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Reinforcement learning based energy efficient robot relay for unmanned aerial vehicles against smart jamming

Science China(Information Sciences) 2022年第1期65卷 234-246页

作者： xiaozhen lu Jingfang JIE Zihan LIN Liang XIAO Jin LI Yanyong ZHANG Department of Information and Communication Engineering Xiamen University School of Computer Science and Technology University of Science and Technology of China School of Computer Science and Educational Software Guangzhou University

Unmanned aerial vehicles(UAVs) with limited energy resources, severe path loss, and shadowing to the ground base stations are vulnerable to smart jammers that aim to degrade the UAV communication performance and exhaust the UAV energy. The UAV anti-jamming communication performance, such as the outage probability, degrades if the robot relay is not aware of the jamming policies and the UAV network topology. In this paper, we propose a robot relay scheme for UAVs against smart jamming, which combines reinforcement learning with a function approximation approach named tile coding, to jointly optimize the robot moving distance and relay power with the unknown jamming channel states and locations. The robot mobility and relay policy are chosen based on the received jamming power, the robot received signal quality,location and energy consumption, and the bit error rate of the UAV messages. We also present a deep reinforcement learning version for the robot with sufficient computing resources. It uses three deep neural networks to choose the robot mobility and relay policy with reduced sample complexity, so as to avoid exploring dangerous policies that lead to the high outage probability of the UAV messages. The network architecture of the three networks is designed with fully connected layers instead of convolutional layers to reduce the computational complexity, which is analyzed by theoretical analyses. We provide the performance bound of the proposed schemes in terms of the bit error rate, robot energy consumption and utility based on a game-theoretic study. Simulation results show that the performance of our proposed relay schemes,including the bit error rate, the outage probability, and the robot energy consumption outperforms the existing schemes.

关键词： unmanned aerial vehicles relay jamming game theory reinforcement learning

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Distributed reinforcement learning based framework for energy-efficient UAV relay against jamming

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Intelligent and Converged Networks 2021年第2期2卷 150-162页

作者： Weihang Wang Zefang Lv xiaozhen lu Yi Zhang Liang Xiao Department of Information and Communication Engineering Xiamen UniversityXiamen 361005China Beijing Key Laboratory of Mobile Computing and Pervasive Device Beijing 100190China

Unmanned aerial vehicle(UAV)network is vulnerable to jamming attacks,which may cause severe damage like communication outages.Due to the energy constraint,the source UAV cannot blindly enlarge the transmit power,along with the complex network topology with high mobility,which makes the destination UAV unable to evade the jammer by flying at will.To maintain communication with a limited battery capacity in the UAV networks in the presence of a greedy jammer,in this paper,we propose a distributed reinforcement learning(RL)based energy-efficient framework for the UAV networks with constrained energy under jamming attacks to improve the communication quality while minimizing the total energy consumption of the network.This framework enables each relay UAV to independently select its transmit power based on historical state-related information without knowing the moving trajectory of other UAVs as well as the jammer.The location and battery level of each UAV need not be shared with other UAVs.We also propose a deep RL based anti-jamming relay approach for UAVs with portable computation equipment like Raspberry Pi to achieve higher and faster performance.We study the Nash equilibrium(NE)and the performance bounds based on the formulated power control game.Simulation results show that the proposed schemes can reduce the bit error rate(BER)and reduce energy consumption of the UAV network compared with the benchmark method.

