北理工團(tuán)隊(duì)在無人智能巡檢領(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)與中國科學(xué)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(shí)現(xiàn)核心關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破,，研發(fā)出首套“中國天眼”反射面無人自動巡檢系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)反射面板的自動化、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)表在中國科技期刊卓越行動計劃高起點(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)報道國內(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。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(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(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性,。因此，及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并修復(fù)面板缺陷對于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反射面板單元進(jìn)行人工巡檢來實(shí)現(xiàn),，因?yàn)槭苊姘蹇沙兄叵拗啤夂驐l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(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出首套“中國天眼”反射面自動巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反射 面板的自動化,、精細(xì)化巡檢,，降低識別錯誤率與風(fēng)險，大幅提升巡檢效率,，為FAST的長久穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)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(yùn)用無人機(jī)技術(shù),、視覺定位技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù),，以多旋翼無人機(jī)為平臺，基于高精度定位技術(shù)的導(dǎo)航方案,，控制無人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線完成飛行及數(shù)據(jù)回傳,，再利用遠(yuǎn)程數(shù)字管控平臺，將飛行過程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)雜導(dǎo)致細(xì)微缺陷難以檢測,、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)微缺陷智能檢測方法,，將逐像素跨層注意力機(jī)制引入深度檢測網(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)厘米級面板缺陷的準(zhǔn)確識別與精確定位（如圖1d）,，對FAST的長久穩(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），新加坡國立大學(xué)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(xué)術(shù)總引3000余次。主持國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金等項(xiàng)目5項(xiàng),；入選中國科協(xié)“青年人才托舉工程”,，獲得中國圖象圖形學(xué)學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文、王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎,、ImageNet國際大規(guī)模視覺識別挑戰(zhàn)賽冠軍等榮譽(yù),。指導(dǎo)研究生獲得ICCV 2021“反無人機(jī)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(dǎo),，國家一級重點(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,。近年來帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)圍繞光電成像探測與識別,、計算成像和人工智能等領(lǐng)域不斷深化研究。主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目等40余項(xiàng),。在國際,、國內(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)明人申請國家發(fā)明專利45項(xiàng),，已授權(quán)和公示15項(xiàng)。獲省部級科技進(jìn)步二等獎等獎項(xiàng)3項(xiàng),。指導(dǎo)研究生獲得中國圖象圖形學(xué)學(xué)會優(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，二人次獲得全國光學(xué)與光學(xué)工程博士生學(xué)術(shù)聯(lián)賽全國百強(qiáng),，重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團(tuán)隊(duì)等榮譽(yù)稱號,。
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