煤矿复杂环境视频拼接技术

针对煤矿井下噪声大、光照不均等复杂环境传统拼接算法并不适用的问题,提出新的拼接算法。算法采用拼接帧抽取方式提取部分关键帧进行视频拼接,根据相位相关冲激函数能量高效检测重叠区域并对乱序帧排序,将统计分析中样本主成分分析引入SIFT特征向量降维中,用互不相关的新样本信息来描述原样本信息,降低了特征向量生成时间,通过结合多频带提升小波,定义融合规则并选择合适的融合策略,实现平滑拼接。实验表明,此算法提高了匹配效率,无需人工排序,解决了复杂环境容易误匹配、接缝明显等现象,拼接效果平滑自然,适合煤矿环境。     

基于注意力机制的矿工危险行为检测算法研究

为了有效地检测和识别煤矿井下工作人员的危险行为,防止安全事故的发生,针对煤炭井下背景复杂、尺度变化大等问题,提出了一种基于注意力机制和深度学习的矿工危险动作检测算法。在YOLOv3模型的基础上,设计一种特征提取能力更强、体积更小的轻量化特征提取网络;针对原始的YOLOv3算法在小目标的检测性能较差这一问题,提出了一种基于注意力机制的特征融合模块来优化小目标的漏检和误检问题。为了评估模型的性能,采集了10 000张煤矿井下图片用于训练和测试,所提出的算法的mAP为83.1%,优于目前常用的目标检测算法;此外,算法测试速度为769 fps,是其他轻量化目标检测算法的6.6倍。试验结果证明,提出的危险行为检测算法可以应用到实际的生产环境中。     

基于PSO优化改进的Snake模型煤矿环境目标检测

针对Snake模型寻优过程中抗噪能力差、不能向凹处收敛等问题,提出适合煤矿等复杂环境的目标轮廓检测新算法。算法对Snake模型进行改进,使其自动分配蛇点,具有拓扑自适应性,并将粗收敛结果作为粒子群算法的初始轮廓。同时针对粒子群优化过程中易丧失群体多样性和易收敛于局部极值的问题结合遗传算法中育种和变异思想改进,淘汰适应度...     

基于贝叶斯模糊概率的井下定位算法研究

为解决煤矿井下动态环境下传统指纹匹配算法定位精 度较低的问题,提出了基于贝叶斯模糊概率的指纹匹配定位 算法.该算法在煤矿井下建立基于校准节点的可靠度机制, 用校准节点发射锚节点接收的信号强度来衡量待定位区域 无线信道传输环境变化的情况;将待测点的可靠度与贝叶斯 后验概率作为模糊系统的输入,计算模糊概率作为参考点的 权值计算出待测点的坐标.以井下巷道实测数据进行的试 验仿真结果表明,基于贝叶斯模糊概率的指纹匹配定位算法 的定位 精 度 较 贝 叶 斯 指 纹 匹 配 定 位 算 法 的 精 度 约 提 高 １７％,满足井下复杂动态环境的高定位精度.     

基于自适应MSRCP算法的煤矿井下图像增强方法

煤矿井下视频监控技术是保障矿井安全生产的重要手 段,而 图 像 的 质 量 直 接 关 系 到 监 控 的 有 效 性。 多 尺 度 Retinex算法被广泛应用在矿井图像增强上,为了达到最佳 效果,往往需要手动调整高斯尺度、增益和偏移等参数。为 了解决这一问题,提出一种基于自适应 MSRCP算法的煤矿 井下图像增强方法,使用粒子群优化算法(PSO)对带有颜色 保护的多尺度 Retinex算法(MSRCP)进行参数自适应调整, 并在不同的矿井环境中与常用的 Retinex标准方法做了对 比试验。试验结果表明,所提出的方法对矿井图像增强时能 有效抑制噪声和光晕,在色彩和边缘处理方面有所提升;矿 井监控图像增强试验中,均值、方差、信息熵和峰值信噪比4 个 客 观 评 价 指 标 较 传 统 MSRCP 算 法 平 均 分 别 提 高 了 5.53%、22.06%、1.34%、7.75%。     

煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究

煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。     

基于YOLOv5s改进的井下人员和安全帽检测算法研究

针对目前煤矿井下综采工作面煤尘干扰导致的人员和安全帽检测算法精确度低、漏检率高等问题，文章提出一种基于YOLOv5s改进的矿井人员和安全帽检测算法。首先引入CBAM注意力机制，更准确的提取图像关键特征；然后采用αCIOU损失函数替换原始的CIOU损失函数，二者结合提升整体目标检测的准确率。实验结果表明：改进后的检测算法精度优于YOLOv5s原始算法，检测准确率高达97.6%,在井下综采工作面复杂环境下可以实现高效准确的井下人员和安全帽检测。     

