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结合改进YOLOv5s和动态数据增强的海面舰船检测

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计算机工程 2024年

作者：马淦谷雨彭冬亮杭州电子科技大学自动化学院

海面成像过程易受天气、光照、水雾等影响，为解决海面舰船检测过程中存在的小目标模糊、目标尺度差异大、类别不均衡等问题，设计了一种动态“复制-粘贴”的数据增强方式，将其嵌入到YOLOv5框架，提出了一种改进YOLOv5s的海面目标检测... 详细信息

海面成像过程易受天气、光照、水雾等影响，为解决海面舰船检测过程中存在的小目标模糊、目标尺度差异大、类别不均衡等问题，设计了一种动态“复制-粘贴”的数据增强方式，将其嵌入到YOLOv5框架，提出了一种改进YOLOv5s的海面目标检测算法。在主干网络中，设计了浅层局部感知模块，混合空洞卷积、深度可分离卷积与残差连接支路以并联的方式提升模块感受野，加强提取局部细节信息；在颈部网络中，设计了注意力融合模块，利用空间注意力机制与通道注意力机制，聚合浅层空间信息与深层语义信息，提高网络特征表达能力；在检测输出中，通过对其相邻的浅层检测头特征进行下采样与融合，设计了层级融合解耦头，提升了目标分类与定位精度。动态“复制-粘贴”数据增强策略从训练集图像中裁剪目标，存入目标样本库，在每个训练轮次中，根据目标分布的概率值，从样本库中随机选取目标，进行一定比例的几何与光度变换后，随机粘贴至训练图像中，从而提升前景目标密度。采用SMD-Plus数据集进行实验验证，实验结果表明，mAP50与mAP50:95指标比于基准模型分别提升了6.7%与5.2%。以WSODD数据集开展迁移实验，mAP50与mAP50:95分别提升3.7%与3.3%。实验结果表明本文改进后的算法模型与提出的动态数据增强方法，缓解了类别与尺寸不均衡问题，提高了小目标检测精度，适用于海面场景下的舰船检测任务。

关键词：舰船检测数据增强多尺度特征小目标检测注意力机制

基于Weibull分布的非均质隧洞围岩破裂碎胀FDEM数值模拟研究

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工程力学 2024年第7期41卷 40-59页

作者：邓鹏海刘泉声黄兴武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩... 详细信息

岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂下的力学特征和破坏行为,最后对非均质隧洞围岩在高应力下的破裂碎胀大变形机制进行了模拟研究。结果表明:提出的随机参数赋值方法可建立不同弹性模量三角形单元数目服从Weibull分布、且空间分布具有随机性的FDEM数值模型;非均质岩样单轴抗压强度、三轴抗压强度、巴西劈裂抗拉强度、等效粘聚力和等效内摩擦角随着非均质度m的增大,均呈指数增大,并向均质材料逼近;高应力非均质隧洞围岩随着m的增大,裂隙网络形态变化不大,均以共轭剪切破裂为主,并伴随少量拉伸裂隙,但围岩破坏程度和裂隙扩展范围呈指数降低。

关键词：非均质岩体 Weibull分布 FDEM 破裂碎胀变形非均质度隧洞围岩

基于卷积滤波的谱元法在长时程波场模拟中的应用

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1832-1838页

作者：任骏声张怀周元泽张振石耀霖中国科学院大学计算地球动力学重点实验室北京 100049

地震波波场数值模拟是深入认识复杂地下介质的重要手段.谱元法兼顾了有限元方法的传统优势,并提高了数值精度和稳定性,已成为目前地震波波场数值模拟中最常用的方法之一.随着超大规模并行计算的普及和发展,高分辨模拟所需的网格尺寸越... 详细信息

地震波波场数值模拟是深入认识复杂地下介质的重要手段.谱元法兼顾了有限元方法的传统优势,并提高了数值精度和稳定性,已成为目前地震波波场数值模拟中最常用的方法之一.随着超大规模并行计算的普及和发展,高分辨模拟所需的网格尺寸越来越小,网格规模越来越大,导致长时程模拟的大步长需求越来越高,成为倍受关注的研究热点.区别于传统的保结构算法,本文采用时间频散变换对时间离散引起的误差进行补偿,并引入空间滤波用于打破CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件对时间采样间隔的限制.为了克服谱元法中因为非均匀空间采样点引起的滤波频谱计算难题,本文采用空间卷积滤波替换传统频率域滤波,有效的降低了算法的计算需求.该滤波方法也适用于复杂起伏模型的波场模拟.将本文方法用于保结构算法,并针对四阶辛Nyström方法进行了测试,显著增大了四阶辛Nyström方法的时间采样步长.新方法可以有效的用于地球自由振荡的模拟以及其他需要长时程数值模拟的工作中.

