工矿自动化

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孙继平, 徐卿

2021, 47(5): 1-8.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17764

<摘要>(191) <HTML> (17) <PDF>(25)

摘要:
分析了矿井无线中继应急通信系统特点：无线发射功率受防爆限制，矿井无线传输衰减大，无线传输距离近；在保证井下工作的各无线通信设备互不干扰，出井后不影响地面无线设备正常工作的前提下，工作频段不受限制；中继链路在巷道中呈链状分布，整体网络呈树状拓扑结构。为解决煤矿事故造成断缆（电缆或光缆）影响矿井应急通信系统的问题，提出了矿井无线中继应急通信系统的实现方法：将数据传输链路与协议控制链路分离，可提高链路控制的灵活性和路由协议信令的传输效率；链路中各基站的收/发频段与子信道频率按照基站的物理排列顺序进行设置，解决了各级中继站收发相互干扰的问题；数据链路中继传输，链路中各个中继站可与前级和后级节点进行连续的数据交换，解决了多级中继带来的带宽损失、中继时延以及系统稳定性问题；区段式空间复用的中继站频分子信道划分方式，解决了频分信道资源受限的问题；基于固定节点的透传式路由策略,简化了逐级路由寻址和路由发现过程，提高了数据转发效率；正常链路的冗余基站下挂式路由策略，避免了主节点和冗余节点混合传输带来的信道干扰问题；冗余基站、移动终端桥接、本地接入协同的链路断点恢复方法，提高了链路的抗故障能力。

矿用变频器性能测试系统设计

荣相

2021, 47(5): 9-15. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17671

<摘要>(159) <HTML> (15) <PDF>(19)

摘要:
针对现有矿用变频器测试系统存在测试项目不全面、测试效率低、安全性差、转矩加载精度不高等问题，采用交流回馈加载技术，设计了一种由供电系统、加载试验台、测控系统组成的矿用变频器性能测试系统。供电系统为测控系统和加载试验台提供控制和动力电源；加载试验台采用共母线的变频加载方式，为被试变频器提供负载环境；测控系统实时监测系统的运行状态，通过测控主机对供电系统和加载试验台进行状态监测与集中控制。基于WinCC组态软件开发了包括监测监控模块、测试管理模块和安全管理模块的测试系统软件。监测监控模块用于实现项目信息管理，数据采集、处理、存储，并通过测控主机对设备进行控制；测试管理模块主要用于对测试项目、测试流程、测试方法等进行管理，可对变频器的漏电闭锁、瞬时断电保护、输出端短路保护、过载保护、断相保护、过欠压保护、轻载、牵引特性、温升等性能进行测试；安全管理模块从操作安全保护、设备安全保护、系统运行安全等方面保证了测试过程安全可控。提出了恒转矩加载控制算法，提高了转矩加载精度。测试结果表明，该系统测试精度高，在额定转矩范围内，转矩加载误差均小于1%；采用交流回馈加载方式，系统耗电率不超过30%；系统电磁兼容性能符合标准要求。

低功耗甲烷传感器研究进展

王海波

2021, 47(5): 16-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17754

<摘要>(174) <HTML> (16) <PDF>(31)