关键词： unmanned aerial vehicles relay jamming reinforcement learning

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区块链赋能的低空智联网

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数据采集与处理 2024年第1期39卷 2-14页

作者：金永光叶方伟卢晓珍吴启晖马凯光南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106 南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106

低空智联网是低空经济发展的重要基础设施,在这种复杂的系统中,无人机的安全控制面临着空域安全、数据安全及频谱安全等多重安全挑战。为了同时解决这3个问题,本文提出了一个基于区块链的三面协同监管架构,同时使用链上和链下信息。链... 详细信息

低空智联网是低空经济发展的重要基础设施,在这种复杂的系统中,无人机的安全控制面临着空域安全、数据安全及频谱安全等多重安全挑战。为了同时解决这3个问题,本文提出了一个基于区块链的三面协同监管架构,同时使用链上和链下信息。链上包含无人机身份和注册等信息,而链下包含广播式自动相关监视(Automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)和频谱等信息。为解决跨域认证问题,提出了一种基于ADS-B信息和无证书的高效签名算法。由于ADS-B协议中缺乏纠错机制,ADS-B信息在传输过程中容易受到信道噪声和干扰而产生错误,因此哈希验证可能会失败。为了缓解这种签名失败,设计了一种基于纠错码的跨层签名算法进行纠错。经实践验证,基于区块链的三面协同监管平台已成功试用于长江低空示范试验区。

关键词：区块链低空智联网广播式自动相关监视

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低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制研究

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能源与节能 2024年第2期 246-249,253页

作者：李战华邬鑫逯晓臻山东裕隆矿业集团有限公司山东曲阜273100 山东能源集团转龙湾煤炭有限公司内蒙古鄂尔多斯017200

传统采煤机综合控制方法是直接建立综采滤波模型,未对采煤机综采参数进行提取,造成耗电量相对较高。提出对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制进行研究。对采煤机综采参数进行提取,通过提取的采煤机综采参数建立综采滤波模型,确定获得... 详细信息

传统采煤机综合控制方法是直接建立综采滤波模型,未对采煤机综采参数进行提取,造成耗电量相对较高。提出对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制进行研究。对采煤机综采参数进行提取,通过提取的采煤机综采参数建立综采滤波模型,确定获得的压力传感数据是否正确,最后利用该模型实现对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机的综合控制,设计对比实验,证明该控制方法的控制效果更好,具有节能性。

关键词：低瓦斯煤矿采煤机综合控制综采工作面控制方法

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基于模糊自适应PID的煤矿井下刮板输送机直线度自动控制

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自动化应用 2024年第3期65卷 83-85,88页

作者：逯晓臻李战华邬鑫山东能源集团转龙湾煤炭有限公司内蒙古鄂尔多斯017200 山东裕隆矿业集团有限公司山东曲阜273100

直线度自动控制是避免煤矿井下刮板输送机输送形态变形的重要手段,针对现行方法控制效果不佳、实际控制中因直线度较小导致刮板输送机电机能耗较高、直线度较低的问题,提出基于模糊自适应PID的煤矿井下刮板输送机直线度自动控制方法。... 详细信息

直线度自动控制是避免煤矿井下刮板输送机输送形态变形的重要手段,针对现行方法控制效果不佳、实际控制中因直线度较小导致刮板输送机电机能耗较高、直线度较低的问题,提出基于模糊自适应PID的煤矿井下刮板输送机直线度自动控制方法。建立测量坐标系,利用四元数实时更新惯性传感器测量坐标系中的姿态旋转矩阵,采集刮板输送机中部槽的形态信息,通过对形态信息融合表征中部槽形态,识别中部槽运动状态,利用模糊自适应PID算法预测直线度误差,确定直线度控制量,调控刮板输送机形态,以实现基于模糊自适应PID的煤矿井下刮板输送机直线度自动控制。实验证明,在设计方法应用下,单位时间内刮板输送机电机能耗在120 k W以内,直线度在0.95以上,设计方法在煤矿井下刮板输送机直线度控制方面具有良好的应用前景。

关键词：模糊自适应PID 刮板输送机直线度自动控制四元数惯性传感器

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Utilizing dual-pathway energy transfer in upconversion nanoconjugates for reinforced photodynamic therapy

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Nano Research 2024年第4期17卷 2941-2948页