关键词：长时程波场模拟卷积滤波谱元法 CFL条件数值稳定性

来源：博看期刊评论

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向量丛曲率正性与区域凸性和拟凸性的刻画

中国科学:数学 2024年

作者：邓富声胡金金中国科学院大学数学科学学院

本文用ā方程的L2估计给出C~n上区域拟凸性和Hermite向量丛曲率Nakano正性的等价刻画,用d方程的L2估计给出R~n上区域的凸性和Riemann向量丛曲率Nakano正性的等价刻画.这推广了第一作者和张旭俊（2021）在线丛情形的相应结果.

关键词： Hermite度量 Riemann度量 Nakano半正性最优L 估计

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基于准动态评估的桥上有砟轨道最优级配研究

铁道学报 2024年第4期46卷 130-137页

作者：陈嵘刘居真李俊锋刘淦中王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

道砟级配是有砟轨道的重要参数,对桥上有砟道床准动态稳定性和容重有较大影响。通过离散元法建立桥上有砟道床模型,研究各国级配下道床准动态稳定性差异;采用极限思维法,揭示各粒径含量对桥上有砟道床准动态稳定性的影响程度,并对道床... 详细信息

道砟级配是有砟轨道的重要参数,对桥上有砟道床准动态稳定性和容重有较大影响。通过离散元法建立桥上有砟道床模型,研究各国级配下道床准动态稳定性差异;采用极限思维法,揭示各粒径含量对桥上有砟道床准动态稳定性的影响程度,并对道床容重特性进行初探。结果表明:当桥上道床密度为1.7 g/cm~3时,道床横向阻力值为:俄罗斯B类>中国特级>中国一级>美国4A;大粒径道砟含量越高,道床横向阻力值越大;小粒径道砟含量增加,道床横向阻力值先减小后略有增大;为保证道床具有较高稳定性,建议小粒径道砟含量应大于0但不超过30%,中粒径道砟含量应不为0,大粒径道砟含量应不低于15.5%;采用最优级配区间所建立的桥上有砟道床具有工程上所青睐的道床容重特性。

关键词：有砟道床道床稳定性最优级配离散元法横向阻力

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锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及改性研究

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锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及改性研究

作者：李龙声广州大学

学位级别：硕士

锂离子电池（LIBs）是交通运输和便携式电子产品电气化的首选电源系统。在商用锂离子电池中,石墨是最常见的负极材料,然而,它的理论比容量(372 mAhg-1)是有限的。SiOC由于具有良好的热力学稳定性和较高的理论比容量,在众多负极材料之中... 详细信息

