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论“采煤就是采数据”的学术思想
1
作者 马宏伟 薛旭升 +7 位作者 毛清华 齐爱玲 王鹏 聂珍 张旭辉 曹现刚 赵英杰 郭逸风 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期272-283,共12页
煤矿智能化的核心是综采工作面的智能化,综采工作面智能化的关键是数字化。为了提高综采工作面的智能化水平,提出了“采煤就是采数据”的煤矿综采工作面智能化开采学术思想,凝练了数字工作面构建、精准截割、设备位姿检测与控制、设备... 煤矿智能化的核心是综采工作面的智能化,综采工作面智能化的关键是数字化。为了提高综采工作面的智能化水平,提出了“采煤就是采数据”的煤矿综采工作面智能化开采学术思想,凝练了数字工作面构建、精准截割、设备位姿检测与控制、设备群速度控制和设备群协同控制等五大关键技术,阐述了基于五大关键技术的学术思想内涵,构建了基于数字工作面智能开采的学术思想体系架构。针对综采工作面数字煤层构建问题,融合数字煤层数据、设备群数据等,利用空间插值算法、数字孪生技术等构建数字工作面,构建了包括数字煤层数据、历史截割位姿和速度数据、采煤量数据、设备群协同数据等的数据库,阐述了多源数据融合的数字工作面动态更新方法,提高数字工作面模型的精度;针对综采工作面精准截割问题,阐述了融合数字煤层驱动的截割轨迹规划数据和历史截割位姿数据的轨迹规划方法,以及基于规划轨迹数据的智能插补轨迹跟踪控制方法,利用人工智能算法对规划截割轨迹数据和轨迹跟踪控制的位姿插补数据进行迭代优化,提高截割轨迹规划和轨迹跟踪控制精度;针对综采工作面设备位姿检测与控制问题,阐述了基于多传感器融合数据的工作面装备位姿精准检测方法,以及基于神经网络算法的位姿控制方法,通过位姿感知数据和位姿控制数据的深度融合与迭代优化,实现综采工作面设备群位姿的精准检测与控制;针对综采工作面设备群速度控制问题,提出力−电耦合的截割载荷测量方法,以及基于人工智能寻优算法的速度智能控制方法,融合截割载荷数据和采煤量数据,利用人工智能寻优算法决策最优的牵引速度、截割速度、运煤速度,实现基于设备群速度匹配的高效智能截割控制;针对综采工作面设备群协同控制问题,阐述了基于人工智能算法的设备群主从协同控制方法,以采煤机位姿与速度控制数据作为主导者,刮板输送机和液压支架控制数据作为跟随者,利用人工智能神经网络算法求解最优的设备群位移与速度协同控制参数,实现设备群智能高效安全作业。“采煤就是采数据”五大关键技术已经在煤矿中得到应用,验证了学术思想的可行性。“采煤就是采数据”的学术思想为突破煤炭智能开采的关键技术难题奠定了理论基础。 展开更多
关键词 数字工作面 截割轨迹规划 位姿控制 速度控制 协同控制
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煤矿井下采掘工作场景非均质图像去雾与增强技术
2
作者 张旭辉 解彦彬 +6 位作者 杨文娟 张超 万继成 董征 王彦群 蒋杰 李龙 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期245-256,共12页
【目的】针对煤矿井下采掘作业中采煤和除尘活动引发尘雾分布不均及复杂光照条件,导致视频图像模糊不清、信息量和细节丢失等问题,提出了一种井下采掘工作场景非均质图像去雾与增强技术。【方法】首先对雾图进行区域分割,计算不同亮度... 【目的】针对煤矿井下采掘作业中采煤和除尘活动引发尘雾分布不均及复杂光照条件,导致视频图像模糊不清、信息量和细节丢失等问题,提出了一种井下采掘工作场景非均质图像去雾与增强技术。【方法】首先对雾图进行区域分割,计算不同亮度区域的全局暗通道环境光均值,并与通过自适应伽马矫正和多尺度高斯滤波得到的局部亮通道环境光进行加权融合,以获得精确的环境光估计。为了保证图像细节的同时实现自然去雾效果,采用多尺度融合矫正技术处理透射图,并利用联合双边滤波得到精细化的透射图,结合大气散射模型,实现尘雾图像的清晰化。针对去雾后的图像整体较暗且对比度不足,进一步采用修正白平衡处理,将图像转换到HSV空间,提出自适应饱和度矫正和改进对比度增强算法,并结合拉普拉斯锐化提升图像的细节和对比度。【结果和结论】通过选取DCP、MRP、OSFD、MF-LIME、CEEF 5种算法处理真实典型的场景图像,并采用多项指标与本研究算法处理结果进行对比实验,结果表明:与新颖优秀算法的最优指标对比,提出算法相比CEEF在平均梯度的平均提升约为两倍,提升了图像的清晰度;相比MRP的信息熵平均降低约为1%,保留了更多图像信息;相比OSFD的标准差平均提升约为6%,改善了图像对比度;相比CEEF的FADE平均降低约为23%,能更有效地降低尘雾密度且运行速度较快,表现出更优越的性能。提出的算法能够有效提高煤矿井下采掘工作场景中模糊图像的视觉效果和图像质量,增强了其在工程应用中的实用性。 展开更多
