基于稀疏度自适应的矿井智能监控图像重构方法

矿井智能监控是实现少人或无人工作面自动化开采和可视化作业的重要保障。针对矿井监控图像易受噪声干扰和雾尘环境等影响,采用传统的基于奈奎斯特(Nyquist)采样和压缩方法存在分辨率低、图像模糊和运算时间过长等问题,根据压缩感知和稀疏重建理论,提出了一种利用分块压缩感知模型和自适应匹配追踪均衡策略获取矿井图像的方法。该方法通过建立矿井图像分块压缩感知模型,信源编码过程先利用稀疏随机矩阵对块图像进行压缩、采样、获得观测值,然后使用DFT作为稀疏基进行信号稀疏表示,最后利用一种改进的自适应匹配追踪算法进行图像重构实现解码。研究结果表明,提出的方法在与其他算法的比较中体现了较好的优越性,能有效提高矿井图像在压缩感知重构阶段的解码质量及其压缩处理速度,具有较强的抗噪声性能和鲁棒性,有助于改善矿井监控图像的清晰度和实时处理性能。     

正交频分复用技术在煤矿通信系统的应用研究

本文提出采用正交频分复用调制技术应用于煤矿通信系统,同时多址接入方式使得该技术尤为适用于煤矿数字通信系统的设备制式多、区域分布广、调制技术不一致等复杂情况。正交频分复用调制技术实现高速数据传输的试验,证明该技术进行信息传输在一定条件下是可行的。     

矿井低频无线语音通信方案的设计与实现

分析了矿井电磁波传输特性及矿井电磁波传输媒质特性,提出了矿井低频无线语音通信频率选择方案,分析计算出矿井透地通信最佳通信频率;提出了高压缩率语音处理方案,并对方案进行了硬件设计与实现。实验表明:该设计能较好地实现矿井深度400 m及以上的深井语音通信,基本满足矿井上下无线语音通信要求。     

基于5G直连通信的矿井应急通信技术

面向矿井灾后救援场景的应急通信技术与系统一般采用Wi-Fi作为中继和覆盖方案,由于非授权频段存在信道连续占用时间的法规限制和接入前监听的法规要求,难以实现极低时延的通信指标,同时多应急通信设备同一频段进行中继组网存在同频干扰、会影响通信质量。5G技术面向公共安全和车联网应用场景,定义了Sidelink直通链路通信技术,能够实现终端设备之间低时延高可靠的直连通信。针对矿井应急通信系统对低时延以及高可靠通信的技术需求,提出一种基于5G直连通信的矿井应急通信系统架构,设计了设备标识与直连通信链路时频资源位置的映射方法,设备通过预配置的前传链路和回传链路传输资源位置、无需建立路由连接即可实现与相邻前端设备和后端设备通信链路,利用时域资源循环复用的方式实现邻近中继设备之间的资源空分复用和同频干扰规避。提出的方法能够实现无需调度许可、和极简路由转发的中继组网机制实现传输资源空分复用下的同频干扰规避,有效提升传输资源利用效率,常规基带参数和组网配置下的平均空口时延可达25 ms、显著降低传输时延。     

一种用于矿井极限通信的新方法

矿难发生时,常用通信方式难以保障地面和井下的通信。在此极限条件下,设计了一种通过自动敲击已有的(或专用的)预置刚性管道来完成井上和井下通信的装置,通过该装置敲击刚性管道所产生的声脉冲信号在刚性管道中的传输来完成信息的传递。对声脉冲信号进行了数字"0"、"1"编码,设计了2种发报方式与接收显示方式,搭建了实验平台对高灵敏度拾音器采集到的敲击产生的声脉冲信号进行自动检测和识别,实验结果表明该方法能较好地实现极限条件下信息的传递,为矿难的营救通信保障提供了一种新的方法,具有一定的实用价值。     

矿井无线透地通信中语音信号压缩的研究

针对矿井无线传输信道信号传输损耗大、传输距离短、传输信道窄、噪声干扰大、传输能力有限、语音信号信噪比低的特点,通过对井下透地传输中语音信号和噪声的分析,基于语音压缩技术提出了一种用于矿井无线透地通信中语音信号压缩的模型。并采用实时通信系统的动态仿真软件Systemview对压缩方案模型进行仿真,验证了压缩方案的可行性。测试结果表明:当语音信号频率在800~3000Hz范围内,抽样频率是4~6倍的最大频率语音信号时,压缩方案基本可以满足设计要求。     

