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基于多阶段信息增强的3D点云目标检测算法

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 280-286页

作者：袁善帅丁雷中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室上海200083 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

自动驾驶场景中,通常会用基于体素化的算法来完成点云3D目标检测任务,因为该类方法拥有计算量少、耗时少等方面的优势。但是当下常用的方法往往会带来双重信息损失,其一是体素化带来的量化误差造成的,其二则是对体素化后的点云信息利用... 详细信息

自动驾驶场景中,通常会用基于体素化的算法来完成点云3D目标检测任务,因为该类方法拥有计算量少、耗时少等方面的优势。但是当下常用的方法往往会带来双重信息损失,其一是体素化带来的量化误差造成的,其二则是对体素化后的点云信息利用不充分造成的。设计一个三阶段的网络结构来解决信息损失大的问题。第一阶段使用基于体素化的优秀算法完成输出边界框的任务;第二阶段利用一阶段特征图上的信息精修边界框,以解决一阶段对输入信息利用不充分的问题;第三阶段利用了原始点的精确位置信息再次精修边界框,以弥补体素化带来的点云信息损失。在Waymo Open Dataset上,所提多阶段3D目标检测算法的检测精度超过了CenterPoint等受工业界青睐的优秀算法,且满足自动驾驶落地的时间要求。

关键词：机器视觉 3D目标检测激光点云多阶段信息增强

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Ti-6Al-4V合金热处理工艺和温变形行为研究

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Ti-6Al-4V合金热处理工艺和温变形行为研究

作者：孙宗帅太原科技大学

学位级别：硕士

随着航空、汽车、船舶制造和机械工业的快速发展,对高强度、高精度钛合金紧固件的需求量日益增加。航空航天常用Ti-6Al-4V钛合金材料室温成形性较差,在螺纹滚压过程中经常容易出现裂纹、折叠等缺陷。针对改善缺陷的研究集中在提高材料... 详细信息

随着航空、汽车、船舶制造和机械工业的快速发展,对高强度、高精度钛合金紧固件的需求量日益增加。航空航天常用Ti-6Al-4V钛合金材料室温成形性较差,在螺纹滚压过程中经常容易出现裂纹、折叠等缺陷。针对改善缺陷的研究集中在提高材料性能和改进滚压工艺两个方面。螺纹紧固件的质量与材料的性能密切相关,钛合金的性能可以通过热处理进行调控,因此可以通过制定合适的热处理工艺提高加工塑性来消除滚压缺陷。另外,通过螺纹温滚压加工工艺来进行钛合金螺纹紧固件的生产,可以有效提高螺纹成型性。而滚压温度是温滚压工艺的最重要参数,但对此仍缺乏系统的研究。本文以Ti-6Al-4V合金为研究对象,分析了双级热处理对显微组织的演变规律的影响,讨论了温度参数对抗拉强度、剪切强度、硬度以及塑性等力学性能的影响,确定了最佳双级热处理工艺参数。随后在100～600℃范围以不同应变速率进行拉伸以及剪切试验,对Ti-6Al-4V合金进行了温变形行为研究,分析了变形组织的演变规律,探究了变形温度和变形速率对力学性能的影响,主要得到以下结论:（1）随着首次热处理温度升高,显微组织中初生α相含量减少,次生α相含量增加。当温度逐渐临近β相转变点,α相向β相转变更加迅速。双级热处理时,随再次热处理温度升高,α相含量增多等轴α相长大,α相晶粒析出增多同时片层α相发生粗化。（2）Ti-6Al-4V合金试样的抗拉强度、剪切强度和硬度随着首次热处理温度升高而增强。材料的伸长率和断面收缩率在1000℃首次热处理温度时大幅下降。随着再次热处理温度升高,抗拉强度、剪切强度和硬度下降,塑性逐渐提升。当再次热处理温度700℃时,抗拉强度和剪切强度大幅下降但塑性无明显增长。双级热处理中在650℃再次热处理,塑性得到最大提升的同时避免了强度的大幅下降。综合可得,经950℃/1h/WQ（水冷）+650℃/2 h/AC（空冷）双级热处理后塑性提升较多,且强度损失较少,可以获得最佳综合性能。（3）在温拉伸过程中,等轴α相晶粒会发生转向以及拉长变形,且会出现动态再结晶。随变形温度升高,组织变形逐渐均匀,等轴α相尺寸减小、变形程度增加。随着应变速率的增加α相变形程度增加。当1 s-1应变速率时,组织中出现了少数破碎的α相的现象。（4）随着变形温度上升,合金试样塑性提高而强度逐渐下降,而在300℃时组织变形均匀,存在适合材料变形的局部塑性区。当应变速率升高时,合金试样的塑性降低、强度升高。