摘要:
针对分布式无线甲烷传感器需功耗低、微型化、响应时间短、可靠性高、安全性好的要求，介绍了基于微机械电子系统技术和纳米材料的低功耗催化燃烧式、热导式、电导式甲烷传感器的工作原理和研究进展，分析了它们的优缺点,展望了低功耗甲烷传感器的发展方向和前景。① 低功耗催化燃烧式甲烷传感器可测量低浓度甲烷，然而易中毒，稳定性不高，由于工作温度较高，低功耗催化燃烧式甲烷传感器的功耗一般较高，通过采用脉冲方式运行，传感器平均功耗可降低至2 mW以下；然而其稳定性不高，未来的研究方向是改进封装工艺或者催化材料，以增强其抗毒化的能力，同时需结合人工智能和机器学习等先进算法研究免人工校准的低功耗催化燃烧式甲烷传感器。② 低功耗热导式甲烷传感器具有全量程测量甲烷的能力，可同时测量低浓度和高浓度甲烷，在矿井中可以稳定运行，且对煤矿井下环境的适应力强，具有分布式无线甲烷传感器应用前景；未来的发展方向是改进电路模组，实现睡眠-唤醒运行模式，同时研究传感器元件和外围电路的集成技术，以实现片上集成式热导式甲烷传感系统，降低整体运行功耗。③ 低功耗电导式甲烷传感器分为室温型和微加热板型，室温型电导式甲烷传感器功耗较低，但响应时间较长;微加热板型电导式甲烷传感器功耗相对低，结合特定的纳米材料，可以在较低工作温度下实现对甲烷的响应，具有低浓度甲烷监测应用前景，但微加热板电导式甲烷传感器一般对环境湿度很敏感，基线易偏移，敏感材料对电极的粘附力差，器件重复性和可靠性均较差，需要进一步改进敏感材料和封装工艺；应用磁控溅射方法将半导体氧化物敏感材料沉积到电极上可提高材料的粘附力，从而提高器件的重复性和可靠性，同时需结合算法纠正基线偏移，保证微加热板型电导式传感器的稳定运行。④ 从整个传感系统角度看，传感元件外围电路的功耗有时甚至高于传感元件本身，未来的方向是研究片上集成式甲烷传感器，可大大降低外围电路功耗，形成极低功耗甲烷传感器。⑤ 需要研究先进的传感器自校准算法，实现分布式无线低功耗甲烷传感器免人工标校或自校准。

井下微能量收集装置设计

赵端, 赵津津, 何永鑫, 卓敏敏, 陈辉

2021, 47(5): 24-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17768

<摘要>(101) <HTML> (19) <PDF>(11)

摘要:
井下无线传感节点能量有限，可利用能量收集技术将井下环境能量转换为电能为传感节点供电，从而延长无线传感节点生命周期。测试并分析了井下巷道弱光环境下光照强度，结果表明距光源1~2 m范围内，光照强度为50~170 Lux，符合非晶硅、钙钛矿等光电材料工作范围，因此将井下弱光能量转换为电能具有可行性。采用30 cm×40 cm非晶硅光伏电池板、BQ25505型电源管理芯片和锂电池设计了一种井下微能量收集装置，可将井下弱光能量转换为电能并存储。针对井下环境能量不连续的特点，设计了能量缓存机制，即采用容量较小的可充电锂电池为能量缓存电池，选用较大固定容量的锂电池为备用电池，当可充电锂电池电压达到设计值时由其供电，当电压不足时切换备用电池供电，确保无线传感节点正常工作。对微能量收集装置进行了实验室及井下测试，结果表明：装置在50 Lux以上光照强度条件下即可输出毫瓦级电能；当井下光照强度达到170 Lux以上时，装置能够利用转换的能量为低功耗无线传感节点供电，无需启用后备电池；当光照强度未达到170 Lux时，能量缓存机制协调可充电锂电池和备用电池为无线传感节点供电，有效提高了节点生命周期。

矿用光纤热线式风速传感器设计

王纪强, 李振, 孟辉, 侯墨语, 董果凤, 杨青山, 刘统玉

2021, 47(5): 30-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17740

<摘要>(135) <HTML> (22) <PDF>(15)

摘要:
实时、准确地获取风速数据，有助于精准控制矿井风流。现有的热线式、叶轮式、超声波涡街式、差压式等矿用风速传感器或易受干扰，或无法检测微风速，或量程小，且均通过电信号获取风速，存在安全隐患。基于掺杂光纤光热转换特性和光纤Bragg光栅（FBG）测温原理，设计了一种矿用光纤热线式风速传感器，通过掺杂光纤将光能转换为热能，通过解调热交换下FBG中心波长漂移量推算传感探头温度变化，进一步计算出风速。在FBG解调过程中采用光栅复用技术，实现了多台传感器共用同一光源和解调仪，降低了成本。实验室测试结果表明：FBG中心波长漂移量与风速呈非线性关系；在较低的风速范围内，泵浦光源功率越高，FBG中心波长漂移范围越大，风速检测灵敏度越高，风速为0～0.57 m/s时，传感器灵敏度为1 370 pm/(m·s-1)，最高分辨率达0.7 mm/s；传感器响应时间随风速增大而减小，波长动态范围随之增大。现场测试结果表明：该传感器可实现煤矿井下微风速、低风速检测，稳定性较好，监测值能准确反映现场风速变化。

