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工矿自动化
中媒科工集团常州自动化研究院
工矿自动化

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胡穗延

月刊

1671-251X

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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

    基于多尺度梯度域引导滤波的煤矿井下图像增强方法

    牟琦葛相甫王新月李磊...
    79-88,111页
    查看更多>>摘要：煤矿井下图像存在较严重的光照不均匀和噪声干扰,现有基于Retinex的方法直接应用于煤矿井下图像增强易出现光晕伪影、边缘模糊、过增强和噪声放大等问题.针对上述问题,提出了一种基于多尺度梯度域引导滤波的煤矿井下图像增强方法.首先,将多尺度思想引入梯度域引导滤波中,实现对非均匀光照的准确估计,有效解决了增强图像时光晕伪影及边缘模糊的问题.然后,利用Retinex模型分离出光照分量和反射分量:对于光照分量,通过自适应伽马校正函数逐像素地修正光照信息,实现对图像暗区域增强的同时,抑制亮区域过增强,并使用限制对比度自适应直方图均衡化方法调整图像对比度;对于反射分量,将梯度域引导滤波与多尺度细节提升相结合,在准确去除噪声后提升纹理细节,避免了增强图像时噪声放大的问题.最后,将处理后的光照分量及反射分量融合,计算图像增益系数,并使用线性色彩恢复方法实现对原始RGB图像的逐像素增强,提升方法处理效率.实验结果表明,从主客观角度与现有方法相比,经所提方法处理后的图像在色彩保持、对比度、噪声抑制、细节保留等方面均取得了较好的增强效果,同时处理效率较高.

    井下图像增强低光照图像多尺度梯度域引导滤波自适应伽马校正Retinex线性色彩恢复

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    基于暗通道引导滤波和光照校正的煤矿井下图像去雾算法

    盖勇刚
    89-95页
    查看更多>>摘要：现有煤矿井下图像去雾方法在处理煤矿井下图像时未能在提取图像深层次特征信息的同时进行光照校正,处理后的图像存在细节信息丢失或图像偏暗的问题.提出一种基于暗通道引导滤波和光照校正的煤矿井下图像去雾算法.首先,井下原始图像通过图像分化模块(IDM)进行双边滤波、光照估计和暗原色处理后得到光照图、暗原色图和光照反射图.然后,对暗原色图进行预处理,作为权重引导参数对光照反射图进行引导滤波,以恢复图像细节特征信息.最后,将光照图作为权重参数对图像进行光照校正和特征提取,通过多次光照校正解决颜色失真问题,同时增加网络深度,进而去除黑暗区域的退化,实现图像细节的重构,从而得到清晰图像.主观评价结果表明:基于暗通道引导滤波和光照校正的煤矿井下图像去雾算法在去除雾气的同时,保留了更多的结构纹理及背景细节,使整个图像更加接近于对应的清晰图像.客观评价结果表明:与次优算法PMS-Net相比,在训练集和测试集上信息熵分别提高0.32和0.11,标准差分别提高3.58和1.89,平均梯度分别提高0.008和0.004,说明所提算法可有效降低煤矿井下图像的雾气.消融实验结果表明,所提算法在测试数据集上的信息熵、标准差、平均梯度均高于其他网络组成模型,说明所提算法去雾效果最好,且能有效保留图像细节和边缘信息.

    煤矿井下图像去雾算法暗通道引导滤波光照校正暗原色处理

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    基于UWB与PDR的井下人员融合定位方法

    贾宇涛李冠华潘红光陈海舰...
    96-102,135页
    查看更多>>摘要：现有超宽带(UWB)与行人航位推算(PDR)融合定位方法大多忽略了非视距(NLOS)环境下的定位误差校正,以简单的阈值划分作为NLOS环境判断依据,而阈值划分在很大程度上与定位场景及场地大小相关.针对上述问题,提出一种考虑NLOS环境的基于UWB与PDR的井下人员融合定位方法.首先,利用UWB技术进行井下人员位置解算,通过三边定位算法得到人员初步位置后,使用最小二乘法对位置进行优化,通过多项式拟合实现NLOS环境下基站和标签之间实际值和测量值之间的拟合,减小NLOS环境下的测距误差,提高定位精度.其次,采用PDR算法对步态进行识别和分析,PDR算法使用惯性导航传感器采集的步态数据,通过步态识别、步长估计和方向估计,实现目标位置的更新;然后,通过卷积神经网络(CNN)-长短期记忆(LSTM)网络分析信道脉冲响应(CIR)特征,实现视距(LOS)/NLOS识别,解决NLOS环境判断存在场景限制的问题;最后,根据LOS/NLOS识别结果确定融合系数,实现UWB和PDR定位结果融合.测试结果表明:多项式拟合后UWB平均测距误差降低0.59 m;LOS/NLOS识别的平均准确率为95.3％,召回率和F1分数均在90％以上,验证了 CNN-LSTM具有较好的识别效果;融合定位方法的平均误差为0.31 m,较UWB降低1.57 m,较PDR降低1.41 m.

