首页期刊导航|工矿自动化
期刊信息/Journal information
工矿自动化
中媒科工集团常州自动化研究院
工矿自动化

中媒科工集团常州自动化研究院

胡穗延

月刊

1671-251X

editor@cari.com.cn

0519-86998217

213015

江苏省常州市钟楼区木梳路1号

工矿自动化/Journal Journal mine automation北大核心CSTPCDCSCD
查看更多>>《工矿自动化》杂志创刊于1978年，由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团常州研究院有限公司主办，是国内唯一一份集中报道煤矿自动化、信息化、智能化领域新技术、新成果、新工艺及新动向的专业性技术期刊，入选中文核心期刊、中国科技核心期刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国地学领域高质量科技期刊T2类、中国煤炭领域高质量科技期刊T2类，是瑞典开放存取期刊目录数据库、英国《科学文摘（网络版）》、美国《地质学参考数据库》《艾博思科数据库》《乌利希期刊指南（网络版）》、俄罗斯《文摘杂志》、日本《科学技术振兴机构（中国数据库）》来源期刊。
正式出版
收录年代

    煤矿井下非均匀照度图像去噪研究

    张旭辉麻兵杨文娟董征...
    1-8页
    查看更多>>摘要：煤矿综采工作面空间小、照明环境复杂多变,采煤过程中伴随着大量的粉尘、大雾,导致采集的图像出现曝光、细节特征减弱等问题,难以对井下照明区域光照强度过大的图像进行有效的特征提取.针对上述问题,提出了 一种煤矿井下非均匀照度图像去噪算法.首先,将视频截取为图像,判断图像是否需要进行光照抑制,将需要进行光照抑制的RGB图像拆分通道,并计算每个通道的光照调节因子,实现图像的整体光照调节;然后,将未进行整体光照抑制的图像和经整体光照抑制的图像进行反射分量提取,即将输入的图像转换为HSV空间图像,使用单尺度Retinex(SSR)算法对V通道图像中的光照分量进行单独处理,将V分量中的入射分量去除,保留反射分量,并对反射分量使用直方图均衡算法实现光照均衡化处理;最后,使用基于引导滤波的暗通道先验算法对经过光照处理后的图像进行去雾处理,并使用伽马校正函数重新调节亮度不均的图像.主观评价结果表明:提出的煤矿井下非均匀照度图像去噪算法有效抑制了因光照导致整体亮度较高的问题,且由于大雾、粉尘等因素导致图像模糊的部分更加清晰,图像的细节特征更加突出.采用信息熵、均值、标准差、空间频率4种评价指标对提出的算法效果进行客观评价,结果表明,提出的算法在信息熵、均值、标准差、空间频率上较多尺度Retinex(MSR)算法分别平均提升了 21.87％,-56.06％,153.43％,294.45％,较基于颜色保持的多尺度视网膜增强(MSRCP)算法分别平均提升了 1.18％,-39.56％,33.29％,-4.71％,较带色彩恢复的多尺度视网膜增强(MSRCR)算法分别平均提升了 38.06％,-55.27％,462.10％,300.96％,说明提出的算法能更有效地增加图像信息量、抑制光照强度、提升边缘信息及图像清晰度.

    综采工作面煤矿井下图像去噪非均匀光照高光抑制亮度均衡图像去雾伽马校正

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于双层路由注意力机制的煤粒粒度定量分析

    程德强郑丽娟刘敬敬寇旗旗...
    9-17页
    查看更多>>摘要：煤粒粒度分布特征与煤中甲烷气体传播规律的分析密切相关.目前,基于图像分割的煤粒粒度分析方法已成为获取煤粒粒度的主流方案之一,但存在上下文信息丢失、煤粒特征融合不当造成煤粒漏分割和过分割等问题.针对上述问题,设计了一种基于双层路由注意力机制(BRA)的煤粒粒度分析模型.在残差U型网络ResNet-UNet中嵌入BRA模块,得到B-ResUNet网络模型:为减少在煤粒分割过程中出现的漏分割问题,在ResNet-UNet网络的上采样前添加BRA模块,使网络根据上一层的特征调整当前特征层的重要性,增强特征的表达能力,提高长距离信息的传递能力;为减少在煤粒分割过程中出现的过分割问题,在ResNet-UNet网络的特征拼接模块后添加BRA模块,通过动态选择和聚合重要特征,实现更有效的特征融合.对分割出的煤粒进行特征信息提取,针对实验分析中采用的煤粒数据集的煤粒粒度与细胞大小相当,为精确表征煤粒粒度,采用等效圆粒径获取煤粒粒度及粒度分布.实验结果表明:①B-ResUNet网络模型的准确率、平均交并比、召回率较ResNet-UNet基础网络分别提高了 0.6％,14.3％,35.9％,准确率达99.6％,平均交并比达92.6％,召回率达94.4％,B-ResUNet网络模型在煤样中具有较好的分割效果,能够检测出较为完整的颗粒结构.②在上采样前和特征拼接后均引入BRA模块时,网络对煤粒的边缘区域给予了足够的关注,且对一些不太重要的区域减少了关注度,从而提高了网络的计算效率.③煤粒的粒度大小在1～2mm内呈相对均衡的分布趋势,粒度在1～2mm内的煤粒占比最大为99.04％,最小为90.59％,表明基于BRA的图像处理方法在粒度分析方面具有较高的准确性.

