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基于DI-PointNet的变电站主设备点云高精度语义分割方法

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电工技术学报 2024年

作者：裴少通孙海超孙志周胡晨龙祝雨馨华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室国网智能科技股份有限公司

在变电站机器人巡检任务中，三维点云数据的高精度语义分割是关键技术之一，有助于机器人理解电力设备、障碍物和其他物体的空间布局。然而，现有的点云分割算法在变电站场景中的效果有限，准确度较低、计算复杂度高，难以实现对变电站... 详细信息

在变电站机器人巡检任务中，三维点云数据的高精度语义分割是关键技术之一，有助于机器人理解电力设备、障碍物和其他物体的空间布局。然而，现有的点云分割算法在变电站场景中的效果有限，准确度较低、计算复杂度高，难以实现对变电站主设备点云的准确分割，为了解决这一问题，该文提出了一种基于PointNet++的DI-PointNet算法。首先，采用双层连续变换器模块，增强点云之间的信息交互，有效地聚合长距离上下文，增大网络有效感受野；其次，通过分层键采样策略生成自注意力机制所需的键值，降低算法复杂度；最后，使用倒置残差模块，通过倒置瓶颈设计和残差连接来缓解梯度消失，有效地增加模型的深度，同时降低计算复杂度。同时，该文构建了变电站点云数据集，并对DI-PointNet算法进行了详细的消融实验，并与主流深度学习算法和电力领域典型点云分割算法进行了对比实验。实验验证结果表明，DI-PointNet对变电站主设备点云分割的平均交并比达到了82.5%，相比PointNet++算法提高了2.1%，且总体精度提高了3.4%，达到90.1%。DI-PointNet为智能电力设备巡检和维护提供了有效的解决方案。

关键词：点云语义分割双层连续变换器分层键采样倒置残差变电站

基于UDD-YOLO的边缘端绝缘子放电严重程度评估算法

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 219-227页

作者：杨阳杨帅闫敏胡晨龙裴少通国网河北省电力有限公司超高压分公司石家庄050000 华北电力大学(保定) 保定071000

绝缘子是输电线路的重要组成部分,其放电问题是导致输电线路故障的主要原因之一,故需要可以准确对绝缘子放电严重程度进行快速评估且可在边缘端实时监测的算法方法。本文针对以上问题,首先对YOLOv8目标检测算法进行轻量化改进,首先引入M... 详细信息

绝缘子是输电线路的重要组成部分,其放电问题是导致输电线路故障的主要原因之一,故需要可以准确对绝缘子放电严重程度进行快速评估且可在边缘端实时监测的算法方法。本文针对以上问题,首先对YOLOv8目标检测算法进行轻量化改进,首先引入Mosaic-9数据增强方法改进输入端,提高了算法的鲁棒性及泛用能力;而后引入了GhostNet网络替换主干网络,实现了对模型的轻量化;再引入GeLU激活函数替换ReLU激活函数,提高算法的收敛速度和检测精度;最后,引入了SIoU损失函数,对网络进行了优化,最终形成了UDD-YOLO边缘端绝缘子放电严重程度评估算法。经实验验证,其在边缘端设备实现了87.6%mAP及58 fps的推理速度,满足了在边缘端对绝缘子放电严重程度进行评估的要求,且通过消融、对比试验证明了本文提出的算法的有效性及优越性。

关键词：紫外成像放电评估目标识别 YOLOv8

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基于改进PointNet++的输电线路关键部位点云语义分割研究

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高电压技术 2024年第5期50卷 1943-1953,I0009页

作者：杨文杰裴少通刘云鹏胡晨龙杨瑞张行远华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

输电线路的关键部位包括塔身、导线、绝缘子、避雷线以及引流线,无人机精细化导航的首要任务是构造输电线路的点云地图并从中分割出上述部位。为解决现有算法在输电线路的绝缘子、引流线等精细结构分割时精度低的问题,通过改进PointNet+... 详细信息

