煤炭科学技术

作者：武强, 张帅, 杜沅泽, 徐华, 赵颖旺,

关键词：矿井涌(突)水, 视频分割, MRAU, 多通道残差预处理, 注意力机制, U²Net,

矿井涌（突）水视频识别是智能化矿井建设的关键之一，通过识别涌（突）水从无到有、从小到大的动态演变过程，有助于防止水量超出矿井排水能力并演变为水害。为此提出了一种基于多通道残差注意力机制的U2Net视频分割模型（MRAU），旨在识别涌（突）水的演变过程。首先，基于卷积注意力模块（CBAM）改进U2Net网络模型，以提高特征提取效果。通过多通道残差预处理，区分水流动态特征与静态背景，并将处理结果作为注意力机制输入模型，从而强化水流特征的学习。此外，使用中间帧掩码作为标签进行多帧融合学习，进一步提升网络对水流动态特征的识别能力。最终，通过学习不同场景下的水流特征，实现对未知场景中涌（突）水动态演变的有效识别。通过与Deeplab、LRASPP、FCN、U2Net网络模型的对比试验，选用Dice和IoU作为评价指标。试验结果表明，MRAU模型的Dice和IoU分别达到92.88%和87.51%，相比U2Net基础网络，识别结果分别提高了4.71%和7.41%。在未知的涌（突）水场景中测试时，MRAU的Dice和IoU得分分别达到了86.75%和80.23%。与其他模型相比，MRAU的识别精度最高，表明该模型在不同场景下对水流特征具有更强的泛化能力。此外，MRAU能够精准监测涌（突）水流量从小到大的演变过程。最后，通过在井下环境中模拟突水场景，进一步验证MRAU模型在实际生产中的实用性，为矿井水害监测提供了有效的技术手段。

来源：2024年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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