关键词： Ti-6Al-4V 双级热处理温变形显微组织力学性能

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基于自编码网络的碑文图像修复技术研究

基于自编码网络的碑文图像修复技术研究

作者：袁宗龙齐鲁工业大学

学位级别：硕士

中国的碑刻文字在中华优秀文化传承中扮演着重要的角色,不仅是中国书法艺术的载体,也是历史、文学、艺术等多个领域的宝贵文化。然而,由于人为或自然因素,大量碑文损毁,人工修复困难且成本高。神经网络的发展为碑文图像数字化修复提供... 详细信息

中国的碑刻文字在中华优秀文化传承中扮演着重要的角色,不仅是中国书法艺术的载体,也是历史、文学、艺术等多个领域的宝贵文化。然而,由于人为或自然因素,大量碑文损毁,人工修复困难且成本高。神经网络的发展为碑文图像数字化修复提供了理论基础。本文旨在使用神经网络模型对古代碑文字符进行修复。首先,本文分析了碑文字符修复的研究意义;其次介绍图像修复和文字修复的研究现状以及卷积神经网络和自注意力机制相关理论;接着重点详述本文的主要研究内容,包括创建了一个小型碑文字符数据集,设计了二值自编码器用于修复二值碑文字符,并提出了基于分支卷积通道注意力模块的碑文字符修复模型,最后结合前两个工作提出了交叉自编码器。以下是本文的主要工作内容:(1)现有文字修复模型的解码重建过程未能得到充分加强,传统的反卷积上采样模块仅能从低分辨率特征图中提取局部空间点以生成高分辨率细节。本文聚焦于这个问题,在U-Net(U-shaped network,U-Net)的解码器中引入了自注意力机制,并设计了二值自编码器,模型的解码器还使用了谱归一化进行优化训练。自注意力机制通过计算各位置的特征加权来确定响应度,这种计算注意力向量的成本较低。谱归一化技术优化了二值自编码器的反卷积解码重建过程。此外,在编码器中还加入了扩张卷积,以提高掩码文字特征提取的完整性和准确性。在二值碑文数据集上,二值自编码器的训练结果明显优于传统的图像修复模型和文字修复模型,无论是在定量分析还是定性分析上均有显著提升。实验证明,预训练的二值自编码器能够成功修复缺失的碑文字符笔画。(2)现有的文字修复模型大多直接借鉴图像修复算法,导致对碑文字符的特征提取能力不足,同时也缺乏对掩码区域和未掩码区域权重的度量。针对以上两个问题,本文提出了分支卷积通道注意力模块,以取代编码器的下采样模块,并设计了字符自编码器。分支卷积通道注意力模块采用残差结构以提高模型的表征能力,并且利用通道注意力对字符的不同区域进行加权。模型训练时使用最小二乘对抗损失替换最大最小对数对抗损失,因为最小二乘对抗损失更适合小型数据集的训练。实验证明,无论是在碑文数据集上还是手写汉字数据集上,字符自编码器的字符修复效果均优于现有的字符修复模型,并且字符自编码器的训练成本远低于手写汉字修复生成模型。(3)当前的文字修复网络研究主要集中在三个方面:加强编码过程,即特征提取;着重于加强解码过程,即文字重建;以及改进损失函数以更好地训练模型。然而,迄今为止还没有研究能够同时兼顾文字修复的编码和解码过程。为了解决这一问题,本文借鉴图像修复领域的多阶段修复网络,并提出了交叉自编码器。该自编码器由一组并行编码器和并行解码器组成,旨在同时加强文字修复的编码和解码过程。两个并行编码器分别采用扩张卷积和分支卷积通道注意力模块以并行方式提取文字特征,而并行解码器则引入自注意力机制,采用不同的损失函数进行训练,并共享参数以实现字符的解码和重建。通过对比碑文数据集的实验结果,验证了交叉自编码器同时加强编码器和解码器的字符修复效果优于仅加强编码器或解码器的模型。最后的实验证明,字符的掩码区域必须与缺失区域相匹配才能成功完成修复任务。

关键词：碑文数据集二值自编码器字符自编码器交叉自编码器碑文字符修复

基于改进PSO-RBF神经网络的三维边坡可靠度分析

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地球科学 2024年第5期49卷 1706-1721页

作者：彭宗桓盛建龙叶祖洋袁乾峰武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

三维边坡模型能真实反映边坡空间效应,提升边坡可靠度计算精度,然而由于三维边坡模型计算量庞大且安全系数缺少显示表达,边坡可靠度分析主要以二维简化模型为主,针对三维边坡可靠度分析的研究仍存在不足.提出一种基于Spencer方法、自适... 详细信息

