北理工團(tuán)隊在無人智能巡檢領(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
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近日,北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊與中國科學(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(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)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(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(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。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)教育部重點實驗室副主任。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)實驗室主任。近年來帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊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目等40余項。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,已授權(quán)和公示15項。獲省部級科技進(jìn)步二等獎等獎項3項。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)隊等榮譽稱號。
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