基于D-LinkNet网络的露天矿道路智能识别与路网建模

随着露天矿无人驾驶技术和智能调度的快速发展,矿车在生产调度中迫切需要更为精确、更符合实际的矿区路网模型。为了满足无人矿车的高精度路网导航需求,首先通过无人机倾斜摄影技术分别采集不同天气、不同角度和不同采矿场条件的露天矿区图像瓦片数据,结合矿区道路成像特点提出了基于矿区道路特征的图像正负分类方法,实现对矿区道路的整体划分;然后根据图像数据特征提出了一种强弱光图像互补方法,可用于消除强光数据集中图像光照失衡问题,生成最优训练集;其次露天矿区非结构化道路图像较结构化道路图像经解析处理后平面形态及连通性维度更高,横纵剖面上的几何形态等道路信息更复杂。基于ResNet101构建更符合露天矿道路提取的D-LinkNet101网络模型,运用最优训练集训练D-LinkNet101网络,并从采集到的瓦片数据中提取出道路图像;最后将提取的道路图像与原始图像(包含焦距,GPS等)结合生成露天矿路网模型,根据生成露天矿路网模型的特有噪声进行相应模型修复处理,从而生成高精度的露天矿路网模型。实验结果表明:该方法提取的路网数据真实可靠,可满足露天矿区主干路网的智能识别和路网建模的精度要求。     

露天矿车流路网均衡分配模型

露天矿传统车流规划以路径最短为基础,没有考虑路段通过能力和路段拥挤程度,车流规划结果存在超过路段通过能力的隐患。为了解决这一问题,以Wardrop均衡原理为理论依据,综合考虑路段车流、路段通过能力的影响,引入综合路阻理念,建立了露天矿车流路网均衡分配模型,实现了在传统车流规划结果基础上对路段车流进行再次优化。实验结果表明,路网均衡分配模型在不考虑路段综合路阻时,其分配结果与传统车流规划一致;当考虑综合路阻时,各路段的车流行驶总时间最小,有效避免了路段拥堵,实现了对卡车调度进一步优化,证明本模型具有更强的通用性和实用性。     

基于GPS数据的露天矿道路网自动提取

传统栅格法提取路网精度较低,尤其在提取露天矿道路网时,路段缺失与偏移现象更加明显。针对这一问题,摒弃了传统栅格法通过增大栅格来保证道路网连通性的处理方式,以GPS数据存在偏移这一事实为根据,假设GPS数据偏移服从正态分布,提出了通过求取GPS轨迹点在道路上的概率进行栅格初始化的方法,建立了相应模型;采用二维中值滤波方法对初始栅格数据进行修正;对查表细化算法进行改进,采用改进的细化算法对道路网栅格图像进行细化处理,得到道路网骨架信息;采用追踪法实现道路矢量化。实验表明,该方法较传统栅格方法的覆盖率提高6.43%~11.54%,错误率降低42.13%~83.02%,为道路网提取工作提供了一种有效办法,揭示了栅格大小对于路网提取结果的重要影响。     

基于改进两阶段法的平朔东露天矿配车算法

结合平朔东露天矿的实际生产情况,研究分析了露天矿车辆调度系统的传统两阶段算法,结合露天矿矿车规划和露天矿车辆调度算法模型,改进了两阶段算法,并设计验证了优化后的算法模型。平朔东露天矿通过优化配车算法降低了运输成本,提升了生产管理水平。     

考虑道路坡度影响的露天矿卡车重车调度改进方法

露天矿卡车重车调度系统对矿山生产率具有重要影响,现有的重车实时调度系统通常采用不变的车辆运输速度进行建模和做出调度决策,而矿车实际运行路径的坡度不同会导致满载运输速度不同,采用不变车速会影响重车调度模型的准确性。为此,提出一种基于车辆动力学理论的、考虑坡度对露天矿重车实时调度模型影响的改进方法。以最早卸车法为例,FlexSim 软件的建模仿真表明:在相同作业参数和矿车参数下,改进模型与现有模型相比,生产率和单位矿石产量所需的重车运输距离分别相差 10.3% 和 6.7%,露天矿山坡度对重车调度建模准确性的影响不可忽略,改进后的调度模型理论上更为准确。     

