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基于图卷积神经网络的点云语义分割综述

计算机科学 2024年第S1期51卷 31-37页

作者：黄海新蔡明启王钰瑶沈阳理工大学自动化与电气工程学院沈阳110159

随着点云在自动驾驶、地图测绘和矿山测量等领域的广泛应用,人们愈发关注这种蕴含丰富信息的数据表示形式。点云语义分割作为点云数据处理的重要手段,因具有极高的研究价值和应用前景而受到广泛关注。由于点云所具有的置换不变性和旋转... 详细信息

随着点云在自动驾驶、地图测绘和矿山测量等领域的广泛应用,人们愈发关注这种蕴含丰富信息的数据表示形式。点云语义分割作为点云数据处理的重要手段,因具有极高的研究价值和应用前景而受到广泛关注。由于点云所具有的置换不变性和旋转不变性等特点,传统的卷积神经网络无法直接处理不规则的点云数据,而图卷积神经网络却可以使用图卷积算子直接提取点云特征,逐步成为当前点云分割领域的研究热点。虽已有综述性文章对点云分割方法做出总结,但这些文章对图卷积的介绍较为粗略。因而对近几年基于图卷积的点云分割方法进行了分析和归类,总结每类方法的研究思路和特点;然后,介绍了一些在点云语义分割领域中主流的点云数据集和评价指标,并对提及的分割方法的实验结果进行对比;最后,对各类方法的发展方向进行了展望。

关键词：语义分割点云图卷积神经网络深度学习计算机视觉

基于改进灰狼优化的桥梁检测爬壁机器人全覆盖路径规划

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计算机应用 2024年第3期44卷 966-971页

作者：黄海新于广威程寿山李春明河北工业大学土木与交通学院天津300401 交通运输部公路科学研究所北京100080 天津市交通运输基础设施养护集团有限公司天津300401

基于爬壁机器人对混凝土桥梁健康进行自动巡检是推动桥梁管养智能化的有效途径,而合理的路径规划对机器人全面获取检测数据尤为重要。针对爬壁机器人电源重量限制与巡检时能源补充困难这一工程实际问题,充分考虑主梁、高墩等桥梁构件巡... 详细信息

基于爬壁机器人对混凝土桥梁健康进行自动巡检是推动桥梁管养智能化的有效途径,而合理的路径规划对机器人全面获取检测数据尤为重要。针对爬壁机器人电源重量限制与巡检时能源补充困难这一工程实际问题,充分考虑主梁、高墩等桥梁构件巡检场景,将能量消耗指标作为性能评价优化目标函数并建立相应约束条件,进而提出全覆盖路径规划评价模型。针对传统灰狼优化(GWO)算法易陷入局部最优的不足,提出一种改进的灰狼优化(IGWO)算法。IGWO算法通过K-means聚类改善了灰狼初始种群在搜索空间难以保持相对均匀分布的特性;以非线性收敛因子提高算法局部开发能力和全局搜索性能;结合粒子群算法个体优越性的思想对位置更新公式进行改进,提升算法的模型求解能力。仿真对比实验结果表明,IGWO算法相较于GWO、差分进化(DE)与遗传算法(GA)等全局优化算法,稳定性更好,能耗降低了10.2%~16.7%,迭代次数与求解时间分别减少了19.3%~36.9%和12.8%~32.3%,路径重复率降低了0.23~1.91个百分点,同时路径长度缩短1.6%~11.0%。

关键词：灰狼优化桥梁检测爬壁机器人全覆盖路径规划能耗模型

基于改进DeepCrack网络的山区地裂缝检测算法

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通信与信息技术 2024年第3期 87-91,102页

作者：黄海新郭鹏沈阳理工大学自动化与电气工程学院辽宁沈阳110159

针对山区地表裂缝检测存在背景复杂、裂缝和背景像素比例不均衡现象,以及传统裂缝检测算法的效果差,精度低、泛化性能不足等问题,提出采用DeepCrack网络作为基本构架,同时对基础网络进行改进,在网络中加入位置注意力机制,调整损失函数,... 详细信息

