地下礦井具有相當(dāng)復(fù)雜的工作環(huán)境,因此監(jiān)控井下不明煙、火的產(chǎn)生,從而避免瓦斯爆炸等災(zāi)害的產(chǎn)生顯得尤為重要.目前大多數(shù)煤礦井下均采用人工視頻監(jiān)控的方式,不僅嚴(yán)重浪費(fèi)人力、物力,而且監(jiān)控范圍受到很多限制.基于此問題,提出一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）遷移學(xué)習(xí)的井下煙、火智能感知預(yù)警系統(tǒng).該系統(tǒng)首先在工作區(qū)域上方安裝防爆攝像頭,并將攝像頭與井上主機(jī)通過光纖連接.其次,在主機(jī)上部署CNN遷移學(xué)習(xí)算法來(lái)識(shí)別監(jiān)控區(qū)域是否有不明煙、火產(chǎn)生.最后,在實(shí)現(xiàn)判斷煙、火是否產(chǎn)生后配合報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)通知,通知安全巡邏人員滅火.結(jié)果表明,該技術(shù)可以有效判斷井下是否有煙、火產(chǎn)生,大大降低了井下區(qū)域的安全隱患和人力、物力資源的浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)了井下煙、火的智能感知預(yù)警. 

【文章來(lái)源】：河南科學(xué). 2020,38(03)

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【部分圖文】：

VGG16卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

其中：f是激活函數(shù)；D是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度；F是Filter的個(gè)數(shù)，又稱寬度；ωd,m,n表示Filter的第d層中第m行第n列元素的權(quán)重；xd,i,j表示圖像的第d層中第i行第j列像素；ai,j是Feature Map中第i行第j列的特征值大��；ωb為偏置項(xiàng).為了進(jìn)一步提取Feature Map中的圖像特征，采用池化層（Pooling）對(duì)Feature Map進(jìn)行下采樣，下采樣過程中，剔除Feature Map中無(wú)用的信息，進(jìn)一步減少參數(shù)個(gè)數(shù)，提取更能代表圖像特征的信息.池化方法很多，本算法采用Max Pooling，即在n×n的Feature Map中取區(qū)域最大值作為池化后的值.為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，本例采用4×4的Feature Map，采樣核大小為2×2，步長(zhǎng)為2，如圖4所示.首先選取Feature Map左上角粗體2×2矩陣，并選出矩陣中最大值，即6，形成Max Pooling的第一行第一列的值；然后向右移動(dòng)兩個(gè)單位，即步長(zhǎng)為2，再次選取2×2矩陣，并選出矩陣中最大值，即8，形成Max Pooling的第一行第二列的值；以此類推，最后形成Max Pooling矩陣，至此已經(jīng)過濾掉Feature Map中不需要的樣本，完成Feature Map的進(jìn)一步池化特征提取.

本系統(tǒng)通過在主機(jī)上部署CNN遷移學(xué)習(xí)算法，并實(shí)時(shí)對(duì)所監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像進(jìn)行處理與特征提取，檢查圖像中是否有煙、火特征出現(xiàn)，從而識(shí)別井下是否有煙、火隱患產(chǎn)生.在工作區(qū)域上方安裝防爆攝像頭，攝像頭向下傾斜角度介于0°～90°之間，調(diào)試角度使得多個(gè)攝像頭相互配合，使攝像區(qū)域覆蓋整個(gè)工作區(qū)域.井上主機(jī)與井下攝像頭通過光纖連接，在井上主機(jī)部屬CNN遷移學(xué)習(xí)算法實(shí)時(shí)對(duì)攝像視頻圖像處理與識(shí)別.CNN采用VGG16模型，CNN-VGG16是ILSVRC圖像識(shí)別大賽上第二名的模型，第一名是Goog LeNet，但是對(duì)于圖像特征提取問題上，CNN-VGG16性能更優(yōu)、魯棒性更好.該系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示.傳統(tǒng)的圖像模式識(shí)別應(yīng)用場(chǎng)景中，需要人工對(duì)圖像特征進(jìn)行Label標(biāo)記，然后將圖像與其對(duì)應(yīng)的Label輸入到機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，如圖像分類問題上最常用的SVM算法.但是，這種傳統(tǒng)的圖像識(shí)別并不屬于“智能”，仍需“人工”參與，且訓(xùn)練好的模型大多針對(duì)訓(xùn)練模型時(shí)的特定場(chǎng)景下的煙、火識(shí)別，一旦更換場(chǎng)景，煙、火狀態(tài)發(fā)生改變，模型的識(shí)別效果大大下降，不具備模型的泛化性，且傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)圖像處理與識(shí)別具有一定的局限性，效率低、識(shí)別率差、時(shí)延高，故不適合應(yīng)用到井下具有嚴(yán)重災(zāi)害隱患的煙、火識(shí)別場(chǎng)景中[15-16].

【參考文獻(xiàn)】：
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