露天矿重车调度的最早卸车法

露天矿重车运输阶段占矿车作业周期比例最高,矿车总质量最大且多为上坡行驶,燃油消耗最多,轮胎磨损最严重,开展重车调度方法研究对提高矿山生产率和运输效率具有重要意义。基于空车调度模型中的最早装车法思想,考虑了当前矿车的预计运输距离和待卸时间,提出并建立了最早卸车法重车调度模型。通过FlexSim软件分别建立了仿真模型,分析结果表明:在给定相同参数条件下,最早卸车法与路径动态规划法和产量完成度法相比,其生产率分别提高了8.0%和2.2%,完成单位矿石产量所需要的重车运输距离分别减少了24.5%和31.6%,实现了生产效率和运输效率的双重提升。最早卸车法简单方便、易于使用,有望成为新的露天矿重车调度模型。     

煤矿机器人轨迹跟踪自抗扰控制研究

针对在煤矿井下复杂环境中煤矿机器人运行存在轨迹跟踪偏差大、精度低等问题,通过煤矿机器人运动分析,采用改进的非线性函数和扩张状态观测器,提出一种新式轨迹跟踪自抗扰控制系统。利用非线性多阶滑模控制规律,实时进行轨迹跟踪误差纠偏控制,确保系统收敛于目标轨迹,实现高精度轨迹跟踪控制。研究结果表明,与传统算法对比,该系统具有先进性和有效性,满足煤矿机器人轨迹跟踪高精度控制的要求。     

基于倾斜摄影测量的露天矿数值模型重构与计算实例

针对露天矿的三维数值建模,传统方法通常具有精度低、成本高及周期长等缺点,极大地限制了露天矿的大尺度精准数值计算。随着无人机技术的发展,可利用倾斜摄影测量方法快速构建高精度露天矿三维实景模型,但是囿于数据量庞大且冗余,导致其无法直接用于数值计算。针对倾斜摄影得到的大孤山露天矿模型,采用直通滤波方法获得等高点云、利用数字图像处理技术规则化等高线,再借助Rhino~?软件重构实体模型并划分网格,最终建立了大孤山露天矿数值计算模型,从而实现大尺度三维实景模型到数值计算模型的高效、精准转换。该方法可为露天矿的数值建模提供参考。     

基于无人机倾斜摄影的露天矿工程量计算方法

露天矿工程量计算是露天矿开采过程中的核心技术之一,然而露天矿几何形状由于自然条件以及采矿工艺的影响具有复杂性,工程量难以用传统的方式进行精确计算。提出一种基于无人机倾斜摄影的露天矿工程量计算方法,该方法利用无人机搭载的数码相机获取矿区序列倾斜影像,通过特征提取、空三测量、多视影像密集匹配,在获得密集点云的基础上,构建不规则三角格网和纹理映射,重建出露天矿三维模型,之后通过方格网法实现露天矿工程量计算。选取三门峡渑池某铝矿进行试验,结果表明：该方法能够实现露天矿工程量快速计算,而且具备高效低成本等特点,为复杂条件下快速计算露天矿工程量提供一种新的方法。     

基于ZigBee的钨矿井下矿车定位监测系统研究与设计

针对现有的钨矿井下矿车定位系统的布线困难、信息化和可视化水平低等问题,为了更加合理、高效地调度矿车,设计了一种基于Zig Bee的无线网络系统,实现对井下矿车定位及安全监测。首先探讨了井下环境无线信号传输的RSSI测距模型,并采用高斯滤波对RSSI测距参数进行修正后,结合极大似然估计定位方法实现矿车定位,针对此定位算法存在的较大误差,提出了加权质心定位算法来提高矿车定位的准确性。然后通过上位机将井下采集的矿车速度和定位信息实时显示在井上监控主机和大屏幕中。通过实验仿真,结果证明,改进的加权质心定位算法有效地降低了定位误差,上位机对速度数据信息可实现调用、存储、实时显示、查询并预警等功能,系统具有实时性强、精度高、鲁棒性好等特点,可以有效提升钨矿井下开采生产的安全性。     

