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新时代背景下专业认知实习教学体系的创新与实践

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大学教育 2024年第4期 10-13页

作者：夏娜万家山汪子健杜华争罗珣李建华合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009 安徽信息工程学院计算机与软件工程学院安徽芜湖241100 安徽中医药大学医药信息工程学院安徽合肥230012

认知实习是实践性教学的重要组成部分,是培养新型工程技术型人才的关键。然而,目前本科高校往往在一定程度上存在着专业认知实习教学体系不完善的问题,包括合作机制不健全、教学内容陈旧、教学方法单一和考核评价片面等。该研究旨在探... 详细信息

认知实习是实践性教学的重要组成部分,是培养新型工程技术型人才的关键。然而,目前本科高校往往在一定程度上存在着专业认知实习教学体系不完善的问题,包括合作机制不健全、教学内容陈旧、教学方法单一和考核评价片面等。该研究旨在探索如何优化认知实习教学体系,包括建立更加有效的合作机制、更新教学内容、创新教学模式和优化考核评价。通过这些探索,可以提高学生在实践中的学习效果,培养他们的创新能力和解决问题的能力。同时,这些探索也可以为其他高校的认知实习教学提供借鉴和参考。

关键词：认知实习教学体系科产教融合 5G+网络直播

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基于深度学习的火焰检测与定位技术研究

基于深度学习的火焰检测与定位技术研究

作者：汪子健山东建筑大学

学位级别：硕士

随着机器视觉和双目视觉技术的快速发展,目标检测和双目测距技术在科学研究、工业检测和特种工程实践方面得到了充分的应用。在消防机器人中运用这些技术,可以无接触的获取火焰目标的类型、距离等信息。但是由于火焰目标形状不固定,且... 详细信息

随着机器视觉和双目视觉技术的快速发展,目标检测和双目测距技术在科学研究、工业检测和特种工程实践方面得到了充分的应用。在消防机器人中运用这些技术,可以无接触的获取火焰目标的类型、距离等信息。但是由于火焰目标形状不固定,且初期目标较小,单独使用目标检测技术或双目视觉技术不能准确、及时的实现检测任务。因此,本文结合基于深度学习的目标检测技术和双目视觉测距技术,提出了一种服务于消防巡检机器人的火焰目标检测与定位方法,并基于此方法搭建了火焰检测与定位系统。本文主要研究工作内容归纳如下:(1)根据火焰目标的特点,改进了YOLOX-nano算法,实现了火焰目标检测。首先,使用Label Img标注工具将采集到的火焰图像数据制作成火焰数据集;然后,根据火焰目标的多样性和目标较小等特点,采用了轻量型的YOLOX-nano目标检测网络作为基础,并增加注意力机制以提高网络前期保留小目标的性能,采用Soft-SPP替换SPP以保留更多火焰目标信息,同时提出全新的损失函数加快网络速度并提高小目标回归效果;接着,采用预训练模型对网络进行训练,减少特征提取所花费时间;最后,通过平均精度和图像帧率等作为评价指标,评估改进的YOLOX-nano模型的性能,并进行对比实验。实验结果表明,本文提出的算法能够在保证检测精度的前提下达到实时检测的要求。(2)针对火焰测距精度与速率的要求,研究双目视觉测距算法和技术,实现了火焰目标距离测量。首先利用张氏标定法和Bouguet算法对双目相机进行标定和矫正预处理;然后,分析对比了基于图割(Graph Cut,GC)的立体匹配算法、半全局匹配(Semi-global matching,SGM)和半全局块匹配(Semi-global block matching,SGBM),确定了SGBM立体匹配算法最能满足火焰测距精度与速率要求;最后,使用已矫正过的实际双目火焰图像进行立体匹配实验,得到实际场景视差图,求出被测火焰在三维坐标下的距离。实验结果表明,本文方法能够实现火焰目标定位需求。(3)融合基于深度学习的火焰目标检测和双目视觉火焰目标定位方法,构建了火焰检测与定位系统。将本文提出的火焰目标检测算法和双目定位算法使用Python语言编程实现,作为系统程序的主干功能,并基于Py Qt5开发了可视化的图形用户界面,以方便用户控制检测过程和观察检测结果。运用本系统对实际火焰场景进行了测试实验,实验结果显示,本系统能准确有效地检测出火焰目标,并获取火焰的三维坐标信息,验证了系统的准确性和有效性。