矿山安全态势预测预警研究

李贤功, 宋学锋, 张明慧, 唐润, 刘锋

2021, 47(5): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17756

<摘要>(90) <HTML> (12) <PDF>(15)

摘要:
基于物联网技术获取矿山安全大数据并加以充分挖掘、利用，有利于实现矿山安全态势预测预警。以瓦斯爆炸事故为例，通过分析事故致因，构建了矿山安全态势评价指标体系，并对各评价指标进行了量化。基于长短期记忆（LSTM）网络和贝叶斯网络构建了矿山安全态势预测模型，根据矿山安全监测数据，通过LSTM得到矿山安全态势评价指标预测值，由贝叶斯网络根据评价指标预测值推理得出矿山安全事故风险概率，实现矿山安全态势预测。基于安全态势预测结果建立了预警机制，根据警情划分4级预警级别及响应部门，制定了相应的预警措施。以某煤矿某次瓦斯爆炸事故为例进行反演，结果表明基于LSTM和贝叶斯网络的矿山安全态势预测结果与实际情况吻合。

矿山人员行为视觉语义方法研究

王戈琛, 闫雨寒, 刘晓文, 丁恩杰

2021, 47(5): 40-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17775

<摘要>(269) <HTML> (26) <PDF>(11)

摘要:
煤矿井下人员行为检测是感知矿山建设关注的重点，而现有的基于电磁波、基于可穿戴设备、基于计算机视觉等人员行为检测方法无法综合时间、地点、行为、环境等多方面因素评判矿山人员行为是否安全。提出了一种矿山人员行为视觉语义方法，通过特征提取、语义检测、特征重构、解码等生成描述视频中人员行为的语句。分别采用InceptionV4网络、I3D网络提取视频图像静态、动态特征，在InceptionV4网络中引入基于空间位置注意力模型和通道注意力模型的并行双重注意力机制，提高了网络的特征提取能力。针对视频内容与视觉语义易出现不一致的问题，引入语义检测网络对视频特征添加高级语义标签生成嵌入特征，将其与视频特征、语义特征共同输入解码器，并在解码过程中引入特征重构模块，通过获取解码器隐藏层状态重建视频特征，增强了视频特征与描述语句之间的关联关系，提高了视觉语义生成的准确性。采用MSVD，MSR-VTT公共数据集及自制矿山视频数据集进行实验，结果表明该方法具有较好的语义一致性，能准确获取视频中关键语义，更好地反映视频真实含义。

基于特征融合的提升机逆变器故障诊断

吴传龙, 陈伟, 刘晓文, 史新国, 刘柯, 任晓红

2021, 47(5): 46-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17772

<摘要>(79) <HTML> (12) <PDF>(11)

摘要:
矿井提升机逆变器故障诊断的难点在于提取表征故障的特征，目前主要利用信号处理方法得到故障统计特征，或通过神经网络提取故障深度特征。提升机逆变器在实际工作环境中，受背景噪声和负载变化等因素影响，运用单一的特征提取方法难以获得能有效表征故障的特征，导致提升机逆变器故障诊断准确率低。针对上述问题，提出了一种基于统计特征与深度特征融合的提升机逆变器故障诊断方法。首先，利用希尔伯特-黄变换（HHT）对逆变器输出电流信号进行优化集合经验模态分解（MEEMD），提取故障统计特征，同时利用压缩激励密集连接卷积网络（SE-DenseNet）提取输出电流信号的深度特征；然后，利用局部线性判别分析（LFDA）对2种特征的组合进行融合降维处理，得到统计特征和深度特征的低维融合特征；最后，将低维融合特征输入极限学习机，实现逆变器故障分类。针对提升机逆变器中单个IGBT开路故障进行实验，结果表明，该方法得到的低维融合特征比单一特征的故障表征能力更强，有效提高了故障识别准确率。