锂离子电池（LIBs）是交通运输和便携式电子产品电气化的首选电源系统。在商用锂离子电池中,石墨是最常见的负极材料,然而,它的理论比容量(372 mAhg-1)是有限的。SiOC由于具有良好的热力学稳定性和较高的理论比容量,在众多负极材料之中优势突出,但是其首次库伦效率（ICE）低、不可逆容量大和低电导率的问题阻碍了SiOC基材料的进一步应用。本文通过在SiOC基体中引入纳米Si@SiO2,大大提高了SiOC材料的ICE性能。研究了纳米Si@SiO2表面氧化层厚度和碳酸锂用量对复合材料性能的影响。此外,还详细讨论了SiOC材料的制备方法、实验条件及其微观形貌,其中各种原料和游离碳含量是主要影响因素。本文的主要研究内容如下:（1）以苯基三甲氧基硅烷为原料,通过微乳液法制备了具有球形微观形貌的SiOC前驱体,高温下热解生成无规则形貌的SiOC材料。通过控制碱性溶液的浓度得到表面氧化层厚度可控的Si@SiO2,可以减轻Si颗粒和SiOC前驱体之间的团聚现象,最终合成了一种具有缓冲体积变化的纳米结构Si@SiO2@SiOC（SSS）复合材料。结果表明采用0.1 mol L-1的Li OH制备出的SSS-0.1,其中大部分的SiOC都保持了热解前的球形形貌。该制备方法将SiOC材料的ICE从55.53%提升至SSS-0.1复合材料的68.52%。并且由SiOC作为Si@SiO2的基底,可以有效缓解Si@SiO2在充放电过程中的大体积膨胀。SSS-0.1电极在0.5 A g-1循环500圈后的比容量可达520.8 mAhg-1,对应的容量保持率是66.09%。（2）通过硅纳米颗粒和Li2CO3与SiOC的高温原位反应,首次构建了Si@SiOC@Li2Si2O5（SSL）复合材料。微观形貌表明,当掺入占前驱体质量为5%的Li2CO3时,球形硅纳米颗粒可均匀的分散嵌入于SiOC@Li2Si2O5基体中,同时纳米硅表面的氧化层转化为Li2Si2O5。掺入1%和2%的Li2CO3形成的Li2Si2O5不足以抵抗长循环下的体积膨胀,而10%的Li2CO3会致使复合材料形成多种硅酸锂,这大大降低了其可逆比容量。电化学测试结果可知:SSL-5%电极材料的ICE为72.78%,且在0.5 A g-1的电流密度下循环500次后,可逆比容量高达732.9 mAhg-1,容量保持率为91.52%。SSL-5%中硅酸锂（Li2Si2O5）层可以有效地提升复合材料的循环稳定性和ICE。此外,密度泛函理论（DFT）计算表明,SSL-5%与粘结剂聚丙烯酸（PAA）之间形成了许多O-H…O氢键和Li-O离子键,这对提高SSL-5%的循环稳定性起着至关重要的作用。（3）为了进一步得到具有高游离碳含量和纳米球微观形貌的SiOC材料,本文首次以苯基三乙氧基硅烷（Ph TES）和四乙氧基硅烷（TEOS）为原料,采用酸碱两步催化溶胶凝胶法制备了SiOC陶瓷纳米球前驱体,而后将间苯二酚和甲醛合理地引入SiOC前驱体纳米球中,经高温热解后可形成富碳SiOC@C。其中TEOS作为一种含有大量Si-O键的硅烷,与Ph TES缩合并热解可以制备出富有SiO2C2和SiO3C四面体单元的材料,这两种四面体单元结构可提供更高的可逆比容量,并且以该方法热解制备的SiOC@C为200-300 nm直径的纳米球。此外通过调控间苯二酚和甲醛缩聚物的热解温度可控制SiOC@C中的游离碳含量,进而提高SiOC@C的导电性。结果表明当热解温度为1000℃时可得到电化学性能最优的SiOC@C-2材料。SiOC@C-2电极在0.5 A g-1下循环400圈后的比容量为447.5 mAhg-1,对应的容量保持率为70.06%,且在2 A g-1的电流密度下充电比容量仍然可以达到385.8 mAhg-1。

关键词： SiOC Si@SiO2 Li2Si2O5 粘结强度高游离碳

不同热处理方式对AlSi10Mg 3D打印件的力学性能影响研究

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不同热处理方式对AlSi10Mg 3D打印件的力学性能影响研究

作者：陈昇声大连交通大学

学位级别：硕士

山区陡坡危岩体柔性被动防护网系统多级防护机理与方法研究

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山区陡坡危岩体柔性被动防护网系统多级防护机理与方法研究

作者：杨镇声重庆交通大学

学位级别：硕士

我国西南山区地形复杂多变,地质条件脆弱,危岩体引发的崩塌落石灾害频繁发生,严重威胁下方交通运输安全和城镇居民生活。随着我国“绿水青山就是金山银山”理念的普及,危岩体防护工程中的生态环境保护得到重视,柔性防护网系统应运而生... 详细信息