    井下人员定位UWB行人航位推算PDR融合定位非视距环境最小二乘法多项式拟合CNN-LSTMLOSNLOS

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    基于生成对抗网络的井下人员步长估计方法

    王泰基
    103-111页
    查看更多>>摘要：针对基于行人航位推算(PDR)的煤矿井下人员定位系统中步长估计存在累计误差及传统深度学习方法所需数据集样本过大的问题,提出了一种基于生成对抗网络(GAN)的井下人员步长估计方法.GAN模型主要包括生成模型和判别模型2个部分,均采用深度神经网络(DNNs)实现.生成模型根据输入数据生成连续的结果分布(即标签),其输出层使用线性激活函数,以保留网络的线性特性,允许模型预测任何人员在行走过程中的步长;判别模型根据输入数据与标签判别是真实标签还是由生成器生成的标签,其输出层使用Sigmoid激活函数,以实现结果的二分类.确定生成模型与判别模型后,GAN模型联合2个模型进行训练,通过构建并优化生成器和判别器之间的动态竞争,使得生成器能够在不断迭代中学会生成更加逼真、难以区分的数据样本.实验结果表明,使用同样训练集及测试集的情况下,GAN模型的平均误差为0.14 m,标准差和均方根误差均小于DNNs模型,最小值均为0.74 m.户外测试结果表明,基于GAN的井下人员步长估计方法在上下坡场景的误差最小值为3.21％,最大值为4.79％;相比于上下坡场景,操场场景的误差更小,最大误差为1.91％.

    井下人员定位行人航位推算PDR生成对抗网络步长估计生成模型判别模型惯性测量单元IMU

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    融合改进A*算法与动态窗口法的煤矿足式机器人路径规划

    王利民孙瑞峰翟国栋张佳伟...
    112-119页
    查看更多>>摘要：为提高煤矿足式机器人路径规划算法的运行效率、搜索精度及避障灵活性,提出了一种融合改进A*算法与动态窗口法(DWA)的煤矿足式机器人路径规划方法.首先对A*算法进行改进,通过去冗余节点策略减短规划路径的长度,通过改进邻域搜索方式和代价函数提高路径规划速度,采用分段二阶贝塞尔曲线进行路径平滑.将改进A*算法规划出的路径节点依次作为局部路径规划DWA的局部目标点进行算法融合,筛选邻近的障碍物节点,从而再次缩短路径长度,并通过调整DWA代价函数中的权值比例提升避障性能.针对机器人遇到无法避开的障碍物而陷入"假死"状态的问题,以当前初始点为起点,重新调用融合算法,即重新进行全局路径规划,将得到的新节点代替原有的局部目标点,按照新路径进行后续工作.仿真结果表明:在保证机器人行走安全稳定的基础上,改进A*算法较传统A*算法的计算时间缩短了 65％,路径长度缩短了 24.1％,路径节点数量减少了27.65％,最终得出的路径更为平滑;融合算法进一步提升了全局路径规划能力,在多障碍物环境下能够绕开新增的动态和静态障碍物;机器人遇到"L"型障碍物进入"假死"状态时,在"假死"位置重新进行全局路径规划,更新行走路径,成功到达了最终目标点.基于融合算法的JetHexa六足机器人路径规划实验结果验证了融合算法的有效性和优越性.

    煤矿足式机器人路径规划A*算法动态窗口法复杂环境避障全局路径规划局部路径规划

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    基于残差优化的综采工作面煤壁点云补全方法

    汪卫兵侯学谦赵栓峰贺海涛...
    120-128页
    查看更多>>摘要：煤矿综采工作面巷道的数字化三维重建过程中需要完整且密集的煤壁点云数据.受遮挡、视角限制等因素影响,采集的综采工作面煤壁点云数据往往不完整且稀疏,影响下游任务,需进行煤壁点云修复和补全.目前缺少针对井下点云补全任务的数据集和网络模型,现有模型用于煤壁点云补全时存在点云密度分布不均匀、点云特征信息丢失等情况.针对上述问题,设计了一种基于残差优化的煤壁点云补全网络模型,采用监督学习方式学习点云特征信息,通过最小化密度采样和残差网络迭代优化输出完整点云.采集煤矿井下真实综采工作面煤壁点云数据,预处理后筛选可用数据,通过模拟随机空洞制作煤壁点云缺失数据集,并用缺失数据集训练基于残差优化的煤壁点云补全网络模型.实验结果表明:与经典的FoldingNet,TopNet,AtlasNet,PCN,3D-Capsule点云补全网络模型相比,基于残差优化的煤壁点云补全网络模型针对构造的缺失煤壁点云和稀疏煤壁点云补全的倒角距离、地移距离及F1分数均能达到最优水平,整体补全效果最佳;针对实际缺失的煤壁点云,该模型能够实现有效补全.

