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基于深度学习的舰船及其要害部位检测算法

基于深度学习的舰船及其要害部位检测算法

作者：高兵吉林大学

学位级别：硕士

军舰及其要害部位检测是现代海上战争中军事目标打击的核心内容,对于推进高信息化、自主化的智能武器装备升级有着重要的意义。在实际检测任务中主要存在以下两个重难点问题:一是海面战场背景环境复杂,要害部位目标受像素占比低、位置... 详细信息

军舰及其要害部位检测是现代海上战争中军事目标打击的核心内容,对于推进高信息化、自主化的智能武器装备升级有着重要的意义。在实际检测任务中主要存在以下两个重难点问题:一是海面战场背景环境复杂,要害部位目标受像素占比低、位置分布密集、遮挡率高等因素影响严重,存在对要害部位小目标检测精度不足的问题;二是弹载终端设备计算和存储能力有限,传统的检测模型体积大、计算复杂,难以满足实际应用和部署要求。传统检测方法依赖人工设计特征算子,采用滑动窗算法识别目标,产生大量冗余信息,网络模型的综合性能难以得到有效提升。随着深度学习算法在目标检测领域的发展和应用,卷积神经网络以其出色的特征提取能力逐渐成为当前识别算法的核心内容,将具有高效、准确、轻量化等优点的检测算法应用到军舰及其要害部位检测任务中已经成为重点研究方向。本文结合上述检测算法存在的重难点问题展开研究,具体内容如下:首先,考虑当前在军舰及其要害部位检测领域尚未建立公开的数据集,本文实验中所使用的RS-Ship数据集为自主制作完成,收集具有明显要害部位特征的驱逐舰和护卫舰等军舰图像300余张,综合分析军舰的组成结构和武器装备要素,通过Labelme标注软件对军舰舰体(boat)、炮台(battery)、雷达(radar)和天线(antenna)等重点目标进行标记,建立完成训练所需数据集。其次,针对检测精度不足和网络结构复杂的问题,分别设计提出SEC-YOLOv5和GFS-YOLOv5两种军舰及其要害部位检测算法。其中SEC-YOLOv5算法借鉴Swin Transformer网络结构的思想设计改进主干部分C3模块,增强模型对细节特征的提取能力;引入CBAM注意力机制提高对重点区域特征信息的利用率;在特征融合部分设计使用C3EE模块扩大模型感受野;引用CIOU Loss损失函数提升模型的收敛速度和稳定性,大幅提升模型的检测精度。针对终端设备部署条件受限的实际,本文设计提出GFS-YOLOv5轻量化检测算法,在特征提取的主干部分设计使用结合Ghost卷积的轻量化C3Ghost模块,大幅降低模型的运算量和计算复杂度;使用GSConv卷积和Shuffle Attention注意力机制增强多尺度特征融合,减少特征信息的丢失;引用C2f模块使模型获得更加丰富梯度流信息;引用SIOU Loss损失函数提升预测框质量;使用合成雾处理技术进行训练数据增强,进一步提升模型的泛化能力。最后,基于RS-Ship军舰及其要害部位数据集进行消融实验,验证所提改进方法的有效性。为进一步衡量改进后算法的整体性能,分别在PASCAL VOC-2012数据集和Vis Drone-2019小目标数据集进行对比实验,通过与当前常用的目标检测算法进行对比证明,SEC-YOLOv5算法具有较高的识别精度,GFS-YOLOv5算法具有模型体积小、结构轻量化、检测精度高等优势,能够满足军舰及其要害部位检测任务需求。

关键词：军舰检测深度学习卷积神经网络轻量化

基于Landsat时间序列遥感影像的若尔盖高原湿地演变特征及其驱动因子定量分析

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环境科学 2024年

作者：杨漫刘恩勤杨扬高兵关磊成都理工大学地理与规划学院成都理工大学地球与行星科学学院

若尔盖湿地作为我国最大的高海拔沼泽湿地，对碳循环和气候调节有着不可替代的作用。但受全球变暖和人为因素影响，若尔盖湿地遭受了严重退化。基于谷歌地球引擎（GEE）遥感云平台和时间序列的Landsat影像，利用随机森林算法绘制了1990... 详细信息

若尔盖湿地作为我国最大的高海拔沼泽湿地，对碳循环和气候调节有着不可替代的作用。但受全球变暖和人为因素影响，若尔盖湿地遭受了严重退化。基于谷歌地球引擎（GEE）遥感云平台和时间序列的Landsat影像，利用随机森林算法绘制了1990～2020年若尔盖湿地精细分类图，并基于转移矩阵和景观格局指数分析湿地的时空变化规律和变化趋势，进而利用地理探测器定量分析湿地分布的影响因子。研究结果表明：①1990～2020年湿地平均总面积达3910km2，若尔盖湿地以沼泽草甸和湿草甸为主，两者平均面积之和占湿地面积的83.13%。1990～2010年，若尔盖湿地面积呈减少趋势，2010～2020年间湿地面积略有回升。②1990～2020年，湿地面积减少主要体现为湿草甸退化成高寒草地。不同湿地类型之间也存在转变情况，主要体现为沼泽草甸和湿草甸两者的转换。③1990～2010年，湿地景观趋于破碎化和复杂化，聚集度下降。2010～2020年，湿地破碎度有所降低，湿地景观变得集中。④坡度、气温和坡向是影响湿地分布的主要自然因素。同时，人口密度逐渐成为影响湿地分布的一个显著社会经济因素。结果可为若尔盖湿地保护规划提供科学支撑，为该地区生态保护和高质量发展服务。

