基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别
张云1
童亮1
来兴平1
曹胜根2
闫保旭1
刘永孜1
孙浩强1
杨彦斌1
何伟1
1.西安科技大学 能源学院,陕西西安 7100542.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一.针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法.该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型.同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性.研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为 97.15%和 98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能.将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为 0.7%,每秒传输帧数为 43 fps,满足井下现场应用部署条件.
关键词：煤岩截割界面SE-CA-DeepLabV3+巷道掘进煤岩识别平台图像分割
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：国家自然科学基金(52274143)国家自然科学基金(52204153)中国博士后科学基金特别资助项目(2021T140551)
论文发表日期：2024-07-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 3276-3290 )
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