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与图像内容无关的聚焦程度评价方法

西安交通大学学报 2025年第1期59卷 116-124页

作者：夏晓华柴玉琳岳鹏举杨治秦绪芳长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710000

针对现有的聚焦程度评价方法在图像场景内容改变时不能正确评价图像聚焦程度的问题,基于“分类+拟合”的思想,提出了一种与高斯模糊标准差完全等价的图像聚焦程度评价方法。首先,建立了以有限高斯模糊标准差为标记的图像聚焦程度分类数... 详细信息

针对现有的聚焦程度评价方法在图像场景内容改变时不能正确评价图像聚焦程度的问题,基于“分类+拟合”的思想,提出了一种与高斯模糊标准差完全等价的图像聚焦程度评价方法。首先,建立了以有限高斯模糊标准差为标记的图像聚焦程度分类数据集;然后,构建了用于提取图像高斯模糊标准差分类分数的非对称核卷积神经网络(AKC-net);最后,采用三次样条插值函数拟合AKC-net全连接层输出的分类分数以及对应的高斯模糊标准差,以最大分数对应的标准差作为图像的聚焦程度评价结果,并在Waterloo数据集和实际拍摄图像上分别进行仿真实验和实拍实验。结果表明:所提方法在不同聚焦图像上分类的平均准确率可达到97.7%,得到的评价结果与高斯模糊标准差真值的均方根误差和平均绝对误差均小于0.07,且实际拍摄图像的聚焦测度值与图像内容无关,实现了图像聚焦程度的绝对评价。

关键词：聚焦程度评价高斯模糊标准差非对称核卷积神经网络三次样条插值

热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 194-205页

作者：周远琴李映君李宏宇王桂从济南大学机械工程学院济南250022

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析... 详细信息

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析了封装材料和温度对压电式力传感器热应力的影响规律。通过分析高温环境下压电式力传感器的热应力分布,确定传感器应力集中位置。对传感器热应力进行溯源,得到封装材料和晶组材料的热膨胀系数不一致导致热失配应力产生。将随机振动功率谱密度转换为加速度时域信号,利用多物理场耦合方法,分析得到传感器的最大热应力为134.61 MPa,小于材料的屈服强度300 MPa,验证了传感器在高温、高压和随机振动综合环境下具有良好的可靠性。通过研究氧化铝和氧化锆绝缘层对传感器最大热应力的影响,研究结果表明,温度为420℃时氧化铝绝缘层传感器的最大热应力比无绝缘层传感器的最大热应力小9.18 MPa,比氧化锆绝缘层传感器最大热应力小79.31 MPa,该工作可为高温环境下减小传感器热应力措施提供一定的参考。

关键词：高温传感器热应力多物理场压电

复杂越野场景无人履带平台3D语义占据预测方法

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 1-10页

作者：陈慧岩司璐璐王旭睿王文硕北京理工大学机械与车辆学院

为了理解和处理复杂越野场景中环境要素形状不规则、地形多变及路面属性复杂等问题，提出了一种基于多模态融合感知的3D语义占据预测方法.首先，基于图像和激光雷达融合网络获取初始3D语义标签；然后，对越野场景稀疏点云采用贝叶斯稠... 详细信息

为了理解和处理复杂越野场景中环境要素形状不规则、地形多变及路面属性复杂等问题，提出了一种基于多模态融合感知的3D语义占据预测方法.首先，基于图像和激光雷达融合网络获取初始3D语义标签；然后，对越野场景稀疏点云采用贝叶斯稠密化算法补全3D语义占据标签；最后，生成包含复杂环境要素大小、位置和语义信息的3D语义占据栅格地图.试验结果表明，该方法能够有效地提取和表示复杂越野环境中的3D信息，为复杂越野环境下无人履带平台的路径规划提供了更加准确和丰富的先验信息.

