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改进胶囊网络在图像识别中的应用

应用数学进展 2022年第4期11卷 1728-1739页

作者：巩瑞鑫贺衎太原理工大学数学学院山西晋中

图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对象的技术,并对质量不佳的图像进行一系列的增强与重建技术手段,从而有效改善图像质量。本文用改进胶囊网络对MNIST数据集进行训练。胶囊是一组神经元,... 详细信息

图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对象的技术,并对质量不佳的图像进行一系列的增强与重建技术手段,从而有效改善图像质量。本文用改进胶囊网络对MNIST数据集进行训练。胶囊是一组神经元,其活动向量表示一种特定类型的实体的实例化参数,它的长度代表实体存在的概率,方向代表实体的实例化参数,低层的活性胶囊,依据转移矩阵对高层胶囊的实例化参数进行预测,当多个预测一致时,高层胶囊被激活。本文利用spread损失来代替margin损失,避免过早出现“失活”胶囊,并且在不添加重构子网络的情况下,对不同路由迭代次数进行研究,确定路由迭代次数对分类准确率的影响,并确定模型最优参数。研究表明该模型在未做增强和扩展处理的MNIST数据集上的误分率低至0.32%。同时,改进胶囊网络在Fashion-MNIST,CIFAR-10数据集上也表现出了良好的性能。

关键词：图像识别卷积神经网络胶囊网络手写数字识别

柔性二氧化硅气凝胶的制备及其孔结构与热导率关系研究

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柔性二氧化硅气凝胶的制备及其孔结构与热导率关系研究

作者：巩升鑫北京化工大学

学位级别：硕士

二氧化硅气凝胶是以气体为分散介质的高孔隙率轻质纳米材料,丰富的微孔结构使其集聚低密度、高孔隙率、高比表面积、低折射率、低热导率和低介电常数等多种优异特性,近年来在航天航空、新能源、交通设施等领域实现轻量化、防隔热、降噪... 详细信息

