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基于深度学习的机场跑道异物检测方法研究

基于深度学习的机场跑道异物检测方法研究

作者：隋昊达中国民航大学

学位级别：硕士

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)的存在可能会导致飞机损伤并危及机组和乘客的生命安全,各类检测技术常与智能检测系统协同用于检测跑道上的FOD目标。基于深度学习的目标检测算法在通用数据集上达到了较高的检测精度。但是,具... 详细信息

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)的存在可能会导致飞机损伤并危及机组和乘客的生命安全,各类检测技术常与智能检测系统协同用于检测跑道上的FOD目标。基于深度学习的目标检测算法在通用数据集上达到了较高的检测精度。但是,具体到FOD目标检测,由于异物形态尺寸有其特殊性,主流深度学习目标检测方法在实际应用时会存在检测精度偏低和漏检率偏高等问题。此外,由于夜晚或其它特殊天气条件下的机场跑道场景数据较少,难以满足深度学习对样本数量的需求,也会导致检测效果不佳。因此,需要对远距离多个小目标情况和低照度场景下的FOD目标检测算法进行进一步的分析与研究。在FOD目标检测工作中,将卷积神经网络方法和生成对抗网络方法相结合。通过改进YOLOv3(You Only Look Once v3)算法实现对小目标FOD的有效检测,利用Cycle GAN(Cycle Consistent Generative Adversarial Networks)算法提升对低照度场景下FOD目标的检测效果。首先,通过采集实际机场道面、模拟机场道面、正常光照场景和低照度场景下的样本数据,构建FOD目标检测数据集。其次,完成基于卷积神经网络的FOD目标检测算法设计,并针对FOD多为小目标物体的特点,优化YOLOv3算法的网络结构、聚类方法和损失函数。最后,提出了基于生成对抗网络的FOD数据集扩充方法,通过Cycle GAN算法实现低照度环境下的FOD图像数据增广,利用扩充数据集完成FOD目标检测算法的训练,以解决特殊场景下FOD训练样本数量不足导致的检测精度偏低问题。实验结果表明,改进YOLOv3算法在正常光照场景下进行FOD检测的准确率达到95.3%,有效解决了原算法存在的漏检问题。利用Cycle GAN算法实现FOD数据集扩充后,训练得到的算法模型对低照度场景下FOD目标检测的平均精度由65.6%提高到83.4%,显著优于现有算法。在此基础上,设计开发移动式FOD检测实验平台,实现了从算法研究到实际应用的完整工作。

关键词：机场跑道异物目标检测卷积神经网络生成对抗网络

改进YOLOv3在机场跑道异物目标检测中的应用

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计算机工程与应用 2021年第8期57卷 249-255页

作者：郭晓静隋昊达中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)的小目标特点,提出一种基于改进YOLOv3的FOD目标检测算法。以YOLOv3网络为基础,采用运算复杂度相对更低的Darknet-49作为特征提取网络,并将检测尺度增加至4个,进行多尺度特征融合。使用基... 详细信息

针对机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)的小目标特点,提出一种基于改进YOLOv3的FOD目标检测算法。以YOLOv3网络为基础,采用运算复杂度相对更低的Darknet-49作为特征提取网络,并将检测尺度增加至4个,进行多尺度特征融合。使用基于马尔科夫链蒙特卡罗采样(Markov Chain Monte Carlo sampling,MCMC)的K-means++算法对标注边界框尺寸信息进行聚类分析。训练时引入GIoU边界框回归损失函数。实验结果表明,改进的YOLOv3目标检测算法在满足实时性要求的情况下,精确率和召回率达到了95.3%和91.1%,与Faster R-CNN相比具有更高的检测速度,与SSD相比具有更高的检测精度,有效解决了原YOLOv3存在的定位精度偏低和漏检问题。

关键词：机场跑道异物小目标检测特征融合聚类分析损失函数

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基于改进YOLO的飞机起降阶段跟踪方法

计算机工程与设计 2022年第11期43卷 3250-3256页

作者：郭晓静李欣隋昊达中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

针对起降阶段飞机目标识别跟踪中人工与雷达配合检测效率低的问题,提出一种轻量化单目标识别跟踪模型。引入Mobile Ntv3e改进YOLOv4的特征提取网络,利用基于马尔科夫链蒙特卡罗采样的K-means++算法对自建数据集标注的边界框尺寸信息进... 详细信息

