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基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别方法 被引量：47
1
作者 伍云霞 田一民 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3190-3196,共7页
现今的煤岩图像识别方法取得了一些阶段性的成果,但还无法满足实际需求。为了挖掘新的煤岩图像识别方法,研究了基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别技术,提出用字典学习算法提取煤岩图像特征。字典学习算法采用随机选择的方法对字典... 现今的煤岩图像识别方法取得了一些阶段性的成果,但还无法满足实际需求。为了挖掘新的煤岩图像识别方法,研究了基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别技术,提出用字典学习算法提取煤岩图像特征。字典学习算法采用随机选择的方法对字典进行初始化和更新。结合分类算法对煤岩图像进行分类识别,结果表明:通过字典学习,能简单有效表达煤岩图像的特征信息,获得了较高的识别率,且该特征提取方式具有较好的发展前景。研究结果可为煤岩界面的自动识别提供新的思路和方法。 展开更多
关键词 字典学习 煤岩图像 特征提取 煤岩识别
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基于模糊神经网络信息融合的采煤机煤岩识别系统 被引量：29
2
作者 张强 王海舰 +3 位作者 井旺 毛君 袁智 胡登高 《中国机械工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期201-208,共8页
针对采用单一信号进行煤岩界面识别实现采煤机滚筒高度调整控制时精确度和可靠性不高的问题,提出一种基于模糊神经网络的多传感器信息融合煤岩识别方法。通过实验数据采集和分析得到不同煤岩比例截面截割过程中的振动、电流以及声功率... 针对采用单一信号进行煤岩界面识别实现采煤机滚筒高度调整控制时精确度和可靠性不高的问题,提出一种基于模糊神经网络的多传感器信息融合煤岩识别方法。通过实验数据采集和分析得到不同煤岩比例截面截割过程中的振动、电流以及声功率谱信号特征样本,根据最小模糊度优化模型求得各煤岩识别信号的模糊隶属度函数,采用基于自适应神经网络模糊推理系统构建的多维模糊神经网络实现多传感器信息的决策融合,得到高可信度和精确度的滚筒调高控制量值。实验室截割实验对比以及现场随机煤岩轨迹的截割实验结果表明,采煤机滚筒截割轨迹与实际随机煤岩轨迹基本吻合,实验结果验证了系统的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 采煤机 模糊 神经网络 信息融合 煤岩识别
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基于改进U-net网络模型的综采工作面煤岩识别方法 被引量：25
3
作者 司垒 王忠宾 +1 位作者 熊祥祥 谭超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期578-589,共12页
煤岩识别是实现工作面智能化开采的核心技术,也是煤炭开采领域的技术难题。针对当前综采工作面煤岩识别精度低的问题,提出了一种基于改进U-net网络模型的煤岩图像识别方法。该方法通过使用深度分离卷积代替传统卷积减少了网络模型的参数... 煤岩识别是实现工作面智能化开采的核心技术,也是煤炭开采领域的技术难题。针对当前综采工作面煤岩识别精度低的问题,提出了一种基于改进U-net网络模型的煤岩图像识别方法。该方法通过使用深度分离卷积代替传统卷积减少了网络模型的参数,提高了语义分割的效率;添加Res2net模块来提高编码器提取特征的能力,同时加入条件随机场对分割图像进行后处理,提高了网络模型在分割煤岩图像交界区域的精确性。为了获取更加丰富的煤岩分布图像,研制了不同特性的煤岩试样,搭建了采煤机煤岩截割试验台。通过煤岩截割试验获取了煤岩分布图像数据,并对其进行切分、缩放、旋转、裁剪、加噪声等操作,生成了包含8000个样本的煤岩图像语义分割数据集,采用自适应学习算法对模型进行训练,给出了模型训练过程中准确率和损失函数的变化规律。选取像素准确度和交并比对语义分割结果进行评估,结果表明,改进U-net网络模型的像素准确度和交并比的平均值分别为95.81%和91.13%,所占内存为35 M,测试用时为36.45 ms/张,与其他网络模型相比,该方法在煤岩图像分割中具有明显的优越性。在井下现场试验中,通过构建综采工作面煤岩图像语义分割数据集对改进U-net网络模型进行训练和测试,最后实现了综采工作面的煤岩识别,验证了该方法的可行性和实用性。 展开更多
