传感技术学报2024,Vol.37Issue(1) :80-88.DOI:10.3969/j.issn.1004-1699.2024.01.012

基于卷积神经网络的岩渣分类算法及其FPGA加速

Rock Slag Classification Algorithm Based on Convolutional Neural Network and Its FPGA Acceleration

陈昌川 王新立 朱嘉琪 张天骐 尹淑娟 王珩 魏琦 乔飞
传感技术学报2024,Vol.37Issue(1) :80-88.DOI:10.3969/j.issn.1004-1699.2024.01.012

基于卷积神经网络的岩渣分类算法及其FPGA加速

Rock Slag Classification Algorithm Based on Convolutional Neural Network and Its FPGA Acceleration

陈昌川 1王新立 1朱嘉琪 1张天骐 1尹淑娟 2王珩 3魏琦 4乔飞5
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作者信息

  • 1. 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
  • 2. 内蒙古科技大学包头师范学院,内蒙古 包头 014030
  • 3. 上海工业自动化仪表研究院有限公司,上海 200233
  • 4. 清华大学精密仪器系,北京 100084
  • 5. 清华大学电子工程系,北京 100084
  • 折叠

摘要

全断面岩石掘进机在道路掘进过程中,刀盘挤压切削岩体容易产生刀盘磨损及损坏,从而造成经济损失,因此需要检测刀盘磨损的理论和技术来指导施工.岩渣是掘进过程的直接产物,携带丰富的信息,能够反映当前的施工状况,因此可以通过岩渣识别利用这些信息间接实现对刀盘的监测.提出了一种基于卷积神经网络的岩渣识别算法,在岩渣数据集上实现了 96.5%的分类准确率.随后为了便于FPGA硬件部署,提出一种网络压缩方法,将网络规模压缩到原始网络的 2.28%,同时分类准确率相比原网络仅下降了0.9%.最后使用OpenCL技术在Intel Arria 10 GX1150平台上实现了算法部署,达到了 224.54 GOP/s的吞吐率以及11.23 GOP/s/W的能效比.

Abstract

In the process of road excavation,the cutter head extrudes and cuts the rock mass,which is easy to cause cutter head wear and damage,resulting in economic losses.Therefore,the theory and technology of cutter head wear detection is needed to guide the con-struction.Rock slag is a direct product of the excavation process,and carries rich information that can reflect the current construction status.Therefore,the cutter head can be monitored indirectly by using this information through rock slag identification.A slag identifica-tion algorithm based on convolutional neural network is proposed,which achieves a classification accuracy of 96.5%on the slag dataset.Then,in order to facilitate the deployment of FPGA hardware,a network compression method is proposed,which compresses the network size to 2.28%of the original network,while the classification accuracy is only 0.9%lower than the original network.Finally,the algo-rithm is deployed on the Intel Arria 10 GX1150 platform using OpenCL,achieving a throughput rate of 224.54 GOP/s and an energy ef-ficiency ratio of 11.23 GOP/s/W.

关键词

岩渣分类/FPGA/卷积神经网络/OpenCL/硬件加速

Key words

rock slag identification/FPGA/convolutional neural networks/OpenCL/hardware acceleration

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基金项目

国家重点研发计划项目(2018YFB1702501)

重庆市研究生教育教学改革研究一般项目(yjg213079)

国家自然科学基金面上基金项目(61671095)

陕西省重点研发计划项目(2023-YBNY-222)

出版年

2024
传感技术学报
东南大学 中国微米纳米技术学会

传感技术学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.276
ISSN:1004-1699
参考文献量8
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