基于有向通路矩阵法的风速传感器最优布置

李秉芮, 王伟, 陈凤梅, 刘娜

2021, 47(5): 52-57. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110066

<摘要>(114) <HTML> (11) <PDF>(7)

摘要:
现有矿井风速传感器布置方法存在确定的传感器分支因风速小于传感器启动风速而无法精准测风，大多数方法需要列出多个矩阵、计算复杂，部分方法选择出的传感器位置不合理等问题。为了实现矿井的无盲区全覆盖风量监测，用最少的风速传感器监测所有巷道的风量变化，采用有向通路矩阵分析传感器分支的覆盖范围，提出了基于有向通路矩阵法的风速传感器最优布置方法。该方法根据通风网络图的风流方向确定唯一的有向通路矩阵，进而确定分支的覆盖范围，选取覆盖范围最大的分支确定风速传感器的位置。实例结果表明：基于有向通路矩阵法的风速传感器最优布置方法可以实现矿井的无盲区全覆盖风量监测，而且传感器数量小于等于独立有向通路的数量；计算分析结果表明:按照该方法布置传感器，存在一个传感器分支有6%的测量误差时，对通风网络影响度最低为0.52，对其他分支的影响度最低为0，并且计算误差随着传感器数量增加而减小；若要使传感器分支误差对通风网络的影响度小于1，则应布置12个以上的风速传感器。

基于随机森林算法的煤自燃温度预测模型研究

郑学召, 李梦涵, 张嬿妮, 姜鹏, 王宝元

2021, 47(5): 58-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17700

<摘要>(106) <HTML> (15) <PDF>(8)

摘要:
针对传统煤自燃温度预测模型预测精度较差、基于支持向量机（SVM）的预测模型对参数的选取要求较高和基于神经网络的预测模型测试时易出现过拟合的问题，提出了一种基于随机森林算法的煤自燃温度预测模型。利用煤自燃程序升温实验选取O2浓度、CO浓度、C2H4浓度、CO/ΔO2比值、C2H4/C2H6比值作为煤自燃预警指标数据，并对指标数据进行处理，将数据分为学习集和测试集；对学习集抽样形成决策树并按决策树最优特征分裂形成随机森林；采用均方误差值和判定系数（R2）优化随机森林算法的参数,进而构建随机森林模型；将测试集数据输入已训练好的随机森林模型,得到煤自燃温度预测结果。模型对比结果表明：与基于粒子群优化反向传播（PSO-BP）神经网络算法和基于SVM算法的煤自燃温度预测模型相比，随机森林测试阶段的R2为0.869 7，PSO-BP测试阶段的R2为0.783 6，SVM测试阶段的R2为0.835 0，说明基于随机森林算法的煤自燃温度预测模型能够较为准确地对煤自燃温度进行预测，具有较强的鲁棒性和普适性，解决了基于PSO-BP神经网络算法的煤自燃温度预测模型和基于SVM算法的煤自燃温度预测模型容易出现过拟合的问题。

基于井下移动图像采集的目标识别与精确定位方法

刘毅, 翟贵盛

2021, 47(5): 65-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17765

<摘要>(102) <HTML> (15) <PDF>(9)

摘要:
针对现有井下定位方法定位精度波动较大、难以进一步提高的问题，提出一种基于井下移动图像采集的目标识别与精确定位方法。利用定位目标携带的摄像机采集环境图像，通过自适应直方图均衡化方法对采集到的原始图像进行预处理，采用深度学习技术SSD算法、数据增强SSD算法识别井下标志目标，并采用基于小孔成像原理的单目测距方法进行测距和定位。实验结果表明：与灰度图像匹配算法和特征图像匹配算法2种传统算法相比，SSD算法对距离和角度变化的适应能力更好，距离为45 m时有效检测率仍达892%；数据增强SSD算法提高了鲁棒性，检测精确率比SSD算法高17%，可以更好地适应复杂环境。井下应用结果表明，基于井下移动图像采集的目标识别与精确定位方法在2～10 m范围内可得到较理想的效果，随着距离增加，测量精度有所下降。

带式输送机低速大转矩直驱滚筒控制方案

祝龙记, 马永旺, 王淑莹

2021, 47(5): 71-76. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17739

<摘要>(299) <HTML> (99) <PDF>(57)