二氧化硅气凝胶是以气体为分散介质的高孔隙率轻质纳米材料,丰富的微孔结构使其集聚低密度、高孔隙率、高比表面积、低折射率、低热导率和低介电常数等多种优异特性,近年来在航天航空、新能源、交通设施等领域实现轻量化、防隔热、降噪等方面成为首选新材料。然而,由于气凝胶在溶胶-凝胶、超临界干燥制备等过程中不可避免在结构中产生大量对隔热作用“无效的大孔”,尽管采用多种纤维增强气凝胶复合工艺,但在实际应用中呈现的最大问题是脆性结构表现出弹性、韧性不足,隔热性能稳定性差,严重限制长期使用效果。因此,气凝胶应用需要解决的关键问题是如何增强气凝胶“自身骨架结构”和消除“大孔的危害贡献”。本论文设计选用甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和二甲基二甲氧基硅烷（DMDMS）为前躯体制备高柔性二氧化硅气凝胶。通过调控聚合过程中反应物比例,提高反应物交联程度增强骨架颈部厚度进而达到提升气凝胶力学性能的目的;其次在气凝胶合成过程中加入填充剂,以此分割气凝胶网络骨架间大孔获得更多有效的微孔结构;再次经高温处理调整气凝胶骨架收缩实现减小大孔孔径,最终进一步降低导热系数。本论文主要的研究内容和结论如下:（1）柔性二氧化硅气凝胶的制备及其结构性能研究:选用MTMS和DMDMS来制备柔性二氧化硅气凝胶。控制MTMS和DMDMS的比例来调控气凝胶柔性。随着DMDMS添加量的增多,二氧化硅气凝胶微观形貌由无规则块状转变为球状。气凝胶压缩模量随着DMDMS的添加由0.56 MPa减小到0.085 MPa,导热系数由0.0967W/（m K）减小到0.0815 W/（m K）。选择具有最低压缩模量（0.085 MPa）的气凝胶（MD-35）进行高温煅烧,探究不同高温热处理对该气凝胶柔性的影响。实验结果表明:经过高温煅烧,气凝胶微粒直径呈现出先增大后减小的规律。未处理时,微粒平均直径为4.6μm,200℃煅烧后微粒直径变为5.4μm,400℃煅烧后微粒直径为5μm,高于400℃处理的气凝胶微粒直径开始减小,热处理温度为600℃和800℃时,微粒直径分别为3.89μm和3.78μm。同时,高温热处理后气凝胶柔性得到加强,根据循环压缩力学测试结果可知:200℃热处理后气凝胶压缩模量减小到0.0153 MPa,400℃热处理后气凝胶的压缩模量减小到0.0235 MPa,都低于未处理时气凝胶的压缩模量。导热系数随煅烧温度的升高由0.0824 W/（m K）减小到0.045 W/（m K）。（2）Al2O3微粒掺杂气凝胶孔结构与热导率关系研究:将Al2O3微粒作为填充剂掺杂到气凝胶内部,探究不同质量Al2O3微粒对气凝胶骨架间大孔的填充作用。Al2O3微粒与气凝胶基质的相容性差,能够均匀分散在骨架间,没有发生团聚现象。通过测量计算骨架间大孔直径可知,加入Al2O3微粒后,骨架间大孔直径从7.55μm减小到0.78μm。导热系数从0.0821 W/（m K）减小到0.0673 W/（m K）。Al2O3微粒分散在气凝胶骨架间有效减小大孔直径,同时使导热系数降低。利用高温环境下气凝胶骨架发生收缩的特性进一步减小骨架间大孔尺寸。实验结果表明,气凝胶在200℃热处理后,骨架发生轻微收缩。当热处理温度升高到400℃时,骨架收缩程度最大,骨架间大孔含量明显减少,微孔体积增加;温度进一步升高到600℃和800℃后,Al2O3微粒仍能均匀分散在骨架网络间,但是骨架发生不同程度的烧结导致密度增加,严重影响气凝胶的隔热性能;导热系数在室温下添加Al2O3微粒减小的基础上进一步降低到热处理温度为400℃时的0.0368 W/（m K）。（3）掺杂SiOC纳米球对气凝胶孔结构与热导率关系研究:研究在气凝胶基体中加入与气凝胶具有良好相容性的纳米尺寸微粒对气凝胶孔结构和隔热性能的影响;同时,对气凝胶进行高温热处理,研究温度对气凝胶微观形貌和导热系数的影响。使用苯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯和二甲基二甲氧基硅烷合成出与气凝胶基体具有良好相容性的SiOC纳米球。在气凝胶基体中掺杂不同质量SiOC纳米球来讨论骨架间大孔变化对气凝胶隔热性能的影响。SiOC纳米球能诱导气凝胶基体形成“海岛型”结构,“海岛型”结构的出现能有效减小骨架间大孔的直径,大孔直径从4.77μm减小到2μm。SiOC纳米球没有影响气凝胶基体的无定型结构。导热系数随着SiOC纳米球的加入从0.0813 W/（m K）减小到0.0646 W/（m K）。对气凝胶进行热处理后发现,热处理没有影响SiOC纳米球与基体之间的相容性,但是,气凝胶内部“海岛型”微观形貌消失,球状形貌出现。球状形貌的直径在不同热处理温度下发生不同程度改变,这使得单位体积球状形貌占据的空间发生变化,使单位体积内未被占据的空间也相应改变,即骨架间大孔直径从8μm减小到3.8μm。微观形貌

关键词：二氧化硅气凝胶骨架间孔结构隔热性能压缩性能

基于改进扰动观测器的永磁同步电机鲁棒自适应控制

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：冯建鑫巩建雄李昊阳龚柏春南京航空航天大学航天学院

为提高空间激光通信平台粗跟踪系统中永磁同步电机的跟踪精度和抗干扰能力，设计了基于改进扰动观测器的鲁棒自适应反步控制器。首先针对外部扰动的不确定性设计了基于扰动观测器的反步控制器，并对扰动观测器进行了改进，取得了较好的... 详细信息

为提高空间激光通信平台粗跟踪系统中永磁同步电机的跟踪精度和抗干扰能力，设计了基于改进扰动观测器的鲁棒自适应反步控制器。首先针对外部扰动的不确定性设计了基于扰动观测器的反步控制器，并对扰动观测器进行了改进，取得了较好的效果。然后针对永磁同步电机实际运行过程中内部参数在一定范围内的时变性，设计了基于扰动观测器的自适应反步控制器，明显减小了系统跟踪误差。最后为进一步减小系统运行过程中观测误差等不确定因素的干扰，在自适应反步控制器中增加了鲁棒反馈项，再次提升了系统的跟踪精度。数值仿真结果表明该控制器可以有效减小位置跟踪误差，并且具有良好的抗扰性能。

关键词：空间激光通信自适应反步控制鲁棒控制扰动观测器

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基于改进蜻蜓算法的快反镜积分终端滑模控制

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：冯建鑫李昊阳巩建雄龚柏春南京航空航天大学航天学院

为提高空间激光通信跟瞄系统中快反镜（Fast Steering Mirror， FSM）的跟踪精度和抗干扰能力，设计了新型积分快速非奇异终端滑模控制器。通过设计积分快速非奇异终端滑模面，提高了滑动模态阶段性能，同时设计新型的指数型趋近率，提... 详细信息