三维边坡模型能真实反映边坡空间效应,提升边坡可靠度计算精度,然而由于三维边坡模型计算量庞大且安全系数缺少显示表达,边坡可靠度分析主要以二维简化模型为主,针对三维边坡可靠度分析的研究仍存在不足.提出一种基于Spencer方法、自适应变异粒子群优化算法(PSO)和径向基函数神经网络(RBF)的三维边坡可靠度分析方法.通过对传统PSO算法引入变异算子,改善了其搜索精度较低、后期迭代效率不高等缺点.以三维Spencer方法为基础,结合改进PSO算法与RBF神经网络构建三维边坡安全系数的计算模型进行可靠度分析,实现三维边坡功能函数的显示化,通过标椎椭球滑体可靠度分析,验证了该方法相较于传统方法计算精度和效率的提升;进一步研究了卡基娃左岸边坡减载开挖过程稳定性及可靠度的变化规律,结果表明:削坡减载作用后有效提升了边坡的稳定性,边坡失效概率减小了近2个数量级.

关键词：三维边坡稳定可靠度粒子群优化算法神经网络岩土工程工程地质

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思辨类议学任务的设计策略

思想政治课教学 2024年第3期3卷 70-72页

作者：郭宗帅魏翠华山东省诸城第一中学

随着新教材的使用、新高考的施行,素养导向的高中思想政治课堂改革与考试评价模式全面展开。思辨类试题的设问角度一般要求学生能够正确认识某观点的片面性,继而通过建构性的措施,克服观点的片面性与对立性,实现全面性和统一性。因此,... 详细信息

随着新教材的使用、新高考的施行,素养导向的高中思想政治课堂改革与考试评价模式全面展开。思辨类试题的设问角度一般要求学生能够正确认识某观点的片面性,继而通过建构性的措施,克服观点的片面性与对立性,实现全面性和统一性。因此,思辨类议学任务的设计策略为三类:从片面性到全面性,从对立性到统一性,从辨识性到建构性。日常教学和备考中,通过设计思辨类议学任务,对学生加强训练,培养辩证思维,让学生在完成一个个梯度化的议学任务过程中提升思维品格和关键能力。

关键词：议学任务辩证思维关键能力对立统一

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基于改进离散傅里叶变换的抗衰减直流分量强鲁棒性相量估计算法

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中国电机工程学报 2024年

作者：曲以凡靳宗帅张恒旭石访山东大学电气工程学院

工频同步相量是支撑电力系统分析、保护和稳定控制的基本信息，不同场景对其估计精度与速度要求日益严格。短路故障初期，工频分量、衰减直流分量（Decaying DC Component，DDC）以及谐波之间频域混叠，导致工频相量准确估计面临严峻挑... 详细信息

工频同步相量是支撑电力系统分析、保护和稳定控制的基本信息，不同场景对其估计精度与速度要求日益严格。短路故障初期，工频分量、衰减直流分量（Decaying DC Component，DDC）以及谐波之间频域混叠，导致工频相量准确估计面临严峻挑战。针对多种干扰影响相量测量精度问题，提出一种基于改进离散傅里叶变换的强鲁棒性相量估计算法。首先，对DDC误差原理进行分析，利用多个四分之一波离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）计算频域误差，同时引入放大乘子以提升算法鲁棒性。然后，在改进DFT基础上提出算法计算量精简方法，将算法计算效率提升近一倍。最后，构建二次谐波陷波滤波器配合所提算法，弥补了二次谐波难以滤除的缺陷。算例测试表明，所提算法不受DDC参数与采样频率限制，并在多种干扰下表现出良好的抗干扰能力，同时有效缩短了相量估计的暂态时间。

关键词：离散傅里叶变换衰减直流分量相量估计谐波滤波

考虑电容投切扰动的配电网高阻接地故障检测方法

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电力系统自动化 2024年

作者：韩兆儒石访张恒旭靳宗帅贠志皓山东大学电气工程学院

高阻接地故障的准确、可靠检测是配电网故障处理的难点，正常的电容投切操作可对其产生干扰。针对这一问题，文中提出了一种基于零序李萨如曲线分析的高阻接地故障抗扰检测方法。首先，理论推导了高阻接地故障与电容投切扰动的零序电气... 详细信息

