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基于深度学习的煤矸石目标检测方法研究

基于深度学习的煤矸石目标检测方法研究

作者：常嘉浩河南理工大学

学位级别：硕士

煤矸石分选是保障煤炭清洁、高效燃烧的一个重要环节。为顺应煤矸石分选技术自动化、智能化的发展趋势,煤矸石分选方式从人工选矸、射线法、机械洗选法发展为图像处理法。由于煤矸石图像中煤和矸石颜色、纹理等特征相似且背景信息复杂,... 详细信息

煤矸石分选是保障煤炭清洁、高效燃烧的一个重要环节。为顺应煤矸石分选技术自动化、智能化的发展趋势,煤矸石分选方式从人工选矸、射线法、机械洗选法发展为图像处理法。由于煤矸石图像中煤和矸石颜色、纹理等特征相似且背景信息复杂,传统图像处理算法存在特征提取困难、算法设计复杂、弱泛化能力、适应性差等问题,因此,提出基于深度学习的煤矸石目标检测的方法来实现煤矸石高效的识别和定位。其中本文主要研究内容如下:建立煤矸石图像数据集。首先,在实际的煤矸石分拣传送带进行数据采集确保数据的真实性;其次,对拍摄的煤矸石图像预处理和数据标注,经过传统数据增强和Mosaic数据增强实现数据集的扩充,并用Labelimg进行数据标注。针对煤矸石目标检测检测精度低、定位不准确的问题,设计基于YOLOv5s的煤矸石图像目标检测算法模型,通过在原版的YOLOv5s主干网络的卷积层中加入注意力机制CBAM,提升了目标在复杂的煤渣环境中的特征表达的能力;在特征融合层加入BIFPN结构,实现了高效的双向跨尺度连接和加权特征融合;改变边框回归损失函数,提升了检验框检测的准确率。实验证明,改进后的算法平均精度m AP＿0.5达到了93.3%,m AP＿0.5检测精度提高了5.1%,检测速度为25FPS,其检测精度优于其他主流目标检测算法。考虑到煤矸石目标检测中大型煤矸石检测难以定位、识别和模型加速的问题,设计一种基于Transformer和CNN结合的煤矸石图像目标检测算法。从以下几个方面对原始的CNN网络进行优化,其一,将Transformer中的多头注意力机制MHSA与YOLOv5s的CNN主干结构相结合,用来提升算法对全局信息的感知能力;引入轻量级Ghost模块优化MHSA-YOLOv5s主干和特征融合层,得到轻量化模型MHSA-YOLOv5s-Light,以降低模型复杂度、提高煤矸石图像检测速度;最后,输入图像尺度和锚框大小敲定的策略来提高检测算法的性能。实验表明,改进后的MHSA-YOLOv5s-Light模型平均精度m AP＿0.5达到了91.8%,m AP＿0.5检测精度提高了3.6%,检测速度为80FPS,比原算法提升了近2倍,完全能满足实效性工业检测的要求。改进算法优于主流的CNN目标检测算法和Transformer目标检测算法。因此,改进后的MHSA-YOLOv5s-Light模型在针对煤矸石的目标检测中能够表现出更优越的鲁棒性和性能。图38幅,表13个,参考文献71篇。

关键词：煤矸石分选煤矸石目标检测 YOLOv5s Transformer MHSA

基于改进YOLOv5s的煤矸石目标检测算法

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电子测量技术 2023年第13期46卷 95-101页

作者：高如新常嘉浩杜亚博刘群坡河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454000 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室焦作454000 河南省智能装备直接驱动与控制国际联合实验室焦作454000

针对工业场景下煤矸石分拣任务检测精度低、分拣速度慢的问题,提出一种基于改进YOLOv5s的煤矸石目标检测算法。在主干网络的卷积层中加入轻量化注意力机制CBAM,以提升目标在复杂的煤渣环境中的特征表达的能力;其次,改进特征融合层为BIFP... 详细信息

