题目：基于CUDA加速动态规划优化全景拼接的刮板输送机直线状态监测
作者：李博1，2，3，4，侍守伊2，3，张建军1，4，夏蕊2，3，王学文2，3，崔卫秀1，4，倪强5
作者单位：1.中煤张家口煤矿机械有限责任公司；2.太原理工大学 机械工程学院；3.煤矿综采装备山西省重点实验室；4.河北省高端智能矿山装备技术创新中心；5.山西康伟集团有限公司
链接网址：http://www.gkzdh.cn/article/doi/10.13272/j.issn.1671-251x.18223
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研究背景
在恶劣的综采环境中，传感器的稳定性和准确性易受到干扰，影响刮板输送机直线状态监测效果。随着计算机视觉技术的不断发展，基于OpenCV的拼接技术为刮板输送机直线状态监测提供了新的方案，然而综采复杂环境对图像质量和拼接效果提出了更高的要求。为提高井下复杂恶劣工作环境下的刮板输送机直线状态监测精度和实时性，本文提出基于统一计算设备架构（CUDA）加速动态规划优化全景拼接的刮板输送机直线状态监测方法。
方法原理
1、CUDA加速动态规划优化全景拼接
CUDA加速动态规划优化全景拼接流程如下图所示。实时提取刮板输送机分段监控视频并进行暗通道清晰化处理，将清晰化后的视频流通过图像拼接算法完成视频帧的提取、预处理、特征点匹配、图像变换等，使用CUDA加速动态规划算法优化视频帧的实时全景拼接。
CUDA加速动态规划原理如下图所示。
2 、基于霍夫变换的刮板输送机直线状态监测
刮板输送机是由多个中部槽组成的。正常工作下，挡煤板通常与中部槽的方向一致。因此，挡煤板的边缘特征可以提供关于挡煤板形变、弯曲程度的信息，进而反映出整个刮板输送机的直线状态。全景拼接得到刮板输送机的全景图像后，利用Canny边缘检测识别刮板输送机的边缘特征，通过霍夫变换直线检测算法对刮板输送机中部槽挡煤板进行直线拟合，实现刮板输送机直线状态监测。
测试验证
1、CUDA加速动态规划优化全景拼接
采用亮度系数、对比度、清晰度和信息熵等评价指标对CUDA加速动态规划与传统动态规划优化全景拼接结果进行定量分析，结果见下表。可看出CUDA加速动态规划算法优化全景拼接图像的各项评价指标均较高，表明拼接后的图像质量好。
2、刮板输送机挡煤板直线状态监测
对已进行全景拼接的刮板输送机图像进行霍夫变换直线拟合，结果如下图所示，可看出霍夫变换直线检测算法能拟合刮板输送机挡煤板边缘直线。
3、实时性验证
选取时间为1 min、总帧数为1 800的2路井下监控视频流作为处理对象，对不同分辨率图像和计算平台下CUDA加速动态规划和传统动态规划算法的处理时间进行对比，如下图所示，可看出CUDA加速动态规划算法的处理速度均优于传统动态规划算法。
作者简介
李博，太原理工大学机械工程学院副教授，主要研究方向为煤机装备智能化技术、机械结构与性能优化、机械系统建模仿真方法。入选山西省“三晋英才”支持计划青年优秀人才；多次指导学生参加中国机械行业卓越工程师教育联盟毕业设计大赛并取得优异成绩，荣获优秀指导教师奖。主持承担国家自然科学基金青年基金项目、山西省基础研究计划面上项目、山西省高等学校科技创新项目以及企业委托项目多项。发表学术论文60余篇， 其中SCI/EI收录50余篇。出版专著3部（其中1部获得中国博士后优秀学术专著出版资助）。授权发明专利6件，国家计算机软件著作权5项。
引用格式
李博，侍守伊，张建军，等. 基于CUDA加速动态规划优化全景拼接的刮板输送机直线状态监测[J]. 工矿自动化，2025，51（1）：45-51, 60.
LI Bo, SHI Shouyi, ZHANG Jianjun, et al. Straightness monitoring of scraper conveyor based on CUDA-accelerated dynamicprogramming and optimized panoramic stitching[J]. Journal of Mine Automation，2025，51（1）：45-51, 60.