关键词：高寒湿地谷歌地球引擎(GEE) 长时间序列景观格局地理探测器若尔盖

融合Transformer注意力的舰船要害部位检测

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计算机工程与应用 2024年

作者：高兵祝宇鸿吉林大学通信工程学院

针对舰船及要害部位检测任务的需求，本文设计了SEC-YOLOv5（Swin Transformer C3EE CBAM-YOLOv5）舰船及要害部位检测算法。SEC-YOLOv5算法利用Swin Transformer改进网络主干部分C3模块，增强模型对语义特征的提取能力，提升要害部位... 详细信息

针对舰船及要害部位检测任务的需求，本文设计了SEC-YOLOv5（Swin Transformer C3EE CBAM-YOLOv5）舰船及要害部位检测算法。SEC-YOLOv5算法利用Swin Transformer改进网络主干部分C3模块，增强模型对语义特征的提取能力，提升要害部位小目标的识别精度；使用CBAM注意力机制加权有效特征信息，提升特征信息利用率；设计C3EE（C3 Easy Effect）模块替换瓶颈层所有C3模块，扩大模型感受野，丰富模型的梯度信息流。基于RS-ship数据集验证本文所提算法，以原YOLOv5算法为基准进行逐模块的消融对比实验，实验结果表明，SEC-YOLOv5算法在增加少量参数量的前提下，将平均精度值mAP@0.5提高5个百分点。

关键词： Swin Transfomers 舰船检测卷积神经网络深度学习

氮肥与腐植酸配施对小麦/玉米氮素吸收和土壤理化性质的影响

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氮肥与腐植酸配施对小麦/玉米氮素吸收和土壤理化性质的影响

作者：高兵阳河南农业大学

学位级别：硕士

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阀段均压电极垢层超声导波检测分析

南方电网技术 2024年

作者：魏加强王帅高兵黄驰黄晨浩重庆大学电气工程学院国网湖南省电力公司电力科学研究院湖南大学电气与信息工程学院

目前换流站中，均压电极垢层厚度检测采用输电系统停运加人工拆卸的方式，具有很大的时间、人力成本以及结垢均压电极筛选的盲目性，亟需一种非拆卸式均压电极垢层在线检测方式。超声导波具有检测效率高、能量衰减度小等优点，因此基于... 详细信息

目前换流站中，均压电极垢层厚度检测采用输电系统停运加人工拆卸的方式，具有很大的时间、人力成本以及结垢均压电极筛选的盲目性，亟需一种非拆卸式均压电极垢层在线检测方式。超声导波具有检测效率高、能量衰减度小等优点，因此基于超声导波提出了一种非拆卸式的均压电极垢层厚度在线检测方法，并结合仿真及实验分析验证了其有效性。首先通过绘制聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride,PVDF)充水管道的频散曲线确定了超声导波大致激励频率范围40-100kHz，同时确定了采用纵向L(0,2)模态；然后进一步建立PVDF充水管道轴向纵截面有限元模型，通过计算确定了最佳激励频率为60kHz，并基于此模型分析了垢层厚度与接收信号幅值和时间上的变化规律，同时通过搭建实验平台对超声导波检测均压电极方法进行了验证。研究结果表明，采用纵向L(0,2)超声导波检测均压电极垢层具有模态数量少、频散弱等优势，且对不同垢层厚度的均压电极具有较好区分能力，为均压电极垢层无损检测提供了一定应用基础。

关键词：阀冷系统频散曲线超声导波均压电极超声时域分析

考虑永磁体偏置的超磁致伸缩换能器磁能损耗分析

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5409-5419,I0033页

作者：黄博浩赵能桐高兵杨明智杨文虎国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗... 详细信息

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗计算产生了较大挑战。因此,提出考虑永磁体偏置的换能器磁能损耗计算方法,首先,基于超磁致伸缩材料磁化和磁畴理论,推导永磁体偏置条件下的超磁致伸缩换能器磁能损耗数学机理模型。然后,利用微元思想,建立考虑永磁体偏置及棒材轴向磁场分布不均匀影响下的换能器磁能损耗计算模型,并通过有限元方法验证了模型的有效性。最后,搭建超磁致伸缩换能器损耗特性测试平台,通过分析不同工况下换能器的磁能损耗特性,验证所提模型的准确性。实验结果表明:提出的考虑永磁体偏置影响下的损耗计算模型,在换能器励磁频率50~1050Hz、磁通密度幅值0.01~0.25T工况下,模型结果与实测数据的平均误差为2.93%,可有效分析超磁致伸缩换能器的磁能损耗。