为提高空间激光通信跟瞄系统中快反镜（Fast Steering Mirror， FSM）的跟踪精度和抗干扰能力，设计了新型积分快速非奇异终端滑模控制器。通过设计积分快速非奇异终端滑模面，提高了滑动模态阶段性能，同时设计新型的指数型趋近率，提高趋近阶段动态品质。并利用蜻蜓算法（Dragonfly algorithm， DA）对控制器参数进行优化，以提高系统的动态性能并保证较强的鲁棒性。针对传统蜻蜓算法的不足，对蜻蜓算法的惯性因子、队列权重、聚集权重的调整方式进行改进，并引入逐维评价机制及改进正余弦算法的位置更新机制，进一步提高蜻蜓算法的寻优能力。最后通过仿真验证了所提方法在快反镜控制过程中的有效性。

关键词：快速反射镜非奇异终端滑模积分滑模蜻蜓算法参数优化

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高铁接触网系统可靠性评估与维修计划决策

铁道工程学报 2024年第1期41卷 81-87,98页

作者：池瑞郝芃斐陈进屈志坚池学鑫华东交通大学南昌330013

研究目的:针对高速铁路接触网系统四种维修方式,本文以接触网系统可靠性最高和维修费用最低为目标,建立基于维修方式组合的预防维修系统多目标优化模型,提出一种改进多目标粒子群优化算法对该模型进行求解。首先采用PWLMC混沌映射生成... 详细信息

研究目的:针对高速铁路接触网系统四种维修方式,本文以接触网系统可靠性最高和维修费用最低为目标,建立基于维修方式组合的预防维修系统多目标优化模型,提出一种改进多目标粒子群优化算法对该模型进行求解。首先采用PWLMC混沌映射生成初始化种群,增强种群多样性,然后采取非线性递减的惯性权重调整策略,提高算法寻优精度和收敛速度。在种群进化过程中,对每一代粒子使用归一化越界处理方法,防止算法陷入早熟。研究结论:(1)提出的改进多目标粒子群优化算法与现有算法相比,Pareto最优解前端的分布范围更广且种群多样性及获得的最优解精度均有提高;(2)在维修次数取13的情况下,改进算法获得的维修方案及该方案下各部件的动态可靠性能均达到较理想效果;(3)改进多目标粒子群优化算法可在满足实际安全运行的要求下得到最优决策方案,有效减低接触网系统维修费用的同时提高其可靠性,为高速铁路接触网系统可靠性评估与维修计划决策提供有效方法。

关键词：接触网系统电气化铁路改进的多目标粒子群优化算法维修费用可靠度归一化

长期水浸作用下煤样渐进破坏特征及损伤本构模型

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 918-933页

作者：韩鹏华赵毅鑫高森高艺瑞张村胡勇中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华能煤业有限公司北京100070

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特... 详细信息

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特征。结果表明,煤样的浸泡过程可分为非饱和浸泡和长期(饱和)浸泡2个阶段。在非饱和浸泡阶段和长期浸泡阶段,煤样的峰值应力分别降低46.3%和34.5%,且符合指数下降的趋势。在长期水浸的过程中,煤样加载后产生宏观裂缝的数量由干燥状态的6~8条逐渐减少至浸泡360 d的2~3条,且破坏形式由拉伸和剪切复合破坏向单一剪切破坏转变。根据煤样初始压密特征以及临界破坏强度特征,采用连续损伤力学和统计损伤理论提出一种描述煤样在长期水浸作用下整个变形过程的损伤本构模型。基于此模型可以发现随着浸水时间的增加,初始损伤量由干燥煤样的0逐渐增加至浸泡360 d煤样的0.773。此外,通过引入均方根误差RMSE和决定系数R^(2)来评估模型曲线与试验数据之间误差和拟合度,发现改进后模型的理论曲线与试验数据吻合度最高。改进后模型的RMSE最大值和R^(2)最小值分别为1.81和0.76,均优于已有文献提出的模型。

关键词：采矿工程煤长期水浸特征应力应变差损伤本构模型

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基于深度机器视觉的香炉山隧洞钻孔多维特征精准定位

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1278-1292页

作者：王旭巩晓雯黄其帅陈炳瑞杨世强杨旭张延杰中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 中国科学院大学北京100049 云南省滇中引水二期工程有限公司昆明650000 长江科学院武汉430010 云南省曲靖市富源县水务局曲靖655500 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000