关键词：深度学习 YOLOX-nano算法火焰检测定位双目测距

基于影像特征专业知识图谱的胸片分类深度学习模型的构建与研究

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基于影像特征专业知识图谱的胸片分类深度学习模型的构建与研究

作者：汪子健安徽中医药大学

学位级别：硕士

近年来,基于深度学习的方法在计算机视觉领域取得了突破性地进展,并被广泛应用于医学图像分析领域。知识图谱与大数据技术、深度学习技术相结合,已经成为推动人工智能发展的核心驱动力。医学知识图谱是实现智慧医疗的基石,有望带来更高... 详细信息

近年来,基于深度学习的方法在计算机视觉领域取得了突破性地进展,并被广泛应用于医学图像分析领域。知识图谱与大数据技术、深度学习技术相结合,已经成为推动人工智能发展的核心驱动力。医学知识图谱是实现智慧医疗的基石,有望带来更高效精准的医疗服务。为了将临床医生诊断的经验融入深度学习模型,本文研究了影像特征专业知识图谱。为进一步提高深度学习模型在胸片异常特征分类任务的准确度和可解释性,本文研究基于影像特征专业知识图谱的胸片分类深度学习模型。本文主要研究内容包括以下几点:（1）为了将临床医生诊断的经验融入模型,本文引入了胸片影像特征专业知识图谱,并使用Neo4j数据库构建知识图谱并存储。本文所有实验在一个已经标注的胸部后前位片影像数据集上进行,该数据集根据知识图谱划分13个一级标签,共包含214,195例数据。通过遍历知识图谱来程序化构建实验所需的分类数据集,深度学习网络使用该分类数据集进行训练、验证和测试。（2）为提高深度学习模型的准确度,本文建立了基于Vision Transformer的胸片影像分类模型,该模型先使用Transformer编码器的提取胸片影像特征,再使用Softmax分类器对胸片影像进行二分类。实验结果表明,与其他经典模型相比,该模型的各平均指标提升约0.01～0.02。（3）为进一步研究深度学习模型在多分类任务上的准确性与可解释性,本文引入类特定的残差注意力算法,对Vision Transformer提取的特征矩阵融合所有位置的残差注意力特征,再根据朴素贝叶斯分类算法计算后验概率来对多分类模型的结果进行微调,最终构成了基于知识图谱的自动分类模型。实验结果表明,该预测模型在各平均指标上提升约0.02～0.03。本文所提出的一整套技术流程与算法框架,通过一系列的实验证明其在基于胸片影像特征分类中是切实可行的,为今后提高放射科医生的工作效率提供了一种解决思路。

关键词：深度学习胸片影像特征医学影像分类知识图谱概率图模型

高中数学新教材中的数学建模内容比较研究——以人教A版、北师大版为例

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高中数学新教材中的数学建模内容比较研究——以人教A版、北师大...

作者：汪子健华中师范大学

学位级别：硕士

《普通高中数学课程标准(2017年版)》将“数学建模”作为六大数学学科核心素养之一,并将“数学建模活动与数学探究活动”设置为高中数学课程内容的四大主线之一,要求其贯穿于必修、选择性必修和选修课程中。高中数学新教材根据课标的要... 详细信息