    煤矿综采工作面数字化煤层巷道三维重建点云修复点云补全残差优化

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    综采工作面液压支架测高传感器设计

    高思伟谷敏永李殿鹏
    129-135页
    查看更多>>摘要：针对综采工作面液压支架高度测量困难和可靠性、稳定性差等问题,设计了一种基于帕斯卡定律的液压支架测高传感器.该测高传感器内置一根细长液管,液管中充满甲基硅油,测高传感器两端安装压力传感器,通过测量密闭液管的两端压力,得到测高传感器两端位置的高度差.甲基硅油在环境温度变化时具有明显的热胀冷缩特性,会引起密闭空间内的压力急剧变化,影响测量精度,提出了 一种补偿方法:采用波纹管存储一部分甲基硅油,利用波纹管自身的弹性补偿甲基硅油热胀冷缩造成的体积变化;并在软件中通过算法校准甲基硅油体积变化带来的密度变化,从而确保测高传感器的测量精度.试验结果表明:测高传感器可工作在0～40 ℃环境下,测量误差在4 cm以内.在薄煤层、中厚煤层综采工作面液压支架的现场应用结果表明:与人工测量结果相比,测高传感器的高度测量误差在5 cm以内,说明该传感器可靠性较高.

    综采工作面液压支架测高传感器压力传感器波纹管温度补偿密度校准

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    液压支架姿态数字孪生精准快速映射方法

    刘萌付翔姜玉龙刘彬...
    136-141,158页
    查看更多>>摘要：针对应用数字孪生实现综采工作面液压支架姿态映射存在精度低、时延大及精度与时延难以平衡等问题,提出了一种液压支架姿态数字孪生精准快速映射方法.设计了包括物理感知层、数据层、业务逻辑层和表现层的液压支架姿态数字孪生系统架构;在业务逻辑层,通过保留液压支架高精度模型外部形状并将关键部位合并成轻量化结构件,建立了液压支架姿态数字孪生模型,减少了渲染时延,并通过建立倾角传感器测量角度与数字孪生模型转动角度之间的转换关系,实现液压支架姿态数字孪生模型与液压支架实体虚实映射一致,保证了液压支架姿态映射的精度;在数据层,从各数据传输环节中划分出传输间隔并进行参数约束,应用参数规划求解优化可调环节的数据更新间隔,减少了数字孪生系统数据传输过程的资源浪费和时延.搭建了液压支架姿态数字孪生精准快速映射平台,进行液压支架姿态虚实映射的时延和精度测试,结果表明,该方法在保证液压支架姿态映射精度的前提下具有较低的时延.

    液压支架数字孪生虚实映射渲染时延数据传输时延参数规划求解

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    强噪声干扰下采煤机行星齿轮故障诊断方法

    李勇张启志庄德玉邱锦波...
    142-149页
    查看更多>>摘要：采煤机摇臂截割部行星齿轮的健康状态直接影响截割效率.针对采煤机截割煤岩过程中受多重冲击引起的强噪声干扰、齿轮结构复杂且传递路径多变导致故障特征难以提取等特点,提出了一种基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法.根据信号频谱分布特征及噪声随机特性,采用频谱平均降噪方法抑制噪声对信号频谱的干扰,获得信号降噪频谱.构建相关谱以建立少样本降噪频谱和多样本降噪频谱的内在联系,减少频谱平均降噪对样本数量的需求.采用一维卷积神经网络(ID CNN)建立相关谱与故障类别之间的精确映射关系,以相关谱为输入、故障类别为输出,实现行星齿轮故障分类识别.在DDS传动系统故障诊断实验台对基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法进行实验验证,结果表明该方法能够增强表征故障特征的关键频率,对正常、断齿、磨损、缺齿和裂纹5种行星齿轮健康状态信号的整体识别率达96％,在信噪比不低于15 dB时可有效、准确地实现齿轮故障诊断.

    采煤机齿轮故障诊断强噪声干扰频谱平均降噪相关谱

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    本安型电磁阀动静态特性分析及影响参数优化研究

    姚卓王伟韦文术卢德来...
    150-158页
    查看更多>>摘要：针对在驱动功率和电磁阀体积约束下存在的电磁铁驱动力不足、电磁阀响应速度慢的问题,分析了电磁阀的动静态特性,通过仿真分析和样机试验验证了提高本安型电磁铁电磁力可明显改善电磁阀的响应特性,确定了通过优化电磁力改善电磁阀响应特性的方案.提出了本安型电磁铁特性评价指标:有效行程指标、平均电磁力指标和静态综合性能指标,解决了因电磁铁行程不同而造成的电磁铁性能评价困难的问题.利用Maxwell电磁仿真软件分析了导向筒深度变化量δa、衔铁半径变化量δb、非工作气隙变化量δc1、非工作气隙变化量δc2、盆口高度变化量δd对电磁铁静态特性的影响,得到不同参数对静态特性的敏感度,为参数优化中尺寸控制范围的选择提供参考依据.通过正交试验结果构建了铁芯结构参数对电磁铁综合特性评价指标的二阶响应面模型,利用遗传算法对铁芯参数进行优化.样机试验结果表明:优化后电磁铁水平段电磁力提升了 50％,有效行程提高了26％,本安型电磁阀的开启响应时间缩短了 52.5％.

    本安型电磁阀本安型电磁铁电磁力动静态特性响应特性遗传算法铁芯参数优化

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