“全矿井智能视频分析技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“全矿井智能视频分析技术”专题

来源：工矿自动化

智能化是煤矿发展的方向，而智能视频分析是促进煤矿智能化的有效途径。全矿井智能视频分析技术具有实时监控、预警和决策支持能力，有助于提高矿山企业的安全性、生产效率、资源利用效率和环境可持续性。详细介绍了全矿井智能视频分析的关键技术，包括视频采集设备、视频预处理、视频压缩与编码等视频采集与处理技术，目标检测与跟踪、运动检测与分析、物体识别与分类等视频分析基础技术，行为识别与分析、事件检测与警报、视频监控与布防等高级视频分析技术。研发了集成视频识别分析和工业联动控制功能的矿山智脑AI视觉智能服务平台，介绍了智能视频分析技术在智能探放水系统和探放瓦斯系统、煤岩识别与截割系统、掘进工作面、综采工作面、煤流运输系统、矿井提升机系统、辅助运输系统、选煤厂、智能化装车配煤系统等矿井生产场景中的应用。分析指出目前全矿井智能视频分析技术在视频质量、复杂背景、实时性要求、数据隐私和安全、系统可靠性与稳定性等方面仍面临挑战。建议未来加强算法提升和优化、多模态数据融合、实时分析和边缘计算、强化学习和自主决策、数据隐私和安全保护、硬件设备和传感器技术等方面的研究，以全面推动全矿井智能视频分析技术的发展，促进矿山智能化进程。

行业视野: 智能化
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关键词; 76位
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论文; 3136IP
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全矿井智能视频分析关键技术综述

作者(Author)：程德强, 寇旗旗, 江鹤, 徐飞翔, 宋天舒, 王晓艺, 钱建生

摘要：智能化是煤矿发展的方向，而智能视频分析是促进煤矿智能化的有效途径。全矿井智能视频分析技术具有实时监控、预警和决策支持能力，有助于提高矿山企业的安全性、生产效率、资源利用效率和环境可持续性。详细介绍了全矿井智能视频分析的关键技术，包括视频采集设备、视频预处理、视频压缩与编码等视频采集与处理技术，目标检测与跟踪、运动检测与分析、物体识别与分类等视频分析基础技术，行为识别与分析、事件检测与警报、视频监控与布防等高级视频分析技术。研发了集成视频识别分析和工业联动控制功能的矿山智脑AI视觉智能服务平台，介绍了智能视频分析技术在智能探放水系统和探放瓦斯系统、煤岩识别与截割系统、掘进工作面、综采工作面、煤流运输系统、矿井提升机系统、辅助运输系统、选煤厂、智能化装车配煤系统等矿井生产场景中的应用。分析指出目前全矿井智能视频分析技术在视频质量、复杂背景、实时性要求、数据隐私和安全、系统可靠性与稳定性等方面仍面临挑战。建议未来加强算法提升和优化、多模态数据融合、实时分析和边缘计算、强化学习和自主决策、数据隐私和安全保护、硬件设备和传感器技术等方面的研究，以全面推动全矿井智能视频分析技术的发展，促进矿山智能化进程。

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2023年第11期

174

176
综掘系统视觉处理技术研究现状及发展趋势

作者(Author)：杜雨馨, 张贺, 王树臣, 张建化

摘要：机器视觉技术具有非接触测量、获取信息量大、数据处理能力强等优点，将其应用于综掘工作面，对于提高综掘工作效率、保障人员设备安全、减少事故发生具有重要意义。综述了近年来视觉处理技术在煤矿综掘系统中的具体应用与发展情况，依据综掘工作面的任务分工，结合具体实际案例，重点分析了机器视觉技术在视觉检测与定位、安全监测与事故预防、装备自动化与智能化等方面的应用。通过分析不同应用场景中各类视觉检测系统的结构与检测原理，明确了视觉处理技术在综掘工作面工程应用中的技术性能、工作流程及优缺点。分析了视觉技术在综掘工作面应用中存在的挑战，包括环境适应性问题、成像视野范围较窄、智能算法的鲁棒性和可靠性尚待提高等。指出多传感器信息融合技术、设备群协同控制技术与数字孪生驱动远程监控技术是基于机器视觉的煤矿智能化装备体系未来需要重点发展的新方向。