关键词 区域分割 暗亮通道融合 对比度增强 修正白平衡 自适应饱和度矫正 采掘作业
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基于双目视觉的掘进装备定位系统移站自主标定方法
3
作者 张旭辉 杨骏豪 +5 位作者 杨文娟 张超 陈鑫 万继成 刘彦徽 王悦 《工程设计学报》 北大核心 2025年第1期1-10,共10页
稳定、连续的视觉位姿测量数据对提高煤矿掘进装备的工作效率具有重要意义。目前,基于视觉信息的掘进装备位姿测量方法存在合作标靶移站后标定过程烦琐、无法自动连续测量的问题。针对这一难题,提出了一种基于双目视觉的移站自主标定方... 稳定、连续的视觉位姿测量数据对提高煤矿掘进装备的工作效率具有重要意义。目前,基于视觉信息的掘进装备位姿测量方法存在合作标靶移站后标定过程烦琐、无法自动连续测量的问题。针对这一难题,提出了一种基于双目视觉的移站自主标定方法。首先,采用HSV(hue,saturation,value,色调、饱和度、明度)颜色分割和点线特征提取技术,针对合作标靶的红色特征进行处理,以获取合作标靶图像信息。然后,设计移站标定解算模型,利用双目视觉测量方法获取合作标靶的空间参数。最后,根据标定过程中相机与合作标靶的相对位置不变的特点,利用L-M(Levenberg-Marquardt)算法优化合作标靶的空间参数,并将优化结果应用于视觉定位系统,以完成移站标定。实验结果表明:移站标定后掘进装备机身的位置测量误差均在50mm以内,姿态角测量误差均在0.6°以内。所提出的基于双目视觉的移站自主标定方法满足煤矿掘进装备视觉定位系统的精度要求,可为快速掘进技术的研究提供理论支持。 展开更多
关键词 视觉测量 自主标定 合作标靶 特征提取 解算模型
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天津市防洪调度应急指挥平台建设实践
4
作者 李匡 刘战友 +2 位作者 刘业森 赵英虎 张旭辉 《中国水利》 2025年第4期34-39,47,共7页
针对海河“23·7”流域性特大洪水中暴露出的天津市防汛调度信息化建设存在的不足和问题,结合天津市防洪调度、应急水量调度、雨洪资源利用调度等工作实际需要,提出了提升天津市防洪调度应急指挥平台项目建设方案。补充建设了重点... 针对海河“23·7”流域性特大洪水中暴露出的天津市防汛调度信息化建设存在的不足和问题,结合天津市防洪调度、应急水量调度、雨洪资源利用调度等工作实际需要,提出了提升天津市防洪调度应急指挥平台项目建设方案。补充建设了重点区域监测感知体系,研究了防洪调度数据底板、知识库、模型库、数字孪生场景的构建方法与技术路线,开发了基于防洪调度“四预”、应急水量调度、雨洪资源利用调度系统及防洪移动应用,初步实现防洪调度与水资源调度相结合的应急指挥体系。综述防洪调度应急指挥平台的应用实践:在应对台风“格美”期间,利用平台预测了蓟运河系、大清河系未来10天的洪水过程,以及城区局部低洼区域存在不同程度内涝积水风险,为天津市防汛工作提供了专业的洪水预报及调度建议;2024年杨庄水库面对建库以来最大洪水,采用平台水文预报模型对杨庄水库泄洪过程进行复盘分析,有力支撑水库运行调度;针对天津市“8·25”暴雨洪涝进行复盘分析,对23处最大水深大于0.15 m的积水监测站给出了相应积水缘由及建议解决途径,为天津市中心城区的内涝预警提供了有效的技术支撑。 展开更多
关键词 海河洪水 信息化建设 数字孪生流域 防洪调度 水资源调度 天津市
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竞争环境下促进农产品质量改进的投资策略研究
5
作者 何征 张旭辉 +1 位作者 罗茂 冯春 《管理工程学报》 北大核心 2025年第2期190-205,共16页
本文基于两条竞争的“公司+农户”农产品供应链,考虑质量改进具有边际收益递减和边际成本递增规律,分析投资主体、供应链竞争强度、市场价格质量敏感度、控本能力等多个因素对决策的影响,识别促进质量改进并实现供应链参与者双赢的博弈... 本文基于两条竞争的“公司+农户”农产品供应链,考虑质量改进具有边际收益递减和边际成本递增规律,分析投资主体、供应链竞争强度、市场价格质量敏感度、控本能力等多个因素对决策的影响,识别促进质量改进并实现供应链参与者双赢的博弈均衡特征和占优均衡。研究发现:(1)在没有竞争的情况下,供应链应该通过投资改进质量;在有竞争时,供应链是否投资取决于两条供应链的控本能力差异。如果差异较大,能力弱的供应链应选择不投资。(2)当两条供应链采用不同的提质策略时,竞争强度、价格质量敏感度和提质者控本能力的增加都会扩大双方的利润差距。(3)投资主体和质量改进决策主体保持一致的决策机制能够保证投资的激励相容,促使供应链成员主动投资从而改进质量。(4)竞争能够降低供应链非合作代价,提升供应链效率。 展开更多
关键词 质量改进 竞争供应链 订单农业 供应链效率