基于CELP的矿井无线透地通信语音压缩编码方案

针对矿井抢险救灾时语音在无线透地通信的信道中传输困难的问题,提出了采用码激励线性预测CELP(Code Excited Linear Prediction coding)作为矿井无线透地通信的语音压缩编码方案,以达到对语音信号预处理的目的。利用Mat Lab软件对本压缩方案进行仿真验证,仿真结果表明:采用的压缩方案,在保证译码后语音基本不失真且能主观识别的前提下,能够压缩的语音范围是:250~3 500 Hz,编码速率可低至4.6 kb/s,基本满足了矿井无线透地通信对语音压缩处理的要求。     

基于OFDM的巷道和工作面无线移动通信研究

介绍了适合煤矿井下通信的无线技术“正交频分复用(OFDM)”,通过分析其多载波传输、非可视距性能和抗多径衰耗功能,认为可以在煤矿井下的巷道和工作面环境下高速、可靠地完成数据、话音和视频通信,对OFDM适合于井下通信的工作频带、调制技术和信号产生进行了分析。     

基于OSI层次模型的矿井救援机器人通信系统设计

以矿井救援机器人通信为研究对象,分析了煤矿救援的通信需求,设计了基于OSI层次模型的救援机器人通信系统,并通过试验验证了该系统的稳定性和可靠性。为今后的煤矿救援工作打下了坚实的基础。     

基于视觉感知特性的无线视频矿井通信技术研究

近年来,随着计算机网络技术和通信技术的飞速发展,移动通信系统也逐渐成为矿井生产调度、安全监控和抢险救灾的重要工具,无线多媒体通信已经成为未来矿井通信技术的发展趋势。现有视频编码技术并没有很好解决容错性能和编码效率之间的矛盾,必须突破传统视频编码思路的局限,引入新的编码思路和技术。文中对视觉理论编码中的感知视频编码技术、感知码率控制方法、感知视频容错编码技术,以及解码端错误隐藏技术等相关领域研究工作进行综述分析;提出基于视觉显著度模型的帧级、宏块级两级码率分配策略。     

基于直接序列扩频技术的矿井通信系统

详细阐述了直接序列扩频技术的原理及其抗干扰特性,并给出该通信模式接收机和发送机的模型。通过分析矿井环境对矿井通信系统的影响,说明了将直接序列扩频通信技术在煤矿井下应用能推动煤矿通信的发展,对于加强煤矿的安全生产,提高抢险救灾能力,以及煤矿生产现代化都有非常重要的意义,最后给出了基于扩频芯片Z2000的矿井通信模型。     

矿井通信中间断传输技术的研究

矿井通信急需解决的问题是提高通信系统的抗干扰性能和通话质量。间断传输技术(DTx)通过发射端有无话音信号自动调整发射机的开和关来达到减小系统干扰、提高通话质量和节省移动台功耗的目的,特别适用于干扰噪声大的煤矿井下通信。本文论述了DTx技术的原理及相应的话音活性检测技术和舒适噪声产生技术,并对DTx技术在矿井通信中的应用进行了探讨。     

矿井中GSM移动通信信号引入方式的研究

针对矿井的特点,提出了实现矿井移动通信的方案:以质量较好、网络较为完善的GSM移动信号为信号源,用光纤直放系统将信号引入矿井。     

一种提高矿井通信系统抗噪性能的新方法

话音激活技术是移动通信一种重要功能,通过检测发射端有无话音信号输入来自动调整发射机的开和关以达到减小系统干扰、提高通话质量和节省发射机功耗的目的,特别适用于干扰噪声大的煤矿井下通信。文章论述了话音激活技术的原理及相关的话音动态检测技术和舒适噪声产生技术,并对该技术在煤矿井下通信中的应用进行了分析。     