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2023年第11期

178

51
基于FBEC−YOLOv5s的采掘工作面多目标检测研究

作者(Author)：张辉, 苏国用, 赵东洋

摘要：针对采掘工作面目标尺度跨度大、多目标间相互遮挡严重及恶劣环境导致的检测精度降低等问题，提出了一种基于FBEC−YOLOv5s的采掘工作面多目标检测算法。首先，在主干网络引入FasterNet网络，以凭借其残差连接与批标准化模块，增强模型的特征提取和语义信息捕捉能力；其次，在YOLOv5s模型颈部融合BiFPN网络，以通过其双向跨尺度连接和快速归一化融合操作，实现多尺度特征的快速捕捉与融合；最后，采用ECIoU损失函数代替CIoU损失函数，以提升检测框定位精度和模型收敛速度。实验结果表明：① 在满足煤矿井下实时检测要求的同时，FBEC−YOLOv5s模型的准确率较YOLOv5s模型的准确率提升了3.6%。② 与YOLOv5s模型相比，FBEC−YOLOv5s模型的平均检测精度均值上升了2.8%，平均检测精度均值为92.4%，能够满足实时检测要求。③ FBEC−YOLOv5s模型的综合检测性能好，能够在恶劣环境、多目标间相互遮挡严重及目标尺度跨度大导致检测精度降低的情况下表现出良好的实时检测能力且具有较好的鲁棒性。

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2023年第11期

155

34
基于Faster−YOLOv7的带式输送机异物实时检测

作者(Author)：唐俊, 李敬兆, 石晴, 杨萍, 王瑞

摘要：基于深度学习的目标检测算法在异物检测中具有较好的识别效果，但模型内存需求大，检测速度慢；轻量化深度学习网络能够大幅减少模型内存需求，提升检测速度，但在井下弱光环境中检测精度低。针对上述问题，提出了一种基于Faster−YOLOv7的带式输送机异物实时检测算法。通过限制对比度自适应直方图均衡化算法（CLAHE）进行图像增强，提高弱光环境中异物对比度；基于Mobilenetv3对YOLOv7主干网络进行轻量化设计，减少YOLOv7模型的计算量、参数量；添加有效通道注意力机制，缓解因特征通道数减少而导致的高层特征信息丢失问题；采用Alpha−IoU作为损失函数提高异物检测精度。实验结果表明：① Faster−YOLOv7的初始损失为0.143，最终稳定在0.039左右。② Faster−YOLOv7的检测速度可达42帧/s，较YOLOv5、YOLOv7分别提升了17，20帧/s；Faster−YOLOv7内存为14 MiB，较YOLOv5、YOLOv7分别降低了29，57 MiB；检测准确率达91.3%，较YOLOv5提升了8.8%。③ 将SSD、YOLOv5、轻量化YOLOv7、Faster−YOLOv7目标检测算法应用到煤矿井下带式输送机运煤图像及视频中，发现SSD在视频检测时发生了漏检现象，YOLO系列模型均有效地识别出待测异物，且Faster−YOLOv7识别结果的置信度更高。

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2023年第11期

173

76
基于生成对抗网络的带式输送机异物检测方法

作者(Author)：张立亚

摘要：煤矿井下胶带运输图像具有照度低、细节不清晰、背景干扰等特点，现有的带式输送机异物检测模型存在精度低、灵活性差、计算量大、优化空间存在差异等问题。针对上述问题，提出了一种基于生成对抗网络（GAN）的带式输送机异物检测方法。对胶带运输过程视频文件进行预处理，分类得到正常图像、异常图像，制作实验数据集对改进GANomaly模型进行训练，再通过训练好的模型进行带式输送机异物检测。在训练阶段，将不含异物的带式输送机图像作为输入；在测试阶段，将含有异物的带式输送机图像作为输入，得到的重构图像与输入网络的原图像作差，即可得到异物的具体位置。GANomaly模型轻量化改进方法：在GANomaly基础网络模型中加入深度可分离卷积残差模块，采用深度可分离卷积代替原有主干网络中的卷积操作，大幅降低了模型计算量，同时减少了参数的冗余计算，能够明显提高异物检测速度；通过合并多个批量归一化（BN）层，加快模型的收敛迭代速度，提高模型的泛化收敛能力，有效避免梯度消失。实验结果表明，改进GANomaly模型相较于传统GANomaly模型，在运行速度上提升了6.27%，评价指标F1分数、AUC、召回率（Recall）和平均精度均值（mAP）分别提升了19.05%，22.22%，15.00%，17.14%。