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啮合状态下钻杆螺纹连接结构的超声导波检测方法研究
6
作者 万翔 潘华伟 +3 位作者 黄利平 张旭辉 樊红卫 陈渊 《振动与冲击》 北大核心 2025年第3期261-266,277,共7页
在役钻杆螺纹连接结构的在机检测愈发迫切,而传统无损检测方法只能检测单根钻杆两端的内螺纹或外螺纹缺陷,无法满足在机检测的要求。该文提出啮合状态下钻杆螺纹连接结构的超声导波检测方法,使钻杆螺纹连接结构的在机检测成为可能。首先... 在役钻杆螺纹连接结构的在机检测愈发迫切,而传统无损检测方法只能检测单根钻杆两端的内螺纹或外螺纹缺陷,无法满足在机检测的要求。该文提出啮合状态下钻杆螺纹连接结构的超声导波检测方法,使钻杆螺纹连接结构的在机检测成为可能。首先,获得钻杆管体的频散曲线,选择群速度最大、曲线相对平坦、频率范围为60~120 kHz的L(0,2)为钻杆螺纹连接区域的检测模态;然后,从仿真和试验的角度研究了超声导波传播通过螺纹连接区域的透射特性;最后,通过仿真和试验的方法,基于L(0,2)模态超声导波实现了对钻杆螺纹连接区域的缺陷检测与定位。结果表明,基于超声导波方法检测啮合状态下钻杆螺纹连接区域是可行的和有效的,为钻杆螺纹连接结构的在机检测提供了一种新的方法和思路。 展开更多
关键词 超声导波 钻杆 螺纹连接结构 透射特性 缺陷检测 缺陷定位
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中国南方典型稻作梯田土壤有机碳积累及其来源表征
7
作者 韩玥 赵正 +8 位作者 田静 龙国刚 龚婧雯 王廷好 沈易 毛子仪 李恋卿 张旭辉 潘根兴 《农业资源与环境学报》 北大核心 2025年第1期139-148,共10页
研究长期耕作管理下土壤有机碳(SOC)固持能力及其积累机制是当前农业可持续发展基础研究的前沿。我国南方山区稻作梯田是国际社会公认的全球重要农业遗产,本研究旨在剖析其千年可持续水稻生产下有机碳的积累特征,探索基于自然的农田固... 研究长期耕作管理下土壤有机碳(SOC)固持能力及其积累机制是当前农业可持续发展基础研究的前沿。我国南方山区稻作梯田是国际社会公认的全球重要农业遗产,本研究旨在剖析其千年可持续水稻生产下有机碳的积累特征,探索基于自然的农田固碳技术途径。以我国南方山区5处典型稻作梯田系统为研究对象,采集0~20 cm(表土)、20~40 cm(心土)和40~60 cm(底土)深度土壤样品,分析土壤有机碳形态与分布特征,同时采用生物标志物分子提取和GC-MS鉴定技术,分析木质素及氨基糖含量变化来解析有机碳的不同来源。结果表明:供试5处梯田表土有机碳积累水平差异极大,发育于沉积岩的四川新山梯田和高坎梯田黏粒含量高达40%,各层有机碳含量在15.58~47.78 g·kg^(-1)范围内,而发育于花岗岩的江西上堡梯田、浙江云和梯田和湖南紫鹊界梯田的砂粒含量高达40%~66%,各层土壤有机碳含量在7.41~30.86 g·kg^(-1)范围内。在深度上,土壤有机碳分布存在分层性:表土有机碳含量(17.98~47.78 g·kg^(-1))大幅高于心土、底土;相较于表土,心土层SOC含量降低24.8%~62.2%,底土层SOC含量则降低47.1%~76.0%。表土具有较高的木质素含量及较低的氧化程度,较高的MBC(微生物生物量碳)/SOC值、POC(颗粒态有机碳)/MAOC(矿物结合态有机碳)值及较低的DOC(溶解性有机碳)/SOC值;相反,心土、底土有机碳含量较为匮缺(除高坎梯田外,均低于20 g·kg^(-1)),MAOC占比较高。所有样品的总有机碳含量与木质素酚含量间呈极显著的正相关关系(R^(2)=0.909,P<0.01)。研究表明,植物源有机碳因颗粒态物理保护作用而在黏质水稻土中积累,这是千年稻作梯田有机碳稳定积聚的主要机制。 展开更多
关键词 稻作梯田 土壤有机碳 木质素 氨基糖 有机碳固定 来源解析
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8个彩色冬小麦品种农艺性状调查及ROS信号转导机理研究
8
作者 李娜 郑琪 +10 位作者 姚来来 祁伟亮 倪胜利 刘愈之 王亚翠 刘众 郭怀亮 张旭辉 马强强 孔丽婷 李兴茂 《种子》 北大核心 2025年第1期178-187,共10页
