北理工團(tuán)隊(duì)在無(wú)人智能巡檢領(lǐng)域取得新突破
發(fā)布日期：2023-02-04 供稿：光電學(xué)院 攝影：光電學(xué)院
編輯：盛筠 審核：董立泉 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)合作,，通過(guò)將無(wú)人系統(tǒng)與人工智能深度融合,，從底層平臺(tái)與頂層算法實(shí)現(xiàn)核心關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破,，研發(fā)出首套“中國(guó)天眼”反射面無(wú)人自動(dòng)巡檢系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)反射面板的自動(dòng)化,、精細(xì)化巡檢。相關(guān)研究成果以“Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision”為題發(fā)表在中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)期刊《Light: Advanced Manufacturing》上,。Light: Advanced Manufacturing是Nature旗下領(lǐng)軍期刊Light:Science&Applications的衍生姊妹刊,，主要發(fā)表面向先進(jìn)制造,，重點(diǎn)報(bào)道國(guó)內(nèi)外最新進(jìn)展和突破,，反映跨領(lǐng)域的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。該論文的第一作者為北京理工大學(xué)李佳男副研究員,，通訊作者為北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授,、李佳男副研究員。
500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,，F(xiàn)AST）,，又被譽(yù)為“中國(guó)天眼”，是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑,、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡,。FAST的主體是由4450塊反射面板單元組成的直徑500米球反射面（如圖1a），總面積約25萬(wàn)平方米,。FAST的巨大反射面帶來(lái)了前所未有的超高靈敏度,，但另一方面容易受到墜石、冰雹等自然墜物所造成的損害,，產(chǎn)生凹陷,、孔洞等面板缺陷（如圖1c），影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性,。因此,，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并修復(fù)面板缺陷對(duì)于FAST的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。傳統(tǒng)面板巡檢主要由巡檢人員定期對(duì)反射面板單元進(jìn)行人工巡檢來(lái)實(shí)現(xiàn),，因?yàn)槭苊姘蹇沙兄叵拗?、氣候條件、高空作業(yè)危險(xiǎn)性等因素的影響,，人工巡檢的識(shí)別錯(cuò)誤率高,，追溯性差，且效率低下,。
針對(duì)上述難題,，北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出首套“中國(guó)天眼”反射面自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反射 面板的自動(dòng)化,、精細(xì)化巡檢,，降低識(shí)別錯(cuò)誤率與風(fēng)險(xiǎn)，大幅提升巡檢效率,，為FAST的長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航,。
圖1 FAST結(jié)構(gòu)、智能巡檢過(guò)程及結(jié)果示意圖
該巡檢系統(tǒng)綜合運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù),、視覺(jué)定位技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù),，以多旋翼無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，基于高精度定位技術(shù)的導(dǎo)航方案,，控制無(wú)人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線(xiàn)完成飛行及數(shù)據(jù)回傳,，再利用遠(yuǎn)程數(shù)字管控平臺(tái)，將飛行過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行AI智能識(shí)別,，生成巡檢報(bào)告,，從而幫助檢修人員更快發(fā)現(xiàn)面板缺陷，及時(shí)消缺,。針對(duì)反射面板紋理復(fù)雜導(dǎo)致細(xì)微缺陷難以檢測(cè),、不同缺陷混淆和相互干擾等難題,，研究團(tuán)隊(duì)提出了復(fù)雜背景下細(xì)微缺陷智能檢測(cè)方法，將逐像素跨層注意力機(jī)制引入深度檢測(cè)網(wǎng)絡(luò),，解決了細(xì)微,、易混淆面板缺陷的漏檢和誤檢難題，提升了檢測(cè)準(zhǔn)確性,。
該系統(tǒng)可自主,、高效地進(jìn)行FAST反射面板巡檢，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)面板缺陷的準(zhǔn)確識(shí)別與精確定位（如圖1d）,，對(duì)FAST的長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行具有深遠(yuǎn)意義,。
論文詳情：Li J, Jiang S, Song L, et al. Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision[J]. Light: Advanced Manufacturing, 2023, 4(1): 1-11.
論文鏈接：https://www.light-am.com/article/doi/10.37188/lam.2023.001
附作者簡(jiǎn)介：
李佳男，博士,，北京理工大學(xué)光電學(xué)院預(yù)聘助理教授（特別副研究員）,，新加坡國(guó)立大學(xué)博士后。長(zhǎng)期從事光電成像探測(cè)與識(shí)別工作,。以第一作者發(fā)表IEEE TPAMI,、CVPR等頂會(huì)頂刊論文10篇，ESI高被引論文1篇,；以通訊作者發(fā)表IEEE TMI,、NeurIPS等論文近20篇。論文單篇最高被引700余次,，谷歌學(xué)術(shù)總引3000余次,。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金等項(xiàng)目5項(xiàng)；入選中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉工程”,，獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文,、王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎(jiǎng)、ImageNet國(guó)際大規(guī)模視覺(jué)識(shí)別挑戰(zhàn)賽冠軍等榮譽(yù),。指導(dǎo)研究生獲得ICCV 2021“反無(wú)人機(jī)跟蹤”挑戰(zhàn)賽國(guó)際冠軍及最佳論文獎(jiǎng),、中國(guó)高等教育博覽會(huì)“校企合作 雙百計(jì)劃”典型案例等。
許廷發(fā),，博士,，教授/博導(dǎo)，國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科“光學(xué)工程”學(xué)科責(zé)任教授,，光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,。北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心智能化和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任。近年來(lái)帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)圍繞光電成像探測(cè)與識(shí)別,、計(jì)算成像和人工智能等領(lǐng)域不斷深化研究,。主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目等40余項(xiàng),。在國(guó)際,、國(guó)內(nèi)等系列期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文170余篇,，其中被SCI/EI收錄90余篇。以第一發(fā)明人申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利45項(xiàng),，已授權(quán)和公示15項(xiàng),。獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)。指導(dǎo)研究生獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文,，二人次獲得王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎(jiǎng),，二人次獲得全國(guó)光學(xué)與光學(xué)工程博士生學(xué)術(shù)聯(lián)賽全國(guó)百?gòu)?qiáng)，重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團(tuán)隊(duì)等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào),。
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