基于变分水平集的图像分割防堵仓技术研究

针对煤矿井下噪声高、分辨率低、照度不均的特殊环境,建立煤块图像分割模型,实现对大煤块的准确检测,预防堵仓事故发生。新模型基于变分水平集算法,对GAC(Geodesic Active Contour)和C-V(Chan and Vese)模型改进,融合轮廓和区域模型对煤块视频图像信息进行分割,通过求偏微分方程的稳态解,解决能量模型的最优解求取问题,利用半点离散化差分方法完成数值计算,有效提高计算精度、拓扑结构自适应性、抗噪能力,降低了光照敏感性。实验结果表明,新模型在煤矿井下复杂环境有良好的鲁棒性,实时性高,在减轻了矿工人力筛选大煤块负担的同时极大提高筛选准确率。     

煤矿环境下无线传感器定位技术的算法研究

根据无线传感器网络定位技术的研究,不同的网络环境必须采用适合的定位技术才能达到较好的定位效果。本文通过设置两种不同的煤矿环境(即煤矿通道环境和煤矿井下环境),从不同方面对四种基于非测距算法的定位性能进行仿真分析,得出了重要结论:质心算法最适合应用于狭长的通道仿真环境,而DV-Hop最适于未知节点密度高,信标节点少的井下密集型环境。     

基于无线传感网络的井下区域定位算法

煤矿坑道工作环境恶劣,安全隐患众多。事故发生时,为及时确定工作人员的位置信息,保证人员的生命财产安全,采用无线传感网络技术,分析比较现有成熟的定位方法,针对坑道复杂的环境,以RSSI测距的多元回归模型为基础,利用信标节点的距离差分信息,对信标节点确定的目标节点距离信息修正,并结合三边定位算法,提出一种煤矿区域差分定位算法。实验证明该算法无需较多的信标节点就能保证很高的定位精度,以该算法为核心的定位系统能够适用于坑道环境。     

煤矿采场智能岩层控制原理及方法

煤矿采场智能岩层控制是智慧矿山及智能化开采的重要组成部分,是由“试误岩层控制”向“精准岩层控制”、由“静态岩层控制”向“动态岩层控制”发展的关键路径,是当前和今后一个时期采场岩层控制领域的重要发展方向之一。明确了采场智能岩层控制的内涵:即运用现代信息技术、人工智能技术及方法等,以采场智能装备系统为载体,实现开采全过程的采场围岩自动化、智能化控制。采场智能岩层控制分为3个关键环节:开采过程中的环境及设备运行数据的感知与汇集、动态分析与状态判别、实时决策控制与反馈。分析了矿山数据的构成、感知汇集方法及利用方式,矿山数据的主要用途为:岩层控制效果与事故灾害特征评价的大数据关联分析、为人工智能模型提供学习样本及分析对象、作为动态数值计算的反演分析参照对象、作为数据可视化与开采实景虚拟的信息来源。给出了采场智能岩层控制的动态分析与状态判别、实时决策与控制的技术路径,提出了采场智能岩层控制的关键科学问题:① 环境及设备运行数据的感知汇集方法与技术;② 矿山数据实时快速分析方法与技术;③ 采场智能岩层控制的关联分析与模型;④ 矿山数据可视化与开采场景虚拟构建;⑤ 基于大数据的快速动态数值计算原理及算法;⑥ 采场智能岩层控制“感知-分析-控制-反馈”全过程算法集成与系统构建。结合工程实际介绍了基于支持向量机和动态数值计算的采场智能岩层控制初步应用。     

基于Camshift自适应多特征模板的视频目标跟踪

Camshift算法实时性高,计算量小,在目标跟踪领域应用效果良好。但其仅依靠颜色模型的特点使得在噪声大、照度不均的井下视频目标跟踪中易造成目标丢失。通过在Camshift基础上建立多特征融合的模板自适应更新算法,实现边缘、纹理等特征的融合,制定特征贡献度规则,在环境变化时根据不同特征贡献度的不同自适应分配权重,更新模板。实验结果表明：新算法抗干扰能力强,特征间互补不足,跟踪准确,在煤矿复杂环境井下视频目标跟踪中有良好应用前景。     

冲击地压层次化监测及其预警方法的研究与应用

为能有效地预警冲击地压灾害,总结了冲击地压常用监测方法及其优缺点,指出了目前冲击地压监测所存在的问题,并以其发生机理为基础,建立了冲击地压层次化监测的应用模型,认为采用互补性较强的层次化监测模式,可综合彼此的特点,弥补各自的不足。结合大同忻州窑煤矿现场实例,认为微震监测技术可在矿井全局范围内实时监测冲击危险区域以及掌握其动态发展情况;通过电磁辐射监测的配合,能动态了解采掘空间近场围岩应力的变化情况,从而确定更小的局部危险区,加上钻屑法的具体地点检测可进一步判定冲击危险程度。并较为全面、深入地研究了微震、电磁辐射及钻屑量预警冲击地压的分析方法。实践证明：具有互补性较强的层次化监测技术能够在空间内形成“全局-区域-局部”的全方位监测,在时间上可达到“实时-连续-动态”的监测目的,能有效预警冲击地压灾害。     