作者： Ruohao Zhang Yu lu Yifei Zhou Kehong Lv Xinyu Fu Jitong Gong Shuang Yao xiaozhen Wang Jing Feng Hongjie Zhang State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization Changchun Institute of Applied ChemistryChinese Academy of SciencesChangchun 130022China School of Applied Chemistry and Engineering University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China College of Chemistry Jilin UniversityChangchun 130012China Department of Breast Surgery General Surgery Centerthe First Hospital of Jilin UniversityChangchun 130021China Department of Chemistry Tsinghua UniversityBeijing 100084China

Enhancing the therapeutic effect of existing treatments or developing new non-invasive treatments are important measures to achieve high-efficiency treatment of malignant tumors.Photodynamic therapy(PDT)is an emerging treatment modality,and the key for achieving high-efficiency PDT is to select light with strong tissue penetration depth and enhance the generation of reactive oxygen species(ROS).Although the upconversion nanoparticles(UCNPs)modified with the photosensitizers could achieve PDT with strong penetration depth under near-infrared light irradiation,the ROS generated by traditional single-pathway PDT is still insufficient.Herein,we developed a novel nanoconjugate(UCNP-Ce6/AIEgen)for dual-pathway reinforced PDT,in which the UCNPs were co-modified with chlorin e6(Ce6)and luminogen with aggregation-induced emission(AIEgen).Due to the presence of AIEgen,UCNP-Ce6/AIEgen could avoid aggregation-caused luminescence quenching in biological water environments and convert upconversion luminescence(UCL)of UCNPs to Ce6-activatable fluorescence.Therefore,under the irradiation of 808 nm laser,UCNP-Ce6/AIEgen can not only undergo direct lanthanide-triplet energy transfer to activate Ce6,but also convert the UCL of UCNPs to the light that can activate Ce6 through Fӧrster resonance energy transfer to generate more ROS,thus promoting tumor cell apoptosis.This work broadens the applications of nanoconjugates of lanthanide-based inorganic materials and organic dyes,and provides a conception for reinforced PDT of tumors.

关键词： upconversion nanoparticle aggregation-induced emission direct lanthanide-triplet energy transfer Förster resonance energy transfer photodynamic therapy

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Train-induced aerodynamic characteristics of vertical sound barriers influenced by several factors

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Railway Engineering Science 2024年第2期32卷 177-193页

作者： Xiaowei Qiu xiaozhen Li Jing Zheng Ming Wang State Key Laboratory of Bridge Intelligent and Green Construction Southwest Jiaotong UniversityChengdu 611756SichuanChina Wind Engineering Key Laboratory of Sichuan Province Southwest Jiaotong UniversityChengdu 611756SichuanChina School of Architecture and Civil Engineering West Anhui UniversityLu’anAnhuiChina

Investigations into the aerodynamic properties of vertical sound barriers exposed to high-speed operations employ computational fluid dynamics.The primary focus of this research is to evaluate the influence of train speed and the distance(D)from the track centerline under various operating conditions.The findings elucidate a marked elevation in the aerodynamic effect amplitude on sound barriers as train speeds increase.In single-train passages,the aerodynamic effect amplitude manifests a direct relationship with the square of the train speed.When two trains pass each other,the aerodynamic amplitude intensifies due to an additional aerodynamic increment on the sound barrier.This increment exhibits an approximate quadratic correlation with the retrograde train speed.Notably,the impact of high-speed trains on sound barrier aerodynamics surpasses that of low-speed trains,and this discrepancy amplifies with larger speed differentials between trains.Moreover,the train-induced aerodynamic effect diminishes significantly with greater distance(D),with occurrences of pressure coefficient(CP)exceeding the standard thresholds during dual-train passages.This study culminates in the formulation of universal equations for quantifying the influence of train speed and distance(D)on sound barrier aerodynamic characteristics across various operational scenarios.