    煤粒粒度粒度分布双层路由注意力机制图像处理残差U型网络语义分割等效圆粒径

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    煤矿履带式定向钻机路径规划算法

    毛清华姚丽杰薛旭升
    18-27页
    查看更多>>摘要：煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A*算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差.提出一种以改进A*算法规划全局路径、融合动态窗口法(DWA)规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法.考虑定向钻机尺寸影响,在传统A*算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A*算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A*算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径.将改进A*算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划.利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明:与Dijkstra算法和传统A*算法相比,改进A*算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5％和63.2％,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A*算法与DWA融合算法可有效躲避改进A*算法规划路径上的未知障碍物,路径长度较PRM算法和RRT*算法规划的路径分别平均减小5.5％和2.9％.

    煤矿巷道履带式定向钻机自主行走路径规划A*算法融合动态窗口法避障

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统设计

    尹建辉
    28-34页
    查看更多>>摘要：目前煤矿瓦斯智能抽采管控系统存在以下问题:①系统功能局限于某一段流程管控,导致瓦斯抽采业务管理覆盖不全、措施落实不到位.②基于传统的"烟囱式"IT架构,导致子系统分散、数据利用率低、协同能力差,后期子系统融合代价大、系统扩展不便.③瓦斯抽采过程仍存在较多的人工环节,系统智能化、自动化能力还有待进一步提升.针对上述问题,设计了一种基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统.基于发布/订阅模式开发了瓦斯抽采多源异构数据采集流程,促进了数据的解耦和共享,降低了系统复杂度,实现了瓦斯抽采管网数据、钻孔作业及轨迹数据、设备工况数据、达标评判数据等多源异构数据的统一采集.基于数字孪生技术,构建了三维抽采系统模型,达到了井上下抽采系统的立体化展示.基于规则引擎技术,根据订阅的Topic对经过消息中心处理后的传感器数据进行判断,可进行告警消息的推送,并将处理后的传感器数据存入数据库中,以实现瓦斯抽采达标评判的自动化、流程化运行.利用机器视觉视频分析技术识别钻杆根数,从而实现钻孔过程的钻杆根数(钻孔深度)的自动计数和钻孔工程的信息化管理,结合钻孔测量仪器,实现了钻孔轨迹左右、上下偏差分析及可视化.现场应用结果表明:瓦斯抽采相关管理人员通过查看瓦斯智能抽采管控系统软件,可实时快速地了解各抽采面抽采情况、抽采评判情况、钻孔工程施工情况、系统故障情况,提高了瓦斯抽采信息化和智能化管理水平..

