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基于改进YOLOv8s的果实与叶片器官分割方法

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农业工程学报 2024年第15期40卷 119-126页

作者：许楠苑迎春耿俊何振学河北农业大学信息科学与技术学院保定 071001

为解决多器官特征识别存在的多器官数据集难以获取以及待处理数据集存在的密集小目标和多尺度目标等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8s的果实与叶片器官分割方法。该方法以YOLOv8s为基础,在Backbone部分设计了跨阶段局部残差(residu... 详细信息

为解决多器官特征识别存在的多器官数据集难以获取以及待处理数据集存在的密集小目标和多尺度目标等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8s的果实与叶片器官分割方法。该方法以YOLOv8s为基础,在Backbone部分设计了跨阶段局部残差(residual CSPLayer 2Conv,RC2)模块,以拓宽每个网络层的感受野,使网络能充分提取密集的小目标特征。在Neck部分设计了尺度空间金字塔池化(scale spatial pyramid pooling,SSPP)模块,以充分融合网络的高阶多尺度特征信息,增强模型对多尺度目标的检测能力。在Head部分设计了非对称解耦检测头(asymmetric decoupling detection head,ADDH)模块,使模型分类更关注于中心内容,而回归更关注于边缘信息。试验结果表明,在PlantCLEF2022公共数据集中选取的17种果树的数据集中,改进的YOLOv8s模型对果树果实和叶片器官识别的平均精度均值为90.2%,比YOLOv8s模型高6.7个百分点。此外,该研究还将该模型应用到自建的枣数据集上,达到了99.1%的识别准确率,较原模型提升6.6个百分点,证明了所提出方法的通用性,可为常见果树的器官分割与基于多器官特征的细粒度品种分类研究提供参考。

关键词：图像处理图像分割果树多器官 YOLOv8s 多尺度目标识别

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轮足式磁吸附越障爬壁机器人设计与分析

机械工程学报 2024年第1期60卷 248-261页

作者：张小俊吴亚淇刘昊学钟道方河北工业大学机械工程学院天津300130

针对现有爬壁机器人负载能力弱、复杂障碍地形下适应能力差以及运动柔顺性不足等特点,提出了一种基于轮足复合式运动与非接触变间隙永磁吸附的柔顺越障爬壁机器人。在分析石化储罐、船舶等非结构化设备作业环境特点和功能需求的基础上,... 详细信息

针对现有爬壁机器人负载能力弱、复杂障碍地形下适应能力差以及运动柔顺性不足等特点,提出了一种基于轮足复合式运动与非接触变间隙永磁吸附的柔顺越障爬壁机器人。在分析石化储罐、船舶等非结构化设备作业环境特点和功能需求的基础上,融合构型主被动理念,设计了机器人移动本体并对主被动越障步态进行了规划;对机器人在不同工况下的稳定性进行分析,建立了机器人安全吸附的数学模型;建立了机器人直行与转向下的动力学模型,分析了机器人的转向灵活性;结合机器人金属立面智能控制需求,对机器人的智能控制系统进行了设计。通过样机平台实验表明,机器人能够实现灵活的主被动越障,具有自适应柔顺运动以及大负载的能力。

关键词：爬壁机器人越障步态规划稳定性分析转向灵活性智能控制系统

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TA5钛合金万瓦光纤激光焊接工艺研究

稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 417-423页

作者：雷小伟刘甲余巍陈利阳马照伟符成学洛阳船舶材料研究所河南洛阳471000

采用10 mm TA5钛合金,开展了万瓦级光纤激光焊接工艺研究。焊接过程高速摄影表明,当激光功率达到3~4 kW时,羽辉严重,飞溅及烟尘增加明显;不同功率焊缝截面形貌试验表明,较低焊接功率时,焊缝截面呈“楔形”,当激光功率达到6 kW以上时焊... 详细信息

采用10 mm TA5钛合金,开展了万瓦级光纤激光焊接工艺研究。焊接过程高速摄影表明,当激光功率达到3~4 kW时,羽辉严重,飞溅及烟尘增加明显;不同功率焊缝截面形貌试验表明,较低焊接功率时,焊缝截面呈“楔形”,当激光功率达到6 kW以上时焊缝截面过渡为“漏斗形”。采用激光功率为10~11 k W,焊接速度为1100~1500 mm/min的工艺得到成型优良的“小孔型”焊接试板,焊缝变为具有较大深宽比的典型的高能束形貌,深宽比达到2:1,对焊缝进行射线和渗透检测,满足无损检测标准要求;对焊接接头进行力学性能和工艺性能测试,结果表明:焊接接头强度可达800 MPa,弯曲测试能够满足标准,断口韧窝明显,为韧性断裂;金相测试显示,焊缝区截面为“束腰”形貌,柱状晶区明显,各柱状晶区有明显的竞争生长模式。焊缝区主要为锯齿状α+点状β。硬度检测显示,焊缝区相比母材硬度略有升高,热影响区硬度最低,满足钛合金接头硬度要求。