香炉山隧洞是滇中引水的控制性工程,岩爆是其主要灾害源之一。微震传感器坐标精确定位是岩爆微震监测预警的基础,但是其钻孔位置仍需人工测量,精度低且实时性差,严重阻碍岩爆微震自动监测系统的发展。该文提出一种基于深度机器视觉的隧... 详细信息

香炉山隧洞是滇中引水的控制性工程,岩爆是其主要灾害源之一。微震传感器坐标精确定位是岩爆微震监测预警的基础,但是其钻孔位置仍需人工测量,精度低且实时性差,严重阻碍岩爆微震自动监测系统的发展。该文提出一种基于深度机器视觉的隧洞钻孔多维特征精准定位方法YOLO(you only look once)-AT(anchor tracking)。首先,该方法利用改进YOLO V8模型YOLO V8 OBB(oriented bounding boxes)实现香炉山隧洞钻孔轮廓的精准拟合;其次,构建锚点追踪算法AT,在轮廓椭圆上选定锚点,并根据对极线约束和点序约束实现多视角下的锚点追踪;最后,利用视差法求解各锚点的空间坐标,并基于解析几何理论求解香炉山隧洞钻孔的多维特征。利用质量可控的香炉山隧洞合成钻孔轮廓数据库对各种钻孔定位方法进行验证,结果表明:YOLO-AT方法具有良好的钻孔轮廓拟合精度和钻孔多维特征定位精度,对钻孔口中心坐标、钻孔直径、钻孔口平面方向、钻孔方向的定位误差中位数分别为0.835 mm、0.795 mm、0.567°、1.751°,且定位性能受钻孔轮廓质量的影响小,满足香炉山隧洞岩爆微震自动监测的需求,并有向各类地下工程钻孔测量工作推广的应用潜力。

关键词：深度学习机器视觉微震监测钻孔定位滇中引水工程

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电化学技术在食品检测中的应用研究进展

食品科学 2024年第3期45卷 295-306页

作者：王艳包士雷孙立瑞窦博鑫辛嘉英张娜哈尔滨商业大学食品工程学院黑龙江哈尔滨150028

电化学技术利用待测物质发生反应产生的电化学信号实现其检测,因其操作简单、成本低、精密度及灵敏度高等优点在食品检测分析中的应用备受关注,并取得了许多研究进展。本文从电化学检测方法、类型、基本原理和在食品检测领域的研究现状... 详细信息

电化学技术利用待测物质发生反应产生的电化学信号实现其检测,因其操作简单、成本低、精密度及灵敏度高等优点在食品检测分析中的应用备受关注,并取得了许多研究进展。本文从电化学检测方法、类型、基本原理和在食品检测领域的研究现状方面进行了综述和分析,并对其应用发展前景进行展望,为促进电化学技术在食品检测分析领域的应用提供参考,以满足食品快速检测分析的发展需求。

关键词：电化学食品检测

虚拟现实技术在飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术术前固视训练中的应用

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护理研究 2024年第15期38卷 2814-2817页

作者：巩瑞峰宋耀文史清霞山西省眼科医院山西030000

目的:探讨虚拟现实(VR)技术在飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)术前固视训练中的应用效果。方法:选取2021年12月—2022年6月在某三级甲等眼科医院行SMILE的100例病人为研究对象,采用随机数字表法将其分为对照组50例(90眼),干预... 详细信息

目的:探讨虚拟现实(VR)技术在飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)术前固视训练中的应用效果。方法:选取2021年12月—2022年6月在某三级甲等眼科医院行SMILE的100例病人为研究对象,采用随机数字表法将其分为对照组50例(90眼),干预组50例(88眼)。对照组采用固视训练卡进行固视训练,干预组采用VR技术进行训练,比较两组固视率、激光扫描过程中发生眼动的眼数、中心对位时间、裸眼视力及术后并发症发生率。结果:术前干预组固视率(89.77%)高于对照组(55.56%);激光扫描过程中干预组眼动发生率(5.68%)低于对照组(18.89%);干预组中心对位时间[(12.40±3.28)s]短于对照组[(45.19±6.07)s];术后1 d,干预组裸眼视力优于对照组;术后1个月,干预组偏心量0.2 mm以内占比(64.8%)高于对照组(47.8%);干预组术后并发症发生率(6.82%)低于对照组(32.22%),差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:通过术前VR技术进行固视训练,可以有效提升SMILE手术病人自我控制固视的能力,缩短手术时长,降低并发症发生率。

关键词：飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术虚拟现实技术固视训练护理