以彩色冬小麦TW10-1154、太黑3号、太蓝1号、张紫麦1号、穗选5号、冬黑10号、农大3153和西农黑等8个品种为试验材料,采用荧光原位杂交(FISH)技术以pSc119.2(绿色)和pTa535(红色)为探针,明确8个彩色冬小麦均属于六倍体材料(AABBDD,2 n=42... 以彩色冬小麦TW10-1154、太黑3号、太蓝1号、张紫麦1号、穗选5号、冬黑10号、农大3153和西农黑等8个品种为试验材料,采用荧光原位杂交(FISH)技术以pSc119.2(绿色)和pTa535(红色)为探针,明确8个彩色冬小麦均属于六倍体材料(AABBDD,2 n=42)。同时,对这8个彩色冬小麦进行常温处理(25℃)和冷胁迫(4℃)处理,并结合NBT组织化学染色法进行ROS定位。结果表明,冷胁迫处理下,张紫麦1号、冬黑10号和西农黑的长势最好,在根尖顶端组织区域ROS信号富集最多,而在伸长组织区域ROS信号随着胚根的生长而逐渐减少,因此,推测ROS信号可能是一种动态传递的信号分子。对冷胁迫下成熟期8个供试材料的根系进行拍摄,结果发现,太蓝1号、张紫麦1号、穗选5号、冬黑10号根须健壮发达,表明这4个品种的小麦生长能力和抗冻性强,适宜陇东地区种植。 展开更多
关键词 彩色冬小麦 冷胁迫 活性氧 信号传导
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内外流一体化气动热模拟一致性研究
9
作者 张旭辉 王兆伟 姚冉 《实验流体力学》 北大核心 2025年第1期45-53,共9页
以内外流一体化设计的飞行器为研究对象,对比分析了内外流场气动热仿真和风洞试验的一致性,定量分析了气动热仿真与风洞试验之间的差异,并研究了产生差异的原因。气动热仿真采用有限体积法求解Navier-Stokes方程,湍流模型为SA,空间格式... 以内外流一体化设计的飞行器为研究对象,对比分析了内外流场气动热仿真和风洞试验的一致性,定量分析了气动热仿真与风洞试验之间的差异,并研究了产生差异的原因。气动热仿真采用有限体积法求解Navier-Stokes方程,湍流模型为SA,空间格式为Roe的FDS,时间格式为LU-SGS。在FD-20a激波风洞中开展风洞试验,来流马赫数Ma∞=6,单位雷诺数ReL=1.14×10^(7)~2.98×10^(7) m^(-1),迎角α=0°~8°。仿真与试验的对比结果表明:沿流向流动干扰复杂程度增大,热流模拟一致性降低;压缩面流动以附着流和小分离为主,仿真与试验一致性较好,平均差异约22.3%;在分离与激波边界层干扰等作用下,与压缩面相比,内流的仿真与试验差异增大,其中喉道平均差异约43.5%,隔离段平均差异约31.8%。受Edney型激波干扰的作用,唇口的仿真与试验在三维空间分布上的最大差异达到100%。从网格、数值方法、非定常特性和不确定度评估等方面,归纳总结了沿流向气动热仿真与试验差异增大的原因。 展开更多
关键词 内外流一体化 气动热 激波风洞 数值仿真 一致性
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智能采煤机器人关键技术 被引量：9
10
作者 马宏伟 赵英杰 +13 位作者 薛旭升 吴海雁 毛清华 杨会武 张旭辉 车万里 曹现刚 赵友军 王川伟 赵亦辉 王鹏 孙思雅 马柯翔 李烺 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1174-1182,共9页
采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的... 采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。 展开更多
关键词 智能采煤机器人 智能感知 速度控制 截割轨迹规划与跟踪控制 协同控制
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播量对不同基因型冬小麦农艺性状及产量的影响
11
作者 郑琪 孔丽婷 +5 位作者 张旭辉 马强强 李雅洁 刘愈之 刘众 王亚翠 《山西农业科学》 2025年第2期151-158,共8页
以陇东旱地大面积推广的中麦175(矮秆小穗小粒型)、西平1号(高秆中间粒型)和普冰151(矮秆大穗大粒型)3个冬小麦品种为对象,研究播量对不同基因型小麦生育期、最高总茎数、有效穗数、小穗数、穗粒数、千粒质量、株高、旗叶面积等农艺性... 以陇东旱地大面积推广的中麦175(矮秆小穗小粒型)、西平1号(高秆中间粒型)和普冰151(矮秆大穗大粒型)3个冬小麦品种为对象,研究播量对不同基因型小麦生育期、最高总茎数、有效穗数、小穗数、穗粒数、千粒质量、株高、旗叶面积等农艺性状以及产量的影响。结果表明,不同播量对不同基因型冬小麦的出苗期、抽穗期、成熟期和全生育期影响不明显,每个品种播量在405万粒/hm^(2)以上时,抽穗期晚1~2 d;基本苗、最高分蘖、有效穗和株高在不同基因型和播量处理之间的差异均达到极显著水平,旗叶面积在不同基因型之间达到显著水平。中麦175和西平1号旗叶面积随着播量的增加呈明显的降低趋势,而普冰151与之相反;但3个品种的株高均随播量的增加呈增高趋势,且差异达到极显著水平;不同播量对穗长和穗粒数影响比较明显,随着播量的增加,穗长变短,穗粒数减少,差异分别达到极显著和显著水平。不同基因型品种之间产量差异较大,达到极显著水平;同一品种不同播量处理之间产量差异不显著。综上所述,陇东旱地西平1号和中麦175的适宜播量为285万粒/hm^(2),产量分别可达到5 083.80、4 890.15 kg/hm^(2);普冰151适宜播量为225万粒/hm^(2),产量可达到5 426.25 kg/hm^(2)。 展开更多