关键词：无人履带平台多模态融合 3D语义占据预测

基于局部关系特征和注意力机制的交通事故预测方法

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 11-18页

作者：张亚辉李颖刘天恩燕山大学机械工程学院北京理工大学机械与车辆学院

基于相机的事故预测方法主要是建立交通对象的全局关系，而缺乏对局部关系的考虑.为此，提出一种基于局部关系特征和注意力机制的预测模型，实现车载相机实时预测交通事故风险.该模型首先引入局部关系多图网络，捕捉车辆间的局部交互关... 详细信息

基于相机的事故预测方法主要是建立交通对象的全局关系，而缺乏对局部关系的考虑.为此，提出一种基于局部关系特征和注意力机制的预测模型，实现车载相机实时预测交通事故风险.该模型首先引入局部关系多图网络，捕捉车辆间的局部交互关系，解决交通对象的局部交互信息应用不充分的问题.其次利用动态空间注意力机制确定交通事故风险车辆.最后将门控循环网络和动态时间注意力机制联合，有效利用动态场景当前帧和历史帧间的时序信息.事故数据集的实验结果表明，该模型准确率达到73.78%，提前1.55s预测交通事故风险，同时单帧预测时间为1.65 ms，具有卓越的实时性.为交通事故风险预测提供一种有效的解决方案.

关键词：交通事故预测图神经网络注意力机制

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区域敏感的场景图生成方法

北京工业大学学报 2025年第1期 51-58页

作者：王立春付芳玉徐凯徐洪波尹宝才北京工业大学信息学部北京工业大学多媒体与智能软件技术北京市重点实验室

针对基于关系边界框提取的谓词特征粒度相对较粗的问题，提出区域敏感的场景图生成(region-sensitive scene graph generation, RS-SGG)方法。谓词特征提取模块将关系边界框分为4个区域，基于自注意力机制抑制关系边界框中与关系分类无... 详细信息

针对基于关系边界框提取的谓词特征粒度相对较粗的问题，提出区域敏感的场景图生成(region-sensitive scene graph generation, RS-SGG)方法。谓词特征提取模块将关系边界框分为4个区域，基于自注意力机制抑制关系边界框中与关系分类无关的背景区域。关系特征解码器在进行关系预测时不仅考虑了物体对的视觉特征和语义特征，也考虑了物体对的位置特征。在视觉基因组(visual genome, VG)数据集上分别计算了RS-SGG方法针对场景图生成、场景图分类和谓词分类3个子任务的图约束召回率和无图约束召回率，并与主流的场景图生成方法进行了比较。实验结果表明，RS-SGG的图约束召回率和无图约束召回率均优于主流方法。此外，可视化实验结果也进一步证明了所提出方法的有效性。

关键词：图像理解场景图生成物体分类关系分类区域感知自注意力机制

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基于模型预测控制的无人车编队避障方法

北京理工大学学报 2025年第1期45卷 34-41页

作者：张硕吴雨洋汪洋王一全崔星宿玉康北京理工大学机械车辆学院中国北方车辆研究所

为研究障碍物环境下基于模型预测控制的无人车编队避障方法，建立了包含虚拟智能体状态的编队避障函数，使避障问题容易用优化方法求解.在无人车编队内部引入优先级策略实现编队内部避碰，并通过动态事件触发机制减小无人车之间通讯带... 详细信息

为研究障碍物环境下基于模型预测控制的无人车编队避障方法，建立了包含虚拟智能体状态的编队避障函数，使避障问题容易用优化方法求解.在无人车编队内部引入优先级策略实现编队内部避碰，并通过动态事件触发机制减小无人车之间通讯带宽占用.对该方法进行了计算机仿真验证，在给定多边形障碍物环境下，使用领导者-追随者架构执行编队行驶任务，并借助事件触发器实现间歇通讯.结果表明，相较于传统方法，所设计的编队控制器能够提高带宽约束下无人车编队行驶安全性.