针对起降阶段飞机目标识别跟踪中人工与雷达配合检测效率低的问题,提出一种轻量化单目标识别跟踪模型。引入Mobile Ntv3e改进YOLOv4的特征提取网络,利用基于马尔科夫链蒙特卡罗采样的K-means++算法对自建数据集标注的边界框尺寸信息进行聚类分析。将数据集按7:3进行样本训练与测试,实现根据飞机垂尾处的公司标记自动分类识别、跟踪。实验结果表明,改进后算法的准确率达到94.29%,每秒处理的帧数达到67f/s,速度相比原来的YOLOv4算法提高了35f/s,提升了检测效率,具有较好的理论价值与应用前景。

关键词：飞机目标识别目标跟踪 YOLO算法深度可分离卷积聚类分析

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不可靠网络环境下的多智能体系统一致性研究

不可靠网络环境下的多智能体系统一致性研究

作者：隋昊廷曲阜师范大学

学位级别：硕士

多智能体系统(Multi-agent System,MAS)由于去中心化设计思路具有较大的应用前景,逐渐引起各个领域的广泛关注。由于很多应用场景对远距离无线通信的客观需要,将网络化控制系统(Networked Control System,NCS)与多智能体系统结合起来渐... 详细信息

多智能体系统(Multi-agent System,MAS)由于去中心化设计思路具有较大的应用前景,逐渐引起各个领域的广泛关注。由于很多应用场景对远距离无线通信的客观需要,将网络化控制系统(Networked Control System,NCS)与多智能体系统结合起来渐渐成为一个必然的趋势。而这种结合在扩大多智能体系统应用场景的同时,也客观导致无线通信网络本身存在的诸如通信延时、数据丢包和信道衰减等制约系统性能的因素不可避免地被引入到多智能体系统的设计与控制研究中来。因此,研究在何种条件下能够使不可靠通信网络上的多智能体系统实现一致性,并给出相应的控制器,就具有深远的理论和实际意义。本文的工作可以概括为以下三个部分:第一,研究了不可靠多信道通信网络环境下的采样网络化控制系统(Sampled-data NCS)的均方镇定性问题。由于网络带宽是有限的,因此状态信号从传感器向控制器的传输过程可能会发生数据丢包现象,也就是所说的间歇观测。另外,控制信号由控制器向执行器的传输过程中会发生随机的传输延时。这些通信问题会极大地影响系统的性能发挥,甚至造成系统的不稳定。通过采用基于空闲时间的调度策略,在执行器端预设一个截止时间,可以将原集成系统转化为一个带有固定输入延时的随机系统。在此基础上,基于依赖延时的代数里卡蒂方程(Delay-dependent Algebraic Riccati Equation,DDARE),得出了系统均方镇定的充分必要判定条件,并进一步根据该方程,在标量系统条件下,我们将系统的可镇定性问题等价转化为一个关于采样周期的不等式成立问题,并且通过求解不等式,得出了采样周期的上确界的精确算法。最终,通过数值仿真验证了理论的有效性。第二,研究了不可靠的多信道网络环境下的多智能体系统的均方一致性问题。由于网络资源有限,以及网络中存在恶意的拒绝服务(Denial-of-service,DoS)攻击,从控制器端发送的控制信号在传输过程中会遭受传输延时和数据丢包的影响,无法及时、稳定的到达执行器端,影响控制器的效果。该部分设计了预测式控制器,基于系统当前的状态和过去的控制信号,改善控制器的效果。然后建立与原多智能体系统均方一致性问题等价的误差模型均方镇定问题,在此基础上,得到了基于DDARE的实现多智能体均方一致性的充分必要条件。进一步,通过对DDARE的简化推导,得到了可基于系统参数直接计算的多智能体系统均方一致性判定指标计算公式,同时,通过求解与DDARE等价的线性矩阵不等式可行解问题,得到了多智能体系统实现均方一致性的最低阈值。最后,通过数值仿真验证了所得结论的有效性。第三,研究了在不可靠网络环境下的基于有向交互拓扑网络的多智能体系统的均方一致性问题。一方面,信号在传输过程会发生非一致的固定通信延时,对建模过程构成挑战,为了解决这一问题,该部分引入了一个新的建模思路,将控制器的更新周期预设为最大的信道延时数值,从而推导得到一个等价的无延时的多智能体系统。另一方面,信号的传输过程还会遭受非一致的信道衰减,同样对推导误差模型造成困难,因此,该部分以边动力学模型(Edge Dynamics)作为误差模型,推导得到一个与原多智能体系统均方一致性问题等价的误差模型均方镇定性问题。在误差模型的基础上,通过对里卡蒂方程条件的简化推导得到了更加易于计算的矩阵不等式条件,作为原多智能体系统实现均方一致性的充分性判据,并给出相应的仿真实例验证理论的有效性。