基于动目标特征提取的矿井目标监测

矿井安全监控技术近年来发展日益成熟,但普遍针对的是矿井环境及设备等静态信息,由于人员对危险源的辩识不到位导致的事故时有发生。针对这一问题,进行井下动目标监控研究,对人员及车辆等动目标图像实时分析算法进行分析和改进,构建一种基于动目标特征提取的井下高危区域动目标监测和管理系统。采用结构化模板匹配的方法进行人员识别,采用改进的尺度不变特征变换提取行为特征,实现对人员的行为分析,采用时域空域特征结合的方法,对人员图像进行行为识别,采用卷积神经网络进行车辆图像识别。通过实验验证,系统对动目标的识别成功率达到99.3%,响应时间为1 s,在满足日常监控需要的同时,系统对突发事件响应时间大大缩短,实现了对井下高危区域运动目标的监测。     

基于AHP-SPA的煤矿安全管理模型构建及应用

为了从根本上提升煤矿安全管理水平，在探索煤矿安全风险辨识与标准化的基础上，结合层次分析法与集对分析，建立了AHP-SPA的煤矿安全评价算法模型。基于“三位一体”体系，分专业按权重建立以煤矿标准化评级为基准的煤矿安全评价指标，实现了对煤矿安全管理效果的动态评估。最后，将AHP-SPA安全管理模型在济宁二号煤矿进行实际应用，验证了模型的适用性和可靠性，为煤矿安全管理提供了新的理论与技术支撑。     

新建矿井煤层突出危险性预评估

新建矿井的煤与瓦斯突出危险性评估是矿井初步设计的重要依据,同时对于今后矿井建设期间井筒、井底车场揭煤具有重要的指导意义。文章以新建矿井信湖煤矿为研究实例,分析了井田地质构造、岩浆岩侵蚀、煤层顶底板岩性及瓦斯风化带对煤层突出危险性的控制影响,利用矿井勘探期间瓦斯数据及邻近矿井瓦斯赋存规律研究结果预测了新建矿井煤层瓦斯参数,并对新建矿井煤层突出危险性进行了评估。     

煤矿复垦区土壤重金属形态分布与富集污染研究

煤矿复垦区土壤重金属特征对于土地复垦方式选择具有重要意义。以山西煤矿复垦区土壤为研究对象。采用连续提取法对煤矿深部和浅部不同复垦方式土壤重金属特征进行了研究。研究结果表明:深部复垦区重金属含量明显高于未复垦区,Zn的含量是未复垦区的6.23倍,是国家标准值的9倍以上;深部复垦区土壤已受到Zn和Cr的污染;浅部复垦区重金属含量高于未复垦区,但低于国家标准值;该煤矿复垦区中Pb对于周边土壤具有较高的污染影响;Zn虽然其土壤中的含量较大,但对环境影响较小,重金属Ni和Cr在一定条件下对周围土壤存在危险;深部和浅部复垦区土壤中重金属Pb的RSP值最大,对环境影响最大,其他三种重金属无污染。      

煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的淋溶特征研究

以大同煤矿集团忻州窑矿煤矸石为研究对象,采用动态淋溶装置模拟煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下的迁移,利用化学检测手段对淋溶前后煤矸石中所含多环芳烃进行定量分析,从而找到煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的迁移特征。研究表明,煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下随着埋藏时间和覆土深度的增加逐渐全部迁移到周围土壤中,其迁移数量为中分子量物质小分子量物质高分子量物质,埋藏时间较覆土深度对多环芳烃的迁移影响更占优,在覆土4a埋藏50cm时,模拟结果与实际结果最大相对误差8.8%,说明该动态淋溶模拟装置的可靠性较高。     

基于危险源理论的煤矿瓦斯爆炸风险评价模型

从固有危险源、诱发危险源和人的因素等3类危险源观点出发，分析了煤矿瓦斯爆炸事故的主要影响因素，构建了瓦斯爆炸危险源风险预警指标体系.应用模糊数学综合评价方法建立了相应的数学评价模型，对矿井瓦斯爆炸危险源进行动态风险评价，确定了矿井发生事故的危险等级，有利于矿井及时采取合理的预警预控措施.最后，结合重庆市中梁山南矿5个采煤工作面的实际情况，进行了采煤工作面危险源风险预警评价，验证了风险评价模型的合理性.     

机巷绕道煤柱影响区消突工程实践

保护层开采条件下,为了消除被保护层煤柱影响区(未保护区)内掘进作业的突出危险性,缩短回采工作面准备时间,降低工作面回采至未保护区的瓦斯突出隐患,通过对现行突出煤层掘进技术的分析比较,提出了绕道瓦斯抽放和超前排放钻孔相结合的一种全新掘进消突综合技术措施。并在平顶山天安煤业集团四矿丁5.6-19150机巷进行了工程实践,结果表明:机巷通过绕道避开未保护区,基本实现与保护区内风巷的同步推进;并且利用机巷绕道对未保护区进行顺层瓦斯抽放,实现巷道掘进和瓦斯治理的并行作业,已完成机巷安全贯穿,采面准备时间缩短6～7个月。