针对山区地表裂缝检测存在背景复杂、裂缝和背景像素比例不均衡现象,以及传统裂缝检测算法的效果差,精度低、泛化性能不足等问题,提出采用DeepCrack网络作为基本构架,同时对基础网络进行改进,在网络中加入位置注意力机制,调整损失函数,并将优化器换为Adan优化器。为证明所提出算法的有效性和准确性,将DeepCrack数据集与人工标注的数据集结合,采用F-feature指标来评估检测性能。实验结果表明,改进算法在数据集相对原算法整体精度提升1.61%,因此改进算法提升了裂缝检测的准确性,具有较好的检测效果。

关键词：地表裂缝检测 DeepCrack网络位置注意力机制 Adan优化器 F-feature指标

负压吸附桥梁检测爬壁机器人的本体结构优化设计

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第12期51卷 21-33页

作者：黄海新王峥程寿山李春明河北工业大学土木与交通学院天津300401 交通运输部公路科学研究所北京100080 天津市交通运输基础设施养护集团有限公司天津300401

针对桥梁高墩、梁底等区域检测困难的问题,设计开发了一款基于负压吸附的桥梁病害检测爬壁机器人。针对其自身的吸附稳定性,建立并推导了满足抗滑移和抗倾覆条件下的吸附力指标计算式,据此确定能在各角度壁面实现稳定吸附时机器人所需... 详细信息

针对桥梁高墩、梁底等区域检测困难的问题,设计开发了一款基于负压吸附的桥梁病害检测爬壁机器人。针对其自身的吸附稳定性,建立并推导了满足抗滑移和抗倾覆条件下的吸附力指标计算式,据此确定能在各角度壁面实现稳定吸附时机器人所需的最小吸附力。结果表明:为确保机器人可靠工作,吸附模块需提供53.0N的吸附力;结合经验公式给出离心叶轮的初步设计方案并利用Fluent对叶轮流域进行流体力学仿真及响应面优化,建立了由吸附力与扭矩共同构成的评价函数,并给出了函数值最佳时的叶轮设计参数,使吸附模块在满足稳定性的前提下,综合评价函数值较初设方案提升了3.4%;对负压腔进行拓扑优化,综合考虑拓扑优化结果及负压腔气动性能,获得了腔体内加强肋的构造及布置形式,其中与车轮支撑臂相衔接的加劲肋为“八”字形与直线型镂空构造设计;优化后负压腔的最大竖向位移值减小为原模型的18.5%,而质量仅增加了16.9%,加强肋的精准布设效果明显,成功将竖向变形控制在了合理的范围内。最后,利用UTR6180型光敏树脂借助3D打印工艺完成了样机制作,其尺寸约为300mm×280mm×15mm,质量约为1.15kg。将样机置于多工况下进行性能测试,结果表明:本研究设计开发的爬壁机器人可在多种桥梁壁面稳定吸附并行进,不存在打滑、漂移现象。

关键词：爬壁机器人负压吸附响应面优化拓扑优化样机试验

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基于可靠度的桥梁结构动力优化设计

计算力学学报 2023年

作者：黄海新吕亚伦程寿山交通运输部公路科学研究所河北工业大学土木与交通学院

针对桥梁结构所受动荷载具有不确定性的问题，基于模态叠加法推导了动力响应的数字特征，利用一次二阶矩法建立结构的动应力可靠度约束函数，并对其进行显示化处理，分别建立了以频率、动位移和动应力可靠度为约束的动力优化设计数学模... 详细信息

针对桥梁结构所受动荷载具有不确定性的问题，基于模态叠加法推导了动力响应的数字特征，利用一次二阶矩法建立结构的动应力可靠度约束函数，并对其进行显示化处理，分别建立了以频率、动位移和动应力可靠度为约束的动力优化设计数学模型，并基于MATLAB平台编制了相应的优化程序。算例测试结果表明，动力优化准则法、粒子群算法和灰狼算法均能在同时满足动力性能和应力可靠度约束条件下使结构整体质量目标函数获得最优值，其中PSO收敛性和稳定性好，DOC迭代次数少，且优化后构件可靠度相较于传统动力优化设计提升超过70%。同时发现，为确保面临较大不确定性时结构的可靠度指标不降低，结构优化后的质量会随着荷载幅值变异系数的增大而有所增加。本文所提方法可为桥梁结构受外界随机激励下的动力优化设计问题提供理论指导。