关键词： Aerodynamic characteristic Sound barrier Two trains passing each other Distance from track centerline CFD simulation

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凤阳山保护区木荷种群生态位研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2012年第6期36卷 42-46页

作者：顾叶鲁小珍南京林业大学森林资源与环境学院江苏省林业生态工程重点实验室江苏南京210037

通过对凤阳山自然保护区进行群落调查,选取核心区不同海拔的30个木荷种群样地18个优势树种作为研究对象,以各物种重要值为数量指标,采用Shannow-Wiener指数计测公式对该地木荷种群进行生态位宽度、重叠值和相似比进行了分析。结果表明:... 详细信息

通过对凤阳山自然保护区进行群落调查,选取核心区不同海拔的30个木荷种群样地18个优势树种作为研究对象,以各物种重要值为数量指标,采用Shannow-Wiener指数计测公式对该地木荷种群进行生态位宽度、重叠值和相似比进行了分析。结果表明:木荷的生态位宽度列第1位(1.46),其优势地位远强于其他物种;木荷种群与其他种群的生态位重叠值在0.6～0.8之间,重叠程度适中,因此木荷种群对各资源位的需求差异不明显;生态位相似比与生态位重叠值大小趋势一致;木荷种群与褐叶青冈、交让木等种群共优组成当地典型群落类型。此次对木荷种群生态特性的研究可为该地区的生物多样性保护、植被恢复的物种选择提供理论依据。

关键词：木荷生态位宽度生态位重叠生态位相似比凤阳山自然保护区

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压力延迟渗透技术在水处理中的应用

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工业水处理 2022年第10期42卷 31-37页

作者：路孝振陈天宇王琳赵路郑成龙张娟陈飞勇山东建筑大学市政与环境工程学院山东济南250101 山东建筑大学资源与环境创新研究院山东济南250101

在减少废水排放和获取绿色能源的目标下,压力延迟渗透(PRO)技术作为一种能有效获取盐水中盐差能且符合碳中和发展目标的新兴膜法水处理技术正受到广泛关注。在实际应用中,PRO技术具有产水率高、出水水质好等优点,但技术相对不够成熟的... 详细信息

在减少废水排放和获取绿色能源的目标下,压力延迟渗透(PRO)技术作为一种能有效获取盐水中盐差能且符合碳中和发展目标的新兴膜法水处理技术正受到广泛关注。在实际应用中,PRO技术具有产水率高、出水水质好等优点,但技术相对不够成熟的现状导致其对盐差能的转化利用效率较低。为有效实现水和能源的循环利用,介绍了PRO技术的原理及水通量、功率密度等关键指标,对影响PRO技术性能的因素(膜种类、膜朝向、浓差极化和膜污染等)进行了讨论,针对不同膜污染类型,着重分析了有效的预处理及清洗措施;重点综述了PRO技术在海水淡化发电、非常规水处理等水处理领域的实际应用;提出在满足经济可行性的同时,通过优化PRO组合工艺设计、提高整体工艺效率等措施,推动并实现PRO技术在水处理领域的低碳、高效运行。

关键词：压力延迟渗透盐差能功率密度海水淡化发电水处理

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人体上呼吸道内气流流动的数值模拟

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北京交通大学学报 2011年第1期35卷 150-156页

作者：尹景娟宁智卢小珍北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 金杜律师事务所北京100020

建立了一个从人体口腔到前3级支气管的三维几何模型和流场计算模型,在此基础上分别对稳态呼吸时上呼吸道内的流场分布特性及非稳态呼吸时不同时刻呼吸道内的流场分布特性进行了数值模拟,获得了人体上呼吸道喉部、咽部、喉部声门及支气... 详细信息

建立了一个从人体口腔到前3级支气管的三维几何模型和流场计算模型,在此基础上分别对稳态呼吸时上呼吸道内的流场分布特性及非稳态呼吸时不同时刻呼吸道内的流场分布特性进行了数值模拟,获得了人体上呼吸道喉部、咽部、喉部声门及支气管等处的稳态呼吸和非稳态呼吸时气流流动规律.研究成果可以为可吸入颗粒物在人体上呼吸道内运动及沉积规律的进一步研究提供参考.

关键词：上呼吸道流动稳态呼吸非稳态呼吸数值模拟

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