关键词 煤岩识别 语义分割 深度学习 U-net网络模型
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基于截齿截割红外热像的采煤机煤岩界面识别研究 被引量：24
4
作者 张强 王海舰 +1 位作者 郭桐 刘永凤 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第5期22-27,共6页
为实现采煤机截割过程中煤岩界面的有效动态识别,测试和提取不同煤岩比例条件下截齿截割的红外热图像,分析截齿表面温度场分布规律与截割闪温特征,得到不同煤岩比例条件下截齿截割温度特征数据库,建立基于最小模糊度优化的采煤机煤岩界... 为实现采煤机截割过程中煤岩界面的有效动态识别,测试和提取不同煤岩比例条件下截齿截割的红外热图像,分析截齿表面温度场分布规律与截割闪温特征,得到不同煤岩比例条件下截齿截割温度特征数据库,建立基于最小模糊度优化的采煤机煤岩界面动态识别模型。试验结果表明:截齿在截割不同比例煤岩试件时,齿尖均产生突兀的瞬时闪温区,岩石比例越大,其闪温值越高。该系统可实现煤岩界面的在线、精确动态识别,可为提高采煤机的截割效率和实现滚筒智能调高控制提供重要的技术手段和理论依据。 展开更多
关键词 采煤机 煤岩识别 红外热像 闪温 最小模糊度
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基于视觉技术的煤岩特征分析与识别 被引量：23
5
作者 张万枝 王增才 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2014年第10期272-274,共3页
为研究煤岩自动识别技术,提出了一种基于视觉技术的煤岩特征分析与识别方法。首先根据煤和岩石图像分析煤岩纹理差异;然后根据灰度共生矩阵分别计算煤和岩石纹理特征向量;最后选择计算出的纹理特征向量作为神经网络输入来分别识别煤和岩... 为研究煤岩自动识别技术,提出了一种基于视觉技术的煤岩特征分析与识别方法。首先根据煤和岩石图像分析煤岩纹理差异;然后根据灰度共生矩阵分别计算煤和岩石纹理特征向量;最后选择计算出的纹理特征向量作为神经网络输入来分别识别煤和岩石2种情况。实验结果表明,煤和岩石纹理特征值差别较大,采用能量、对比度、相关性和熵作为特征向量均可实现煤和岩石自动识别,且以熵值作为特征向量的煤岩识别效果最好。 展开更多
关键词 视觉技术 纹理特征 神经网络 煤岩识别
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一种煤岩图像特征提取与识别方法 被引量：22
6
作者 孙继平 杨坤 《工矿自动化》 北大核心 2017年第5期1-5,共5页
提出了一种基于二进制十字对角纹理矩阵的煤岩图像特征提取与识别方法。该方法首先提取煤岩图像的二进制十字对角纹理矩阵,然后利用二进制十字对角纹理矩阵的角二阶矩能量、相关性、方差、逆差矩、熵、和熵、差熵、和均值、对比度、惯... 提出了一种基于二进制十字对角纹理矩阵的煤岩图像特征提取与识别方法。该方法首先提取煤岩图像的二进制十字对角纹理矩阵,然后利用二进制十字对角纹理矩阵的角二阶矩能量、相关性、方差、逆差矩、熵、和熵、差熵、和均值、对比度、惯性矩及相关信息测度构造煤岩图像的特征向量,最后结合稀疏表示进行煤岩图像分类识别。实验结果表明,与基于十字对角纹理矩阵的图像特征提取与识别方法相比,该方法具有更好的煤岩识别效果,平均识别率达94.38%,且单幅图像特征提取时间大幅降低,提高了煤岩识别的实时性。 展开更多
关键词 煤岩识别 煤岩图像 特征提取 二进制十字对角纹理矩阵 稀疏表示
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考虑截齿损耗的多传感信息融合煤岩界面感知识别 被引量：22
7