针对工业场景下煤矸石分拣任务检测精度低、分拣速度慢的问题,提出一种基于改进YOLOv5s的煤矸石目标检测算法。在主干网络的卷积层中加入轻量化注意力机制CBAM,以提升目标在复杂的煤渣环境中的特征表达的能力;其次,改进特征融合层为BIFPN,BIFPN结构进行了双向跨尺度连接和加权融合,以加强煤矸石浅层的特征信息和高层煤矸石位置信息,解决煤矸石颜色、纹理相近难以分类的问题;最后,在原算法DIoU的基础上增加对边界框高宽比考虑,以提升检验框检测的准确率。在工业生产环境中采集的10000张煤矸石图像作为数据集对所提方法进行实验,实验表明,与改进前的YOLOv5s模型相比,在检测速度基本保持不变的前提下,改进算法平均精度mAP_0.5达到了93.3%,平均检测精度提高了5.1%,实现了对煤矸石进行目标检测的要求。

关键词：煤矸目标检测 YOLOv5s CBAM BIFPN特征融合层 CIOU 煤矸分选

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基于半监督学习的边坡锚杆支护多目标优化研究

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基于半监督学习的边坡锚杆支护多目标优化研究

作者：常嘉琦石家庄铁道大学

学位级别：硕士

韧性城市视角下周口市淮阳区蓝绿空间规划实践

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韧性城市视角下周口市淮阳区蓝绿空间规划实践

作者：常嘉航河南农业大学

学位级别：硕士

中国城市化进程日益加快,极端气候日益频繁,快速的城市建设对城市生态环境的影响越来越明显,大量绿地、湿地等生态用地被建设用地取代,导致城市自然斑块破碎化程度加剧,城市内涝等一系列城市病频发,仅依靠灰色基础设施已经无法满足调控... 详细信息

