2020封面文章（《工矿自动化》）_中国煤炭行业知识服务平台

2020封面文章（《工矿自动化》）

来源：工矿自动化

《工矿自动化》创刊于1978年，月刊，刊登矿业行业的安全、监测及自动化等相关研究论文。封面文章涵盖了5G通信技术和区块链技术分别在煤矿上的应用研究、井下人员监测及无线定位研究、运输机等矿用装备的优化升级、煤与瓦斯协同预测及治理等方向的最新研究成果。

行业视野: 封面文章
类别; 288个
关键词; 156位
专家; 48篇
论文; 35362IP
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LoRa组网技术在胶带运输监控系统中的应用研究

作者(Author)：陈晓晶

摘要：针对胶带运输监控系统缺少无线数据传输通道，无法实现断线后自诊断信息上传、无线传感器接入、断线应急中继通信功能等问题，提出了一种应用于胶带运输监控系统的LoRa无线组网技术方案。针对链式组网结构比较适合胶带运输监控系统多点延伸的特点，采用了LoRa链式组网模式。根据LoRa链式组网传输模式的要求，确定了节点间的数据访问关系，将主机节点与子节点设计为一主多从的传输方式，节点根据相邻关系进行路由规划，组成单层链式网络。为满足数据传输需求，采用巡检应答式通信机制，通信过程遵循规则时序，信道通过时分进行有序利用。根据上述方案，给出了用于胶带运输监控系统的LoRa无线组网传输节点设备软硬件设计，并进行了测试，结果表明：LoRa链式组网模式传输性能可靠稳定，无线发送状态的节点功耗小于300 mW，10个节点组网传输时延为1.12 s，丢包率小于0.6%，可满足胶带运输监控系统对无线组网传输功能的需求。

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2020年第04期

1697

397
煤矸石图像分类方法

作者(Author)：饶中钰, 吴景涛 , 李明

摘要：针对人工排矸法、机械湿选法、γ射线分选法等传统煤矸石分选方法无法兼顾快速高效性、安全无害性、简单操作性的问题，提出了基于机器视觉的煤矸石图像分类方法。对煤矸石图像进行增强、平滑去噪等预处理，采用基于距离变换的分水岭算法实现煤矸石图像分割提取。针对煤矿矸石分割图像，选取煤矸石图像的HOG特征及灰度共生矩阵，分别以支持向量机、随机森林、K近邻算法作为分类器进行基于特征提取的煤矸石分类识别；分别建立浅层卷积神经网络和基于ImageNet数据集预训练的VGG16网络，进行基于卷积神经网络的煤矸石分类识别。研究结果表明，基于VGG16网络的煤矸石图像分类方法准确率最高为99.7%，高于基于特征提取方法的91.9%和基于浅层卷积神经网络方法的92.5%。

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2020年第03期

511

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面向煤矿工作面的定位无线传感器网络传输性能优化

作者(Author)：方祖浩, 赵小虎, 王海波, 王晶晶

摘要：针对煤矿工作面定位无线传感器网络(PWSN)端到端时间较长、丢包率较大等问题，提出采用保障贪婪调度（GGS）算法来优化网络传输性能。GGS算法结合了粒子群优化(PSO)算法和贪婪算法，使用PSO算法对信道中的报文种群进行有序化处理，实现对种群的保障；使用贪婪算法对网络传输过程中的具体服务请求形成一种多层次、反复迭代的处理机制，以优化报文种群质量；利用PSO变异算法对种群进行检查和更新，以确保得到的是最优解。仿真结果表明，与现有文化基因算法(MA)、差分进化人工蜂群(DE-ABC)算法相比，GGS算法可在控制丢包率的前提下缩短传输时间，提升网络整体性能。