    工业互联网煤矿瓦斯抽采智能管控软件机器视觉技术数字孪生技术

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    一种长巷道形变监测中轴线提取及断面构建方法

    陈晓伟陈雷李猛胡成军...
    35-41页
    查看更多>>摘要：三维激光扫描技术被广泛用于长巷道形变监测技术的研究中,但目前的研究存在多次扫描采集到的点云数据基准点移位现象;采集到的相邻点云数据公共特征不明显,多站点云拼接后会导致累计误差增大;超前巷道形变受超前支架的影响.针对上述问题,以传统十字点法中顶底板中点与两帮重点交叉的方法为基础,提出了一种基于最小二乘法的巷道中轴线提取方法.巷道定义的直角坐标系的原点位于激光束发射处,z轴位于激光扫描器的竖向扫描面内;x、y轴均位于仪器的横向扫描面内,中轴线反映了巷道整体的走向和姿态.在巷道掘进完成未受采动影响时,整条巷道进行第一遍扫描,通过最小二乘法确定整条巷道的中心点,将各中心点连接并拟合出一条完整的中轴线.在后续的巷道变形监测中,每监测一次均通过第一次的中点位置进行点云数据叠加,准确获得巷道断面内各个点云的变化情况,进而获得巷道的形变.基于拟合的中轴线构建巷道断面.采用三维激光扫描系统在塔山煤矿30507工作面回风巷对巷道形变进行了测试,结果表明:①巷道形变随着测点距工作面距离的增大而变小,且30507工作面回风巷的超前影响范围为150 m,巷道形变的最大点位于底板临近采空区一侧.②三维激光扫描和微震监测系统确定的超前范围接近,说明在进入150 m时支护煤体已经开始受力,且巷道形变的最大点位于底板临近采空区一侧,而不是十字点观测法观测的底板,证明三维激光扫描结果更为精确,且极大地降低了作业强度.

    长巷道形变监测中轴线提取断面构建三维激光扫描最小二乘法十字点观测法

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    工作面液压系统流量补偿技术研究

    赵叔吉
    42-48页
    查看更多>>摘要：目前工作面液压系统的优化研究对连续推进过程中液压系统压力流量特性的分析较少,对液压系统压力流量波动问题缺乏简单有效的解决方案.针对工作面快速移架需求,以张家峁煤矿2-2煤层新建大采高工作面为工程背景,采用AMEsim软件建立了单台液压支架和成组液压支架仿真模型,基于自动跟机移架中千斤顶的动作时序,对煤炭开采过程中液压支架移架推溜过程进行仿真,分析了不同数量液压支架同时动作时工作面液压系统的压力流量变化情况,指出移架过慢的原因是液压支架瞬时需液量超过泵站最大流量,同时在液压支架成组运动过程中存在瞬时需液量不足和部分时刻泵站供液能力过剩的矛盾.针对液压系统间歇性大流量需求,提出了基于蓄能器的流量补偿技术,通过仿真验证了安装蓄能器后液压系统的压力波动被明显抑制,各千斤顶运动速度明显提升.在张家峁煤矿新建工作面对基于蓄能器的流量补偿技术进行现场试验,结果表明接入蓄能器后,液压系统平均压降降幅达74.1％,压力波动受到明显抑制,验证了流量补偿技术可满足液压系统间歇性大流量需求,为快速移架提供保障.

    工作面液压支架自动跟机移架快速移架液压系统流量补偿蓄能器

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于CED-YOLOv5s模型的煤矸识别方法研究

    何凯程刚王希葛庆楠...
    49-56,82页
    查看更多>>摘要：由于煤矿井下高噪声、低照度、运动模糊的复杂工况和煤矸易聚集现象,导致煤矸目标检测模型特征提取困难及煤矸分类、定位不准确问题.针对该问题,提出一种基于CED-YOLOv5s模型的煤矸识别方法.首先,在YOLOv5s主干网络中引入坐标注意力(CA)机制,通过将坐标信息嵌入信道关系和长程依赖关系中对特征图进行编码,充分利用通道注意力信息和空间注意力信息,使模型更加关注重要特征,抑制无用信息.其次,在YOLOv5s的检测头部引入EIoU回归损失函数,将目标框与锚框的宽高差异最小化,以增强目标的位置和边界信息,提高模型在密集目标下的定位精度和收敛速度;最后,在YOLOv5s的检测头部引入轻量化解耦头,解耦出单独的特征通道,分别用于分类任务和回归任务,解决了原模型中耦合头部分类任务与回归任务的相互干扰问题,进一步提升了模型的并行运算效率与检测精度.实验结果表明:CED-YOLOv5s模型与其他YOLO系列目标检测模型相比,综合性能最佳,平均检测精度达94.8％,相较于YOLOv5s模型提升了3.1％,检测速度达84.8帧/s,可充分满足煤矿井下煤矸实时检测需求.