高阻接地故障的准确、可靠检测是配电网故障处理的难点，正常的电容投切操作可对其产生干扰。针对这一问题，文中提出了一种基于零序李萨如曲线分析的高阻接地故障抗扰检测方法。首先，理论推导了高阻接地故障与电容投切扰动的零序电气量，二者在传统时频域特征角度无规律性差异，从而明确了干扰原因；进一步，将零序电流、电压波形重构为零序李萨如曲线，提出了基于数学形态学理论的李萨如曲线轨迹形状畸变复杂度量化指标，并结合零序李萨如曲线面积概率分布规律设计自适应启动判据，给出了噪声场景下高阻接地故障的抗扰检测算法；最后，利用配电网电磁暂态仿真算例和真型故障试验验证了所提方法的有效性和可靠性。

关键词：配电网高阻接地故障电容投切扰动故障检测李萨如曲线数学形态学

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Ti-6Al-4V合金温变形性能研究

精密成形工程 2024年第9期16卷 153-160页

作者：孙宗帅齐会萍宋鑫李爽太原科技大学材料科学与工程学院山西省金属材料成形理论与技术重点实验室太原030024

目的为了解决螺纹滚压加工缺陷问题,对Ti-6Al-4V合金进行温热环境变形研究,以期获得合适的温加工温度。方法通过Gleeble-3500型热模拟试验机进行了温拉伸和温剪切试验,应变速率为0.05~1 s^(−1),变形温度为100~600℃。分析了变形温度和... 详细信息

目的为了解决螺纹滚压加工缺陷问题,对Ti-6Al-4V合金进行温热环境变形研究,以期获得合适的温加工温度。方法通过Gleeble-3500型热模拟试验机进行了温拉伸和温剪切试验,应变速率为0.05~1 s^(−1),变形温度为100~600℃。分析了变形温度和应变速率对拉伸性能、剪切性能和延伸率的影响。研究了不同变形温度下Ti-6Al-4V合金微观组织演变情况。结果拉伸试样的流变应力随变形温度的升高而不断下降,且更快达到峰值应力。随应变速率的增加,流变应力上升。在温拉伸过程中,晶粒会发生转向以及拉长,且有再结晶现象出现。在300℃变形时组织中α相变形程度较为均匀。随变形温度的升高,合金组织中α相晶粒尺寸降低,晶粒的拉长变形程度增大。延伸率随着变形温度的升高整体呈现上升趋势,在300℃左右时存在一个区域塑性区。应变速率越高,试样的延伸率越低。试样的剪切强度随变形温度的升高而下降。剪切强度随应变速率的升高而逐渐提高。结论在300℃时组织中α相变形程度均匀,且塑性略高,为了避免较高变形温度时剪切强度过低材料出现粘连的情况,选择该温度为温滚压加工合适温度。

关键词： Ti-6Al-4V 温热变形流变应力塑性剪切强度

基于高阶响应面和NSGA-III的卷钢托架多目标优化

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：潘帅袁舜周宝宪王振东闫帅帅北京交通大学交通运输学院中国外运宁夏有限公司安全技术部中国铁路兰州局集团有限公司银川铁路物流中心中国铁道科学研究院集团有限公司

为将托架优化问题中复杂的非线性隐式关系转化为显式函数，提出基于白箱系统理论的高阶响应面模型进行多目标优化，大幅降低了技术门槛，简单实用、精准度高，更容易被现场理解、接受。制定集重装车方案，进行静载、冲撞仿真和强度试验... 详细信息

为将托架优化问题中复杂的非线性隐式关系转化为显式函数，提出基于白箱系统理论的高阶响应面模型进行多目标优化，大幅降低了技术门槛，简单实用、精准度高，更容易被现场理解、接受。制定集重装车方案，进行静载、冲撞仿真和强度试验，检验仿真可靠性。采用基于AE势能准则和自适应遗传算法组合优化的最优拉丁超立方取样方法，创建高维参数空间矩阵。利用最小二乘回归法创建含交叉项的四阶响应面模型，并通过k折交叉验证评估不同代理模型精度。采用Sobol法量化各参数对不同响应的一阶、二阶、全局灵敏度及交互效应，深入探索各参数及其二阶交叉项对响应的影响。搭载NSGA-III获得Pareto解集。结合我国铁路卷钢运输特点，运用秩和比法赋予各响应权重矩阵，获得不同设计偏好下的最优解。研究结果表明：仿真与实测值误差低于10%，仿真准确可靠。最优拉丁环境下，系统最小势能是0.41，相较于普通拉丁降低了22.6%，样本点分布合理。高阶响应面误差低于4.5%，精度满足工程需要。从各权重矩阵中，选择方案4作为最优设计，与原方案相比，托架质量降低了9.89%，两工况最大应力分别降低了6.79%、14.36%，托架符合铁路货运安全需求。研究结果有望为同类托架设计、改进等领域提供关键技术支撑和工程参考。

关键词：卷钢托架高阶响应面强度试验 k折交叉验证 Sobol法 NSGA-III