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基于图卷积网络的高光谱图像分类算法研究

基于图卷积网络的高光谱图像分类算法研究

作者：高路尧中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

高光谱图像凭借其蕴含的丰富的光谱信息在灾害监测、军事探测和精细农业等应用领域大放光彩,但众多的光谱波段在提供大量信息的同时也为后续图像处理过程带来了难题。其中,高光谱图像分类作为图像处理过程中的核心任务,其对样本的分类... 详细信息

高光谱图像凭借其蕴含的丰富的光谱信息在灾害监测、军事探测和精细农业等应用领域大放光彩,但众多的光谱波段在提供大量信息的同时也为后续图像处理过程带来了难题。其中,高光谱图像分类作为图像处理过程中的核心任务,其对样本的分类准确度对后续的影像分析及应用至关重要。机器学习是高光谱图像分类任务发展初期普遍应用的分类技术,但仅利用了图像的光谱信息,忽略了空间几何信息。与此同时,特征工程的设计过程需要大量先验知识。深度学习方法能够自动从原始数据捕获高阶特征,逐渐取代了机器学习的高光谱分类方法。卷积神经网络作为深度学习方法的一种,凭借局部连接、权值共享的特点在高光谱图像分类任务中应用广泛。但卷积神经网络中的卷积操作使得其局限于欧式空间,无法有效获取像素间的全局关系特征。图神经网络通过节点信息的聚合具有很强的捕获对象依赖关系的能力,能够弥补卷积神经网络方法的不足。鉴于此,对图卷积网络在高光谱图像分类上的应用进行研究,主要研究内容如下:(1)构建了一个基于超像素分割的图注意力网络SSGAT,依据不同波段的重要性的不同,能够自适应地获取图像的长距离上下文信息及关系特征,解决了卷积神经网络对关系特征利用不足的问题。基于图结构的构建方式进行研究,将超像素分割后的超像素块视为图结构中的图节点,有效减少构造图结构的复杂度并降低分类图噪声。针对网络的优化问题,将残差结构引入网络,通过实验证明该方法能有效降低网络过拟合的风险。在三个代表性的高光谱图像数据集上对SSGAT及对比算法的分类精度进行测试,对SSGAT进行对比试验及消融实验,三个数据集上分别获得了94.11%、95.22%、96.37%的总体分类精度,与其他方法相比性能优秀,在处理大尺度区域的分类问题时具有明显优势。(2)针对超像素分割处理会使相邻像素之间的特征变得相似,导致一定程度的细节丢失的问题。为了获得更精细的分类结果,提出了一个融合了图卷积分支与卷积分支的分类网络FCGN,包含基于超像素分割的图卷积网络与增添了注意力机制的卷积网络两个分支。基于超像素分割的图卷积分支来获取图像的长距离上下文特征,基于卷积分支来提取局部的像素级特征,通过融合两个分支的特征,使互补的特征相辅相成完成分类过程,为超像素分割导致的细节缺失问题提出了一种解决方案。在三个数据集上对FCGN及对比算法进行测试及消融实验,在训练样本数量较少的情况下依旧获得了98.78%、98.99%、98.69%的总体分类精度,证明了该算法的有效性。该网络在大尺度及小尺度区域均能获得优异的分类性能。

关键词：高光谱遥感图神经网络卷积神经网络超像素分割

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像元映射变分辨率光谱成像重构

中国光学（中英文） 2022年第5期15卷 1045-1054页

作者：肖树林胡长虹高路尧颜克雄杨春吉李洪利中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

本文讨论了随机滤光片光谱编码-解码的基本原理与重构方法,利用深度学习欠完备自编码器的自动特征提取机制,构建了高精度、低延时的像元映射变分辨率光谱成像重构网络,通过变换像元映射关系完成了2×2、4×4像元阵列光谱重构网络的并行... 详细信息

本文讨论了随机滤光片光谱编码-解码的基本原理与重构方法,利用深度学习欠完备自编码器的自动特征提取机制,构建了高精度、低延时的像元映射变分辨率光谱成像重构网络,通过变换像元映射关系完成了2×2、4×4像元阵列光谱重构网络的并行训练。最后,利用512×512、120谱段(430~670 nm)的遥感光谱图像对重构网络进行验证,实现了2×2像元阵列/40谱段重构峰值信噪比达53 dB、均方误差小于0.002、重构用时0.87 s与4×4像元阵列/120谱段重构峰值信噪比达64 dB、均方误差小于10^(−5)、重构用时0.52 s的变分辨率光谱图像重构。实验结果表明像元映射变分辨率光谱成像重构网络具备高精度、低延时的动态变换性能。