输电线路的关键部位包括塔身、导线、绝缘子、避雷线以及引流线,无人机精细化导航的首要任务是构造输电线路的点云地图并从中分割出上述部位。为解决现有算法在输电线路的绝缘子、引流线等精细结构分割时精度低的问题,通过改进PointNet++算法,提出了一种面向输电线路精细结构的点云分割方法。首先,基于无人机机载激光雷达在现场采集的点云数据,构造了输电线路点云分割数据集;其次,通过对比实验,筛选出在本输电线路场景下合理的数据增强方法,并对数据集进行了数据增强;最后,将自注意力机制以及倒置残差结构和PointNet++相结合,设计了输电线路关键部位点云语义分割算法。实验结果表明:该改进PointNet++算法在全场景输电线路现场点云数据作为输入的前提下,首次实现了对引流线、绝缘子等输电线路中精细结构和导线、杆塔塔身以及输电线路无关背景点的同时分割,平均交并比(mean intersection over union,mIoU)达80.79%,所有类别分割的平均F_(1)值(F1 score)达88.99%。

关键词：点云深度学习点云语义分割数据增强自注意力倒置残差

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基于最大熵准则的鲁棒椭圆拟合方法研究

基于最大熵准则的鲁棒椭圆拟合方法研究

作者：胡晨龙宁波大学

学位级别：硕士

在椭圆拟合中,由于物体遮挡、镜面反射或物体自身结构等原因,通过边缘检测技术所得到的数据点往往存在野值,而在这种情况下,椭圆拟合的性能会显著降低。因此,研究能够应用于现实生活的鲁棒椭圆拟合方法具有重要的意义。本文重点研究了... 详细信息

在椭圆拟合中,由于物体遮挡、镜面反射或物体自身结构等原因,通过边缘检测技术所得到的数据点往往存在野值,而在这种情况下,椭圆拟合的性能会显著降低。因此,研究能够应用于现实生活的鲁棒椭圆拟合方法具有重要的意义。本文重点研究了对野值具有鲁棒性的椭圆拟合方法,并将所研究的方法推广到耦合椭圆中。本文的主要工作如下:(1)基于高斯核函数和拉普拉斯核函数的最大熵准则(Maximum Correntropy Criterion,MCC),本文提出了一个椭圆拟合优化问题解决方案。该优化问题因具有高度的非线性和非凸性导致问题难以直接求解。为了解决这一难题,本文将该优化问题分为两个子问题,并通过交替迭代的方式予以解决。本文还提出了一种识别因局部收敛到错误解而导致椭圆拟合失败的方法,并通过变更初始权重以及重新运行算法来降低拟合失败的概率。(2)本文将所提出的鲁棒单椭圆拟合方法推广到已知数据点与椭圆关联的耦合椭圆拟合问题中。根据内外椭圆的关联性,用向量表达式表示出耦合椭圆,通过联合估计外椭圆参数和内外椭圆半轴长之比来恢复出耦合椭圆。而在耦合椭圆拟合问题中,数据点与椭圆之间的关联可能是难以直接获得的。为此,本文还提出了一种求解耦合椭圆拟合问题的数据关联方法,解决了未知数据点与椭圆关联的耦合椭圆拟合问题。具体来说,我们为每个数据点引入了一个关联向量,并提出了一个非凸混合整数优化问题来估计关联向量,再采用已知数据点与椭圆关联的鲁棒耦合椭圆拟合方法完成拟合,部分错误关联在拟合过程中被作为野值进行处理。仿真和实际图像均验证了所提出的鲁棒椭圆拟合方法对于野值具有良好的鲁棒性,其性能优于现有方法。

关键词：椭圆拟合野值最大熵准则二阶锥规划数据关联

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代谢工程改造大肠杆菌制备胞二磷胆碱

代谢工程改造大肠杆菌制备胞二磷胆碱

作者：胡晨龙天津科技大学

学位级别：硕士

胞二磷酸胆碱是生物体内卵磷脂合成的重要前体物质,在生物体的生命活动及生理生化过程中发挥着重要作用。胞二磷胆碱是临床用量最大的神经激活剂,可以促进卵磷脂的生物合成,恢复神经组织功能并且改善脑代谢和循环,可用于急性颅脑外伤和... 详细信息

