一种多Agent协作粉体能源物料传输控制系统、方法及介质技术方案

本发明专利技术属于粉体能源物料的传输与控制领域，公开了一种多Agent协作粉体能源物料传输控制系统、方法及介质。非法闯入人员及违规操作检测模块采用了使用自制数据集训练和改进的YOLOv5n网络模型，检测到非法闯入人员或违规操作时报警；三维重建及质量计算模块采用了使用自制数据集训练和改进的3D

【技术实现步骤摘要】
一种多Agent协作粉体能源物料传输控制系统、方法及介质


[0001]本专利技术涉及粉体能源物料传输与控制领域，特别是涉及一种多Agent协作粉体能源物料传输控制系统、方法及介质。

技术介绍

[0002]随着全球粉体能源整体需求的持续增长和现代科学技术的不断进步，粉体能源物料传输控制技术作为战略性新兴产业的一个重要组成部分正在世界范围内迅速发展。多Agent强化学习技术在人民的生产和生活中得到了广泛的普及，多Agent强化学习技术通过编队控制、任务规划、路径规划、感知避障及动态自组织网络通信等关键技术，实现多Agent的智能协作控制，将大而复杂的系统改造成小的、彼此互相通信和协调的、易于管理的系统，进而并行地处理复杂的多个任务，提高算法的执行效率。将多Agent强化学习技术与粉体能源物料传输控制技术结合，能够大大提高粉体能源物料传输控制系统的自动化水平和工作效率，但是，如何更好地实现基于多Agent协作的粉体能源物料传输控制系统和装置仍是粉体能源物料的传输与控制领域的一个热点问题，得到了国内外研究人员十分广泛的关注。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多Agent协作粉体能源物料传输控制系统，其特征在于，该多Agent协作粉体能源物料传输控制系统包括探测单元、气力传输系统、总控上位机和车载下位机；探测单元布置在各个粉体能源物料气力传输车预设的探测位置处，采用车载RGB摄像头采集各个粉体能源物料气力传输车前方粉体能源物料堆场环境状态的RGB视频；气力传输系统的入料口吸嘴布置在各个粉体能源物料气力传输车预设位置处，气力传输系统其余部件布置在物料出料口预设位置处，采用吸送式气力传输装置采集物料并通过柔性可伸缩管道传输到物料出料口；车载下位机安装于粉体能源物料气力传输车上，其嵌入自动行驶粉体能源物料气力传输车控制程序，自动行驶粉体能源物料气力传输车控制程序包括非法闯入人员及违规操作检测模块、粉体能源物料料堆三维重建及质量计算模块、决策控制模块，用于控制多Agent协作粉体能源物料的传输；非法闯入人员及违规操作检测模块采用改进的YOLOv5n网络模型；粉体能源物料料堆三维重建及质量计算模块采用改进的3D
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R2N2网络模型；总控上位机嵌入自动行驶粉体能源物料气力传输车预训练程序，自动行驶粉体能源物料气力传输车预训练程序包括强化学习预训练模块，用于预训练MADDPG算法；总控上位机与多个车载下位机建立联系。2.根据权利要求1所述的多Agent协作粉体能源物料传输控制系统，其特征在于，所述非法闯入人员及违规操作检测模块中使用自制非法闯入人员及违规操作数据集，对改进的YOLOv5n网络模型进行训练，将划定界限的监控区域范围内各个粉体能源物料气力传输车前方粉体能源物料堆场环境状态的RGB视频的原始视频帧输入已训练的改进的YOLOv5n网络模型，对各个粉体能源物料气力传输车前方的环境进行目标检测，将检测到的未戴安全帽、未着反光马甲或行为异常的人员目标标记出来得到新的视频帧；所述自制非法闯入人员及违规操作数据集为利用车载RGB摄像头采集的非法闯入人员或违规操作的原始视频帧以及该原始视频帧进行标签标定后的原始视频帧；所述改进的YOLOv5n网络模型，包括骨干模块、瓶颈模块、头部模块；骨干模块包括依次连接的第一卷积层、第一CBS模块、第一C3模块、第二CBS模块、第二C3模块、第三CBS模块、第三C3模块、第四CBS模块和快速金字塔池化模块；瓶颈模块包括依次连接的第四C3模块、第五CBS模块、第一次上采样操作、第一次拼接操作、第五C3模块和第六CBS模块以及第二次上采样操作、第二次拼接操作、第一GTC3模块、接收第一GTC3模块输出语义特征的第七CBS模块、接收第七CBS模块和第六CBS模块输出语义特征的第三次拼接操作、接收第三次拼接操作输出语义特征的第二GTC3模块；第一次拼接操作用于拼接第一次上采样操作和第三C3模块输出的语义特征；头部模块包括接收第一GTC3模块输出语义特征的第一卷积层、接收第二GTC3模块输出语义特征的第二卷积层以及各自对应的目标检测结果；所述第一CBS模块、第二CBS模块、第三CBS模块、第四CBS模块、第五CBS模块、第六CBS模块包括依次连接的位置卷积层、批归一化层、SiLU激活函数；所述第一C3模块、第二C3模块、第三C3模块、第四C3模块、第五C3模块包括两个分支，各个C3模块第一分支包括依次连接的CBS模块、残差单元，各个C3模块第二分支包括卷积层，各个C3模块第一分支和各个C3模块第二分支输出的语义特征通过拼接操作生成各个C3模块的输出；所述残差单元包括依次连接的恒等映射、第一个CBS模块、第二个CBS模块和加和
操作；所述快速金字塔池化模块包括依次连接的CBS模块、由恒等映射组成的第一分支、由一个最大池化层组成的第二分支、由两个最大池化层依次相连组成的第三分支、由三个池化层依次相连组成的第四分支、所有分支输出的语义特征通过拼接操作输出到CBS模块后，得到快速金字塔池化模块的输出；所述第一GTC3模块、第二GTC3模块包括依次连接的第一1
×