关键词： TA5钛合金大功率激光焊焊缝截面形貌接头性能

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带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律

宇航学报 2024年第4期45卷 590-602页

作者：尤浩常新龙赵久奋石学乾火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

针对导弹在三维场景中以期望角度拦截加速度未知的机动目标问题,提出了一种考虑角度约束的三维拦截制导律。首先,建立了三维弹目非线性拦截制导模型;其次,设计了一种全滑动模态的积分滑模面,省去了传统滑模制导律中的滑模趋近阶段,有效... 详细信息

针对导弹在三维场景中以期望角度拦截加速度未知的机动目标问题,提出了一种考虑角度约束的三维拦截制导律。首先,建立了三维弹目非线性拦截制导模型;其次,设计了一种全滑动模态的积分滑模面,省去了传统滑模制导律中的滑模趋近阶段,有效地降低了拦截制导过程中的能量消耗;而后,基于设计的积分滑模面和二阶滑模控制理论,在弹目视线法向和侧向上分别设计了一种带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律,有效地抑制了抖振现象,同时对目标机动造成的未知干扰进行了在线补偿;此外,对所设计算法进行了严格的Lyapunov稳定性数学证明;最后,数值仿真结果验证了本文所提三维拦截制导律的有效性、优越性以及抗干扰的鲁棒性。

关键词：导弹角度约束三维拦截制导积分滑模面机动目标

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陶瓷基复合材料相变发汗冷却实验研究

工程热物理学报 2024年第2期45卷 506-513页

作者：李晓阳李浩姜培学胥蕊娜清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用轻质耐高温陶瓷基复合材料和相变冷却剂分别是发汗冷却的重要发展方向,然而两者相结合的发汗冷却研究相对缺乏。本文在超声速风洞中实验研究了C/C-SiC陶瓷基复合材料的相变发汗冷却过程,分析了复合材料孔隙结构对发汗冷却性能的影... 详细信息

采用轻质耐高温陶瓷基复合材料和相变冷却剂分别是发汗冷却的重要发展方向,然而两者相结合的发汗冷却研究相对缺乏。本文在超声速风洞中实验研究了C/C-SiC陶瓷基复合材料的相变发汗冷却过程,分析了复合材料孔隙结构对发汗冷却性能的影响。结果表明,陶瓷基复合材料平板中,非均匀分布的孔隙结构加剧了蒸汽堵塞效应,导致平板存在局部高温且难以随注入率提升而消除;而孔隙结构较为均匀的材料,表面的温度分布均匀性和冷却效率明显提高。与金属烧结多孔材料相比,陶瓷基复合材料渗透率和热导率较低导致相变比例低,发汗冷却效率偏低。未来需要继续对孔隙结构的优化方法进行研究,以进一步提升复合材料相变发汗冷却效率和均匀性。

关键词：发汗冷却复合材料相变超声速

基于改进注意力机制和多语义特征增强的自然环境下枣品种识别方法

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农业机械学报 2024年第7期55卷 270-279,324页

作者：雷浩苑迎春许楠何振学河北农业大学信息科学与技术学院保定071001

针对目前自然环境下枣品种识别准确率较低的问题,提出了一种基于注意力机制和多语义特征增强的枣品种识别模型(ICBAM_MSFE_Res50)。该模型在ResNet-50基础上,引入改进注意力机制(Improved convolutional block attention module,ICBAM),... 详细信息

针对目前自然环境下枣品种识别准确率较低的问题,提出了一种基于注意力机制和多语义特征增强的枣品种识别模型(ICBAM_MSFE_Res50)。该模型在ResNet-50基础上,引入改进注意力机制(Improved convolutional block attention module,ICBAM),ICBAM采用一维卷积和多尺度空洞卷积对卷积块注意力模块(CBAM)进行改进,消除了特征图降维时的信息损失,降低了模型计算量和参数量,提高了模型对枣果区域细粒度特征的提取能力。同时,提出了多语义特征增强(Multi semantic feature enhancement,MSFE)模块,该模块通过枣果区域定位算法提取更多枣果局部显著特征,并采用显著性特征抑制算法迫使模型学习枣果次要特征,从而达到枣果多种语义特征学习。实验结果表明,在20类枣品种数据集上,本文模型准确率为92.20%,与ResNet-50相比,提高4.26个百分点。对比AlexNet、VGG-16、ResNet-18、InceptionV3模型,准确率分别提高15.84、9.22、6.86、3.55个百分点。对比其他枣品种识别方法,本文方法在20种枣品种识别中表现最优,可为自然环境下枣品种识别研究提供参考。