胞二磷酸胆碱是生物体内卵磷脂合成的重要前体物质,在生物体的生命活动及生理生化过程中发挥着重要作用。胞二磷胆碱是临床用量最大的神经激活剂,可以促进卵磷脂的生物合成,恢复神经组织功能并且改善脑代谢和循环,可用于急性颅脑外伤和颅脑手术所引起的意识障碍的恢复,对帕金森综合症、阿尔茨海默病和急性胰腺炎等疾病也有很好的治疗效果。近年来,随着人口老龄化的逐渐加重以及人们日益快速增长的健康需求,胞二磷胆碱的市场需求量逐渐增加,迫切需要开发高效的胞二磷胆碱生产方法,降低生成成本。化学合成法为传统的胞二磷胆碱生产方法,存在原料价格昂贵等缺点。微生物发酵法制备胞二磷胆碱则具有生产成本低等优势,是生产胞二磷胆碱的理想方法。酿酒酵母等少数微生物细胞中含有胆碱激酶和磷酸胆碱胞苷酰转移酶,可以合成胞二磷胆碱,但是其代谢及调控机制复杂,胞二磷胆碱难以大量积累。本研究在大肠杆菌中设计并构建胞二磷胆碱合成途径,开发出发酵生产胞二磷胆碱的方法。首先,构建大肠杆菌工程菌株表达不同微生物来源的胆碱激酶和磷酸胆碱胞苷酰转移酶,对这两种酶进行纯化和鉴定。酶催化实验表明,肺炎链球菌来源的胆碱激酶和磷酸胆碱胞苷酰转移酶偶联催化合成胞二磷胆碱效果最好,摩尔转化率达到了31.2%。对酶反应条件进行优化,在30℃、p H 7.0的条件下反应6 h,胞二磷胆碱的摩尔转化率达到了52.6%,相较于未优化前提高了68.6%。其次,利用代谢工程策略构建了直接发酵生产胞二磷胆碱的大肠杆菌基因工程菌株。以本实验室的大肠杆菌尿苷生产菌株*** H1为出发菌株,该菌株基因组已整合了枯草芽孢杆菌A260的嘧啶核苷操纵子基因,并加强了尿苷合成代谢,减弱了尿苷分解代谢。本研究在其基因组上整合了来源于肺炎链球菌的胆碱激酶和磷酸胆碱胞苷酰转移酶,构建出CTP到胞二磷胆碱的代谢途径。通过整合点突变的大肠杆菌来源的尿苷酸激酶编码基因pyr H(D93A)),胞苷三磷酸合酶基因pyr G(ecj,E155K)),增强了CTP的合成代谢。通过敲除敲除胞苷/脱氧胞苷脱氨酶编码基因cdd和核苷酸核苷酶编码基因ygd H,降低了CTP的支路代谢。上述策略构建的工程菌H5,摇瓶发酵32 h胞二磷胆碱产量达到了36.2 mg/g细胞,细胞干重达到了12.2 g/L。由于工程菌H5的代谢改造点过多,生长负担重,导致其生长较为缓慢,而胞二磷胆碱作为胞内产物,其产量与发酵菌体量成正比。为了得到更高产量的工程菌株,本研究尝试构建更短的代谢路径来合成胞二磷胆碱,以降低细胞的生长负担,提高发酵的菌体量。以野生型大肠杆菌*** K12 MG1655为出发菌株,在其基因组上整合了来源于肺炎链球菌的胆碱激酶和磷酸胆碱胞苷酰转移酶,构建出CTP到胞二磷胆碱的代谢途径。通过整合嗜热栖热菌来源的胞嘧啶核苷激酶编码基因udk、枯草芽孢杆菌来源的胞苷酸激酶编码基因cmk和二磷酸核苷激酶编码基因ndk,加强了胞苷到CTP的代谢。上述策略构建的工程菌MG6,摇瓶发酵32 h胞二磷胆碱产量达到了41.3mg/g细胞,细胞干重达到了15.4 g/L,胞二磷胆碱的产量相较于H5菌株提高了14.1%,细胞干重相较于H5菌株提高了26.2%。本研究通过合理的代谢工程改造策略,获得了遗传背景清晰的,能够高效合成胞二磷胆碱的大肠杆菌基因工程菌,为实现胞二磷胆碱的工业化发酵生产提供了良好的科学依据。

关键词：胞二磷胆碱大肠杆菌代谢工程胆碱激酶磷酸胆碱胞苷酰转移酶

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蓄电池充电特性测试平台

中国科技信息 2017年第1期 42-43页

作者：胡晨龙保定市第三中学

研究蓄电池的充电特性对微电网储能容量配置、协调控制具有重要意义。利用双向DC/DC模块搭建蓄电池充电特性测试平台,实现了蓄电池的三阶段充电功能,并能模拟微电网实际工况对蓄电池进行充电。实际运行效果表明,该实验平台稳定可靠,达... 详细信息