摘要:
针对带式输送机主滚筒采用异步电动机配合液力偶合器的驱动方式存在效率低、启动冲击大等问题，提出基于外转子永磁同步电动机(PMSM)的带式输送机直驱滚筒控制方案。为实现低速大转矩控制，采用基于旋转坐标系直轴电流为零的矢量控制策略;针对低速运行时反电动势小、转子位置和速度估算精度低的问题，引入高频脉振信号注入法来估算转子位置及速度。建立直驱滚筒调速控制系统实验平台，进行了稳态特性测试、启动特性测试、负载特性测试，验证了PMSM直驱滚筒控制系统在0～90 r/min转速范围内转矩响应快速，转速稳定可调，较好地满足了带式输送机低速大转矩的启动调速要求。

基于多隐层小波卷积极限学习神经网络的滚动轴承故障识别

黄重谦

2021, 47(5): 77-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110036

<摘要>(104) <HTML> (15) <PDF>(9)

摘要:
煤矿旋转机械工作环境恶劣，实际采集到的滚动轴承振动信号呈现出明显的非线性和非平稳性，导致轴承故障特征提取较困难。传统的基于“人工特征提取+模式识别”的滚动轴承故障识别方法受主观影响大。针对上述问题，提出了一种基于多隐层小波卷积极限学习神经网络(MHLWCELNN)的滚动轴承故障识别方法。该方法综合了一维卷积神经网络、自动编码器、极限学习机和小波函数的优势：利用一维卷积神经网络的局部连接和权值共享机制，大大减少了需要学习的参数；通过自动编码器使算法适用于轴承振动信号无标签样本；通过极限学习机确定输出权重，避免陷入局部最优，提高训练速度；采用小波函数作为激活函数，提高对轴承时域和频域信号的分辨率，从而提高故障识别率。实验结果表明：与同类方法相比，MHLWCELNN具有更高的识别准确率和更小的标准差，能较为稳定地识别出滚动轴承的不同故障类型；MHLWCELNN的F1值高于同类方法，验证了其对不平衡数据集的有效性；高斯小波在时域、频域均有较高的分辨率，适合作为激活函数；训练集样本占比设置为80%较合适。

矿山环境下基于Ad Hoc网络的多路径QoS路由算法

闫帅领, 张蕾

2021, 47(5): 83-87. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110026

<摘要>(103) <HTML> (10) <PDF>(5)

摘要:
为提高矿山环境下数据传输的完整性和准确性，提出了一种基于Ad Hoc网络的多路径QoS路由算法。该算法将区块链引入路由建立过程中，首先对节点进行区块化封装，使各节点利用Merkle tree维护其邻居节点；然后根据邻居节点的时间延迟和存活时间更新路径生存活力并进行区块连接；最后依次以中间节点相关性数值之和、路径长度、路径形成先后顺序作为路径选择标准，筛选数据传输主路径和备选路径。通过3个方面对路由进行维护：① 由于采用区块链使得每个节点均保留其邻居节点的信息，可通过查询路径出现断裂处的上一个节点的路由表，使用相邻节点替代，进而恢复路由。② 在主路径的可靠性评估下降到一定程度后即可启用备选路径。③ 在源节点处重新发起路由查找。仿真结果表明，在不同的节点数、数据包发送速率、节点移动速度情况下，该算法相比AODV，DSR算法具有较低的误码率和较好的路径生存能力。

履带移动平台带边界层bang-bang路径跟踪控制

吴明阳, 李小波, 代嘉惠, 雷世威, 潘长松, 薛春荣

2021, 47(5): 88-94. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030049

<摘要>(137) <HTML> (19) <PDF>(8)