关键词 冬小麦 播量 农艺性状 旗叶面积 穗长 产量
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一种基于暗亮通道分割融合的低照度环境图像去尘雾及增强方法 被引量：3
12
作者 樊红卫 张超 +3 位作者 曹现刚 刘金鹏 张旭辉 赵寒 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2167-2178,共12页
受煤矿井下粉尘、水雾和低照度环境影响,对皮带运输系统的监测图像精准识别极为困难。针对现有去尘雾方法的图像处理结果和效率欠佳的问题,提出一种基于暗亮通道分割融合的低照度环境图像去尘雾及增强方法。首先利用阈值分割结合伽马变... 受煤矿井下粉尘、水雾和低照度环境影响,对皮带运输系统的监测图像精准识别极为困难。针对现有去尘雾方法的图像处理结果和效率欠佳的问题,提出一种基于暗亮通道分割融合的低照度环境图像去尘雾及增强方法。首先利用阈值分割结合伽马变换修正通道差,解决因低照度环境影响导致的尘雾浓度较大区域与其他区域间像素值差异不明显的问题,修正后通过引导尘雾图像做引导滤波得到更加符合实际情况的全局大气光强;然后为解决暗通道先验在尘雾浓度较大区域失效问题,引入亮通道先验进行补充,使用通道分量来辅助暗通道及亮通道透射率融合,避免因多次分割而导致的边缘像素归属问题;最后将去雾后RGB图像转至HSV空间,对亮度分量进行直方图均衡化并将均衡化前后的亮度分量进行加权融合,采用客观指标评价,选择最优聚合权值进行聚合,同时考虑去雾过程中饱和度损失和亮度分量与饱和度分量间的相关性提出饱和度自适应矫正函数,对图像饱和度进行矫正,色调分量保持不变,随后将图像转回至RGB空间,得到亮度适中、信息保留丰富和色彩鲜艳的图像;为验证所提方法的有效性,采用主观视觉、客观指标和目标检测精度及置信度进行算法对比,实验结果表明所提方法在上述4个指标上均优于被对比算法,其图像细节保留丰富,图像视觉观感更佳。 展开更多
关键词 低照度 暗通道 亮通道 分割融合 图像去雾 图像增强
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煤矿井下掘进机器人路径规划方法研究 被引量：4
13
作者 张旭辉 郑西利 +4 位作者 杨文娟 李语阳 麻兵 董征 陈鑫 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期152-163,共12页
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... 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。 展开更多
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
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数字孪生驱动的掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法研究 被引量：4
14
作者 杨文娟 赵典 +5 位作者 张旭辉 陈鑫 郑西利 刘彦徽 张冉 万继成 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期160-173,共14页
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... 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。 展开更多
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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煤矿井下非均匀照度图像去噪研究 被引量：2
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作者 张旭辉 麻兵 +2 位作者 杨文娟 董征 李语阳 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第2期1-8,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 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
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基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法研究 被引量：2
