【目的】煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决。【方法】首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫... 详细信息

【目的】煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决。【方法】首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫米波信号衰减模型,对比分析复杂环境因素毫米波雷达的影响机理。其次,针对煤矿复杂环境下毫米波雷达的巷道数字建模问题,提出巷道空间毫米波雷达点云泊松表面重建方法。通过实验测试与模拟巷道环境验证,在揭示煤矿复杂环境条件下的毫米波雷达感知机理基础上,实现了煤矿巷道空间测量与数字建模重构。【结果和结论】结果表明:(1)毫米波雷达能够适应煤矿井下多粉尘、多水雾、围岩粗糙的巷道环境,为煤矿巷道空间重建提供有效数据。(2)泊松表面重建方法能够充分展示真实巷道围岩信息,重建巷道整体宽度的平均绝对误差百分比为0.59%,巷道整体高度的平均绝对误差百分比为0.78%。煤矿复杂环境下毫米波雷达空间测量特性与重建方法的研究,为煤矿井下透明地质建模提供巷道空间测量数据,对推动煤矿智能开采具有重要意义。

关键词：毫米波雷达复杂环境巷道建模空间测量煤矿

基于格拉姆角场的分布式光纤振动信号识别技术

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中国激光 2024年第5期51卷 88-98页

作者：李俊姚瑞煦任美莹张家瑞张訢炜马天西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054

针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题,笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先,利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号,并通过格拉姆角场(GAF)将其转化... 详细信息

针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题,笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先,利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号,并通过格拉姆角场(GAF)将其转化为二维图像信息,然后利用GoogLeNet、VGG、AlexNet三种深度学习网络对图像信息进行分类对比,并分析了不同信噪比条件下GoogLeNet的分类效果。结果表明:GoogLeNet对6类事件的分类准确率最高,优于其他两种网络;当信噪比为8 dB时,GoogLeNet对人工挖掘和机械破坏事件数据进行滤波、GAF等处理之后没有出现误报。本文所提方法适合在实际现场使用,为管道安全监测提供了一种新的技术手段。

关键词：光纤光学管道监测格拉姆角场分布式光纤振动特征识别

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多智能算法融合的苗期番茄最佳温度决策方法

西北农业学报 2024年第9期33卷 1795-1805页

作者：吴清丽高攀高茂盛陕西省气象信息中心西安710015 中国气象局气象干部研修中心(陕西) 西安710015 西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 杨凌气象局陕西杨凌712100

为应对全球食品需求的增长和气候变化对传统农业的影响,开发了一种基于多智能算法融合的设施番茄最佳温度决策方法。设计了番茄嵌套试验试验,采集了不同环境条件下苗期番茄的光合速率数据,并建立光合速率预测模型;通过对该模型实例化获... 详细信息

为应对全球食品需求的增长和气候变化对传统农业的影响,开发了一种基于多智能算法融合的设施番茄最佳温度决策方法。设计了番茄嵌套试验试验,采集了不同环境条件下苗期番茄的光合速率数据,并建立光合速率预测模型;通过对该模型实例化获取光合速率随温度变化的响应函数,并通过导数理论完成最佳温度提取;最后设计了模拟试验验证了最佳温度条件在番茄幼苗光合积累上的优势。模型评价结果表明:光合速率预测模型在未知数据集上决定系数达0.99,均方根误差为1.37μmol/(m^(2)·s),较其他经典模型具有显著优势;模型实例化函数显示不同环境条件下皆存在一个最适宜的温度点,该温度可使番茄光合速率达到最大;模拟生产结果显示,一个生产日内单位面积番茄幼苗的光合积累达0.2166 mol/m^(2),较自然生长的番茄光合积累提升了一倍。综上,本决策方法提升了番茄的光合积累,为现代农业生产提供了有效的技术支持。

关键词：神经网络遗传算法温度决策光合速率

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安哥拉红砂现场试坑浸水试验研究

地震工程学报 2024年第3期46卷 521-528页

作者：乔建伟刘争宏夏玉云王冉唐立军机械工业勘察设计研究院有限公司陕西西安710043 自然资源部陕西西安地裂缝与地面沉降野外科学观测研究站陕西西安710054 陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室陕西西安710043 长安大学地质工程系陕西西安710054