一种露天矿高边坡形变监测的新方法

针对露天矿高边坡监测精度要求高、实时性强、难以全面覆盖、接触困难等问题,分析了地基雷达测量的技术特点,研究了基于地基雷达的露天矿高边坡形变监测方法及大气扰动改正、时序分析等关键技 术。结合三友矿边坡变形监测试验,给出了地基雷达数据的处理流程,基于振幅离散指数、估计的稳定性指数、位移精度等参数的雷达数据质量评价方法。针对露天矿边坡长时间、远距离监测中的大气扰动问题,探 索了基于PSC网的大气校正方法,取得较好的大气改正效果,监测结果与高精度测量机器人的监测结果相一致,验证了所提监测方法的有效性。研究结果表明：监测目标区域稳定边坡雷达影像的振幅离散指数优于0.1 ,相位估计的稳定性指数大于10,位移精度优于0.2 mm。PSC网大气校正能有效消除昼夜温差和湿度引起的相位变化,实现亚毫米级测量精度。基于时序分析技术,实现露天矿高边坡微形变监测,为矿山边坡安全提供 了一种新的监测方法。     

露天矿导航系统总体架构设计与关键技术研究

针对露天矿道路网空间复杂、设备盲区较大、能见度较低存在的迷路、走错路的问题,设计了由数据访问层、业务逻辑层、接口层、应用层构成的系统总体架构。数据访问层确定了由点、路段、区域、路径组成的道路网数据结构与类结构,在运行于服务端的业务逻辑层设计并开发了导航路径规划、路网匹配、运行距离与时间预测、路口转向提示等通用算法,应用层通过接口调用通用算法实现了终端应用功能。基于系统总体架构,定义了道路网结构,采用面向对象技术设计了道路网类的数据结构,对于业务逻辑层的关键算法进行了研究,再对算法进行了接口封装,最后以华能集团伊敏露天矿的道路网数据为基础,分为独立导航、百度地图导航两部分开发了系统。研究表明：系统总体架构的设计使得系统具有较强的通用性、实用性、扩展性;系统实现了导航路径规划、定位点修正与路段匹配、到达目的地的运行距离与行程时间预测、路口转向提示等功能,解决了驾驶员迷路、走错路的问题;系统既可独立运行,也可与百度地图API等有效衔接,可适应多种终端。     

基于Clifford代数的露天矿山路径优化算法

露天矿山路径优化问题是指在满足特定物理和经济约束之下,搜索最佳运输线路的组合优化问题,对于降低矿山运营成本具有重要的现实意义。但目前常规的露天矿山路径优化算法,主要从静态的道路有向图网络优化出发,无法实现大规模时变动态网络的高效分析和优化决策。本文以扎哈淖尔露天矿为例,将欧式空间内经典的有向图网络分析方法扩展至Clifford代数空间,建立了节点、有向边以及路径的统一表达,提出了路径几何拓扑连通性和标量约束指标的计算方法,实现了几何拓扑计算和数值最优化求解问题的分离;针对传统静态网络分析方法无法动态表达系统能耗变化的问题,建立了基于时变运输功最小化的路径优化模型,并结合行驶阻力特征给出了时变阻力的计算方法;研究了因路面频繁碾压破坏和周期性维护而导致的滚动阻力系数周期性时变效应,并提出计算时变滚动阻力系数的方法;最后为进一步提高算法收敛效率,提出了两组推论和一组数值计算优化策略对遗传算法的数值计算进行了改进。经多次仿真实验验证,算法能快速收敛于全局最优解,说明了算法对于解决矿山实际路径优化问题可行且有效。其次,几何代数化方法的引入也为传统路径优化问题求解提供了一种有效实现拓扑关系计算和数值计算解耦的新方法,弥补了静态网络无法实现时变动态网络分析的不足,为提高露天矿运输系统大规模路网模型的快速效率,提供了一种全新的求解思路。     

露天煤矿运输路面施工的特殊要求与养护

由于露天煤矿复杂的地质地形的影响,露天煤矿运输道路有其自身显著的特点,对于施工与养护也有着特殊的要求。文章结合依托工程实践经验与理论,通过技术比选和施工总结,首先探讨了露天煤矿运输道路路面施工的基本要求与施工措施,具体分析了露天煤矿运输道路路面的养护工艺与配套措施,并通过案例探讨了其应用价值。     

