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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
融合金字塔结构与注意力机制的煤矿井下巡检机器人PT目标检测算法
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  • 30
  • 作者

    王茂森鲍久圣鲍周洋阴妍王祥赛葛世荣

  • 单位

    中国矿业大学机电工程学院中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院

  • 摘要

    近年来,煤矿机器人已成为现代煤机装备领域的研究热点,多数煤矿的主煤流运输系统基本实现了连续化、机械化和自动化,因此对主运输巷道内的安全监控与巡检效率提出了更高的要求,而精准的目标检测是实现煤矿井下智能化安全监控的必要保障,但现有的目标检测算法应用于复杂恶劣的煤矿井下巷道环境,存在目标检测精度较低的问题。面向井下低照明、环境杂乱的特殊工况检测需求,制作了井下巷道环境内目标物数据集,完成数据集标注并展开多维度分析;提出一种基于金字塔结构与注意力机制融合的PT目标检测算法,利用注意力机制模块替换金字塔结构中的卷积模块,在控制特征计算量的同时提高对全局特征的提取能力,实现目标物局部特征与全局特征融合的提取效果,提高了图像中目标感兴趣区域特征的表达能力。最后,面向煤矿井下巡检机器人应用场景,将提出的PT算法与传统经典的Faster R-CNN、YOLOv4算法进行对比分析。结果表明:所提出的PT目标检测算法能够有效识别复杂环境下巷道内目标物,相较于主流的Faster R-CNN、YOLOv4目标检测网络,PT算法有更好的综合识别能力,识别煤矿人员的准确率分别提升了2.90%和4.30%,识别井下障碍的准确率分别提升0.20%和4.80%,识别矿井裂缝的准确率分别提升了4.40%和8.60%,识别井下设备的准确率分别提升了3.00%和8.70%。因此,PT目标检测算法能够更好地适应井下环境,目标检测算法较其他算法能够获得更高的准确率与检测速度,可为井下巷道安控系统建设提供理论依据与技术支撑。

  • 关键词

    煤矿井下巡检机器人目标检测金字塔结构注意力机制

  • 文章目录

    0 引言
    1 PT目标检测算法原理
    1.1 常见目标检测算法框架
    1.2 PT特征提取网络设计
    2 PT目标检测算法框架搭建
    2.1 PT特征提取网络搭建
    2.2 FPN模块构建并预测
    3 煤矿井下巷道场景数据集制作
    3.1 煤矿井下巡检内容分析
    3.2 数据标注与处理
    4 目标检测试验与结果分析
    4.1 井下巷道目标检测试验
    4.2 试验结果分析
    4.3 结果讨论
    5 结论

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