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复杂场景中人群流分割方法研究及其在人群运动描述中的应用

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复杂场景中人群流分割方法研究及其在人群运动描述中的应用

作者：倪启立扬州大学

学位级别：硕士

公共安全受到人们的广泛关注,与此同时大量公共场所都安装了视频监控设施,每天都会产生海量的监控视频,单纯依靠人工监视的方式很难及时处理如此海量的数据。因此亟需开展智能监控技术的研究,从而减轻人工监视的工作量,最终完全取代人... 详细信息

公共安全受到人们的广泛关注,与此同时大量公共场所都安装了视频监控设施,每天都会产生海量的监控视频,单纯依靠人工监视的方式很难及时处理如此海量的数据。因此亟需开展智能监控技术的研究,从而减轻人工监视的工作量,最终完全取代人工监视。公共场景的环境异常复杂、监控视频分辨率往往也很低、人群运动状态复杂多变等诸多因素造成了自动分析和理解人群行为的任务极具挑战性。虽然公共场所的人群整体表现为杂乱无章的运动,但实际上是局部有序的,如果能够获得每个运动一致区域,则会便于分析人群运动。为此,本文开展了人群流分割方法的研究,并提出了基于人群流分割方法的人群运动状态描述模型。现有方法大多采用了聚类算法进行人群运动分割,这些聚类算法需要指定聚类簇的个数或者聚类门限。然而,很难选取能够适应不同人群场景的参数,这极大地限制了这些方法的应用。本文首次将深度学习引入到人群流分割中,提出了一种深度运动转换网络将人群流分割转换为不同运动状态人群区域的检测,避免了基于聚类方法的参数选择难题。该模型首先将运动信息转换为了视觉三元组表示,然后利用金字塔网络提取特征,接着利用区域检测网络检测运动一致的人群区域,最后通过背景去除网络得到像素级的人群流分割结果。在真实场景的监控视频上,我们进行了大量人群分割的测试,实验结果表明提出的深度运动转换网络能够避免参数选择难题,同时取得了了比以往方法更好的分割效果。所提到的深度运动转换网络是一种有监督模型,为了避免繁重的标记任务,本文进一步提出了一种基于运动对比度增强的无监督人群运动分割模型,同时能够避免参数选择难题。该人群流分割方法首先根据运动场中运动和噪音的分布特点对运动的对比度进行增强,然后采用自适应阈值分割算法获得各不同的运动状态基本一致区域的轮廓,最后通过标记符分水岭算法获得各运动状态基本一致的区域,从而实现人群流的分割。在大量复杂人群场景监控视频上,通过人群分割实验验证了该方法的有效性和分割的准确性。在获得各运动状态基本一致区域的基础上,本文提出了一种能量模型用于描述人群运动。所提能量模型通过描述影响人群运动状态稳定性的能量,推演出整个人群运动的状态变化,从而实现异常的预警。在大量真实场景的实验中所提的人群运动状态描述模型的预测结果与实际的人群运动变化趋势基本一致。最后我们设计并实现了一个人群运动状态分析系统,该系统包括友好的用户交互界面、选择人群流分割方法、根据分割结果生成人群运动状态能量变化的折线图从而实现对人群未来运动状态的预判以及查看本地人群运动状态分析结果文件等功能。

关键词：人群运动人群流分割深度运动转换网络运动对比度增强人群运动状态分析

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基于运动对比度增强的人群运动分割方法

计算机科学 2023年第S1期50卷 435-441页

作者：张新峰倪启立陈舒涵杨宝庆李斌扬州大学信息工程学院(人工智能学院) 江苏扬州225127

公共场所监控视频中的人群运动状态复杂多变,很难通过检测或者跟踪每个个体来实现整个人群运动状态的分析,将人群分割成运动状态基本一致的区域成了了解和分析人群运动状态的有效途径。有监督的人群运动分割方法需要提供数据标注代价极... 详细信息

公共场所监控视频中的人群运动状态复杂多变,很难通过检测或者跟踪每个个体来实现整个人群运动状态的分析,将人群分割成运动状态基本一致的区域成了了解和分析人群运动状态的有效途径。有监督的人群运动分割方法需要提供数据标注代价极高的像素级的训练集,因此无监督的聚类方法成为了更有前途的人群运动分割方法。然而,由于描述人群运动的局部特征通常是逐渐变化的,导致基于聚类的无监督方法需要针对不同的人群场景选择不同的参数,这很难适应各种不同的应用场景。为此,文中提出了一种基于运动对比度增强的人群运动分割方法。该方法是一种无监督模型,首先根据运动场中运动和噪声的分布特点增强不同运动状态之间的对比度,然后结合自适应阈值分割算法和标记符分水岭算法来提取每个运动状态基本一致的区域,避免了无监督聚类方法参数难以恰当选择的难题。在获得人群运动分割结果的基础上,文中提出了一种能量模型用于描述人群运动状态的稳定性。该能量模型通过推演出整个人群运动状态的变化过程来实现对异常人群运动状态的提前预警。在不同类型的复杂人群运动状态的场景中进行人群运动分割的实验,实验结果验证了基于运动对比度增强的人群运动分割方法的有效性和分割的准确性,以及所提能量模型的有效性。

