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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
基于改进STDC的井下轨道区域实时分割方法
  • 68
  • 作者

    马天李凡卉杨嘉怡张杰慧丁旭涵

  • 单位

    西安科技大学计算机科学与技术学院西安科技大学安全科学与工程学院

  • 摘要
    目前中国大部分井下轨道运输场景较为开放,存在作业人员、散落物料或煤渣侵入到运营轨道上的问题,从而给机车行驶带来威胁。煤矿井下轨道区域多呈线性或弧形不规则区域,且轨道会逐渐收敛,采用目标识别框或检测轨道线的方法来划分轨道区域难以精确获得轨道范围,采用轨道区域的分割可实现像素级别的精确轨道区域检测。针对目前井下轨道区域分割方法存在边缘信息分割效果差、实时性低的问题,提出了一种基于改进轻量级网络短期密集连接(STDC)的轨道区域实时分割方法。首先,采用STDC作为骨干架构,以降低网络参数量与计算复杂度;其次,设计了基于通道注意机制的特征注意力模块(FAM),用于捕获通道之间的依赖关系,对特征进行有效的细化和组合;然后,使用特征融合模块(FFM)融合高级语义特征与浅层特征,并利用通道和空间注意力丰富融合特征表达,从而有效获取特征并减少特征信息丢失,提升模型性能。最后,采用二值交叉熵损失、骰子损失及图像质量损失来优化详细信息的提取,并通过消除冗余结构来提高分割效率。在自建的数据集上对其进行验证,结果表明:基于改进STDC的轨道区域实时分割方法的平均交并比(MIoU)为95.88,较STDC提高了3%;参数数量为6.74 M,较STDC降低了22.4%;随着迭代次数增加,优化后的损失函数值持续减小,且较原始模型的函数值降低更为明显;基于改进STDC的轨道区域实时分割方法的MIoU达95.88%,FPS为37.8帧/s,参数数量为6.74 M。该方法可以完整识别轨道区域,轨道被准确地分割且边缘轮廓完整准确。
  • 关键词

    井下轨道区域语义分割轻量级网络短期密集连接特征注意力特征融合注意力机制

  • 文章目录
    0 引言
    1 基于改进STDC的实时分割方法
    1.1 STDC模块
    1.2 特征注意力模块
    1.3 特征融合模块
    2 实验分析
    2.1 数据集构建
    2.2 评价指标
    2.3 消融实验
    2.4 对比实验
    3 结论
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