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作者 张旭辉 陈鑫 +3 位作者 杨文娟 雷孟宇 田琛辉 杨骏豪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期311-322,共12页
煤矿井下掘锚装备智能化是改善行业采掘失衡问题的关键,而掘锚装备的精确定位是实现其智能化的前提。与其他传统定位方法相比,基于视觉的位姿测量方法以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了初步的应用。针对目前煤矿井下掘进工... 煤矿井下掘锚装备智能化是改善行业采掘失衡问题的关键,而掘锚装备的精确定位是实现其智能化的前提。与其他传统定位方法相比,基于视觉的位姿测量方法以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了初步的应用。针对目前煤矿井下掘进工作面掘锚装备视觉定位方法存在的合作标靶结构复杂、标定繁琐的问题,结合掘进工作面原有激光指向仪特征,提出一种基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法。该方法通过分析激光指向仪光斑及光束图像特征,提出了一种基于二维反正切函数拟合的激光光斑中心提取方法和基于Hough直线检测的激光束中心线提取方法,构建了基于点线特征的双目视觉位姿解算模型,得出了掘锚装备在巷道中的实时位姿。最后,为了验证提出的特征提取方法和视觉定位方法的可行性和准确性,在实验室模拟掘进工作面工况环境搭建平台进行了试验。结果表明:基于矿用激光指向仪信息的掘锚装备视觉定位方法具有较高的位姿测量精度。在50 m的测试范围内,机身位置在巷道坐标系下沿X轴、Y轴和Z轴的平均测量误差分别为25.44、58.64、31.08 mm,其最大误差分别为55.16、127.39、63.57 mm;机身姿态在巷道坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角的平均测量误差分别为0.22°、0.22°、0.41°,其最大误差分别为0.29°、0.37°、0.58°。满足煤矿井下巷道施工的定位精度要求。 展开更多
关键词 双目视觉 单激光束 视觉定位 特征提取 掘锚装备
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数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法研究 被引量：1
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作者 张旭辉 刘彦徽 +4 位作者 杨文娟 张超 杜昱阳 杨骏豪 杨雯雨 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第7期1-11,31,共12页
针对目前巷道自动成形截割控制调试周期长、调试成本大、安全风险大、成形质量难以评价等问题,提出了一种数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法。采用基于即时外观建图(RTAP−MAP)技术重建巷道三维环境,构建掘进机控制系统模型,... 针对目前巷道自动成形截割控制调试周期长、调试成本大、安全风险大、成形质量难以评价等问题,提出了一种数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法。采用基于即时外观建图(RTAP−MAP)技术重建巷道三维环境,构建掘进机控制系统模型,形成虚拟调试环境,并利用虚拟传感器技术实现物理空间到虚拟环境状态的精准映射。针对难以量化评估断面成形质量的问题,确立了巷道自动成形截割性能评价方法,以断面成形截割控制过程在数据传输中心的记录为基础,主要对断面成形精度、截割效率与油缸开关次数、硬岩切割调整、超挖欠挖4个评价指标进行计算,从而为深度学习算法的迭代优化提供精准反馈信号,并提出了一种融合强化学习的自动截割控制策略,以提高自动化作业的适应性和精确度。为验证该虚拟调试方法的有效性和准确性,搭建了掘进机自动控制实验平台,并将虚拟调试系统应用于掘进巷道成形截割自动控制程序中。虚拟仿真结果表明:①被调试软件在控制关键点位处的X,Y,Z轴定位误差的最大值分别为74.8,72.93,123.67 mm,说明虚拟调试方法的定位精度达到性能要求。②虚拟样机与物理样机轨迹基本一致,说明该调试方法实现了对物理空间的映射。应用结果表明:①强化学习控制器在虚拟掘进测试中适应了复杂环境,将虚拟传感器输入有效转换为精准控制指令,验证了模拟−现实迁移训练的可行性。通过处理掘进精度和避免超欠挖的实时反馈,控制器学习并优化了策略。②优化后的断面成形截割控制性能得到了提升,根据数据库中控制量时间戳的记录,用时126 s,较优化前耗时减少了8 s。③优化后截割部末端轨迹跟踪最大误差为6.0 mm,较优化前降低了0.3 mm,避免了截割轨迹抖动导致的欠挖,同时使得轨迹和断面更加平滑。 展开更多
