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基于串并行双分支网络的冲击波信号重构方法

振动与冲击 2024年第6期43卷 38-49页

作者：孙传猛陈嘉欣原玥裴东兴马铁华中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

通过有限测点数据重建冲击波场内压力分布、通过残缺数据重构完整的冲击波压力曲线,对武器威力以及目标毁伤评估具有重要价值。针对爆炸冲击波信号重构问题,建立Res-GRU分支以串行方式捕捉冲击波超压信号局部时序依赖关系;建立Transfor... 详细信息

通过有限测点数据重建冲击波场内压力分布、通过残缺数据重构完整的冲击波压力曲线,对武器威力以及目标毁伤评估具有重要价值。针对爆炸冲击波信号重构问题,建立Res-GRU分支以串行方式捕捉冲击波超压信号局部时序依赖关系;建立Transformer分支以并行方式分析信号全局潜在特征;建立特征融合单元进行高阶特征融合,实现不同阶段信息逐层互补;进而构建了基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)和Transformer模型的串并行双分支网络(G-TNet)。试验研究表明:G-TNet综合考量了信号的时序关系、数据变化规律等特征信息;在基于有限测点数据的冲击波场压力分布重构试验中,重建的模拟、实测超压数据与原始值之间均方误差(mean square error,MSE)分别为5.0×10^(-6)、1.2×10-3,平均峰值误差分别为0.49%、27.01%,平均正压时间误差分别为15.62%、15.91%,平均比冲量误差分别为17.66%、19.33%;在基于残缺数据的冲击波压力曲线重构试验中,重构的模拟、实测信号的缺失值与原始值之间MSE分别为5.0×10^(-6)和5.0×10^(-4),平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.0010和0.0171;G-TNet重构结果优于主流方法,满足爆炸冲击波压力重构指标要求。

关键词：动态测试冲击波超压信号重构深度学习特征融合

复杂场景下无水尺水位的影像水位反演智能检测方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 558-568页

作者：孙传猛魏宇李欣宇马铁华武志博中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能... 详细信息

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能检测技术:①引入YOLOv5对水位线(水岸分界线)进行检测,并利用线性拟合方法获得实际水位线;②针对水位线在延伸方向无限大而在其法向无限小特点,提出强化中尺度特征的多层级特征融合方法改进原YOLOv5算法;③利用卡尔曼滤波引入水位历史信息作为先验知识,提高本技术对复杂恶劣环境的泛化性能;④将图像中事先标定的固定的标志物加入到深度学习网络中训练,根据标志位真实尺寸解算实际水位高程,实现无水尺检测方案。相关试验和实践表明,改进的YOLOv5更加轻量化;本文所述水位智能检测技术斜率准确性为97.3%,较原算法提高了2.4%;截距准确性为99.3%,较原算法提高了0.5%;在夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,误差小于0.1 m。

关键词：水位识别无水尺水位检测深度学习 YOLOv5 卡尔曼滤波

基于CycleGAN和Pix2Pix的轨面缺陷图像智能生成技术

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铁道学报 2024年第2期46卷 122-130页

作者：陈嘉欣孙传猛葛耀栋李欣宇靳书云李勇中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电气与控制工程学院山西太原030051 华北计算机系统工程研究所北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为解决基于人工智能的高动态高精度轨道巡检技术的小样本学习难题,提出基于CycleGAN和Pix2Pix生成的对抗网络模型,实现小样本数据集语义特征学习和钢轨轨面缺陷数据的智能生成。其中,Pix2Pix模型生成特定类别的轨面图像;而CycleGAN模型... 详细信息

为解决基于人工智能的高动态高精度轨道巡检技术的小样本学习难题,提出基于CycleGAN和Pix2Pix生成的对抗网络模型,实现小样本数据集语义特征学习和钢轨轨面缺陷数据的智能生成。其中,Pix2Pix模型生成特定类别的轨面图像;而CycleGAN模型将无缺陷轨面图像转换成有缺陷轨面图像,且缺陷样式不受定式约束。因此,在维持轨面缺陷类别不变而形态各异的基础上,实现了轨面缺陷数据集的大规模增强,解决了小样本数据集存在的数据分布不平衡、数据缺乏多样性以及数据标注难度高等难题。利用VGG19、YOLOv5和UNet进行性能测试,试验表明:生成的轨面缺陷图像增强数据集在图像分类任务中的准确率为81.177%,较原数据集增加了23.138%;在目标检测任务中,准确率为91.90%,增加了26.60%,召回率为87.20%,增加了16.00%,均值平均精度为93.50%,增加了18.30%;在语义分割任务中Dice得分为71.015,较原数据集提高6%。研究结果对解决轨道巡检技术小样本学习难题具有重要应用价值。