中国城市化进程日益加快,极端气候日益频繁,快速的城市建设对城市生态环境的影响越来越明显,大量绿地、湿地等生态用地被建设用地取代,导致城市自然斑块破碎化程度加剧,城市内涝等一系列城市病频发,仅依靠灰色基础设施已经无法满足调控城市雨洪灾害的需要,以蓝绿基础设施为主的蓝绿空间作为雨洪管理的重要策略和手段开始受到广泛研究和实践。本文以调整并优化蓝绿空间分布情况为手段,达到提升城市雨洪韧性的目的。研究以周口市淮阳建成区为研究对象,综合分析研究区范围内气候因素、水文条件、城市土地利用分布情况、城市绿地资源概况、城市内涝风险,同时结合龙湖淮阳古城的内湖理水智慧,从生态调控的角度探究平原城市为应对极端暴雨天气的蓝绿空间融合方法与途径。在对周口淮阳建成区的各场地现状的分析与遥感影像信息提取各用地类型分布的基础上,使用HEC-RAS水文模型对研究区范围内极端暴雨天气下的淹没程度分布情况进行模拟。利用移动窗口法对林地、水体、建设用地的类型等级景观格局指数,结合地理加权回归模型,探究透水面与不透水面对于淹没程度的空间相关性,进而解决土地利用结构对城市内涝的影响程度。为处理好城市建设与蓝绿空间的协同发展问题,综合考虑不同用地类型的分布结构,以提升城市的雨洪韧性,本次实践立足淮阳建成区现状条件,提出了宏观尺度下城湖关系优化举措、中观尺度下蓝绿斑块连通性提升手段及微观尺度下河网水系保护与蓝绿空间融合方式的措施手段,利用层级分析法与Arc GIS平台识别并揭示蓝绿空间建设需求程度,改善雨洪资源利用,构建多样化景观风貌,有效增加城市蓝绿空间融合效益,改善人居环境。分析与实践结果如下:(1)短时强降雨导致研究区范围的淹没深度整体呈现出建设中心建设用地淹没深度高,周边耕地林地淹没深度低的现象。结合高分影像图目视判别,其中雨洪淹没程度高的地区主要集中分布在羲皇大道以西,龙都大道以东,弦歌路以北,清风路以南的长方形区域,该区域内居住区及单位分布密集,区域内绿地斑块分布较少,河流两岸以硬质驳岸为主,未预留对应蓝线空间,除主要干道之外,其他道路均无附属绿地分布,此外,雨洪淹没程度高的位置亦分布在龙湖北侧,淮宁大道与龙都大道交叉口及其周边村镇附近,该区域内蓝绿基础设施不完善,人口活动密集,各村镇之间支路纵横交错,排水方式主要以道路明渠排水为主。雨洪淹没程度高等级的区域和较高等级区域呈现环形放射状,该区域大多为人口密度较高且蓝绿空间不完善的居住区或村镇,并包含建成区南侧工业区。(2)对雨洪淹没程度的影响,各景观格局指数的解释力为:斑块类型面积(CA)>景观分离度指数(DIVISION)>景观形状指数(LSI)>斑块散布与并列指数(IJI)>斑块密度指数(PD)>斑块内聚力指数(COHESION)>分散指数(SPLIT)。结合各用地斑块的分布情况与雨洪淹没程度分析可得,单位面积内河流湖泊等水体面积较大的区域,雨洪淹没程度较低,但由于局部地区建设用地面积的扩张,导致城市蓝绿空间受到侵蚀,以目前水体大小已不能使该区域雨洪淹没程度降低,这部分集中体现在以工业区为主的南部和水体分布较少的西北部。(3)由于建成区中部的建设用地面积增大,该区域林地面积已无法满足蓝绿空间与雨洪管理的需求,同时在羲皇大道中段两侧的位置,该部分区域林地斑块破碎化程度相对较低,绿地斑块内部的斑块密度与连通度较高,林地斑块与建设用地相比,对城市雨洪淹没程度的缓解作用更高。淮阳龙湖古城由于其生态理水智慧,该地块的林地斑块和水体斑块破碎化程度较低,与建设用地斑块镶嵌合理,充分发挥对雨洪淹没的缓解作用。(4)周口淮阳建成区内的蓝绿空间建设需求程度随着其空间地理特征,呈现出东高西低,北高南低的形态,其中蓝绿空间建设需求程度较高的位置多分布于龙湖周边淹没程度较高的区域以及各河流水网附近,并以此为中心向周边衰减。(5)结合未来淮阳区发展方向,为优化城市透水地面与不透水地面分布格局,缓解城市内涝风险,本次规划构建“一核两带,多廊多点”的蓝绿空间结构。根据核心风险区识别结果,将龙湖西岸高密度高淹没区域划定为本次调控重点范围,由于其范围内基本涵盖所有建成区蓝绿空间不足或缺失的问题,对该区域的蓝绿空间详细规划设计一定程度上可为淮阳建成区蓝绿基础设施建设提供思路和引导。

关键词：蓝绿基础设施城市韧性雨洪淹没程度景观格局地理加权回归

基于端到端神经网络的光场显示性能优化方法研究

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基于端到端神经网络的光场显示性能优化方法研究

作者：常嘉伟吉林大学

学位级别：硕士

传统的二维显示仅包含了颜色和光强信息,无法呈现深度信息,并不能满足人们的需求。三维显示技术可以提供具有深度信息的立体图像,因此得到了科研人员广泛的关注。光场显示技术凭借其较低的系统复杂度以及逼真、自然的三维效果,成为了最... 详细信息