基于残差神经网络的矿井图像重构方法

针对煤矿井下噪声对可视化作业环境扰动影响,面向智能开采对井下作业目标的图像清晰化需求,研究基于机器视觉的矿井视频图像重构理论与方法,对提高矿井智能监控与安全开采技术具有重要意义。传统的视频监控系统采用经典的Nyquist采样定理来解决视频图像的信号采集、压缩和编解码问题,但矿井视频图像数据庞大,采用传统的编解码方法不仅浪费大量采样资源及增大系统开销,而且难以解决矿井视频图像重构时出现的信号保真度低、图像边缘模糊和视频传输时延等问题,其直接影响矿井智能监控系统性能与视频传输质量。针对矿井视频监控图像重构中存在的信号保真度不足及图像边缘模糊等问题,提出一种基于残差网络的图像压缩与重构方法。该方法通过建立一种新的残差神经网络结构,采用下采样矩阵将矿井图像进行压缩,再通过多次上采样将特征图变换为与原始图像相同大小的特征图,并使用残差网络块对其优化,最后利用优化后的重构网络将特征图聚合成重构图像。提出融合离散小波结构相似度损失与均方误差损失的损失函数方法,并据此训练网络参数。为评价本文所提出方法的有效性,实验选取了基于压缩感知的D-AMP,TVAL3算法和基于深度学习的ReconNet算法与之进行对比。结果表明,较小压缩比条件下对矿井图像重构,本文方法在结构相似度和峰值信噪比性能方面均优于其他算法;在噪声环境下,本文方法相较于其他方法,图像重构的峰值信噪比与结构相似度受噪声强度扰动较小,对噪声具有较强鲁棒性,较显著增强矿井重构图像的保真度和清晰度;在图像重构的时间复杂度方面,本文方法用时最短,有助于改善矿井视频监控系统的实时性。     

基于MIMO技术的矿井无线通信系统的研究

 本文分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题,介绍了MIMO技术和正交空时分组编码,设计了两发多收的矿井无线通信系统,对于矿井复杂的传输环境,选择适合多天线技术且具有复杂度低的正交空时分组编码技术,接收端就可以采用最大似然译码,调制采用多进制相移键控。仿真结果表明,采用MIMO技术能有效的降低误码率,提高矿井无线通信系统的可靠性。     

基于OFDM技术的矿井通信抗多径衰落方案研究

分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题,介绍了OFDM技术抗干扰原理和特点.通过Matlab中的Simulink仿真可以分析出该技术对提高矿井通信质量,尤其是对克服多径效应及机电噪声引起的抗干扰能力弱、通信质量差等缺点起到重要的作用.并从理论上分析了该技术在矿井通信中的抗多径衰落的可行性.     

基于嵌入式技术的煤矿井下通信中图像信号处理方法

以提升煤矿井下视频图像呈现能力为目的,提出基于嵌入技术的煤矿井下通信中图像信号处理方法。利用图像采集单元内的CCD摄像机拍摄煤矿井下视频图像后,将其传输到嵌入式FPGA芯片内,该芯片将煤矿井下视频图像信号缓存在SDRAM内后,再利用双口RAM传输到嵌入式DSP芯片内; DSP芯片启动图像信号处理单元内的图像信号处理算法对煤矿井下视频图像信号进行压缩感知和高分辨率重建后,对其进行缓存处理,再利用FLASH视频模块对处理后的煤矿井下视频图像信号实施动态编辑,并将其回传到嵌入式FPGA芯片内;该芯片利用视频D/A转换器输出处理后的煤矿井下视频图像VGA信号,完成煤矿井下通信中图像信号处理过程。实验表明:经过该方法处理后的煤矿井下视频图像信号的峰值信噪比、图像像素密度以及图像信号灰度值均得到了较好的提升,其具备较好的应用效果。     

基于CAN总线技术的矿井胶轮车分布式架构通信系统设计

矿井胶轮车常常作为井下辅助运输设备,需要通信系统对其进行合理调度,提高工作效率。传统主从式通信系统在抗干扰能力、信号传输速度上存在不足,给胶轮车的运行带来了安全隐患。利用CAN总线技术设计分布式通信系统,介绍通信系统的结构组成和工作原理。分布式通信系统信号传输速度快,可靠性高,值得进一步的研究和分析。     

基于MIMO技术的矿井无线通信系统的设计

文章分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题,介绍了MIMO技术和正交空时分组编码,针对矿井复杂的传输环境,设计了两发多收的矿井无线通信系统,选择了适合多天线技术的正交空时分组编码技术,同时接收端进行最大似然译码。仿真结果表明,采用M IMO技术能有效的降低误码率,提高矿井无线通信系统的可靠性。