论文题目：综放工作面放煤量激光扫描在线智能监测技术研究
摘要：随着信息技术和智能化技术的高速发展,越来越多的矿业发达国家关注矿山信息化和自动化技术,开始制定长远发展规划。因此,以透彻感知、深度互联、智能应用为特征的“智慧矿山”系统被提出,主张以数据处理为核心,实现矿山智能化。本文提出的综放工作面放煤量在线智能监测技术将是实现“智慧矿山”系统的重要技术之一,通过激光扫描方法获取高精度点云数据,构建放煤煤流实时模型,从多个维度准确反演综放工作面的煤流变化,为液压支架和刮板机调控提供有效指导,从而实现“智慧矿山”系统中的透彻感知。具体研究内容如下:根据综放工作面的实际工况和需要,设计出能够适用于综放工作面煤流监测的激光扫描系统方案;按照防爆要求和标准设计公式,研制一套具有高防爆性能的测量装置,搭配了具有图形渲染、实时通讯及错误反馈等功能的上位机软件,并在实验室初步搭建放煤监测系统,进行了激光扫描效果的多因素方差分析。试验表明,在不考虑各因素之间的交互作用下,扫描色系、粉尘及扫描角度均对激光扫描有显著性影响。针对综放工作面的恶劣工况,提出了放煤量数据插值算法,结合最小二乘法和卡尔曼滤波实现对丢失点云数据的预测,通过与三次样条插值算法的对照实验,初步验证了算法的有效性;结合FPFH点云特征提取方法,利用adaboost机器学习方法,对煤流点云进行点云图像分类,按照以F-score为主的泛化指标,开展交叉验证对照实验,结合曲线图、数据表、分类结果点云图三方面,煤流识别模型具有较强的泛化能力,能够适用于综放工作面放煤量监测;通过投影映射的方法提取出空载刮板机轮廓,根据定积分的微元法原理,对整个点云图像进行放煤量计算,通过分析测量误差,得出结论:基于三角微元法的放煤量体积算法具有较高的鲁棒性。为了探究放煤量监测系统的可靠性和测量精度,在同煤集团塔山煤矿8222工作面进行工业性试验;开展放煤监测系统的可靠性试验,通过基于二项分布的成-败型定时截尾试验,表明了放煤监测系统具有一定的可靠度;开展放煤量监测系统现场测量试验,利用高精度的称重传感器对系统放煤量数据进行验证,对试验结果进行了滤波降噪处理和误差分析,得出结论:放煤监测系统的测量相对误差为6～13%,刮板机速度与相对误差呈现极强正相关,真实体积与相对误差呈现无相关。该论文有图49幅,表21个,参考文献91篇。
关键词：放煤量监测;激光扫描;数据预测;机器学习
学科专业：机械电子工程
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 煤量监测方法及原理
1.3 国内外研究现状
1.4 目前存在的问题
1.5 主要研究内容及章节安排
2 放煤量激光扫描智能监测系统设计与原理
2.1 综放工作面煤量监测系统整体方案设计
2.2 监测系统防爆设计
2.3 激光雷达测距原理
2.4 监测系统扫描效果分析
2.5 本章小结
3 放煤量计算算法及原理
3.1 放煤量数据插值算法
3.2 综放工作面放煤煤流识别
3.3 基于微元法的放煤量计算
3.4 本章小结
4 上位机通讯软件原理与设计
4.1 通讯原理
4.2 图形界面原理
4.3 上位机内部逻辑与功能
4.4 本章小结
5 综放工作面放煤监测系统工业性试验
5.1 8222 综放工作面概况
5.2 放煤量监测系统可靠性试验
5.3 放煤量测量误差分析
5.4 本章小结
6 总结
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录1 缺失值聚类算法伪代码
附录2 卡尔曼滤波伪代码
附录3 点云分组伪代码
作者简历