关键词：人群运动分析运动对比度增强人群运动分割能量模型异常预警

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养殖水质智能监控系统研究及装置设计

养殖水质智能监控系统研究及装置设计

作者：裴启立扬州大学

学位级别：硕士

基于图注意力网络的风力发电机齿轮箱故障诊断

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太阳能学报 2024年第1期45卷 265-274页

作者：谭启瑜马萍张宏立王妮妮新疆大学电气工程学院乌鲁木齐830017

针对风力发电机齿轮箱故障振动信号的非平稳性、特征混叠和诊断正确率低等问题,提出一种基于图注意力网络(GAT)的风力发电机齿轮箱故障诊断方法。首先利用原始振动信号的频谱定义节点和边,将故障信号构造为可视图;然后将可视图数据作为... 详细信息

针对风力发电机齿轮箱故障振动信号的非平稳性、特征混叠和诊断正确率低等问题,提出一种基于图注意力网络(GAT)的风力发电机齿轮箱故障诊断方法。首先利用原始振动信号的频谱定义节点和边,将故障信号构造为可视图;然后将可视图数据作为输入,在GAT中嵌入邻居自注意力机制使其自适应提取可视图信号的节点特征和结构特征;最后使用分类器对提取的节点特征进行分类识别。通过行星齿轮箱数据集和风力发电机齿轮箱数据集的实验,结果表明与机器学习、深度学习以及其他图神经网络相比,所提方法准确率更高,鲁棒性和抗噪性更好,可有效实现端到端的智能故障诊断。

关键词：风力发电机齿轮箱故障诊断可视图图注意力网络

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甲烷柱浓度红外高光谱遥感反演与验证

遥感学报 2024年第8期28卷 1968-1985页

作者：周敏强倪启晨王佳欣蔡兆男南卫东王普才中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测试验站廊坊065400

甲烷(CH_(4))浓度变化是当前气候变化研究中的一个焦点问题。红外高光谱遥感技术已经成为探测大气CH_(4)浓度变化的重要技术手段。本文针对红外高光谱CH_(4)地基遥感反演技术,介绍了国际上重要的观测网络,包括TCCON(Total Carbon Column... 详细信息

甲烷(CH_(4))浓度变化是当前气候变化研究中的一个焦点问题。红外高光谱遥感技术已经成为探测大气CH_(4)浓度变化的重要技术手段。本文针对红外高光谱CH_(4)地基遥感反演技术,介绍了国际上重要的观测网络,包括TCCON(Total Carbon Column Observing Network),NDACC-IRWG(Network for the Detection of Atmospheric Composition Change-the Infrared Working Group)和COCCON(COllaborative Carbon Column Observing Network),讨论了这些观测网络的主要特点,包括观测仪器、波段设置、反演算法、产品特性等。针对红外高光谱CH_(4)浓度卫星遥感反演,概述了国际上的CH_(4)卫星遥感发展现状。同时,以日本GOSAT(Greenhouse gases Observing SATellite)卫星为例,探讨了卫星CH_(4)遥感地基验证工作中的关键技术,阐明了地基遥感对于卫星CH_(4)遥感产品改进的重要性。最后,利用TCCON香河站的观测资料,对最新版的TROPOMI(TROPOspheric Monitoring Instrument)卫星CH_(4)观测反演数据产品进行了地基验证,表明在华北地区TROPOMI CH_(4)柱浓度产品达到了其观测精度目标设定要求;TROPOMI观测得到的CH_(4)柱浓度年增长率要略高于TCCON的观测结果,两者相差0.263±0.172%/a;地基与卫星的差值具有季节变化特征,春季卫星的观测值大于TCCON观测值约0.3%,秋季卫星的观测值小于TCCON观测值约0.2%。

关键词：遥感甲烷柱浓度地基傅里叶光谱卫星验证 TROPOMI

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矢量泵喷推进潜航器回转性能研究

船舶力学 2024年第1期28卷 45-54页

作者：韩伟邓倪兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省流体机械重点实验室兰州730050

泵喷推进器已经逐渐成为现代潜航器的首选,矢量推进器也在航空航天领域得到了广泛的应用。为了解决传统依赖船舵控制在低航速下控制效率低的问题以及提高潜航器回转性能,矢量推进器在潜航器上的应用已逐步成为国内外关注的热点。本文考... 详细信息