传统的二维显示仅包含了颜色和光强信息,无法呈现深度信息,并不能满足人们的需求。三维显示技术可以提供具有深度信息的立体图像,因此得到了科研人员广泛的关注。光场显示技术凭借其较低的系统复杂度以及逼真、自然的三维效果,成为了最具前景的三维显示技术之一。然而,目前光场显示技术的性能仍受限于空间分辨率不足、透镜像差和视点间的串扰等问题。目前的方法一部分从光学上分析引起性能不佳的原因,进而优化部分光学元件的物理参数,一部分考虑将成像过程中的不足转移到编码图像的预校正上。由于神经网络在计算机视觉领域发挥了强大的性能,本文借助神经网络对光场显示性能优化展开了研究,提出了从端到端角度对编码图像进行预校正,进而提升光场显示质量的方法。本文的主要研究内容和创新性工作如下:1.为了实现端到端的光场显示性能优化,首先提出了基于神经网络的光场显示单元建模方法。在分解光场显示技术的光学重构过程的基础上,搭建了基于编解码器架构和NAFBlock的显示网络,以两个视点为例实现了编码图像的三维显示,得到了相应的视点图像。为了使网络输出的视点图像与实际观看到的图像保持一致,利用现有光场显示器和智能手机的相机的专业模式对不同编码图像实际显示的视点图像进行采集,进一步生成数据集来指导显示网络的训练。实验结果表明,网络输出的视点图像与显示单元输出显示的的视点图像相比,具有较好的主观视觉效果和客观评价指标。2.为了去除光场显示的视点图像的颗粒感,本文提出了基于端到端神经网络的光场显示性能优化方法。(1)为了通过图像预校正的方法提升光场显示质量,本文基于编解码器架构和NAFBlock设计了编码图像预校正网络,网络的输入为原始的编码图像,输出为预校正的编码图像。编码图像预校正的方法可以在不增加系统复杂度的情况下实现更佳的三维显示。(2)为了从全局的角度实现编码图像的预校正,本文将显示网络和预校正网络组合搭建了端到端的光场显示性能优化网络。将预校正网络输出的编码图像输入到训练好的显示网络,根据显示网络输出视点图像的质量来更新预校正网络的参数。(3)为了使用高质量的视点图像来生成预校正网络训练所需数据集,本文提出了基于形状一致性的视点图像匹配方法。通过计算实际拍摄与虚拟采集视点图像包含的形状间的相似度找到最匹配的理想视点图像,进一步生成数据集。通过对比预校正前后的编码图像经过显示网络输出的视点图像,预校正的编码图像对应的的视点图像的颗粒感明显减弱,具有较好的主观视觉效果和客观评价指标。

关键词：光场显示性能优化神经网络视点图像匹配显示单元建模

源量程中子测量反应堆倍增周期算法研究分析及实现

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核动力工程 2024年第3期45卷 199-205页

作者：朱朝阳常嘉豪王振涛邢桂来李立涛清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数,直接反映反应堆功率水平变化快慢,用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平,对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技术... 详细信息

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数,直接反映反应堆功率水平变化快慢,用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平,对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技术提出一种基于最小误差的多点拟合倍增周期数字化实时算法,通过现场可编程门阵列(FPGA)具体实现该算法并开展功能与性能测试。测试结果表明:对于反应堆保护阈值±30 s内的反应堆倍增周期,采用该算法的FPGA能够输出较准确倍增周期计算结果,作为触发安全保护系统的信号。该反应堆倍增周期算法适用于源量程中子测量系统中堆功率变化的实时监测,以保障启堆阶段的安全可控。

关键词：源量程中子测量反应堆倍增周期现场可编程门阵列(FPGA)

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BIM技术在建筑工程施工中的应用研究

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第5期 0181-0184页

作者：常嘉武汉地铁集团有限公司湖北武汉430077

对于建筑项目的规模做大复杂性增强,传统的建筑施工方式已经无法满足高效、精确、可持续发展的需求。在这种形势下,建筑信息模型(BIM)技术似有神助,规模化、精准度高且便于持续发展,应运而生。这一套技术,是以创建精细的建筑模型为基础... 详细信息

