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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
改进YOLOv8的矿井人员防护装备实时监测方法研究
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  • 作者

    张磊孙志鹏陶虹京郝尚凯燕倩如李熙尉

  • 单位

    山西大同大学煤炭工程学院

  • 摘要

    穿戴个人防护装备是保障矿井人员作业安全的重要手段,开展矿井人员防护装备监测是煤矿安全管理的重要工作内容。煤矿井下环境较为复杂,视频监控易受到噪声、光照以及粉尘等因素干扰,导致现有的目标检测方法对矿井人员防护装备存在检测精度低、实时性差、模型复杂度高等问题,提出了一种改进YOLOv8的矿井人员防护装备实时监测方法,称为DBE-YOLO。DBE-YOLO模型首先在基准模型主干网络的CBS模块中结合可变形卷积(DCNv2)组成DBS模块,使卷积具有可变形能力,在采样时可以更贴近检测物体的真实形状和尺寸,更具有鲁棒性,有效提升了其对不同尺度目标的特征获取能力,有利于模型提取更多人员防护装备的特征信息,提高模型检测精度。其次在特征增强网络融合了加权双向特征金字塔机制(BiFPN),在多尺度特征融合过程中删除效率较低的特征传输节点,实现更高层次的融合,提高了对不同尺度特征的融合效率,同时BiFPN引入了一个可以学习的权值,有助于让网络学习不同输入特征的重要性。最后使用WIoUv3作为模型的损失函数,其通过动态分配梯度增益,重点关注普通锚框质量,在模型训练过程中减少了低质量锚框产生的有害梯度,进一步提升了模型性能。实验结果表明,DBE-YOLO模型在矿井人员防护装备监测中有着良好的效果,查准率、查全率、平均精度分别为93.1%、93.0%、95.8%,相较于基准模型分别提高0.8%,2.9%,2.9%,检测实时性提升到65 f·s-1,提高了8.3%,此外,参数量、浮点计算量、模型体积分别为2M、6.6G、4.4MB,相较于原模型分别降低33.3%、18.5%、30.2%。使用煤矿现场作业视频监控对改进模型进行验证,其有效改善了漏检和误检问题,为提高矿井人员的作业安全提供了技术手段。

  • 关键词

    可变形卷积目标检测损失函数深度学习实时监测

  • 文章目录

    0引 言
    1相关工作
    1.1目标检测算法相关概述
    1.2YOLOv8算法
    2DBE-YOLO检测方法
    2.1主干网络改进
    2.1.1可变形卷积DCNv2
    2.1.2 DBS模块
    2.2 BiFPN机制
    2.3损失函数改进
    3实验分析
    3.1数据集和评价指标
    3.2 消融实验
    3.3 对比实验
    3.4模型训练分析
    3.5 模型轻量化分析
    3.6 可视化实验
    4结论

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