关键词：多智能体系统网络化控制系统一致性控制数据丢包通信延时信道衰减

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纤维混凝土力学性能与微观结构研究

纤维混凝土力学性能与微观结构研究

作者：隋昊良黑龙江大学

学位级别：硕士

混凝土是一种重要的建筑材料,在工程应用的相当广泛,不论是平时的住房,或是用于交通的桥梁,还是用于发电的大坝。随着社会技术的不断发展,人们对于混凝土强度的需求越来越大,此时纤维混凝土进入了大众的视野中。本文主要研究在混凝土中... 详细信息

混凝土是一种重要的建筑材料,在工程应用的相当广泛,不论是平时的住房,或是用于交通的桥梁,还是用于发电的大坝。随着社会技术的不断发展,人们对于混凝土强度的需求越来越大,此时纤维混凝土进入了大众的视野中。本文主要研究在混凝土中加入玄武岩纤维或玻璃纤维或同时加入上述两种纤维,对混凝土力学性能造成的影响进行研究。并对双掺纤维混凝土进行了抗冻试验以探索两者对混凝土抗冻性能的影响。在宏观试验的基础上,又对素混凝土与双掺纤维混凝土进行SEM电子显微镜试验,在微观范围观察纤维对混凝土表面造成的影响并与素混凝土进行对比分析。试验研究成果主要如下:(1)在抗压方面,各个掺量与龄期下的单掺纤玄武岩纤维混凝土与玻璃纤维混凝土与双掺纤维混凝土,相较于素混凝土的抗压强度均有提升。在劈裂抗拉方面,三者在各个掺量与龄期下,相较于素混凝土的劈裂抗拉强度有不同程度的提升与降低。(2)三种掺量的双掺纤维混凝土中抗冻能力最强的是掺入0.15%玄武岩纤维及0.05%玻璃纤维的双掺纤维混凝土。且两者掺量的多少对于双掺纤维混凝土的抗冻性能没有直接影响。(3)经过SEM电子显微镜试验发现,双掺纤维可以在物理及化学层面上有效的加固混凝土各个部分的连接。

关键词：玄武岩纤维玻璃纤维力学性能抗冻性 SEM电子显微镜

广东沿海海草床的现状、面临的威胁与保护建议

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生物多样性 2024年第2期32卷 114-131页

作者：钟超廖亚琴刘伟杰隋昊志陈清华生态环境部华南环境科学研究所广州510530

海草床是地球上最具价值的生态系统之一,为人类提供广泛的生态系统服务。我国乃至全球范围内海草床面临着人类活动威胁,且呈退化趋势。广东海草研究起步较晚,近年来涌现的一些研究成果将广东海草分布特征清晰地呈现在世人面前,并发现海... 详细信息

海草床是地球上最具价值的生态系统之一,为人类提供广泛的生态系统服务。我国乃至全球范围内海草床面临着人类活动威胁,且呈退化趋势。广东海草研究起步较晚,近年来涌现的一些研究成果将广东海草分布特征清晰地呈现在世人面前,并发现海草床受到的威胁来源多样,但缺乏系统的总结。基于广东滨海地区未来一段时间将持续面临高强度人类活动压力的背景下,为有效保护海草床及其生物多样性,亟需进一步深入了解广东海草床存在的问题,从而提出针对性的保护建议。本文通过回顾21世纪以来广东海草床研究成果,汇总了广东海草分布信息,并结合现场调研和国内外海草床的研究报道,梳理了广东海草床面临的威胁。结果表明广东沿岸海草分布广泛,现有海草床面积约1,540ha。海草种类共5种,以卵叶喜盐草(Halophilaovalis)和贝克喜盐草(***)为主,日本鳗草(Zosterajaponica)、单脉二药草(Haloduleuninervis)和短柄川蔓草(Ruppia brevipedunculata)分布较少。本文阐明了人为因素和自然因素如何影响海草的生长和分布,并指出了广东海草床主要面临着海水养殖、渔业捕捞、陆源污染、海洋工程等人类活动的威胁。此外,物种入侵和全球气候变化的影响也不容忽视。针对上述威胁,在现有的保护基础之上,建议加强海草床生态系统研究、提升海草调查监测能力、建立健全海草保护监管体系、管控污染物排放、强化海草床生态修复并开展海草科普宣传等工作。