作者 王海舰 黄梦蝶 +2 位作者 高兴宇 卢士林 张强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1995-2008,共14页
为了实现采煤机开采过程中煤岩界面的精准识别,提出一种基于多传感信息融合的煤岩界面感知识别方法。考虑截齿损耗对采煤机截割特征信号的影响,测试采煤机截齿处于新齿、轻微磨损、一般磨损以及严重磨损4种状态下,截割不同比例煤岩过程... 为了实现采煤机开采过程中煤岩界面的精准识别,提出一种基于多传感信息融合的煤岩界面感知识别方法。考虑截齿损耗对采煤机截割特征信号的影响,测试采煤机截齿处于新齿、轻微磨损、一般磨损以及严重磨损4种状态下,截割不同比例煤岩过程中的振动信号、电流信号、声发射信号以及红外闪温信号,建立截齿不同磨损程度下的多截割信号特征样本库。根据相邻截煤比各截割特征信号的模糊特征,以最小模糊熵为优化目标,采用自适应权重粒子群算法优化求解各截割特征信号的隶属度函数。构建基于D-S理论的"与"决策准则,实现对煤岩界面的精准识别。通过分析截煤比识别结果信度值的分布特征及趋向性,确定截煤比识别结果在不同截煤比的信度值与实际煤岩比例的匹配关系,利用识别结果的信度值对煤岩轨迹进行进一步的优化。根据实验结果可以得到:(1)截齿磨损程度对煤岩各截割特征信号的变化影响显著,截齿不同磨损程度下各截割特征信号的最优隶属度函数呈现动态变化;(2)煤岩界面轨迹的识别结果逼近具有最大信度的截煤比,且对于次大信度截煤比具有一定程度的趋向性;(3)基于单一优化隶属度函数进行隶属度求解及融合识别,煤岩界面识别精度随着截齿损耗的加剧大幅度下降,最大下降幅度达到43.04%;(4)考虑截齿损耗的多传感信息融合识别模型克服了截齿损耗对信号的误差影响,对煤岩界面具有更高的识别精度,识别误差浮动在1.54%范围内。 展开更多
关键词 煤岩识别 截齿损耗 模糊熵 粒子群算法 D-S理论
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煤岩界面的高光谱识别原理 被引量：20
8
作者 杨恩 王世博 +1 位作者 葛世荣 张昊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期646-653,共8页
为研究以物性成分为辨识依据的煤岩高光谱识别技术,对来自我国不同煤矿生产线的煤岩试样在350~2 500 nm波段范围进行了反射光谱的采集。通过分析代表性样品的光谱反射率曲线,得出了煤岩的主要吸收谱带,发现了岩在2 200 nm附近表现为强吸... 为研究以物性成分为辨识依据的煤岩高光谱识别技术,对来自我国不同煤矿生产线的煤岩试样在350~2 500 nm波段范围进行了反射光谱的采集。通过分析代表性样品的光谱反射率曲线,得出了煤岩的主要吸收谱带,发现了岩在2 200 nm附近表现为强吸收,而煤在此波长点附近吸收不明显,原因为岩中含Al-OH振动结构的矿物含量较高,而煤中此类矿物含量较低。以此2 200 nm附近煤岩吸收差异性为煤岩识别的基本原理,通过初步预处理和包络线去除预处理的方法,在全波段和2 150~2 250 nm吸收谷特征谱带,采用了4种识别算法模型,对训练集光谱数据进行训练,预测测试集光谱类型。测试集试样类型总体识别精度达到90%左右,且具有较好的一致性,识别速度达到毫秒级,实时性好,这些原理和识别方法为实际工程应用提供了参考。 展开更多
关键词 高光谱 煤岩识别 差异谱带 识别模型
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基于双树复小波域统计建模的煤岩识别方法 被引量：20
9
作者 孙继平 陈浜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1847-1858,共12页
针对煤炭开采与加工过程中采煤机滚筒高度调节、选煤厂预排矸等工程实际问题,提出了1种有效的基于双树复小波域统计建模的煤岩识别方法。首先,通过双树复小波变换对煤岩图像进行多级分解;然后,提出了1种旋转不变增强策略,即对每1级双树... 针对煤炭开采与加工过程中采煤机滚筒高度调节、选煤厂预排矸等工程实际问题,提出了1种有效的基于双树复小波域统计建模的煤岩识别方法。首先,通过双树复小波变换对煤岩图像进行多级分解;然后,提出了1种旋转不变增强策略,即对每1级双树复小波变换产生的高频子带按系数模的均值和方差之积从大到小排列;接着,提出了高频子带系数模符合广义伽玛分布模型的假设,并采用1种基于尺度独立形状估计方程的广义伽玛分布参数估计方法确定模型参数;最后,根据相对熵相似性测度完成煤岩图像的自动识别。结果表明:在双树复小波域中,广义伽玛分布模型具有较强的区分煤岩图像的能力;所提出的旋转不变增强策略在一定程度上提高了煤岩识别的正确识别率,并且使正确识别率与时间复杂度之间的折中权衡变得更加灵活;与现有的其他方法相比,所提出方法具有更高的正确识别率,其时间复杂度也是可以接受的。 展开更多