关键词 巷道自动成形截割 数字孪生 虚拟调试 虚拟传感器 虚实坐标转换
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基于有限元的热力耦合场匣钵运动分析与优化 被引量：1
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作者 彭可 张志成 +3 位作者 胡有章 张旭辉 周稼辉 李彬 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期634-642,共9页
为解决装有锂离子电池正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中易出现异常横向运动使匣钵破损的问题,本研究通过分析匣钵异常运动特性的影响因素对其进行优化。首先,利用Solidworks软件建立辊道-匣钵传动系统简化模型,对匣钵进行受力分析,推... 为解决装有锂离子电池正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中易出现异常横向运动使匣钵破损的问题,本研究通过分析匣钵异常运动特性的影响因素对其进行优化。首先,利用Solidworks软件建立辊道-匣钵传动系统简化模型,对匣钵进行受力分析,推导出匣钵发生异常横向运动的原因是辊棒的弹性变形;其次,通过Abaqus软件进行有限元仿真,对比分析热力耦合场和重力场下匣钵的位移曲线以及辊棒的受力情况。结果表明,与重力场相比,热力耦合场的辊棒弹性变形量更大,且热力耦合场匣钵横向位移在0~1 s内相对重力场增大,而在1~5 s内相对重力场减小,说明在温度和重力共同作用下所引起的辊棒弹性变形是导致匣钵异常横向运动的主要原因。在此基础上,设计了一种匣钵传动机构,包括辊棒支撑机构、匣钵夹紧装置及匣钵挡齐装置,并通过对比生产验证了改进机构的可行性。本研究对在辊道窑烧结过程中匣钵异常横向运动的影响因素进行分析并提供了一种改进机构,有助于推进锂离子电池正极材料生产设备的发展。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极材料 辊道窑 匣钵 热力耦合 有限元法
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基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术 被引量：1
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作者 张旭辉 李语阳 +3 位作者 杨文娟 张超 郑西利 麻兵 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期491-501,共11页
针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差... 针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 新型趋近律 轨迹跟踪 滑模控制
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双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究
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作者 刘鹏 周昊晨 +7 位作者 马宏伟 曹现刚 张旭辉 段学超 毛清华 田海波 薛旭升 王川伟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期80-89,共10页
双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该... 双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统。建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体。基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性。仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.3132 m以内,均方根误差为0.1447 m。 展开更多
关键词 巷道掘进 双悬臂截割机器人 力位混合控制 相对动力学 相对雅可比矩阵
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