1卷积层分支，第一CBS模块，由依次相连的Ghost module模块、深度可分离卷积层、SEGhost module模块构成的GTC3模块第一分支，恒等映射GTC3模块第二分支，由依次相连的第二CBS模块、多头自注意力模块、卷积层构成的GTC3模块第三分支；GTC3模块第一分支与GTC3模块第二分支在SEGhost module模块后进行加和操作后与GTC3模块第三分支输出的语义特征进行拼接操作输出的语义特征经过第二1
×
1卷积层后与第一1
×
1卷积层分支输出的语义特征加和后经过第三CBS模块作用后得到各个GTC3模块的输出；所述Ghost module模块包括依次连接的卷积层模块、由恒等映射组成的Ghost module模块第一分支、由一个深度可分离卷积层组成的Ghost module模块第二分支，Ghost module模块第一分支和Ghost module模块第二分支输出的语义特征通过拼接操作得到Ghost module模块的输出；所述SEGhost module模块包括依次连接的卷积层模块、由恒等映射组成的SEGhost module模块第一分支、由一个深度可分离卷积层组成的SEGhost module模块第二分支，SEGhost module模块第一分支和SEGhost module模块第二分支通过拼接操作后经过依次相连的全局池化操作、全连接层、ReLU激活函数、全连接层、Sigmoid激活函数，经作用后与SEGhost module模块第一分支和SEGhost module模块第二分支通过拼接操作后输出的语义特征相乘得到SEGhost module模块的输出。3.根据权利要求1或2所述的多Agent协作粉体能源物料传输控制系统，其特征在于，所述粉体能源物料料堆三维重建及质量计算模块通过自制粉体能源物料料堆三维重建数据集进行训练，用以对粉体能源物料堆场中的粉体能源物料料堆进行三维重建生成料堆RGB图像，计算料堆RGB图像对应的体积元素空间模型，利用辅助参照物得到单个体积元素的实际体积进而得到料堆体积；取料前将每个料堆的时间戳记为并存储在总控上位机中；自制粉体能源物料料堆三维重建数据集为利用车载RGB摄像头采集的粉体能源物料料堆RGB图像、粉体能源物料料堆RGB图像对应的三维CAD模型；所述辅助参照物为一已知体积的圆锥状物体，放置于各粉体能源物料料堆预设的能被探测单元探测的位置处；所述改进的3D
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R2N2网络模型，包括编码器模块、三维卷积
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长短期记忆模块、解码器模块；编码器模块包括依次连接的快速空间金字塔池化模块、恒等映射、第一残差模块、第一个1
×
1卷积层、恒等映射、第二残差模块、第一语义特征融合模块、第三残差模块、第二语义特征融合模块、多头自注意力模块、第四残差模块和第五残差模块；三维卷积
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长短期记忆模块包括依次相连的全连接层和三维卷积
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长短期记忆层；解码器模块包括依次连接的第六残差模块、第七残差模块、第八残差模块、第九残差模块和3
×3×
3卷积层；解码器模块的输出经三维归一化指数函数作用后生成分割图；
快速空间金字塔池化模块包括四个分支，其中快速空间金字塔池化模块第一分支包括3
×
3池化操作，快速空间金字塔池化模块第二分支包括两个依次相连的3
×
3池化操作，快速空间金字塔池化模块第三分支包括三个依次相连的3
×
3池化操作，快速空间金字塔池化模块第四分支是恒等映射分支，快速空间金字塔池化模块中的四个分支通过拼接操作输出快速空间金字塔池化结果；所述第一残差模块包括依次连接的恒等映射、3
×
3可分离卷积层、3
×
3卷积层、3
×
3卷积层、加和操作、池化操作；所述第二残差模块和第三残差模块均包括依次连接的恒等映射、3
×
3可分离卷积层、3
×
3卷积层、加和操作；所述多头自注意力模块包括依次连接的3
×
3可分离卷积层、多头自注意力结构、1
×
1卷积层；所述第四残差模块包括依次连接的池化操作、恒等映射、3
×
3可分离卷积层、3
×
3卷积层、加和模块；所述第五残差模块、第六残差模块和第七残差模块均包括依次连接的反池化操作、恒等映射、3
×3×
3卷积层、3
×3×
3卷积层、加和模块；所述第八残差模块包括依次连接的反池化操作、恒等映射、3
×3×
3卷积层、3
×3×
3卷积层、3
×3×
3卷积层、加和模块；第一语义特征融合模块和第二语义特征融合模块均有两个输入分支，分别接收粉体能源物料堆场状态的浅层语义特征和深层语义特征，分别经过平均池化后经拼接操作得到一个语义特征向量、随后依次经过池化操作、全连接层、ReLU激活函数、全连接层、Sigmoid激活函数后得到系数和，分别与浅层语义特征和深层语义特征相乘，与浅层语义特征和一个小于0.5的系数相乘得到的结果拼接后，经1
×
1卷积操作得到输出结果。4.根据权利要求3所述的多Agent协作粉体能源物料传输控制系统，其特征在于，所述强化学习预训练模块使用预先采集的粉体能源物料气力传输车规范行驶的经验样本集作为专家经验数据集，对MADDPG算法进行预训练，将未戴安全帽、反光马甲或行为异常的人体目标标记出来的新的视频帧、已传输物料的质量和料堆堆放时间输入经预训练的MADDPG算法，获得MADDPG算法的损失函数值，优化MADDPG算法参数；其中，是各个粉体能源物料气力传输车前方粉体能源物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，王永富，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：