基于3D激光扫描的金属矿测量方法研究

激光扫描技术具有快速性,不接触性,实时、动态、主动性,高密度、高精度,数字化、自动化等特性,正好适用于露天矿的地面和地下测量。用露天矿的激光扫描数据,建立了露天采区三维高精度模型,为矿山设计、矿山生产及数据动态管理提供可靠信息,另外把激光扫描技术用于地下巷道进行测量,迅速建立好巷道模型,直观地获取了各巷道之间的空间关系,为“数字矿山”提供全面、高精度数据。提出了提高坐标纠正精度的方法和月采矿量的测量原理。     

基于Whittle的露天境界动态优化研究

开采境界圈定是露天矿山开采设计的基础，境界优化结果的优劣直接制约着矿山的整体发展效益。露天开采过程中面对的是复杂多变的地质岩体、无序的品位分布、多变的经济参数等一系列非线性动态问题，现有的主流境界优化方法未能有效考虑该类问题。为实现对露天矿山境界优化的经济动态评估以及矿山剥采均衡，将露天境界优化与地质品位、矿体赋存状态相结合，根据地质数据库采用SURPAC软件建立了矿体三维实体模型和块段品位模型。借助境界动态优化分析软件Whittle，并根据某矿山实际情况，将浮动圆锥法和LG图论法相结合，在一定的技术、经济指标条件下，生成了一系列不同价格对应的露天境界优化方案。根据矿山设计生产规模，对各个境界方案进行进度计划排产，同时考虑了资金的时间价值，引入贴现率指标，获得了各个方案的最大净现值，确定净现值最大的方案为最优方案。研究表明：该方案的提出，实现了动态条件下该矿山露天境界的高效动态优化，为露天矿山开采境界优化提供了新思路。     

露天矿安全生产评价模型及应用

在分析影响露天矿安全生产因素的基础上,运用模糊综合评价的方法,建立了露天矿的安全生产评价模型,并以某露天矿为例进行了评判。研究结果表明,该评价模型具有一定的合理性和可用性,能在一定程度上判断该露天矿的安全生产等级,有很强的借鉴意义。     

露天矿三维境界参数优化与应用

为得到更优的露天矿开采终了境界,提出了集优化参数预测、矿岩块体属性赋值及动态经济效益分析为一体的三维境界优化方法。首先运用经济时间序列方法对未来市场钼精矿售价进行科学预测;在大量已存矿山边坡数据基础上利用神经网络方法预测矿山边坡角;在预测参数和建立的矿床地质模型基础上利用图论学方法获得批量境界方案,并对各境界方案编制生产计划,计算各方案投资、成本及效益,比较各净现值并确定最优方案。将该优化方法应用于某矿山设计中,结果表明,在以参数预测为基础的条件下矿山开采境界三维优化与矿山实际生产结合紧密,可指导矿山设计及生产,该方法具有推广应用价值。     

国外某悬浮焙烧-磁选高铝铁精矿降铝试验

国外某铁矿石经悬浮焙烧-磁选得到的铁精矿TFe含量为64.50%、Al2O3含量为5.95%，主要铁矿物是磁铁矿，少量赤铁矿。为解决其Al₂O₃含量较高的问题，研制了一种新型阴离子捕收剂DTL-1，通过改变浮选温度、矿浆pH值、捕收剂DTL-1用量对悬浮焙烧-磁选后的高铝铁精矿样进行脱铝试验。结果表明：在温度25 ℃、pH值8.0、捕收剂DTL-1用量50 g/t的条件下，采用1粗3精1扫的浮选闭路试验流程，最终获得了TFe品位66.40%，TFe回收率87.81%，Al₂O₃品位4.90%的浮选铁精矿产品。浮选铁精矿产品中粒度较大的磁铁矿颗粒中包裹着细粒的氧化铝矿物，在优先确保铁的回收率前提下，部分含铝铁氧化物进入铁精矿，因而也造成了铁精矿中铝含量较高的情况。