关键词 煤岩识别 双树复小波变换 旋转不变增强 广义伽玛分布 相对熵
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基于振动特性分析的采煤机煤岩识别控制系统 被引量：19
10
作者 王水生 《工矿自动化》 北大核心 2015年第5期83-87,共5页
针对采煤机截割过程中的煤岩识别及滚筒自动调高控制问题,提出并设计了一种基于振动特性分析的采煤机煤岩识别控制系统。该系统采用传感器检测采煤机滚筒在截割煤岩过程中3个方向的振动信号,采用PLC进行振动信号的分析和处理,得到采煤... 针对采煤机截割过程中的煤岩识别及滚筒自动调高控制问题,提出并设计了一种基于振动特性分析的采煤机煤岩识别控制系统。该系统采用传感器检测采煤机滚筒在截割煤岩过程中3个方向的振动信号,采用PLC进行振动信号的分析和处理,得到采煤机滚筒在截割煤岩过程中的振动特性规律,由此建立采煤机滚筒调高控制规则表,并通过反馈信号偏差在线查表和控制信号输出的闭环控制方法实现采煤机滚筒的自动调高控制。相似模拟截割试验结果表明,该系统能够较好地实现煤岩界面识别和滚筒自动调高控制,具有良好的动态性能。 展开更多
关键词 采煤机 煤岩识别 自动调高 振动信号
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基于CLBP和支持向量诱导字典学习的煤岩识别方法 被引量：18
11
作者 孙继平 陈浜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3338-3348,共11页
针对现有煤岩识别方法在训练样本不充足情况下的识别效果普遍不太理想这一情况,提出了一种基于完备局部二值模式(CLBP)和支持向量诱导字典学习的煤岩识别方法。该方法分4大步完成:(1)提取煤岩图像的多尺度CLBP特征向量;(2)对训练样本的C... 针对现有煤岩识别方法在训练样本不充足情况下的识别效果普遍不太理想这一情况,提出了一种基于完备局部二值模式(CLBP)和支持向量诱导字典学习的煤岩识别方法。该方法分4大步完成:(1)提取煤岩图像的多尺度CLBP特征向量;(2)对训练样本的CLBP特征向量进行支持向量诱导字典学习,得到一组煤岩表征字典、煤岩类别权向量和偏移量;(3)计算测试样本在煤岩表征字典上的表示即编码向量;(4)采用判别函数完成测试样本编码向量的类别判定。结果表明:与现有其他常用方法相比,所提出方法有着更高的正确识别率,特别是在训练样本不充分的随机抽样实验条件下,其正确识别率仍然很高;耗时的字典学习并没有影响到所提出方法的实时性;所提出方法占用的存储量不受训练样本数量的制约,这在一定程度上为将来硬件实现带来了便利。 展开更多
关键词 煤岩识别 CLBP 支持向量 字典学习
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YOLOv2在煤岩智能识别与定位中的应用研究 被引量：15
12
作者 张斌 苏学贵 +2 位作者 段振雄 常立宗 王福周 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2020年第2期90-97,共8页
综采工作面煤层走向复杂,采用"一刀切"的开采方法会加速滚轮截齿的磨损,同时开采效率也大幅降低,对煤岩的精准识别是解决此类问题、实现智能开采的关键.将基于回归方程的深度学习目标检测算法YOLOv2与线性成像模型相结合并通... 综采工作面煤层走向复杂,采用"一刀切"的开采方法会加速滚轮截齿的磨损,同时开采效率也大幅降低,对煤岩的精准识别是解决此类问题、实现智能开采的关键.将基于回归方程的深度学习目标检测算法YOLOv2与线性成像模型相结合并通过该算法对井下采集煤岩图像进行了智能识别与定位,同时与Faster R-CNN,SSD对煤岩图像的识别结果进行了对比.结果显示,YOLOv2对煤岩的识别精度达到了78%,检测速度达到了63 frame/s,与Faster R-CNN,SSD相比精度高出7.7%,4.7%,而检测速度高出763%,40%;在矿井测量坐标系中YOLOv2标定的煤层边界框角点的计算坐标与实测坐标相比相对误差在3.0%~4.5%之间,相对误差较小,不会对采煤效率产生影响.研究结果表明,YOLOv2可以对煤岩进行准确快速的识别. 展开更多