关键词：轨道巡检生成对抗网络数据集增强小样本学习

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基于身管应变的小口径火炮弹丸速度测试方法

兵器装备工程学报 2024年

作者：王宇秦培誉裴东兴孙传猛王亚军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室西北机电工程研究所北京市计量检测科学研究院

针对传统火炮弹丸速度测试方法中存在难以获取整条速度曲线、易受环境影响、体积庞大、成本较高、操作复杂等问题，提出了一种基于身管应变的小口径火炮弹丸速度测试方法。基于30 mm口径火炮设计了应变测试仪，实现身管外壁应变测试。... 详细信息

针对传统火炮弹丸速度测试方法中存在难以获取整条速度曲线、易受环境影响、体积庞大、成本较高、操作复杂等问题，提出了一种基于身管应变的小口径火炮弹丸速度测试方法。基于30 mm口径火炮设计了应变测试仪，实现身管外壁应变测试。根据厚壁圆筒理论计算得出火炮膛压曲线，通过弹底压力解算模型得出弹底压力曲线，与弹载存储测试方法得到的弹底压力曲线进行对比。结合弹丸运动方程得出弹丸速度曲线，采用四阶龙格库塔算法建立弹丸速度仿真模型，将应变测试、弹载存储测试得到的弹丸速度曲线与仿真曲线进行对比。结果表明：应变测试、弹载存储测试与仿真弹丸速度曲线趋势基本吻合，最大速度误差分别为1.1%和0.5%，验证了应变测试方法的可行性，为小口径火炮弹丸测速开辟了新途径。

关键词：弹丸速度小口径火炮身管应变测试弹底压力

层理方向对含预制裂纹页岩Ⅰ型断裂特性的影响

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矿业安全与环保 2024年第1期51卷 1-6页

作者：李勇胡双杰桂辉高孙传猛甘涛李银重庆大学资源与安全学院重庆400044 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

层状页岩受内部层理方位分布特征的影响,其力学性质常表现出明显的各向异性特征。为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响,针对不同层理倾角β、预制裂纹角度为0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验。试验结... 详细信息

层状页岩受内部层理方位分布特征的影响,其力学性质常表现出明显的各向异性特征。为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响,针对不同层理倾角β、预制裂纹角度为0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验。试验结果表明,试件的Ⅰ型标准化应力强度因子YⅠ会随着层理倾角的变化呈现出明显的差异性,并与层理倾角呈现出良好的三次函数关系,且仅在层理倾角β为0°和90°时,试件表现为纯Ⅰ型断裂模式,即层理倾角的变化会改变试件的断裂模式。同时,试件的Ⅰ型断裂韧度随着层理倾角的增大而逐渐减小,并与层理倾角呈二次函数关系;当层理倾角与预制裂纹角度垂直时,试件的Ⅰ型断裂韧度最大;而当层理倾角和预制裂纹角度平行时,试件的Ⅰ型断裂韧度最小。另外,基于扩展有限元法(XFEM),对半圆盘层状页岩试件的破断机制进行研究,验证了试验和计算结果的准确性。

关键词：页岩层理方向 Ⅰ型断裂断裂韧度扩展有限元法裂纹扩展

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基于深度学习的恶劣战场环境图像恢复方法

控制与决策 2024年第4期39卷 1297-1304页

作者：孙传猛陈嘉欣裴东兴马铁华祖静任一峰中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

为实现恶劣战场环境下降质图像的有效恢复、降低环境因素对战场态势感知的干扰,构建一种全新的、端到端的图像恢复方法——门控采样网络(GSNet).该网络以编码块-解码块为基本架构,以CNNs与门控卷积为编码与解码机制,以压缩和激励网络为... 详细信息

为实现恶劣战场环境下降质图像的有效恢复、降低环境因素对战场态势感知的干扰,构建一种全新的、端到端的图像恢复方法——门控采样网络(GSNet).该网络以编码块-解码块为基本架构,以CNNs与门控卷积为编码与解码机制,以压缩和激励网络为编码块与解码块的连接机制,以高阶信息重要程度的重标定区分目标与背景特征,以通道粒度因子压缩方法为轻量化策略,实现对战场恶劣环境图像的快速恢复.相关实验结果表明,GSNet模型可使PSNR达到19.35 dB,并且SSIM达到0.724,无论是客观指标评价还是主观视觉效果,性能均优于对比的主流图像恢复算法;轻量级GSNet模型在较小提升PSNR、SSIM等指标的情况下,其参数量、FLOPs以及单张图像处理时间分别降低56.6%、54.6%和55.56%.