我国西南山区地形复杂多变,地质条件脆弱,危岩体引发的崩塌落石灾害频繁发生,严重威胁下方交通运输安全和城镇居民生活。随着我国“绿水青山就是金山银山”理念的普及,危岩体防护工程中的生态环境保护得到重视,柔性防护网系统应运而生。本文在重庆市交通行业科学技术项目“大规模桥隧集群高速公路高品质绿色建造与运维安全保障关键技术研究”支持下,依托城开高速蓼子特大桥处城口岸危岩体处治示范工程,通过理论分析与数值仿真,系统研究山区陡坡危岩体落石作用下柔性防护网系统综合防护机理与方法,完善山区陡坡危岩体被动防护理论与技术,对提升山区边坡危岩体灾害防护效能、降低落石灾害损失、规范化行业技术体系具有重要的工程实践意义。本文的主要研究内容与结论如下:(1)通过现场勘察、理论分析与数值模拟,揭示了山区陡坡危岩体落石运动特征与冲击作用,提出了城开高速蓼子特大桥城口岸危岩体空间分布特征、斜坡坡度角与瞬间摩擦系数等参数。采用二维模拟计算法、经验公式法分析了危岩体落石的运动轨迹与水平速度、角速度以及冲击动能之间的关系,在此基础上提出了山区陡坡危岩体设置柔性被动防护网的原则和方法。(2)根据山区陡坡危岩体落石运动特征,建立了柔性被动防护网三维多重非线性Abaqus有限元数值仿真模型,得到了柔性被动防护网系统在陡坡落石冲击下的渐次受力、变形规律与系统能量转换规律。结果表明:在陡坡落石冲击作用下,系统格栅主网、环形副网、钢柱、外侧上拉锚绳、侧向拉锚绳与内侧上拉锚绳依次进入变形与受力状态。系统各个构件变形曲线图均出现“单峰”特征,而应力曲线图只有内、外侧上拉锚绳出现“单峰”特征,其余构件均出现“双峰”特征。随着落石速度增大,被动防护网系统的动能吸收率降低,缓冲时间减少。(3)对比分析有限元数值仿真结果,揭示了陡坡落石冲击作用下柔性被动防护网系统防护机理。陡坡落石冲击作用下柔性被动防护网系统的防护过程主要划分为5个阶段:网绳结构受力变形、内侧上拉锚绳张紧、外侧上拉锚绳张紧、系统达到最大变形、系统动能逐渐平稳。通过上述5个阶段可有效减缓落石速度,达到对落石成功拦截的目的。(4)在柔性被动防护网系统防护机理基础上,开展了格栅主网密度、环形副网密度、钢柱间距与截面尺寸、钢柱约束方式等方面的参数敏感性分析,对被动防护网系统缓冲时间与效率进行优化。结果表明:采用格栅主网型号G/H/2.2/70/3×10、钢柱间距12m时防护网系统的防护效率最佳;通过合理调整钢柱间距和网绳结构规格参数,既能够提升系统的耐久性和稳定性,同时也考虑到经济性,在材料利用和总体成本上实现最佳平衡。(5)进一步针对山区陡坡危岩体落石灾害,在柔性被动防护网系统优化方案基础上,提出了多级柔性被动防护网系统布设方法,并研究了多级防护网系统的多层梯级防护能力。结果表明:与单级防护网相比,多级柔性被动防护网系统允许最大落石初速度提升了47.4%;在多级柔性被动防护网系统最大允许速度28m/s下,第四级系统所受冲击动能为单级系统的40.86%;在多级防护网系统拦截失败的情况下,第四级系统所受的冲击动能最小为原系统的43.48%。依托城开高速蓼子特大桥处城口岸危岩体处治示范工程,依据落石运动轨迹与最大动能提出了多级柔性被动防护网系统布设方法,能够显著降低山区陡坡危岩体落石的危害。

关键词：山区陡坡危岩体落石运动特征柔性被动防护网多级防护机理参数敏感性分析

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基于超启发式的混装作业车间批量流调度

计算机集成制造系统 2024年

作者：曾宇唐秋华江淦齐航成丽新武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院中车长春轨道客车股份有限公司

混装作业车间是作业车间的一类现实化拓展，经个性化加工与混流装配完成多类型复杂结构件的共线生产，其两阶段的批量分歧易导致阶段间衔接不畅或库存水平居高不下。针对混装作业车间批量流调度问题，以制造周期、总库存时间、生产切换... 详细信息

混装作业车间是作业车间的一类现实化拓展，经个性化加工与混流装配完成多类型复杂结构件的共线生产，其两阶段的批量分歧易导致阶段间衔接不畅或库存水平居高不下。针对混装作业车间批量流调度问题，以制造周期、总库存时间、生产切换次数最小化为优化目标，建立了包含加工批量、子批加工排序和产品装配排序三类决策的混合整数线性规划模型，并提出一种基于强化学习的超启发式算法（Reinforcement learning-based hyper-heuristic evolutionary algorithm， RLHEA）来求解。针对问题目标提出了基于多重规则的初始化；设计了能够同时探索多维解空间的交叉算子和针对目标的邻域搜索算子；基于目标导向融合算子设计了多套优化策略；提出了基于强化学习的超启发式算法框架，自适应推荐当前场景下最优的优化策略；提出了保留原解部分特性的重启策略，助力算法跳出局部最优。实验结果表明所提算法在多样性、收敛性和稳定性方面显著优于对比算法。所提模型和方法为制造行业提供了混装作业车间运行理论与技术支持，有利于精准调控在制品库存、稳定生产过程。

关键词：混装作业车间批量流混合整数线性规划模型超启发式强化学习