关键词 煤岩识别 智能开采 深度学习 YOLOv2
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采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型 被引量：12
13
作者 刘春生 刘延婷 +3 位作者 刘若涵 白云锋 李德根 沈佳兴 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期527-540,共14页
针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以... 针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落� 展开更多
关键词 截割载荷特征 截割状态识别 煤岩识别 采煤机 煤岩层位置预测
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局部约束的自学习煤岩识别方法 被引量：14
14
作者 伍云霞 孟祥龙 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2639-2646,共8页
针对训练样本不足情况下的煤岩图像识别问题,提出了一种局部约束的自学习(LCSL)煤岩识别方法。该方法首先从辅助数据中通过局部约束的字典优化模型获取高层结构特征,这些辅助数据是无标签的非煤岩自然图像,与煤岩图像的特征分布不同,且... 针对训练样本不足情况下的煤岩图像识别问题,提出了一种局部约束的自学习(LCSL)煤岩识别方法。该方法首先从辅助数据中通过局部约束的字典优化模型获取高层结构特征,这些辅助数据是无标签的非煤岩自然图像,与煤岩图像的特征分布不同,且更容易获取;然后利用学习的高层结构特征结合局部约束线性编码提取煤岩图像特征;最后利用SVM算法对煤岩图像进行分类识别。实验表明:通过该方法得到的特征能够有效地表征煤岩图像,具有很强的鉴别性和鲁棒性,达到了很好地识别效果,相比于原有煤岩识别方法平均识别率提高了1%～3%。 展开更多
关键词 煤岩识别 特征表达 自学习 局部约束
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基于最大池化稀疏编码的煤岩识别方法 被引量：13
15
作者 伍云霞 田一民 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期981-987,共7页
针对现今煤岩图像识别方法的缺乏与不足,为了挖掘新的煤岩图像识别方法以及更好地处理高维煤岩图像数据,提出了基于最大池化稀疏编码的煤岩识别方法.本方法在提取煤岩图像特征时加入了池化操作,在分类识别时采用了集成分类器,即多个弱... 针对现今煤岩图像识别方法的缺乏与不足,为了挖掘新的煤岩图像识别方法以及更好地处理高维煤岩图像数据,提出了基于最大池化稀疏编码的煤岩识别方法.本方法在提取煤岩图像特征时加入了池化操作,在分类识别时采用了集成分类器,即多个弱分类器组成一个强分类器.实验结果表明:最大池化稀疏编码的特征提取方式能简单有效表达煤岩图像的纹理特征,大大增强煤岩图像的可区分性,获得较高的识别率,并且具有良好的识别稳定性.研究结果可为煤岩界面的自动识别提供新的思路和方法. 展开更多
关键词 煤岩识别 图像处理 最大池化 稀疏编码 特征提取 集成分类
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基于图像纹理的煤岩识别研究 被引量：12
16
作者 章华 李振璧 姜媛媛 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2015年第7期120-121,共2页