研究蓄电池的充电特性对微电网储能容量配置、协调控制具有重要意义。利用双向DC/DC模块搭建蓄电池充电特性测试平台,实现了蓄电池的三阶段充电功能,并能模拟微电网实际工况对蓄电池进行充电。实际运行效果表明,该实验平台稳定可靠,达到了预期目的。

关键词：蓄电池充电微电网测试平台特性测试

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光储直流微网电压稳定控制

中国科技信息 2016年第21期 25-27页

作者：胡晨龙保定市第三中学

电压是反映直流微网稳定运行的唯一指标。本文针对光储直流微网并网运行和孤岛运行两种模式分别提出了不同的电压控制策略。并网运行时交流主网作为稳压单元,光伏电池和蓄电池分别进行MPPT控制和恒流充电控制;孤岛运行时蓄电池担任稳压... 详细信息

电压是反映直流微网稳定运行的唯一指标。本文针对光储直流微网并网运行和孤岛运行两种模式分别提出了不同的电压控制策略。并网运行时交流主网作为稳压单元,光伏电池和蓄电池分别进行MPPT控制和恒流充电控制;孤岛运行时蓄电池担任稳压单元,光伏电池仍采用MPPT控制保持新能源出力最大。该控制策略可以在系统出现功率波动时有效维持直流电压稳定,保证直流微网安全稳定运行。

关键词：直流微网主网光伏电池蓄电池安全稳定运行控制策略输出功率直流电压二次电池功率波动并网变流器

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桥梁建设中LCA的应用

中国战略新兴产业 2017年第40期 25-27页

作者：胡晨龙山东省实验中学

众所周知,全球环境污染问题日益严重。而作为对环境影响较大的土木工程行业特别是桥梁建设对环境的影响量化的必要性也日益凸显,LCA(life cycle assessment)作为一种量化环境影响的有效工具已经逐渐被应用,它的出现将影响土木工程的方... 详细信息

众所周知,全球环境污染问题日益严重。而作为对环境影响较大的土木工程行业特别是桥梁建设对环境的影响量化的必要性也日益凸显,LCA(life cycle assessment)作为一种量化环境影响的有效工具已经逐渐被应用,它的出现将影响土木工程的方方面面,本论文主要着眼于LCA在桥梁建设方面的应用进行分析研究,探讨桥梁工程生命周期的环境影响。

关键词： LCA 桥梁建设环境影响

基于LEE-YOLOv7的输电线路边缘端实时缺陷检测方法

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高电压技术 2023年

作者：胡晨龙裴少通刘云鹏杨文杰杨瑞张行远刘海峰华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室国家电网河北省电力有限公司超高压分公司

边缘计算设备已广泛应用于无人机输电线路巡检中，但边缘端设备较低的功率及算力限制了检测速度与精度，针对以上问题，本文对YOLOv7目标检测算法进行改进，提出一种基于LEE-YOLOv7的输电线路边缘端缺陷诊断方法。首先，采用Mosaic-9数... 详细信息

边缘计算设备已广泛应用于无人机输电线路巡检中，但边缘端设备较低的功率及算力限制了检测速度与精度，针对以上问题，本文对YOLOv7目标检测算法进行改进，提出一种基于LEE-YOLOv7的输电线路边缘端缺陷诊断方法。首先，采用Mosaic-9数据增强方法改进训练阶段的输入端，提高网络的泛化能力；并引入LCnet网络改造主干网络部分，减少冗余参数，轻量化网络；而后采用Meta-ACON激活函数及Wise-IoU损失函数优化网络，最后在推理过程中使用Deepstream技术调用TensorRT模块实现模型重构、优化及加速。经实验验证LEE-YOLOv7对10种常见的输电线路多尺寸的缺陷的识别平均准确率达到了92.3%，相比原版YOLOv7算法，提高了2.8%且检测速度提升了38帧/s，达到了53帧/s。采用了Deepstream调用TensorRT模块进行推理过程的优化加速后，在Nvidia Jetson Xavier NX边缘端模块上，实现了91.2%的平均准确度及79帧/s的检测速度，满足了边缘端准确实时的输电线路缺陷检测的要求。

关键词：边缘计算输电线路 Deepstream 缺陷检测深度学习 TensorRT