为准确评价安哥拉红砂场地的自重湿陷特征,开展现场试坑浸水试验,对地表及不同深度地层变形、水分入渗规律和浸水前后标贯击数进行监测与研究,并对现场试验与室内试验结果差异性进行探讨。结果表明:浸水后红砂地基表现为持续抬升,变形... 详细信息

为准确评价安哥拉红砂场地的自重湿陷特征,开展现场试坑浸水试验,对地表及不同深度地层变形、水分入渗规律和浸水前后标贯击数进行监测与研究,并对现场试验与室内试验结果差异性进行探讨。结果表明:浸水后红砂地基表现为持续抬升,变形曲线可分为陡升、缓升、不稳定和趋于稳定4个阶段;深度8 m以上红砂地层为湿陷沉降变形,累计沉降量为5.6 mm,远小于室内试验计算的自重湿陷沉降量137 mm;红砂竖向渗透速率和水平渗透速率均较大,浸水和停水后红砂含水率变化较快,红砂持水性较差,浸水过程中红砂地层的饱和度小于80%,为非饱和渗透;浸水后红砂地层标贯击数显著降低,具有显著的软化特性。红砂较大的渗透系数和较差的持水性导致红砂很难达到饱和状态,是自重湿陷沉降量实测值远小于计算值的因素之一,一般工程建设中建议可不考虑红砂地基的湿陷特性,而将其按软化特性进行设计。研究结果不仅可指导红砂场地未来工程建设,还可为其他砂土湿陷性评价提供借鉴。

关键词：红砂试坑浸水渗透特性湿陷性软化性

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干旱砾漠区不同微地貌单元土壤性状及真菌群落变化特征

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干旱区研究 2024年第3期41卷 421-431页

作者：杜华栋刘研毕银丽车旭曦拜梦童西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院陕西西安710054 中交第二公路工程局第三工程有限公司陕西西安710000

探明干旱砾漠区不同微地貌单元土壤性状、真菌群落组成特征及其变化驱动因素,对于该区土壤真菌群落构建机制的理论研究和针对性生态损伤修复策略制定的实践指导具有重要意义。本文首先对比了干旱砾漠区4种微地貌单元(风蚀残丘、砾漠戈... 详细信息

探明干旱砾漠区不同微地貌单元土壤性状、真菌群落组成特征及其变化驱动因素,对于该区土壤真菌群落构建机制的理论研究和针对性生态损伤修复策略制定的实践指导具有重要意义。本文首先对比了干旱砾漠区4种微地貌单元(风蚀残丘、砾漠戈壁、河谷和风沙地)土壤理化性质、真菌α多样性及群落组成的变化特征,再结合不同微地貌单元植物群落特性和微气象因子测定,探究了各微地貌单元影响土壤真菌群落的主要生态因子。结果表明:(1)干旱砾漠区土壤均为砂质土壤,其中风沙地砂粒含量最大且黏粒含量最小,而河谷土壤粒径组成则相反;河谷和砾漠戈壁之间土壤容重和有机质含量无显著差异但显著高于其他两种微地貌单元;河谷土壤可溶性盐含量显著低于其他微地貌单元21.4%,但土壤含水量显著高出39.3%;速效养分中除砾漠戈壁的速效氮与速效钾、风蚀残丘的速效磷含量显著较低外,其他微地貌单元速效养分并未表现出显著性差异。(2)土壤真菌α多样性中,Shannon-Wiener指数、Pieloue指数和Simpson指数均表现为在风沙地显著降低而其他微地貌单元差异不明显,但Chao1多样性指数没有显著差异;真菌群落组成在门水平上,不同微地貌单元都以子囊菌门和担子菌门为优势菌门,其中子囊菌门在砾漠戈壁和风蚀残丘优势度最大,担子菌门在河谷占比最大;在属水平上,风蚀残丘的新凸轮孢菌属、暗茎草属,砾漠戈壁的新凸轮孢菌属、光黑壳,河谷的曲霉属、链格孢属,风沙地的金银花属、新凸轮孢菌属分别为各地貌单元土壤真菌群落优势属。(3)土壤含水量、有机质、速效氮、可溶性盐是影响干旱砾漠区不同微地貌单元土壤真菌群落结构变化的共同关键因子,风沙地的土壤机械组成、风蚀残丘的地表温度、光辐射强度、砾漠戈壁的地表风速和河谷的地表植被生物量分别为各自地貌单元影响土壤真菌群落的差异化生态因子。

关键词：干旱砾漠区微地貌单元土壤理化性质土壤真菌群落生态因子