关键词：变分辨率光谱成像像元映射随机滤光片深度学习

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视频高光谱成像技术

中国科技成果 2021年第23期22卷 26-29页

作者：肖树林胡长虹高路尧中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

文章提出了像元级高光谱分光技术和高灵敏度面阵CMOS图像传感器相结合的高光谱成像技术方案,并以此研制了一款具有凝视成像能力的天基视频高光谱成像仪.与传统高光谱成像仪相比,视频高光谱成像仪具有重量轻、体积小、结构简单、稳定度... 详细信息

文章提出了像元级高光谱分光技术和高灵敏度面阵CMOS图像传感器相结合的高光谱成像技术方案,并以此研制了一款具有凝视成像能力的天基视频高光谱成像仪.与传统高光谱成像仪相比,视频高光谱成像仪具有重量轻、体积小、结构简单、稳定度高等优势,具备高帧频、凝视成像以及单次曝光可以获取多个波段数据等能力.

关键词：高光谱像元级分光技术 CMOS 像元级滤光片

基于异步合作更新的LSTM-MADDPG多智能体协同决策算法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 797-806页

作者：高敬鹏王国轩高路哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001 北京航天长征飞行器研究所试验物理与计算数学国家级重点实验室北京100076

针对完全合作型任务中,多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法存在信度分配以及训练稳定性差的问题,提出了一种基于异步合作更新的LSTM-MADDPG多智能体协同决策算法。基于差异奖励和值分解思想,利用长短时记忆(LSTM)网络提取轨迹序列... 详细信息

针对完全合作型任务中,多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法存在信度分配以及训练稳定性差的问题,提出了一种基于异步合作更新的LSTM-MADDPG多智能体协同决策算法。基于差异奖励和值分解思想,利用长短时记忆(LSTM)网络提取轨迹序列间特征,优化全局奖励划分方法,实现各智能体的动作奖励分配;结合算法联合训练需求,构建高质量训练样本集,设计异步合作更新方法,实现LSTM-MADDPG网络的联合稳定训练。仿真结果表明,在协作捕获场景中,本文算法相较于QMIX的训练收敛速度提升了20.51%;所提异步合作更新方法相较于同步更新,归一化奖励值均方误差减小了57.59%,提高了算法收敛的稳定性。

关键词：人工智能多智能体协同决策深度强化学习信度分配异步合作更新

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一种协同二维DOA和TDOA观测量的超视距短波辐射源定位新方法

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雷达学报 2024年

作者：王鼎尹洁昕高路张莉中国人民解放军战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院国家数字交换系统工程技术研究中心北京航天长征飞行器研究所

针对超视距远距离短波辐射源定位误差较大的问题，该文在观测站同时获得二维到达角度和到达时间差参数的场景下，提出一种协同这两种观测量的定位新方法。首先，基于单跳电离层虚高模型构建面向短波辐射源的二维到达角度和到达时间差的... 详细信息

针对超视距远距离短波辐射源定位误差较大的问题，该文在观测站同时获得二维到达角度和到达时间差参数的场景下，提出一种协同这两种观测量的定位新方法。首先，基于单跳电离层虚高模型构建面向短波辐射源的二维到达角度和到达时间差的非线性观测方程。然后，将超视距定位几何模型与代数模型相结合，并依次将两种非线性观测方程转化为伪线性观测方程，进而提出一种无需迭代的两阶段协同定位方法。阶段1通过求解一元6次多项式的根获得目标位置向量闭式解，阶段2通过构建等式约束优化模型对阶段1的估计误差进行改良，并利用拉格朗日乘子技术得到精度更高的定位结果。最后，利用约束误差扰动理论对新提出的协同定位方法的估计性能进行理论分析，证明新方法具有渐近统计最优性，同时还利用约束误差扰动理论定量分析短波辐射源高度信息误差对定位精度产生的影响，并推导能确保地球椭圆约束产生性能增益的短波辐射源高度信息误差最大门限值。仿真实验结果验证本文新方法能够获得显著的协同增益。

关键词：短波辐射源到达角度到达时间差多项式求根克拉美罗界

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对SAR的二维联合调制间歇采样转发干扰

系统工程与电子技术 2024年

作者：赵忠凯孙宇晗高路哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨工程大学先进船舶通信与信息技术工信部重点实验室试验物理与计算数学国家级重点实验室

传统的间歇采样转发干扰在面对合成孔径雷达(synthetic aperture radar， SAR)时，生成的假目标分布均匀、幅度相似，且位置滞后于真实目标容易被对方识别。针对此缺点，本文对间歇采样干扰进行改进，提出了一种对SAR的二维联合调制间... 详细信息