摘要:
为实现无法闭环调速的开关阀控履带移动平台路径跟踪，考虑到平台速度低且可原地转向的特点，基于纯追踪算法，提出不需要底层轮速控制的带边界层bang-bang路径跟踪控制算法。根据几何及运动学关系，建立履带移动平台目标点追踪模型；以航向角偏差作为切换函数，通过bang-bang算法控制两侧履带正反转，引入边界层厚度参数，以减小电磁阀开关频率；根据李雅普诺夫稳定性理论，证明了边界层外系统各状态均是稳定的，但边界层内航向角偏差在原点处是不稳定的，且前视距离越小，航向角偏差发散越快。基于Matlab/Simulink和Recurdyn联合仿真平台，选择矩形目标路径，仿真验证了不同前视距离下bang-bang算法的路径跟踪效果，并与闭环调速的纯追踪算法进行对比。搭建样机试验平台，对bang-bang路径跟踪控制算法进行地面试验。仿真和试验结果表明，bang-bang路径跟踪控制算法可控制开关阀控履带移动平台实现对直线或折线路径的跟踪，且算法在转角处跟踪精度高于闭环调速的纯追踪算法路径，稳态误差小于9 cm，满足煤矿机器人自主导航行走要求。

煤岩显微图像划痕检测与去除方法

李瑶, 冷思雨, 雷萌, 邹亮

2021, 47(5): 95-100. doi: 13272/j.issn.1671-251x.2021020054

<摘要>(176) <HTML> (7) <PDF>(18)

摘要:
煤岩显微图像预处理主要包括煤岩划痕检测与去除。针对基于霍夫变换算法的煤岩划痕检测难以准确提取空间形状特征和有效细化边缘信息，容易出现漏检和误检的问题，提出了基于语义分割的煤岩划痕检测方法。该方法引入残差结构改进空间注意力模型，将该模型嵌入以VGG卷积层作为图像特征编码器的U-Net中，实现对煤岩划痕的语义分割。针对基于快速行进的图像修复算法使得煤岩划痕去除区域和周围区域存在纹理差异和视觉伪影的问题，提出了采用基于改进区域匹配的图像修复算法去除煤岩划痕。通过采用k个最近邻图像块查找、跨尺度及旋转角度搜索策略和基于欧氏距离的图像块偏移距离度量，实现煤岩划痕的有效去除。实验结果表明，基于语义分割的煤岩划痕检测方法能准确反映煤岩划痕的边缘细节，具有较好的空间特征解析性能，提高了煤岩划痕检测准确性；采用基于改进区域匹配的图像修复算法去除煤岩划痕能使煤岩划痕去除区域与周围区域的纹理特征更具有一致性，提升图像整体视觉效果。

煤矿设备状态监测系统设计

曹现刚, 段欣宇, 张梦园, 雷卓, 李彦川

2021, 47(5): 101-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020120065

<摘要>(90) <HTML> (9) <PDF>(16)

摘要:
针对煤矿井下设备群同时作业时设备监测数据高并发导致的低传输效率问题，提出了一种煤矿设备状态监测系统设计方案。该系统通过数据集成网关有效消除传感器网络的异构性：在数据集成网关中对不同传感器进行注册，利用传感器网络协议适配器调用不同传感器网络协议解析接口来消除传感器网络的异构性，生成统一格式的Java Script Object Notation（JSON）数据，并将数据发送到对应的消息推送服务中，通过ActiveMQ消息队列中的Queue通道进行点对点传输，数据传输服务将消息实时推送到网络传输模型中，实现设备状态数据的高并发传输，保证监测数据的实时性和可靠性。采用Netty网络传输模型避免空轮询导致的服务器负载增加，提高监测数据传输效率：在数据采集过程中，多个设备同时作业导致数据采样频率和传感器终端的并发请求数量升高，Netty模型中的Epoll模式优先处理已就绪的I/O连接，从而减少空轮询现象。测试结果表明，随着系统并发请求次数增加，采用Java Non-blocking I/O（NIO）模型比采用Netty模型的系统CPU使用率高28%；在系统并发请求次数相同的情况下，采用Java NIO模型的系统平均响应时间大于采用Netty模型的系统。采用Netty模型能有效提升煤矿设备状态监测系统的高并发处理能力，满足设备监测数据高效传输要求。

煤矿电网单相漏电故障区段自动定位探索

高宏杰, 赵建文, 郭秀才

2021, 47(5): 106-111. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030057

<摘要>(111) <HTML> (14) <PDF>(16)

