北理工團隊在無人智能巡檢領域取得新突破
發布日期：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：
近日，北京理工大學許廷發教授團隊與中國科學院國家天文臺合作，通過將無人系統與人工智能深度融合，從底層平臺與頂層算法實現核心關鍵技術的創新突破，研發出首套“中國天眼”反射面無人自動巡檢系統，實現反射面板的自動化、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，主要發表面向先進制造，重點報道國內外最新進展和突破，反映跨領域的前沿技術和發展趨勢。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，FAST），又被譽為“中國天眼”，是具有我國自主知識產權、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，產生凹陷、孔洞等面板缺陷（如圖1c），影響系統運行的可靠性與穩定性。因此，及時準確地發現并修復面板缺陷對于FAST的穩定運行至關重要。傳統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，因為受面板可承重限制、氣候條件、高空作業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教授團隊開發出首套“中國天眼”反射面自動巡檢系統，實現反射 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的長久穩定運行保駕護航。
圖1 FAST結構、智能巡檢過程及結果示意圖
該巡檢系統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據回傳，再利用遠程數字管控平臺，將飛行過程中采集的數據進行AI智能識別，生成巡檢報告，從而幫助檢修人員更快發現面板缺陷，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。
該系統可自主、高效地進行FAST反射面板巡檢，實現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“青年人才托舉工程”，獲得中國圖象圖形學學會優秀博士學位論文、王大珩高校學生光學獎、ImageNet國際大規模視覺識別挑戰賽冠軍等榮譽。指導研究生獲得ICCV 2021“反無人機跟蹤”挑戰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，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教育部重點實驗室副主任。北京理工大學重慶創新中心智能化和大數據技術實驗室主任。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、國內等系列期刊發表學術論文170余篇，其中被SCI/EI收錄90余篇。以第一發明人申請國家發明專利45項，已授權和公示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賽全國百強，重慶英才創新創業示范團隊等榮譽稱號。
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