传统的间歇采样转发干扰在面对合成孔径雷达(synthetic aperture radar， SAR)时，生成的假目标分布均匀、幅度相似，且位置滞后于真实目标容易被对方识别。针对此缺点，本文对间歇采样干扰进行改进，提出了一种对SAR的二维联合调制间歇采样转发干扰方法。该方法通过控制间歇采样周期、移频调制序列、调频斜率调制序列等干扰参数，对截获后的雷达信号进行二维联合调制转发，在真实目标周围生成多个幅度与分布非均匀的欺骗干扰假目标和压制干扰区域。本文从间歇采样转发干扰出发，建立了所提方法的数学模型并给出干扰原理，进一步分析了该方法的干扰性能。仿真实验证明了此干扰方法的正确性和有效性，能够有效对抗SAR。

关键词：合成孔径雷达间歇采样转发干扰欺骗干扰压制干扰移频调制调频斜率调制

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油纸复合绝缘组成类型对电荷输运特性的影响

高电压技术 2024年

作者：高路徐浩吕泽鹏周峻吴锴西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实脸室

油纸绝缘是大型换流变压器使用的主要绝缘材料。长期以来，矿物绝缘油凭借其良好的绝缘性能和低廉的成本成为电力绝缘领域的主流选择，但其仍然存在闪点低、燃点低的缺点；植物绝缘油作为一种高燃点的环保液体电介质，被认为是矿物绝缘... 详细信息

油纸绝缘是大型换流变压器使用的主要绝缘材料。长期以来，矿物绝缘油凭借其良好的绝缘性能和低廉的成本成为电力绝缘领域的主流选择，但其仍然存在闪点低、燃点低的缺点；植物绝缘油作为一种高燃点的环保液体电介质，被认为是矿物绝缘油的良好替代品。为了比较油纸复合绝缘组成类型对电荷输运的影响，选用一种矿物绝缘油、一种植物绝缘油与两种纤维素绝缘纸，制成4种不同组分的油浸纸；本文以环氧作为阻挡层构造单侧阻挡结构以及双侧阻挡结构，利用电声脉冲法（pulsed electro-acoustic，PEA）获取其空间电荷分布，得到了不同油浸纸中的正、负极性的注入载流子迁移率。结果表明：绝缘油类型对油浸纸中电荷输运的影响明显大于绝缘纸类型的影响。在测量电场范围内，由同种绝缘油组成的油浸纸，即使浸渍的绝缘纸不同，其电导率以及注入载流子迁移率仍非常接近；而两种植物油浸纸的电导率和载流子迁移率均远高于两种矿物油浸纸。植物油浸纸和矿物油浸纸之间的电导率差距不仅来自于载流子迁移率的区别，还来自于植物油浸纸中更低的注入势垒引起的载流子浓度差异。

关键词：油纸绝缘矿物绝缘油植物绝缘油电声脉冲法空间电荷载流子迁移率

非线性动态特性系数对汽轮机转子-轴承-密封系统运动特性的影响

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振动与冲击 2024年第1期43卷 172-183页

作者：曹丽华薛川司和勇高路路李想郝德成东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于... 详细信息

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于试验对比验证了考察非线性因素的必要性与运动微分方程的准确性。在此基础上,分析汽流激振力作用下不同非线性动态特性系数对转子运动特性与稳定性的影响。结果表明:系统中的非线性动态特性会改变转子不同类型的混沌运动区域与位移,使1/2、1/3、2/3工频的出现范围及幅值改变,密频现象增加;耦合热、动载荷后高负荷区域转子位移减小。对比Lyapunov指数,考虑非线性动态特性后其均值有所上升;合理的非线性刚度能够改善系统的稳定性,高非线性阻尼值能提高系统稳定性;耦合热、动载荷后的系统高负荷运行时更稳定。

关键词：超超临界汽轮机非线性动态特性系数运动微分方程汽流激振稳定性

“Z世代”法治思维塑造的困境与纾解——基于“饭圈”生态的叙事分析

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理论导刊 2024年第3期 88-94页

作者：高路南京工业大学马克思主义学院南京211816

受资本垄断、平台唯流量论、明星失范等诸多因素的影响,“饭圈”呈现无序性与对抗性特征。以叙事分析的研究范式为切入点,可发现“Z世代”在追星过程中存在权利行使的边界意识模糊、法律规则的敬畏意识欠缺、网络欺凌的风险意识淡漠以... 详细信息

受资本垄断、平台唯流量论、明星失范等诸多因素的影响,“饭圈”呈现无序性与对抗性特征。以叙事分析的研究范式为切入点,可发现“Z世代”在追星过程中存在权利行使的边界意识模糊、法律规则的敬畏意识欠缺、网络欺凌的风险意识淡漠以及自我保护的权利意识不足等诸多问题。为此,应通过优化顶层设计方案、落实平台监管责任、强化主流价值引领、调适法治教育方式为主流文化与“饭圈文化”搭建对话平台,在提升“Z世代”对法治理念的认同、形成法治思维的同时助力解决“饭圈”乱象。

关键词： “Z世代” 法治思维 “饭圈” 叙事分析