煤岩识别对实现采掘面无人开采具有重要的意义。由于煤、岩石在纹理上的巨大差别,提出了基于图像纹理的煤岩识别研究。利用灰度共生矩阵(GLCM)分别对煤、岩石图像纹理进行特征提取,然后再应用RBF神经网络分析处理所得到的纹理特征数据,... 煤岩识别对实现采掘面无人开采具有重要的意义。由于煤、岩石在纹理上的巨大差别,提出了基于图像纹理的煤岩识别研究。利用灰度共生矩阵(GLCM)分别对煤、岩石图像纹理进行特征提取,然后再应用RBF神经网络分析处理所得到的纹理特征数据,进而实现对煤岩的分类识别,通过验证,该方法准确率高,操作简单,值得推广。 展开更多
关键词 纹理 煤岩识别 灰度共生矩阵 RBF神经网络
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基于塔式池化架构的采掘工作面煤岩图像识别方法 被引量：11
17
作者 高峰 殷欣 +4 位作者 刘泉声 黄兴 伯音 张全太 王心语 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4088-4102,共15页
煤岩识别技术是实现开采、掘进智能化和无人化的关键技术之一。为提高煤岩图像识别技术的精度和效率,提出了一种基于塔式池化架构和卷积神经网络技术的煤岩图像分割识别网络模型(Coal-Rock Pyramid Network, CRPN):(1) CRPN模型在图像... 煤岩识别技术是实现开采、掘进智能化和无人化的关键技术之一。为提高煤岩图像识别技术的精度和效率,提出了一种基于塔式池化架构和卷积神经网络技术的煤岩图像分割识别网络模型(Coal-Rock Pyramid Network, CRPN):(1) CRPN模型在图像编码部分采用了深度可分离卷积,使用了混合空洞卷积技术和嵌入全局注意力机制的残差卷积模块,在提高计算效率的同时扩大模型的感受野,并降低了全局无关特性对后续特征图的不利影响。CRPN模型在图像解码部分采用了基于空间塔式池化架构的计算框架,弱化了特征图内部不同区域之间关联信息的损失,显著增强了对全局信息的有效表征。(2)为保证模型训练的有效性,使用高感光度井下防爆相机对煤矿井下薄煤层采煤工作面原位煤岩图像进行了信息采集,包括完整状态、含有裂隙和阴影、暗光条件、暗光且有支护遮挡等4类典型条件下的煤岩分布图像。通过噪声添加、改变图像的特征和形态等数据预处理方法,建立了含有6 400个有效样本的煤岩高清图像数据库。(3)提出了基于交叉熵损失函数和修正自适应矩估计的训练优化算法,兼顾了模型的训练效率和精度。(4)选择像素准确度和交并比指标对CRPN模型的识别效果进行评估,结果表明CRPN模型的2项指标平均值分别为96.05%和91.54%,优于U-net模型和Segnet模型等现有其他煤岩图像识别方法。CRPN模型单张图像计算时间平均值为0.037 s,高于井下防爆摄像设备25 fps的成像能力,具备现场应用部署条件。将CRPN模型部署在工作面现场获取的动态视频中进行测试,测试结果表明该模型在稳定和抖动条件下均取得了良好的煤岩识别效果,验证了该技术在复杂环境中的可行性、鲁棒性。 展开更多
关键词 煤岩识别 采掘工作面 塔式池化架构 卷积神经网络 图像分割 煤岩高清图像数据库
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基于GAN网络的煤岩图像样本生成方法 被引量：11
18
作者 王星 高峰 +2 位作者 陈吉 郝鹏程 荆正军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期3066-3078,共13页
煤矿智能化要求实现智能化开采,其中煤岩识别是实现无人化开采的核心技术之一,近年来基于图像的煤岩识别方法受到广泛关注。受采掘环境影响导致图像获取困难是制约煤岩图像识别的主要因素之一,针对煤岩图像数据短缺的问题提出解决方法... 煤矿智能化要求实现智能化开采,其中煤岩识别是实现无人化开采的核心技术之一,近年来基于图像的煤岩识别方法受到广泛关注。受采掘环境影响导致图像获取困难是制约煤岩图像识别的主要因素之一,针对煤岩图像数据短缺的问题提出解决方法并增加数据量,基于在单张图像上训练的生成式对抗网络提出Var-ConSinGAN模型并构建样本生成与特征迁移框架。ConSinGAN模型生成的图像虽然清晰但对于煤岩图像生成来说仍然缺少多样性,改进模型的训练方式和图像重构方法可提高生成煤岩图像的多样性。模型采用金字塔结构,使用多阶段训练方法,每个阶段训练不同尺度的图像,可以生成任意数量图像。