《普通高中数学课程标准(2017年版)》将“数学建模”作为六大数学学科核心素养之一,并将“数学建模活动与数学探究活动”设置为高中数学课程内容的四大主线之一,要求其贯穿于必修、选择性必修和选修课程中。高中数学新教材根据课标的要求设置了相应的数学建模内容。不同教材在三大主线的数学建模内容以及在数学建模活动专题是如何设置的?不同教材在数学建模内容的编写上是否符合课标的要求?有何亮点和不足之处?这些问题都值得广大数学教育工作者思考,从而不断提高我国高中数学建模的教学水平。本文以我国使用较为广泛的人教A版和北师大版高中数学新教材为例,根据分析框架和编码系统,首先对两版教材中的数学建模内容进行界定,再从内容分布和呈现形式这两个维度来分析数学建模内容设置的整体结构,然后对三大主线内容的数学建模过程进行分析,比较两版教材在数学建模内容设置方面的异同点,最后对两版教材在数学建模活动专题的内容进行对比分析。通过对两版新教材的数学建模内容的编码统计与数据分析,发现两版教材在数学建模的编写方面基本符合课标要求,并且在内容设置上有各自的亮点和不足之处。人教A版新教材在三大主线部分的数学建模内容数量更多,呈现形式更丰富,建模过程的设置较为合理,在平时的数学知识教学中潜移默化地渗透了数学建模的思想和方法。而北师大版新教材虽然在三大主线的数学建模内容较少,但是数学建模活动专题的实例与习题较为丰富,对建模过程的讲解较为详细,提供了很多建模的素材可以在教学中参考,让学生在专题活动中经历完整的建模过程。基于研究结果,本文对教材的编写以及教师的教学提出了以下几点建议:(1)数学建模内容的知识分布要均匀;(2)数学建模内容的问题设置要更加开放;(3)数学建模活动专题的内容设置要考虑教学实际;(4)教师要重视数学建模的教学并不断提高自身的知识技能;(5)充分利用好现有的教材资源,挖掘合适的教学内容;(6)数学建模教学要以学生为主体,引导其探索思考。

关键词：高中数学新教材数学建模教材比较

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同根双向扩展的贪心RRT路径规划算法

计算机工程与应用 2023年第21期59卷 312-318页

作者：杜传胜高焕兵侯宇翔汪子健山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 山东省智能建筑技术重点实验室济南250101

针对传统RRT-Connect算法路径规划过程中随机性大、算法效率低、搜索时间长、搜索路径冗长等问题,提出一种同根双向扩展的贪心RRT路径规划算法。将由起点开始向终点进行扩展的方式改为由起点与终点连线的中间点同时向起点和终点进行双... 详细信息

针对传统RRT-Connect算法路径规划过程中随机性大、算法效率低、搜索时间长、搜索路径冗长等问题,提出一种同根双向扩展的贪心RRT路径规划算法。将由起点开始向终点进行扩展的方式改为由起点与终点连线的中间点同时向起点和终点进行双向扩展,同时在扩展节点时叠加引力场和极度贪心算法,使树快速向起点和终点的方向扩散,加速路径的生成。对生成的路径进行剪枝优化处理,删除路径中冗余的节点,缩短路径长度。在三种不同环境中对改进算法进行仿真对比实验,结果表明所提算法相关性能优于传统RRT-Connect算法及其相关衍生算法。将改进RRT-Connect算法应用在实际移动机器人中,进一步证明改进算法的实用性和有效性。

关键词：同根双向扩展引力场贪心算法剪枝优化处理

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改进RRT的移动机器人路径规划算法

电子测量技术 2022年第16期45卷 47-52页

作者：侯宇翔高焕兵汪子健杜传胜山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 山东省智能建筑技术重点实验室济南250101

针对快速扩展随树算法(RRT)在移动机器人路径规划中随机性强、转折点多、存在大量冗余点的缺点,提出了一种基于单元分解法的改进RRT算法。首先在算法初始阶段,利用单元分解法将地图划分为可行区域与障碍区域;后根据区域与区域之间邻接关... 详细信息

针对快速扩展随树算法(RRT)在移动机器人路径规划中随机性强、转折点多、存在大量冗余点的缺点,提出了一种基于单元分解法的改进RRT算法。首先在算法初始阶段,利用单元分解法将地图划分为可行区域与障碍区域;后根据区域与区域之间邻接关系,将随机采样点的选择固定在邻居区域内,直至扩展到目标点所在区域;并对搜索到的最终路径进行优化处理,改善路径转折点过多的问题。仿真结果表明,改进RRT算法生成的路径长度更短、消耗时间更少,最后将改进RRT算法应用在实际移动机器人中,进一步证明改进算法的实用性和有效性。

关键词：路径规划快速扩展随机树算法单元分解随机采样

PPC/Si-g-PCL纳米复合材料的结构与性能

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高分子材料科学与工程 2020年第8期36卷 74-80页

