智能监控系统论文提纲

论文题目：盾构机过渡舱智能监控系统研究

摘要：过渡舱是盾构机内部作业人员进出工作舱的通道。地下作业环境复杂,一方面,盾构机在掘进过程中会遇到存储有毒、有害气体的地层,地层遭到破坏后,其存储的气体会进入到过渡舱等密封舱中,另一方面,作业人员在工作舱进行设备修检和碎石清理工作时,容易发生坍塌和物体打击事故。本文主要针对这两种情况,以树莓派作为系统的主控器,研究设计了一套智能监控系统,主要完成:1.基于舱内实时视频监控,自动识别舱内人员安全帽的佩戴情况;2.对过渡舱内部环境数据进行实时检测,并实现异常值报警,具体工作内容如下:首先,本文对智能监控系统进行总体框架设计,针对所要实现的需求选取硬件平台模块,包括环境数据检测模块、视频采集模块以及报警模块等。其次,选取基于深度学习的SSD（Single Shot Multi Box Detector）目标检测模型作为本文安全帽佩戴识别的框架,并从三个方面进行改进和优化:1.使用Mobile Net替换SSD中原始的骨干网络,减少模型参数量,降低模型推理延迟;2.增加一种上采样特征融合结构,提升模型的识别准确度;3.对数据增广策略进行改进,防止小目标数据在图像扩充时被进一步缩小,对模型训练造成干扰。通过实验对比证实,增加上采样特征融合和改进数据增广过程的Mobile Net-SSD模型与原始的Mobile NetSSD模型相比,其训练损失值降低了0.9,在测试集上的m AP提升了7.8%。最后,进行智能监控系统平台开发,将上述所改进的安全帽识别模型成功迁移并部署在所选取的嵌入式平台上。同时,实现温湿度数据采集、气体浓度采集以及报警模块的设计与开发,利用QT框架和SQlite数据库设计系统监控界面实时显示所采集的数据,并提供报警阈值修改、报警信息和历史数据查看功能,方便用户准确地掌握舱内情况。

关键词：盾构机;智能监控系统;传感器;目标检测;树莓派

学科专业：控制工程（专业学位）

摘要

abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 智能监控系统的研究现状

1.2.1 国外智能监控系统的研究现状

1.2.2 国内智能监控系统研究现状

1.3 目标检测技术的研究现状

1.3.1 传统目标检测技术

1.3.2 基于深度学习的目标检测技术

1.4 本文主要工作与章节安排

1.5 本章小结

2 盾构机过渡舱智能监控系统框架

2.1 系统总体设计

2.1.1 系统功能需求

2.1.2 监控系统总体框架

2.2 硬件平台主控器

2.3 硬件平台各功能模块

2.3.1 温湿度检测模块

2.3.2 气体检测模块

2.3.3 数模转换模块

2.3.4 视频采集模块

2.3.5 报警模块

2.3.6 显示器

2.3.7 计算模块

2.4 本章小结

3 安全帽佩戴检测算法研究

3.1 目标检测相关技术理论

3.1.1 卷积神经网络简介

3.1.2 卷积神经网络组成与功能

3.2 SSD网络模型

3.2.1 骨干网络

3.2.2 模型结构与设计原理

3.3 SSD算法的改进

3.3.1 替换骨干网络

3.3.2 上采样特征融合

3.3.3 改进数据增广算法

3.4 本章小结

4 算法改进效果分析

4.1 开发框架和数据集

4.1.1 开发框架

4.1.2 数据集制作

4.2 模型评价指标

4.2.1 并交比

4.2.2 准确率和召回率

4.2.3 均值平均准确率

4.3 算法效果分析

4.4 本章小结

5 系统功能实现与测试

5.1 系统开发平台

5.2 人机交互界面设计

5.2.1 界面设计平台

5.2.2 人机交互界面设计

5.3 传感器模块程序设计

5.3.1 温湿度数据采集程序

5.3.2 气体浓度采集程序

5.3.3 报警程序

5.4 安全帽识别模型部署

5.5 系统运行测试

5.5.1 环境数据监测

5.5.2 安全帽佩戴识别

5.5.3 报警阈值修改

5.5.4 报警信息查看

5.5.5 历史数据查看

5.6 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 改进与展望

参考文献

致谢