在模型中提出了新的图像尺寸变换方法用来生成分辨率不同的重构图像,同时采用曲线函数使每一阶段的迭代次数逐步增加,之后对第1阶段用单张图像生成的结果使用基于辅助分类器的条件生成式对抗网络进行特征迁移。新图像重建方法保持重建图像高分辨率阶段的密度大于低分辨率阶段的密度,新训练迭代函数在减少模型学习图像结构的次数的同时增加模型学习图像纹理细节的次数。新的训练迭代函数可以减少模型迭代的总次数,从而减少模型训练时消耗的计算资源。模型需要输入一张符合正态分布的噪声图片,经过训练,生成器输出满足真实图像分布的生成样本。实验在500张煤岩图像上进行,每张图像生成400张仿真图像,并使用SSIM指标对生成图像的亮度、对比度、结构等3方面进行测评。其中结构性强的煤岩图像其SSIM指标值很低,反之,结构性弱的煤岩图像其SSIM指标值较高。根据实验结果可得结论:Var-ConSinGAN模型缓解了原始GAN在数据不足时无法训练和ConSinGAN生成的煤岩图像具有明显“边框”感且多样性不足的问题;Var-ConSinGAN与ConSinGAN相比模型性能提高了13.8 展开更多
关键词 样本生成 煤岩图像 生成式对抗网络 煤岩识别 特征迁移
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基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别 被引量：10
19
作者 王昕 胡克想 +1 位作者 俞啸 丁恩杰 《工矿自动化》 北大核心 2017年第1期29-34,共6页
为了研究基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别可行性,首先应用太赫兹时域光谱技术,以气煤和砂岩粉末压片作为实验样本进行了相关实验,得到了太赫兹脉冲穿过不同样本时所产生的时间延迟和衰减幅度。然后采用Hilbert-Huang变换对煤岩样的太... 为了研究基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别可行性,首先应用太赫兹时域光谱技术,以气煤和砂岩粉末压片作为实验样本进行了相关实验,得到了太赫兹脉冲穿过不同样本时所产生的时间延迟和衰减幅度。然后采用Hilbert-Huang变换对煤岩样的太赫兹光谱进行了时频域分析,并与由传统快速傅里叶变换方法获得的样品频谱进行了对比,结果表明,在时频域内太赫兹光谱信号具有更高的分辨率,可以更好、更直观地分析太赫兹脉冲在任意时刻的频率、能量成分,研究任意频率在不同时刻对吸收谱线的作用。最后介绍了基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别过程,通过实验验证了采用Hilbert谱和边际谱提取出的光谱特征值可以很好地区分煤岩介质。 展开更多
关键词 煤炭开采 煤岩界面 煤岩识别 太赫兹时域光谱 HILBERT-HUANG变换
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基于变差函数和局部方差图的煤岩图像纹理特征提取 被引量：11
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作者 黄蕾 郭超亚 《工矿自动化》 北大核心 2018年第4期62-68,共7页
针对现有煤岩纹理特征提取采用局部二值模式算法存在分类准确率欠佳、算法运行效率较低及旋转纹理识别鲁棒性较差等缺陷,提出了一种基于变差函数和局部方差图的煤岩纹理特征提取算法。该算法首先在局部二值模式理论框架中逐像素计算局... 针对现有煤岩纹理特征提取采用局部二值模式算法存在分类准确率欠佳、算法运行效率较低及旋转纹理识别鲁棒性较差等缺陷,提出了一种基于变差函数和局部方差图的煤岩纹理特征提取算法。该算法首先在局部二值模式理论框架中逐像素计算局部方差得到局部方差图,然后在局部方差图中利用变差函数计算不同方向的变差函数向量,最后组合变差函数向量作为纹理特征,将所提取特征与局部二值模式特征融合完成煤岩纹理分类与识别。实验结果表明,该算法能够有效地提取局部方差的空间分布信息,实现对局部二值模式丢失信息的再利用,分类结果优于多种经典的局部二值模式纹理特征提取算法,分类准确率达到86%。 展开更多
关键词 煤炭开采 煤岩识别 局部方差图 变差函数 纹理特征提取 局部二值模式
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