    煤矸识别YOLOv5s坐标注意力损失函数轻量化解耦头密集目标定位

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于改进YOLOv5的带式输送机大块煤检测

    秦宇龙程继明任一个王晓晴...
    57-62,71页
    查看更多>>摘要：过大的煤块在带式输送机上运输时易造成煤流不畅、堵塞及堆煤,然而大块煤和普通煤块在外形和颜色上的差异较小,且煤块间存在遮挡和堆叠的情况,现有煤块检测方法对大块煤与普通煤块的区分不够精确,容易出现漏检或误检.针对上述问题,提出了一种改进YOLOv5模型,用于带式输送机大块煤检测.利用并行空洞卷积模块替换YOLOv5骨干网络中的部分普通卷积模块,扩大感受野,提升多尺度特征学习能力,从而更好地区分大块煤与普通煤块;在颈部网络中加入联合注意力模块,更好地融合上下文信息,提高对大块煤的定位能力.利用训练好的改进YOLOv5模型对摄像仪采集的实时输煤视频进行检测,根据大块煤的数量信息实时联动PLC示警.实验结果表明:相比于原始YOLOv5模型,改进YOLOv5模型在召回率和平均精度上分别提高了3.4％,2.0％;PLC可根据改进YOLOv5模型检测出的大块煤数量操作相应的指示灯和蜂鸣器进行示警;将改进YOLOv5模型应用于煤矿井下实际输煤视频中,对大块煤的检测精确率达97.0％,有效避免了漏检和误检现象.

    带式输送机大块煤检测YOLOv5空洞卷积注意力机制PLC联动示警感受野

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于密集残差连接U型网络的噪声图像超分辨率重建

    刘鹏南李龙张紫豪朱星光...
    63-71页
    查看更多>>摘要：现有的图像超分辨率重建网络难以适用于煤矿井下噪声密集的应用场景,且多数网络通过增加深度提升性能会导致无法有效提取关键特征、高频信息丢失等问题.针对上述问题,提出了一种密集残差连接U型网络,用于对低分辨率噪声图像进行超分辨率重建.在特征提取路径中引入基于密集残差连接的去噪模块,通过密集连接的方式对图像特征进行充分提取,再利用残差学习的特点对低分辨率噪声图像进行有效去噪;在重建路径中引入残差特征注意力蒸馏模块,通过在残差块中融入增强特征注意力块,对不同空间的特征赋予不同的权重,加强网络对于图像关键特征的提取能力,同时减少图像细节特征在残差块中的损失,从而更好地恢复图像细节信息.在煤矿井下图像数据集及公共数据集上进行了对比实验,结果表明:在客观评价指标上,所提网络的结构相似度、图像感知相似度均优于对比网络,且在复杂度及运行速度上有着较好的均衡;在主观视觉效果上,所提网络重建的图像基本消除了原有图像噪声,有效恢复了图像的细节特征.

    噪声图像超分辨率重建密集残差连接U型网络去噪模块残差特征注意力蒸馏模块

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于直线段检测和LT描述符的矿井图像线特征匹配算法

    朱代先秋强孔浩然胡其胜...
    72-82页
    查看更多>>摘要：图像匹配是同步定位与地图构建(SLAM)技术中极为重要的一环,用于根据图像之间的变换关系确定相机位姿.基于线特征的图像匹配方法具有较强的鲁棒性和抗噪能力,更加适用于井下图像匹配,基于深度学习的线描述符对线段遮挡等场景具有较高的鲁棒性,性能优于传统描述符,但卷积神经网络架构的描述符将可变长度线段抽象为固定维进行描述,不利于线段长度及视差变化较大图像的匹配.针对上述问题,提出一种基于直线段检测和线描述符的矿井图像线特征匹配算法.在频域利用单参数同态滤波降低图像的照射分量,并增强反射分量,提升亮度及对比度;在YUV空间利用对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)算法对亮度分量进行均衡,使亮度分布更加均匀;变换至RGB空间提取直线段检测(LSD)线,引入一种基于Transformer架构的LT描述符构建LSD线的特征向量,最后完成线特征匹配.实验结果表明:该算法结合了同态滤波和CLAHE算法的优点,增强后图像的亮度适中,对比度良好,灰度分布均匀,增强效果优于单参数同态滤波算法、EnlightenGAN算法;该算法提取的线特征数较原图平均提升了 32.92％,在不同相似纹理占比、不同程度旋转与平移变化的井下图像匹配中鲁棒性好,平均正确匹配数为61.75对,平均精度为86.83％,优于线二进制描述符(LBD)算法、LBD NNDR算法、LT算法,能够满足矿井图像稳健匹配的需求.

    矿井图像匹配线特征匹配单参数同态滤波CLAHE算法直线段检测LSD线LT描述符线描述符

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据