摘要:
从漏电检测需求、漏电故障区段定位的价值2个方面分析了单相漏电故障区段自动定位的必要性。介绍了3种单相漏电故障机理模型即故障稳态过程序网络模型、故障暂态过程序网络模型、暂稳态一体化序网络模型原理，指出了存在的问题：① 稳态特征适用于中性点不接地的系统，在经消弧线圈接地的系统中稳态特征存在盲区；② 暂稳态建模方法的不统一，导致后续故障信号不一致。给出了单相漏电故障机理模型的研究建议：① 将暂态过程与稳态过程进行一体化精确建模；② 探索数据驱动的故障过程研究。介绍了基于小波（包）及其他算法的故障特征信号处理方法原理，指出了存在的问题：① 现有故障特征规律研究主要以选线和测距为目的，针对故障上下游各区段的信号特征及其分布的研究较少；② 获得的故障特征规律主要针对永久性故障，对电弧型故障研究较少；③ 提取的信号特征存在混叠。给出了故障特征规律研究建议：① 研究电弧性故障机理及其特征规律；② 研究实用有效的信号分析和特征提取算法。介绍了基于稳态量及暂态量的单相漏电故障区段定位方法原理，指出了存在的问题：① 稳态特征易受消弧线圈的补偿作用影响，导致区段定位不准；② 暂态特征衰减快且不稳定，对电压过零、高阻接地等故障无法实现定位；③ 单相漏电故障特征微弱且易受不稳定故障电弧及随机因素的干扰。给出了单相漏电故障区段自动定位方法研究建议：① 采用模式识别、人工智能、数字孪生等技术，探索适用于不同中性点运行方式的小电流接地系统故障区段定位方法，消除消弧线圈对故障识别的影响；② 对于微弱且复杂的故障信号，研究专用高精度传感器，实现信号检测的准确获取。

掘进装备摄像仪镜面清扫装置

董孟阳

2021, 47(5): 112-115. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010010

<摘要>(102) <HTML> (18) <PDF>(30)

摘要:
掘进工作面具有粉尘大、湿度高的特点，掘进装备工作时煤泥容易附着在摄像仪镜面上。针对上述问题，研制了一种掘进装备摄像仪镜面清扫装置，该装置利用喷嘴进行吹扫，将粘附在摄像仪镜面上的煤泥吹干，通过转台带动气动马达旋转到摄像仪镜面中心处，气动马达带动除尘刷进行旋转清扫，使煤泥受力脱离。然而除尘刷工作参数（刷毛相对摄像仪镜面压缩量、刷毛丝径和铁皮安装螺距）存在限制条件，转台旋转过程中摄像仪外壳对除尘刷作用力过大会导致转台无法旋转至预定位置。为确定合理的除尘刷工作参数，对除尘刷不同工作参数下装置的清扫效果进行了试验。试验结果表明：当铁皮安装螺距为8 mm、刷毛丝径为0.2 mm、刷毛相对摄像仪镜面压缩量为2.6～5.3 mm时，除尘刷工作性能最佳，煤泥清除率达90%以上，摄像仪镜面中心煤泥清除率为100%。

三维模型轻量化技术

陈龙, 郭军, 张建中

2021, 47(5): 116-120. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17723

<摘要>(314) <HTML> (10) <PDF>(40)

摘要:
针对三维模型数据量增大时加载速度降低且浏览不流畅的问题，在分析Cesium模型格式3DTiles的基础上，提出了一种三维模型轻量化技术。将模型中的纹理图片依据材质和模型网格进行合并，实现正确纹理贴图，降低了DrawCall调用次数；将纹理和顶点进行压缩，降低了纹理图片文件大小；采用Mipmap生成不同分辨率的纹理图片，有利于网络传输；使用LOD和三角面简化技术，逐级降低模型的顶点和三角面数量；根据模型复杂程度，自适应选择八叉树深度，按需加载模型的某一部分，从而降低GPU的渲染数据量，提高三维场景流畅性。基于Cesium平台对三维模型轻量化处理前后的帧速率进行测试，结果表明，三维模型经轻量化处理后帧速率有所提高，达到了三维模型高效加载且浏览流畅的目的。

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