关键词：超磁致伸缩换能器(GMT) 永磁体偏置磁能损耗模型计算参数辨识

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两种不同固定化方法对木聚糖酶Xyn11A酶学性质的影响及在低聚木糖制备中的应用

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食品与发酵工业 2024年第10期50卷 17-23页

作者：李婵娟汪松波吴高兵武汉设计工程学院食品与生物科技学院湖北武汉430205 华中农业大学生命科学技术学院湖北武汉430070 华中农业大学植物科学技术学院湖北武汉430070

为了提高木聚糖酶Xyn11A的稳定性及在低聚木糖生产中的应用潜力,该研究利用有机-无机杂化纳米花技术和以氨基乙基-琼脂糖为载体共价结合法固定Xyn11A,制备了固定化酶Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)和Xyn11A-Agarose,并比较研究了2种固定化... 详细信息

为了提高木聚糖酶Xyn11A的稳定性及在低聚木糖生产中的应用潜力,该研究利用有机-无机杂化纳米花技术和以氨基乙基-琼脂糖为载体共价结合法固定Xyn11A,制备了固定化酶Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)和Xyn11A-Agarose,并比较研究了2种固定化酶的酶学性质,发现2种固定化酶的pH稳定性和热稳定性均有所提高,Xyn11A-Agarose稳定性更佳,在pH 4.0~4.5处理24 h后仍有40%~65%的残余活性,50℃处理3 h后仍有60%的残余活性。以榉木木聚糖为底物,与游离酶相比,Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)和Xyn11A-Agarose对底物的亲和力和催化效率有所降低,但有较好的重复使用次数。特别是Xyn11A-Agarose循环使用12轮后,仍有90%的残余活性。Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)水解甘蔗渣和玉米芯粉生成的低聚木糖中木二糖和木三糖含量最高,木四糖含量最低;而Xyn11A-Agarose催化生成的不同低聚木糖含量相当。2种固定化方法均能显著提高Xyn11A的稳定性,但Xyn11A-Agarose的稳定性和重复性优于Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2),表明Xyn11A-Agarose在生产低聚木糖中具有更大应用潜力。

关键词：木聚糖酶固定化酶学性质低聚木糖

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世界教育中心的内涵、特征与战略选择——兼论以北京为代表的世界教育中心城市建设

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中国教育学刊 2024年第2期 50-57页

作者：高兵方中雄北京教育科学研究院高等教育科学研究所北京100036 北京开放大学党委北京100081

世界教育中心是指在全球范围内起到教育理念、文化的影响或枢纽作用的一类地区,这类地区具有普遍认同的定性和定量衡量标准,同时受到不同历史时期政治、经济、文化的影响而具备不同的阶段特征。中国教育强国建设的推进依托于世界教育中... 详细信息

世界教育中心是指在全球范围内起到教育理念、文化的影响或枢纽作用的一类地区,这类地区具有普遍认同的定性和定量衡量标准,同时受到不同历史时期政治、经济、文化的影响而具备不同的阶段特征。中国教育强国建设的推进依托于世界教育中心的建设。北京作为中国首都,在探索具有时代特征、中国特色的教育体系上具有领头羊的作用,从世界教育中心共性特征、阶段性特征和个性特征来看,都具有成为世界教育中心的现实基础,肩负着代表国家参与全球竞争和增强教育话语权、主导权的历史重任。在建设世界教育中心过程中,应深化完善高质量教育体系,推进教育、科技、人才融合发展,创新教育发展动能,进一步提升教育治理的精细化水平,为世界教育改革发展提供“北京方案”。

关键词：世界教育中心教育强国教育现代化中国智慧教育中心城市

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换流阀冷却系统均压电极垢层沉积声学检测方法研究

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电工技术学报 2024年

作者：高兵黄驰黄晨浩王帅杨明智湖南大学电气与信息工程学院中国船舶集团有限公司第七一〇研究所

均压电极结垢是导致换流阀冷却系统故障的主要原因之一，传统检修采取的定期拆卸检测方式具有较大的盲目性且易造成系统漏水等故障。现有水质监测或间接检测法不能直接反映垢层沉积情况，而声学检测具有灵敏度高、检测速度快等优点。因... 详细信息

均压电极结垢是导致换流阀冷却系统故障的主要原因之一，传统检修采取的定期拆卸检测方式具有较大的盲目性且易造成系统漏水等故障。现有水质监测或间接检测法不能直接反映垢层沉积情况，而声学检测具有灵敏度高、检测速度快等优点。因此，本文提出了换流阀冷却系统均压电极垢层声学检测方法。首先，根据均压电极结垢特点，提出了适用于均压电极垢层的声学检测装置设计方法；其次，搭建了阀冷系统实验平台，在噪声环境中检验了装置的抗干扰性能，并对比分析无/有垢条件下的回波信号差异性；最后，从回波信号中提取电极垢层厚度的特征指标，建立了其与垢层厚度的数学映射关系，并进一步提出了垢层厚度预测策略，结果表明特征指标减小率与垢层厚度满足Boltzmann数学关系，能够可靠表征电极垢层厚度的变化过程，为均压电极的检修提供指导依据。

关键词：换流阀冷却系统均压电极垢层厚度声学检测特征指标