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2020年第03期

349

297
矿山语义物联网自动语义标注方法

作者(Author)：张楠, 谢国军, 叶青, 赵小虎

摘要：针对目前矿山领域异构数据融合时先验知识获取困难、物联网本体库实时性差、实例对象数据手动标注方式效率较低等问题，提出了一种矿山语义物联网自动语义标注方法。给出了传感数据语义化处理框架：一方面，确定本体的专业领域和范畴，通过重用流注释本体（SAO）构建领域本体，作为驱动语义标注的基础；另一方面，使用机器学习方法对感知数据流进行特征提取与数据分析，从海量数据中挖掘出概念间的关系；通过数据挖掘知识来驱动本体的更新与完善，实现本体的动态更新、拓展与更精确的语义标注，增强机器的理解力。以矿井提升系统主轴故障为例阐述从本体到实例化的语义标注过程：结合领域专家知识及本体重用，采用“七步法”建立矿井提升系统主传动故障本体；为了加强实例数据属性描述的准确性，使用主成分分析法（PCA）与K-means聚类方法对数据集进行降维和分组，提取出数据属性与概念的关系；通过基于语义Web的规则语言（SWRL）标注具体先行条件与后续概念的关系，优化领域本体。实验结果表明：在本体实例化过程中，可利用机器学习技术从传感数据中自动提取概念，实现传感数据的自动语义标注。

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2020年第03期

373

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区块链技术在矿山物联网中的应用研究

作者(Author)：秦晓伟, 王立兵, 汪磊, 李敬兆, 张小波

摘要：针对矿山物联网中数据传输和存储过程中存在易丢失和被篡改等问题，将区块链技术应用于矿山物联网的数据传输与存储中。构建了以数据层、传输层、共识层为核心的矿山私有区块链架构；设计了基于共识模块和数据区块的矿山物联网数据传输与存储防护方案；应用实用拜占庭容错（PBFT）算法设计了数据共识过程，通过在分布式结构化P2P网络每2个节点间设置共识模块并优化P2P协议，实现了矿山数据安全性共识。测试结果表明，私有区块链的应用保证了矿山物联网数据的准确传输和可靠存储。

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2020年第03期

687

336
5G通信技术及其在煤矿的应用构想

作者(Author)：霍振龙, 张袁浩

摘要：近年来我国煤矿无线通信系统首选WiFi和4G通信技术，随着煤矿智能化建设的发展，现阶段煤矿无线通信系统的性能已无法满足煤矿智能化发展的各项需求。对比前几代移动通信技术，阐述了第五代移动通信技术（5G）关键技术及其性能优势；给出了矿用5G无线通信系统的组成及组网方式；结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求，提出了5G通信技术在煤矿的应用场景，如井下无人驾驶及智能运输、全矿井位置服务、设备远程操控、故障远程诊断、大宽带业务数据传输、煤矿机器人云端控制、全矿井安全监测信息采集、虚拟现实/增强现实矿山等；指出针对煤炭行业的5G技术应用场景还需不断挖掘和完善，且由于5G网络对承载网要求较高，煤矿应预估部署成本，结合自身发展状况和需求搭建矿井5G通信网络。

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2020年第03期

2849

858
倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究

作者(Author)：华明国, 姚邦华, 李建伟

摘要：针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题，以某煤矿3号煤层为研究对象，利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics 对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟，研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明：在冲孔作用下，抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大，但扩展速度随时间下降；在冲孔卸压作用下，煤层渗透性大大增加，钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布；连续抽采90 d后，上部方向的影响半径为6 m左右，下部方向的影响半径为4 m左右，水平方向的影响半径为5 m左右；为了确保抽采达标，该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5 m左右，纵向钻孔布置间距为4.0 m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。

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工矿自动化

2020年第02期

417

363
井下视频行人检测方法

作者(Author)：李现国, 李斌, 刘宗鹏, 冯欣欣, 刘晓, 宋金水, 张磊

摘要：针对现有基于深度学习的行人检测方法存在计算量较大、检测效率严重依赖硬件性能等问题，对基于SSD网络的行人检测方法进行改进，设计了一种基于DenseNet网络的轻量级卷积神经网络作为SSD网络的基础网络，以满足井下视频行人实时检测需求，并设计了基于ResNet网络的辅助网络，以增强特征表征能力，提高行人检测准确性。将基于改进SSD网络的井下视频行人检测方法部署在嵌入式平台Jetson TX2上进行实验，结果表明该方法对井下视频中行人的检测准确率为87.9%，针对井下行人低密度场景的检测准确率近100%，且运算速度达48帧/s，约为基于SSD网络的行人检测方法的4.4倍，满足井下行人实时检测需求。

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2020年第02期

384

140

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