泵喷推进器已经逐渐成为现代潜航器的首选,矢量推进器也在航空航天领域得到了广泛的应用。为了解决传统依赖船舵控制在低航速下控制效率低的问题以及提高潜航器回转性能,矢量推进器在潜航器上的应用已逐步成为国内外关注的热点。本文考虑大舵角(喷管偏角)下潜航器各参数非线性的影响,建立潜航器水平面操纵运动的非线性模型。通过仿真研究分析船-舵-推进器、船-矢量推进器和船-舵-矢量推进器三种不同的控制方法下潜航器在低航速、控制泵喷推进器转速、控制潜航器轴向航速三种不同条件下作水平面回转运动时的回转性能,结果表明矢量泵喷推进器可以有效改进潜航器的回转性能。

关键词：潜航器泵喷推进矢量推进器操纵

稀薄流高超声速钝化前缘逆向射流流场特征研究

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推进技术 2024年第1期45卷 114-123页

作者：倪子健方蜀州北京理工大学宇航学院北京100081

为准确预测稀薄过渡区逆向射流对稀薄大气的干扰流动特征,本文采用直接蒙特卡洛算法(DSMC),在自由流马赫数为7的情况下,对稀薄流中逆向射流干扰下的高超声速流动进行了数值模拟。计算中考虑了60~90 km高度的典型大气环境,研究了压比和... 详细信息

为准确预测稀薄过渡区逆向射流对稀薄大气的干扰流动特征,本文采用直接蒙特卡洛算法(DSMC),在自由流马赫数为7的情况下,对稀薄流中逆向射流干扰下的高超声速流动进行了数值模拟。计算中考虑了60~90 km高度的典型大气环境,研究了压比和自由流克努森数对压力、剪切力和热流密度的影响规律。结果表明,逆向射流改变了流场结构,且具有明显的热防护性能,但减阻效果不明显。逆向射流对高超声速稀薄来流的影响随压比的增加明显增强,形成的马赫盘大小也随之增加。高度的增加伴随稀薄效应不断增强,自由流克努森数增大,导致弓形激波厚度随高度增加而增加,壁面处的回流区范围不断减小至消失。这项研究初步揭示了稀薄流中逆向射流/高超声速流动相互作用的机制。

关键词：逆向射流临近空间直接模拟蒙特卡洛高超声速稀薄气体

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可见-近红外二区双通道荧光成像系统

红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 413-420页

作者：刘雯倪沪桅钱骏浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室物理与电子工程学院浙江金华321004 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心光电科学与工程学院先进光子学国际研究中心浙江杭州310058

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用... 详细信息

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-Ⅱ窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

关键词：荧光成像技术双通道宏观成像系统近红外二区临床手术导航

生态风险与生态系统健康对生态系统服务的影响

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地理学报 2024年第5期79卷 1303-1317页

作者：朱青蔡永立上海交通大学设计学院风景园林系上海200240 自然资源部国土空间生态治理数字工程技术创新中心上海200240 云南洱海湖泊生态系统国家野外科学观测研究站大理671000

生态风险、生态系统健康和生态系统服务是描述区域生态安全的关键特征。生态风险和生态系统健康分别代表生态系统的压力侧和状态侧,二者相互作用共同影响着生态系统服务。鲜有研究将生态风险、生态系统健康和生态系统服务联系起来分析... 详细信息

生态风险、生态系统健康和生态系统服务是描述区域生态安全的关键特征。生态风险和生态系统健康分别代表生态系统的压力侧和状态侧,二者相互作用共同影响着生态系统服务。鲜有研究将生态风险、生态系统健康和生态系统服务联系起来分析三者之间的影响机制。本文选择淮河流域为研究区,通过InVEST模型和最大熵模型从空间上量化生态系统的供给服务、调节服务和文化服务;采用增强回归树算法和结构方程模型探究生态风险要素(自然灾害风险、人类活动风险和景观格局风险)和生态系统健康要素(活力、组织力和恢复力)对不同生态系统服务类型的影响程度和路径。结果表明,2020年淮河流域的生态系统供给服务、调节服务和文化服务的空间异质性明显,三者整体处于较低等级水平。区域生态安全特征之间的作用路径包括生态风险→生态系统服务和生态风险→生态系统健康→生态系统服务,其中活力对供给服务的直接正向影响较大,但恢复力的直接抑制作用更为明显,相对重要性为32.79%;恢复力对调节服务的直接促进作用最强,相对重要性为70.52%,其次是人类活动风险的间接抑制作用;人类活动风险对文化服务具有最高的直接正向影响和较弱的间接负向影响,相对重要性为55.40%。研究结果有助于深化人们对生态风险、生态系统健康与生态系统服务之间内在关系的认识,为区域生态系统管理和决策提供科学依据。

关键词：生态安全特征内在关系影响机制淮河流域