作者：亓文丽汪子健唐龙祥合肥工业大学化学与化工学院安徽合肥230009

采用一步法制备氨基化硅(Si)纳米粒子,然后与缩水甘油发生开环反应,在Si纳米粒子表面引入C-OH,引发己内酯(e-CL)开环聚合,制得Si-g-PCL复合纳米粒子,并以此对聚碳酸亚丙酯(PPC)进行改性。场发射透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱结果... 详细信息

采用一步法制备氨基化硅(Si)纳米粒子,然后与缩水甘油发生开环反应,在Si纳米粒子表面引入C-OH,引发己内酯(e-CL)开环聚合,制得Si-g-PCL复合纳米粒子,并以此对聚碳酸亚丙酯(PPC)进行改性。场发射透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱结果表明,Si纳米粒子和Si-g-PCL复合纳米粒子已成功制备。力学性能、热重分析测试结果表明,PPC/Si-g-PCL纳米复合材料的力学性能和热稳定性明显优于纯PPC与PPC/Si纳米复合材料。在Si-g-PCL复合纳米粒子的质量分数为3%时,纳米复合材料的拉伸强度与初始热分解温度分别提高了3 MPa与11.2℃;当Si-g-PCL复合纳米粒子的质量分数为2%时,纳米复合材料的冲击强度比PPC大约提高了3 kJ/m^2。与纯PPC相比,PPC/Si-g-PCL纳米复合材料的热稳定性有所提高,初始热分解温度提高了11.2℃。酶促降解实验结果表明,Si纳米粒子和Si-g-PCL复合纳米粒子改善了PPC的酶降解性能。Si-g-PCL复合纳米粒子的加入在不损害PPC生物降解性能下,提高了其力学性能、热稳定性和酶降解等性能,为PPC的改性和高值化应用提供了思路。

关键词：硅纳米粒子 Si-g-PCL复合纳米粒子聚碳酸亚丙酯力学性能热稳定性酶促降解性能

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基于改进跳点搜索法的移动机器人路径规划

组合机床与自动化加工技术 2023年第3期 54-58页

作者：侯宇翔高焕兵汪子健杜传胜山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 山东建筑大学山东省智能建筑技术重点实验室济南250101

为解决跳点搜索算法在路径规划过程中存储大量不必要跳点的问题,提高寻路效率,提出一种融合人工势场法与跳点搜索法的机器人路径规划算法。该算法通过人工势场法为跳点搜索法提供搜索参考方向,直至生成最终路径,能够有效降低扩展过程中... 详细信息

为解决跳点搜索算法在路径规划过程中存储大量不必要跳点的问题,提高寻路效率,提出一种融合人工势场法与跳点搜索法的机器人路径规划算法。该算法通过人工势场法为跳点搜索法提供搜索参考方向,直至生成最终路径,能够有效降低扩展过程中搜索到的无用跳点数量,从而减少计算量。在搜索到的路径基础上,引入3次均匀B样条曲线,以进一步优化最优解,得到更加平滑的机器人移动路径。仿真与实验结果表明,改进算法可很大程度减少跳点的数量,有效提高路径规划效率。

关键词：跳点搜索法人工势场法移动机器人路径规划 B样条曲线

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改进人工势场法的机械臂轨迹规划

组合机床与自动化加工技术 2023年第4期 54-57,62页

作者：侯宇翔高焕兵杜传胜汪子健山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 山东建筑大学山东省智能建筑技术重点实验室济南250101

针对传统人工势场法(APF)在机械臂避障路径规划过程中出现目标不可达和局部最小值问题,提出一种改进人工势场法算法。首先,使用人工势场法控制机械臂时陷入危险区域时,引入跳点搜索算法,寻找最优跳点作为下一迭代点,同时设强迫邻居为虚... 详细信息

针对传统人工势场法(APF)在机械臂避障路径规划过程中出现目标不可达和局部最小值问题,提出一种改进人工势场法算法。首先,使用人工势场法控制机械臂时陷入危险区域时,引入跳点搜索算法,寻找最优跳点作为下一迭代点,同时设强迫邻居为虚拟目标点,指引机械臂摆脱危险区域;其次,再使用人工势场法搜索;最后,引入3次均匀B样条曲线进一步优化最优解,进而生成一条平滑、无碰撞的路径。通过二维地图和机械臂避障实验,验证了改进算法的有效性和可行性。

关键词：人工势场法机械臂跳点搜索法轨迹规划虚拟目标点