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2023年第11期

152

40
工作面刮板输送机煤流状态识别方法

作者(Author)：吴江伟, 南柄飞

摘要：煤矿井下工作面刮板输送机场景中存在的刮板输送机姿态多变、煤料形状不规则、设备安装位置受限、高粉尘、异物遮挡等不利因素，导致现有针对带式输送机场景的煤流状态识别方法无法有效在刮板输送机场景下进行工程化应用。针对上述问题，提出了一种基于时序视觉特征的工作面刮板输送机煤流状态识别方法。该方法首先利用DeepLabV3+语义分割模型获取工作面煤流视频图像中粗略煤流区域，并在此基础上通过线性拟合方法进行精细煤流区域定位与分割，实现煤流图像提取；然后将煤流图像按视频时序进行排列，构成煤流图像序列；最后采用C3D动作识别模型针对煤流图像序列进行特征建模，实现煤流状态自动识别。实验结果表明：该方法能准确获取煤流图像并自动、实时识别煤流状态，煤流状态平均识别准确率达92.73%；针对工程化部署应用，利用TensorRT对模型进行加速处理，对于分辨率为1 280×720的煤流视频图像，整体处理速度为42.7帧/s，满足工作面煤流状态智能监测实际需求。

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2023年第11期

176

79
基于雷达与视觉融合的双模态煤矿井下环境感知技术

作者(Author)：杨志方

摘要：环境感知是煤矿巡检机器人、视觉测量系统等场景应用的关键技术。单模态环境感知技术对煤矿井下复杂环境的感知能力较差。提出了雷达与视觉双模态空间融合方法，通过激光雷达和摄像仪之间的坐标转换来实现二者采集信息的融合，从而提高环境感知能力。为了更好地提取目标特征信息，提出了双模态融合环境感知网络架构技术路线：摄像仪和雷达采集的环境信息经雷达与视觉双模态空间融合方法进行融合处理，多模态特征融合网络模块提取融合信息中的目标特征，多任务处理网络模块采用不同的任务头处理目标特征信息，完成目标检测、图像分割、目标分类等环境感知任务。采用YOLOv5s目标检测算法搭建双模态特征提取网络模块进行实验，结果表明：基于雷达与视觉融合的双模态煤矿井下环境感知技术对井下巷道环境下行人检测的成功率较视觉、雷达感知分别提升15%，10%，对车道线、标志牌等各类目标分割的平均精度均值较视觉感知均提高10%以上，有效提升了煤矿井下环境感知能力，可为煤矿道路环境感知、视觉测量系统、无人矿车导航系统、矿井搜救机器人等应用场景提供技术支持。

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2023年第11期

144

39
矿井图像超分辨率重建研究

作者(Author)：王媛彬, 刘佳, 郭亚茹, 吴冰超

摘要：受井下粉尘大、照度低等环境影响，矿井图像存在分辨率低、细节模糊等问题，现有的图像超分辨率重建算法应用于矿井图像时，难以获取不同尺度图像信息、网络参数过大而影响重建速度，且重建图像易出现细节丢失、边缘轮廓模糊、伪影等问题。提出了一种基于多尺度密集通道注意力超分辨率生成对抗网络（SRGAN）的矿井图像超分辨率重建算法。设计了多尺度密集通道注意力残差块替代SRGAN原有的残差块，采用2路并行且卷积核大小不同的密集连接块，可充分获取图像特征；融入高效通道注意力模块，加强对高频信息的关注度；采用深度可分离卷积对网络进行轻量化，抑制网络参数的增加；利用纹理损失约束网络训练，避免网络加深时产生伪影。在井下数据集和公共数据集上对提出的矿井图像超分辨率重建算法和经典超分辨率重建算法BICUBIC，SRCNN，SRRESNET，SRGAN进行实验，结果表明：所提算法在主客观评价上总体优于对比算法，网络参数较SRGAN减少了2.54%，峰值信噪比与结构相似度较经典算法指标均值分别提高了0.764 dB和0.053 58，能更好地关注图像的纹理、轮廓等细节信息，重建图像更符合人眼视觉。

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2023年第11期

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