关键词：枣品种识别深度学习注意力机制多语义特征增强

基于改进K-means的局部离群点检测方法

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 66-77页

作者：周玉夏浩岳学震王培崇华北水利水电大学电气工程学院河南郑州450045 河北地质大学信息工程学院河北石家庄050031

离群点检测任务是指检测与正常数据在特征属性上存在显著差异的异常数据。大多数基于聚类的离群点检测方法主要从全局角度对数据集中的离群点进行检测,而对局部离群点的检测性能较弱。基于此,本文通过引入快速搜索和发现密度峰值方法改... 详细信息

离群点检测任务是指检测与正常数据在特征属性上存在显著差异的异常数据。大多数基于聚类的离群点检测方法主要从全局角度对数据集中的离群点进行检测,而对局部离群点的检测性能较弱。基于此,本文通过引入快速搜索和发现密度峰值方法改进K-means聚类算法,提出了一种名为KLOD(local outlier detection based on improved K-means and least-squares methods)的局部离群点检测方法,以实现对局部离群点的精确检测。首先,利用快速搜索和发现密度峰值方法计算数据点的局部密度和相对距离,并将二者相乘得到γ值。其次,将γ值降序排序,利用肘部法则选择γ值最大的k个数据点作为K-means聚类算法的初始聚类中心。然后,通过K-means聚类算法将数据集聚类成k个簇,计算数据点在每个维度上的目标函数值并进行升序排列。接着,确定数据点的每个维度的离散程度并选择适当的拟合函数和拟合点,通过最小二乘法对升序排列的每个簇的每1维目标函数值进行函数拟合并求导,以获取变化率。最后,结合信息熵,将每个数据点的每个维度目标函数值乘以相应的变化率进行加权,得到最终的异常得分,并将异常值得分较高的top-n个数据点视为离群点。通过人工数据集和UCI数据集,对KLOD、LOF和KNN方法在准确度上进行仿真实验对比。结果表明KLOD方法相较于KNN和LOF方法具有更高的准确度。本文提出的KLOD方法能够有效改善K-means聚类算法的聚类效果,并且在局部离群点检测方面具有较好的精度和性能。

关键词：离群点检测 K均值聚类最小二乘法密度峰值目标函数值

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低碳矿区综合能源系统经济运行优化研究

电力系统保护与控制 2024年第6期52卷 177-187页

作者：贠保记赵文王建学贠鑫哲西安科技大学陕西西安710054 西安西瑞控制技术股份有限公司陕西西安710077 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包... 详细信息

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次,为降低矿区碳排放量,在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时,引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT),通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后,调用CPLEX商业求解器,以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明:优化后的CMIES碳排放量显著降低,运行成本大幅减少。

关键词：矿区综合能源系统伴生能源低碳经济阶梯式碳交易绿证交易机制

“顶天、立地、树人”与“教育、科技、人才”一体化发展——兼谈卓越工程师培养

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研究与发展管理 2024年第4期36卷 8-11页

作者：姜培学清华大学北京100084

当前,新一轮科技革命和产业变革深入发展,全球竞争和发展格局发生深刻演变,我国改革发展稳定任务更加艰巨,科技与人才对于社会主义现代化建设的战略作用进一步凸显。党的二十大报告明确了以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业... 详细信息

当前,新一轮科技革命和产业变革深入发展,全球竞争和发展格局发生深刻演变,我国改革发展稳定任务更加艰巨,科技与人才对于社会主义现代化建设的战略作用进一步凸显。党的二十大报告明确了以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业的中心任务,必须加快实现高水平科技自立自强、强化现代化建设人才支撑。近年来,我国科技事业发展取得了长足进步,驱动我国经济社会发展取得历史性成就、发生历史性变革,但科技创新仍存在一些亟待解决的问题,人才培养对于支撑新质生产力发展还有不足,必须增强科技创新紧迫感,加大科技创新力度,抢占科技竞争和未来发展制高点。

关键词：历史性变革产业变革现代化建设人才自立自强中国式现代化历史性成就全球竞争人才培养