关键词：广东海草床人类活动威胁保护现状保护建议

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锦州市红色文化融入文博场馆的设计策略研究

文化学刊 2024年第7期 6-10页

作者：付多多隋昊鲁迅美术学院

锦州的红色文化资源非常丰富，既有非物质形态的红色文化精神，还有承载着这些文化的物质形态载体，如革命战斗遗址、纪念设施等。文博场馆作为城市红色文化宣传的重要阵地之一，也是日常培养民众爱国精神不可或缺的城市空间，具有重要... 详细信息

锦州的红色文化资源非常丰富，既有非物质形态的红色文化精神，还有承载着这些文化的物质形态载体，如革命战斗遗址、纪念设施等。文博场馆作为城市红色文化宣传的重要阵地之一，也是日常培养民众爱国精神不可或缺的城市空间，具有重要的育人功能。因此，深挖城市红色文化资源，以红色文化精神为向导，融入城市文博空间中，对于树立红色城市文化形象，建立红色文化教育场所具有现实的指导意义。本文从“广”的传播范围，充分发挥数字化宣传平台力量;“新”的设计理念，推动红色文博场馆创新性传承;“线”的关联形式，加强各文博场馆间灵活性联动三个方面进行着手，旨在研究红色文化资源融入锦州市文博场馆设计的思路和实践路径。

关键词：红色文化资源文博场馆红色纪念馆

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考虑流固耦合的浅埋富水软岩隧洞稳定性分析

福建建材 2024年第5期 58-61页

作者：王福斌于奎隋昊良杨鑫黑龙江大学水利电力学院黑龙江哈尔滨150080

浅埋隧洞在开挖穿越富水软岩区域时,围岩极易发生失稳破坏,影响工程进度。以哈尔滨二甲沟水库引水隧洞某富水软岩施工段为工程背景,使用COMSOL多物理场仿真软件建立了不同流固耦合效应的隧洞三维模型,研究了2种工况下隧洞施工过程中围... 详细信息

浅埋隧洞在开挖穿越富水软岩区域时,围岩极易发生失稳破坏,影响工程进度。以哈尔滨二甲沟水库引水隧洞某富水软岩施工段为工程背景,使用COMSOL多物理场仿真软件建立了不同流固耦合效应的隧洞三维模型,研究了2种工况下隧洞施工过程中围岩受力变形规律。结果表明,浅埋隧洞在开挖穿越富水软岩区域时,不论是否考虑流固耦合效应围岩都会发生不同程度的变形。在开挖推进距离相同的条件下,考虑流固耦合效应的隧洞模型围岩应力集中特征更明显,且数值分析计算出的变形结果与工程实测数据更接近。研究成果可为浅埋隧洞穿越富水软岩区域施工安全提供参考。

关键词：浅埋隧洞富水软岩流固耦合围岩受力变形

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纤维光束支气管镜在临床麻醉中的应用

中国医疗器械信息 2024年第14期30卷 43-45页

作者：贾晓菁隋昊青岛市城阳区人民医院麻醉科山东青岛266109

目的:探讨纤维光束支气管镜在临床麻醉中的应用。方法:选取2022年8月~2023年8月于本院需要外科手术治疗的患儿54例,随机分为两组。对照组应用喉镜气管插管麻醉,研究组应用纤维光束支气管镜插管麻醉,对两组的血流动力学指标变化情况,定... 详细信息

目的:探讨纤维光束支气管镜在临床麻醉中的应用。方法:选取2022年8月~2023年8月于本院需要外科手术治疗的患儿54例,随机分为两组。对照组应用喉镜气管插管麻醉,研究组应用纤维光束支气管镜插管麻醉,对两组的血流动力学指标变化情况,定位时间、拔除时间、苏醒时间、插管所用时间以及一次性定位成功率、不良反应发生率进行对比。结果:对照组各时点的血氧饱和度、心率变化不明显,研究组患儿血氧饱和度没有明显变化,但置入后1min、拔除即刻的心率比置入前高,且和对照组相比差异有统计学意义(P<0.05);研究组定位时间、拔除时间、苏醒时间、插管所用时间均比对照组短(P<0.05);研究组一次性定位成功率比对照组高,术后咽喉痛、麻醉苏醒期躁动、术后呛咳屏气、喉痉挛发生率比对照组低(P<0.05)。结论:儿童外科手术治疗中应用纤维光束支气管镜气管插管麻醉效果理想,可以缩短插管时间,提高一次性定位成功率,降低不良反应发生率。

关键词：纤维光束支气管镜临床麻醉外科手术不良反应定位时间血流动力学指标