北理工團隊在無人智能巡檢領域取得新突破
發(fā)布日期：2023-02-04 供稿：光電學院 攝影：光電學院
編輯：盛筠 審核：董立泉 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學許廷發(fā)教授團隊與中國科學院國家天文臺合作，通過將無人系統(tǒng)與人工智能深度融合,，從底層平臺與頂層算法實現(xiàn)核心關鍵技術的創(chuàng)新突破,，研發(fā)出首套“中國天眼”反射面無人自動巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)反射面板的自動化,、精細化巡檢,。相關研究成果以“Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision”為題發(fā)表在中國科技期刊卓越行動計劃高起點期刊《Light: Advanced Manufacturing》上。Light: Advanced Manufacturing是Nature旗下領軍期刊Light:Science&Applications的衍生姊妹刊,，主要發(fā)表面向先進制造,，重點報道國內(nèi)外最新進展和突破，反映跨領域的前沿技術和發(fā)展趨勢,。該論文的第一作者為北京理工大學李佳男副研究員,，通訊作者為北京理工大學許廷發(fā)教授、李佳男副研究員,。
500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，F(xiàn)AST）,，又被譽為“中國天眼”,，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑,、最靈敏的射電望遠鏡,。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25萬平方米,。FAST的巨大反射面帶來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)運行的可靠性與穩(wěn)定性,。因此,，及時準確地發(fā)現(xiàn)并修復面板缺陷對于FAST的穩(wěn)定運行至關重要,。傳統(tǒng)面板巡檢主要由巡檢人員定期對反射面板單元進行人工巡檢來實現(xiàn)，因為受面板可承重限制,、氣候條件,、高空作業(yè)危險性等因素的影響，人工巡檢的識別錯誤率高,，追溯性差,，且效率低下。
針對上述難題,，北京理工大學許廷發(fā)教授團隊開發(fā)出首套“中國天眼”反射面自動巡檢系統(tǒng),，實現(xiàn)反射 面板的自動化、精細化巡檢,，降低識別錯誤率與風險,，大幅提升巡檢效率，為FAST的長久穩(wěn)定運行保駕護航,。
圖1 FAST結(jié)構(gòu),、智能巡檢過程及結(jié)果示意圖
該巡檢系統(tǒng)綜合運用無人機技術、視覺定位技術和深度學習技術,，以多旋翼無人機為平臺,，基于高精度定位技術的導航方案，控制無人機沿預設航線完成飛行及數(shù)據(jù)回傳,，再利用遠程數(shù)字管控平臺,，將飛行過程中采集的數(shù)據(jù)進行AI智能識別，生成巡檢報告,，從而幫助檢修人員更快發(fā)現(xiàn)面板缺陷,，及時消缺。針對反射面板紋理復雜導致細微缺陷難以檢測,、不同缺陷混淆和相互干擾等難題,，研究團隊提出了復雜背景下細微缺陷智能檢測方法，將逐像素跨層注意力機制引入深度檢測網(wǎng)絡,，解決了細微,、易混淆面板缺陷的漏檢和誤檢難題，提升了檢測準確性,。
該系統(tǒng)可自主,、高效地進行FAST反射面板巡檢，實現(xiàn)厘米級面板缺陷的準確識別與精確定位（如圖1d）,，對FAST的長久穩(wěn)定運行具有深遠意義,。
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
附作者簡介：
李佳男，博士，北京理工大學光電學院預聘助理教授（特別副研究員）,，新加坡國立大學博士后,。長期從事光電成像探測與識別工作。以第一作者發(fā)表IEEE TPAMI,、CVPR等頂會頂刊論文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，谷歌學術總引3000余次,。主持國家自然科學基金青年科學基金等項目5項,；入選中國科協(xié)“青年人才托舉工程”，獲得中國圖象圖形學學會優(yōu)秀博士學位論文,、王大珩高校學生光學獎,、ImageNet國際大規(guī)模視覺識別挑戰(zhàn)賽冠軍等榮譽。指導研究生獲得ICCV 2021“反無人機跟蹤”挑戰(zhàn)賽國際冠軍及最佳論文獎,、中國高等教育博覽會“校企合作 雙百計劃”典型案例等,。
許廷發(fā)，博士,，教授/博導,，國家一級重點學科“光學工程”學科責任教授，光電成像技術與系統(tǒng)教育部重點實驗室副主任,。北京理工大學重慶創(chuàng)新中心智能化和大數(shù)據(jù)技術實驗室主任,。近年來帶領其科研團隊圍繞光電成像探測與識別、計算成像和人工智能等領域不斷深化研究,。主持承擔國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目等40余項,。在國際、國內(nèi)等系列期刊發(fā)表學術論文170余篇,，其中被SCI/EI收錄90余篇,。以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利45項，已授權(quán)和公示15項,。獲省部級科技進步二等獎等獎項3項。指導研究生獲得中國圖象圖形學學會優(yōu)秀博士學位論文,，二人次獲得王大珩高校學生光學獎,，二人次獲得全國光學與光學工程博士生學術聯(lián)賽全國百強，重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團隊等榮譽稱號,。
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