关键词：图像恢复恶劣战场环境深度学习门控卷积压缩和激励网络轻量化

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层叠型缓冲靶板对弹载测试仪的保护作用研究

兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 34-41页

作者：高原马淋涛王宇孙传猛裴东兴余赟湦中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 华东光电集成器件研究所安徽蚌埠233042

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述... 详细信息

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述弹丸对靶板的压缩和侵彻行为,并结合动量守恒和能量守恒定律计算出靶板参数和传递到靶板上的冲量的关系。使用ANSYS/LS-DYNA建立弹丸正侵彻靶板模型,弹丸速度为200 m/s、质量为5.5 kg,仿真结果表明:3层总厚度450 mm的泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式能有效消除尖峰脉冲并缩短弹丸对靶板的作用时间,加速度均值约为7 000g,脉宽为2.8 ms。受条件限制,空气炮试验采用弹丸质量为5.5 kg、速度为150 m/s,并将缓冲靶板的单层厚度减小到100 mm,结果表明:在泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式下,弹丸结构和测试仪功能完好,加速度均值约为27 000g,脉宽为0.55 ms。

关键词：空气炮弹载测试仪加速度缓冲靶板有限元仿真

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复杂恶劣环境下水位智能检测方法研究

电子测量与仪器学报 2023年第11期37卷 119-131页

作者：王宇魏宇孙传猛武志博李勇中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

实现智能化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位信息变化情况。针对现有技术不能满足夜晚、雾天、雨天、漂浮物遮挡、灯光阴影等复杂恶劣环境下的水尺水位的影像水位反演(小目标特征)识别需求,提出一种融合改进YOLOv5与RankS... 详细信息

实现智能化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位信息变化情况。针对现有技术不能满足夜晚、雾天、雨天、漂浮物遮挡、灯光阴影等复杂恶劣环境下的水尺水位的影像水位反演(小目标特征)识别需求,提出一种融合改进YOLOv5与RankSE的水位智能检测方法。首先,采用强化小尺度特征的多层级特征融合方法来改进YOLOv5算法,以强化对小目标的捕捉能力;其次,融入RankSE模块进一步提升对小目标的感知能力;最后,提出一种全新的水位高程解算方案,仅需利用部分水尺锚框信息即可获得准确的水位高程信息,极大提升了检测方法的鲁棒性。研究结果表明,本文所述方法水位检测相对准确度达98.5%,较原算法提高了8.4%;在复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,最大误差仅为0.11 m。研究结果有效提升了复杂恶劣环境下水位检测的准确性。

关键词：复杂恶劣环境水位智能检测 YOLOv5 水尺

融合OBE与PAD理念的智能控制课程教学模式研究

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高等工程教育研究 2022年第1期70卷 157-162页

作者：孙传猛杜红棉李晓史元浩中北大学电气与控制工程学院

在"新工科"建设和工程专业认证指导思想下,本文分析了智能控制课程特点、教学现状及存在的问题,提出融合成果导向教育与对分课堂理念的智能控制课程教学模式,形成以教师为中心的授课环节、以学生为中心的拓展环节、以成果为导向的考核... 详细信息

在"新工科"建设和工程专业认证指导思想下,本文分析了智能控制课程特点、教学现状及存在的问题,提出融合成果导向教育与对分课堂理念的智能控制课程教学模式,形成以教师为中心的授课环节、以学生为中心的拓展环节、以成果为导向的考核环节等互相耦合的教学活动体系。中北大学电气工程与智能控制专业教学实践表明,该模式可有效提升智能控制课程教学水平和学生运用智能控制技术的能力,具有良好的教学效果。

关键词：智能控制 OBE理念对分课堂 “新工科”建设