基于改进STDC的井下轨道区域实时分割方法
马天1
李凡卉1
杨嘉怡1
张杰慧1
丁旭涵2
1.西安科技大学 计算机科学与技术学院,陕西 西安 7100542.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
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短期密集连接(STDC)网络的轨道区域实时分割方法.采用STDC作为骨干架构,以降低网络参数量与计算复杂度.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.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.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基于改进STDC的轨道区域实时分割方法进行验证,结果表明:该方法的平均交并比(MIoU)为 95.88%,较STDC提高了 3%;参数量为 6.74 MiB,较STDC降低了 18.3%;随着迭代次数增加,优化后的损失函数值持续减小,且较STDC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%,帧速率为 37.8帧/s,参数量为 6.74 MiB,准确率为 99.46%.该方法可完整识别轨道区域,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短期密集连接网络特征注意力特征融合注意力机制
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：国家重点研发计划(2021YFB4000905)国家自然科学基金(62101432)国家自然科学基金(62102309)陕西省自然科学基础研究计划项目(2022JM-508)
论文发表日期：2023-11-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 107-114 )
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