关键词：结构动力优化设计动力特性动力响应桥梁结构结构可靠度

激励与转角信息未知条件下桥梁结构物理参数识别

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计算力学学报 2023年

作者：黄海新金晓辉程寿山交通运输部公路科学研究所河北工业大学土木与交通学院

桥梁结构物理参数识别往往需要完整的结构响应和已知的外加激励信息，这在实践中通常难以实现。为实现转角信息与外加激励数值均未知情况下的桥梁结构物理参数在线识别，先采用静力凝聚方法消去转动自由度，据此将扩展卡尔曼滤波方法与... 详细信息

桥梁结构物理参数识别往往需要完整的结构响应和已知的外加激励信息，这在实践中通常难以实现。为实现转角信息与外加激励数值均未知情况下的桥梁结构物理参数在线识别，先采用静力凝聚方法消去转动自由度，据此将扩展卡尔曼滤波方法与最小二乘方法结合，提出一种改进的扩展卡尔曼滤波方法。其中，针对静力凝聚后观测方程呈现高度非线性，导致卡尔曼量测矩阵计算低效的问题，引入基于克朗尼克积的分解算法。以一座简支梁桥为例，在移动荷载下进行了仿真测试。结果表明，所提方法能够准确地识别结构物理参数和外加激励，且克朗尼克积被引入后，识别精度与程序运行速度均有显著提升。

关键词：物理参数识别激励和转角信息未知改进扩展卡尔曼滤波静力凝聚法量测矩阵分解

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外置分阶段耗能阻尼器自复位桥墩的抗震性能

铁道建筑 2022年第5期62卷 87-93页

作者：李帆蒋玉玮黄海新河北工业大学土木与交通学院天津300401

针对传统自复位桥墩耗能形式单一且内置耗能钢筋震后更换困难的问题,提出一种外置分阶段耗能阻尼器。首先介绍了阻尼器的基本结构与作用机理,并建立数值模型对其性能进行验证;然后考虑不同的软钢屈服强度,建立三个外置分阶段耗能阻尼器... 详细信息

针对传统自复位桥墩耗能形式单一且内置耗能钢筋震后更换困难的问题,提出一种外置分阶段耗能阻尼器。首先介绍了阻尼器的基本结构与作用机理,并建立数值模型对其性能进行验证;然后考虑不同的软钢屈服强度,建立三个外置分阶段耗能阻尼器自复位桥墩模型与一个内置耗能钢筋自复位桥墩模型,通过拟静力滞回模拟试验对比研究软钢屈服强度对自复位桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:与内置耗能钢筋自复位桥墩相比,外置分阶段耗能阻尼器自复位桥墩水平承载力最高提升22%,提高了桥墩初始刚度,减弱了桥墩刚度退化,且随着软钢屈服强度提高,桥墩的抗震性能相应增强。

关键词：公路桥梁分阶段耗能器数值模拟自复位桥墩桥梁抗震

钢⁃UHPC组合梁高强螺栓剪力键抗剪性能试验研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第8期41卷 73-78页

作者：黄海新张登科程寿山河北工业大学土木与交通学院天津300401 交通运输部公路科学研究所北京100080

为提升钢-混组合梁桥的轻质全装配化和后期更换的便利性,易拆卸螺栓剪力键与UHPC(超高性能混凝土)桥面板的组合方式及其协同工作性能值得探究。设计并制作了两组不同开孔构造的推出试件,研究钢-UHPC组合梁高强螺栓剪力键在竖向剪切荷载... 详细信息

为提升钢-混组合梁桥的轻质全装配化和后期更换的便利性,易拆卸螺栓剪力键与UHPC(超高性能混凝土)桥面板的组合方式及其协同工作性能值得探究。设计并制作了两组不同开孔构造的推出试件,研究钢-UHPC组合梁高强螺栓剪力键在竖向剪切荷载作用下的抗剪性能。试验结果表明:钢-UHPC推出试件表现为钢-混界面螺杆的剪断破坏,与钢-普通混凝土推出试件不同的是,破坏时嵌入螺母前方的承压混凝土未出现压碎脱落现象;相比于楔形开孔推出试件,阶梯形开孔构造对UHPC板相对于钢梁接触面的掀起行为具有更好的限制作用,其掀起位移终值比前者降低近14.5%;钢-UHPC比钢-普通混凝土推出试件滑移刚度提升约32.5%。

关键词：桥梁工程易拆卸高强螺栓剪力键钢-UHPC组合梁阶梯形开孔推出试验

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最美瞬间

河南电力 2022年第9期50卷 26-27页

作者：黄海新(摄) 不详