对于建筑项目的规模做大复杂性增强,传统的建筑施工方式已经无法满足高效、精确、可持续发展的需求。在这种形势下,建筑信息模型(BIM)技术似有神助,规模化、精准度高且便于持续发展,应运而生。这一套技术,是以创建精细的建筑模型为基础,去聚合多方专业的设计信息。此举使建筑物从设计到施工的整体过程都能进行数字化的管理,并且各项工作协同进行,效率有明显提升,工作流程更透明。 BIM技术的项目,在规划、设计等方面会过得更加顺利;编制施工计划、冲突检查和协调、模拟工艺、管理材料等环节,也得以技术上的扶持,确保施工顺利进行。

关键词： BIM技术建筑工程造价控制应用研究

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乳腺肿瘤治疗期间心血管功能损伤研究进展

中国医学前沿杂志(电子版) 2024年 84-90页

作者：常嘉涵亢玺刚许晓飒李静韩聚强解放军总医院第七医学中心日间诊疗病区隽智生物医学研究实验室

乳腺癌已成为全球第一大癌症,发病呈年轻化、病死率高的趋势。乳腺癌的治疗属于个体化治疗,化学治疗(简称化疗)、放射治疗(简称放疗)都会对心血管产生一定程度的损伤,甚至出现心律失常、心肌炎、心肌梗死等并发症,严重影响患者后续生存... 详细信息

乳腺癌已成为全球第一大癌症,发病呈年轻化、病死率高的趋势。乳腺癌的治疗属于个体化治疗,化学治疗(简称化疗)、放射治疗(简称放疗)都会对心血管产生一定程度的损伤,甚至出现心律失常、心肌炎、心肌梗死等并发症,严重影响患者后续生存。随着肿瘤心脏病学迅速发展,乳腺癌治疗相关的心血管毒性受到业内高度关注。因此,掌握肿瘤心脏病学对于乳腺癌治疗的有效保护至关重要。本文就乳腺癌化疗及放疗引起的相关心血管损伤研究进展进行综述,旨在为临床制定合理治疗方案、预防心血管毒性事件发生提供科学依据。

关键词：乳腺癌化疗放疗心血管功能损伤

原位生长2D CsPbIBr表面层增强无机CsPbIBr钙钛矿稳定性及光电性能

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中国科学:物理学力学天文学 2024年

作者：王桂强王东升陈凯飞常嘉润孟凡宁渤海大学化学与材料学院

提高无机钙钛矿材料的质量和结构稳定性是进一步提高无机钙钛矿太阳能电池光电性能的关键.本文通过表面重构反应在无机CsPbI2Br钙钛矿表面原位生成2D CsPb2I4Br层,形成2D CsPb2I4Br/3D CsPbI2Br双层无机钙钛矿异质结结构.CsPbI2Br钙钛... 详细信息

提高无机钙钛矿材料的质量和结构稳定性是进一步提高无机钙钛矿太阳能电池光电性能的关键.本文通过表面重构反应在无机CsPbI2Br钙钛矿表面原位生成2D CsPb2I4Br层,形成2D CsPb2I4Br/3D CsPbI2Br双层无机钙钛矿异质结结构.CsPbI2Br钙钛矿表面重构反应引发钙钛矿二次结晶,明显减少了CsPbI2Br钙钛矿缺陷,提高了钙钛矿质量.2D CsPb2I4Br表面层的形成能有效保护CsPbI2Br钙钛矿不受外界侵蚀,显著增强了钙钛矿的稳定性.2D CsPb2I4Br/3D CsPbI2Br双层无机钙钛矿异质结增强了电荷分离和传输,减少了电荷复合.采用2D CsPb2I4Br/3D CsPbI2Br双层无机钙钛矿材料组装的碳基太阳能电池效率达到14.29%,与初始CsPbI2Br钙钛矿电池效率相比提高了29%,而且,CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的稳定性也有了显著提高.空气环境中贮存900 h,未密封电池效率仍能保持初始值的90%以上.

关键词：表面重构原位生长 2D钙钛矿无机钙钛矿光电性能