关键词：编队控制模型预测控制动态事件触发机制无人车避障

基于前馈非线性模型预测控制的类车机器人路径跟踪

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工程科学学报 2025年第1期47卷 101-112页

作者：伊力夏提·伊力哈木江孟宇白国星顾青王国栋常鑫睿黄建秀郑燕北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院顺德528399 中国移动通信集团内蒙古有限公司呼和浩特010020

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误... 详细信息

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误差、类车机器人的前轮转角和前轮转角速度出现剧烈振荡现象.针对前述问题,本文基于非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)的滚动优化原理,引入基于逆运动学模型的前馈转角信息,将前轮转向角作为预测模型的第四维,提出了一种基于前馈非线性模型预测控制(Feedforward NMPC,FNMPC)的类车机器人路径跟踪控制算法.并通过Simulink和CarSim进行了联合仿真,结果表明FNMPC有效减小了模型失配导致的振荡现象,同时具有较高的跟踪精度.其中前馈非线性模型预测控制器的位移误差幅值不超过0.1106 m,航向误差幅值不超过0.1253 rad.在相同工况下,线性模型预测控制、前馈线性模型预测控制、纯跟踪控制和Stanley控制误差发散,而本文提出的FNMPC相比已有NMPC跟踪精度更高,且控制增量绝对累计值相比NMPC控制器减小67.53%.通过线控类车机器人底盘作为实验平台完成的测试结果表明,NMPC系统在进入弯道时出现控制失控现象,在相同工况下,FNMPC系统能够有效完成对参考路径的跟踪,同时将位移误差幅值控制在0.1624 m以内,航向误差幅值控制在0.1138 rad以内.

关键词：类车机器人路径跟踪前馈信息模型预测控制平顺性

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变转速工况下松动故障自适应时频模态分解

工程科学学报 2025年第1期47卷 130-141页

作者：单振汤佳琛王重秋杨建华郝晨航李尚袁中国矿业大学计算机科学与技术学院徐州221116 中国矿业大学机电工程学院徐州221116 徐州重型机械有限公司徐州221004

松动故障广泛存在于机械设备之中,而在变转速工况下的松动故障诊断仍存在一定挑战.为实现变转速工况下的松动故障诊断,本文提出了一种自适应时频模态分解方法.为提高该方法的多工况自适应能力,针对时频模态分解窗宽参数进行了优化选取,... 详细信息

松动故障广泛存在于机械设备之中,而在变转速工况下的松动故障诊断仍存在一定挑战.为实现变转速工况下的松动故障诊断,本文提出了一种自适应时频模态分解方法.为提高该方法的多工况自适应能力,针对时频模态分解窗宽参数进行了优化选取,研究了窗宽参数与分解输出的非线性关联特征,实现了不同噪声下的自适应时频模态分解.为验证该方法的有效性,针对支承松动故障进行了实验验证,同时在某工程设备上进行了旋转部件松动故障实验验证.采用自适应时频模态分解算法对实验验证数据进行处理,实现了非平稳特征的模态分解.通过定义和计算各阶次能量占比,完成了振动信号的故障特征分析,实现了松动故障的特征提取与诊断.结果表明,所提方法能够实现非平稳信号的模态分解,对于松动故障具备有效的诊断能力.

关键词：变转速工况模态分解松动故障强噪声自适应

基于MICP法的巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土的试验研究

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工程科学学报 2025年第1期47卷 158-169页

作者：王艳张李奕岚唐晓武朱鹏陈冠年阮方毅宁波大学土木工程与地理环境学院宁波315211 浙江大学建筑工程学院杭州310058

以重金属污染土的治理为背景,通过毒性浸出、无侧限抗压强度、土柱淋滤试验并结合镉形态分析等其他微观测试方法,探讨了Ca^(2+)的添加、Cd^(2+)浓度、养护时间等因素对驯化巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土特性的影响.结果表明:Ca^(2+)对... 详细信息

以重金属污染土的治理为背景,通过毒性浸出、无侧限抗压强度、土柱淋滤试验并结合镉形态分析等其他微观测试方法,探讨了Ca^(2+)的添加、Cd^(2+)浓度、养护时间等因素对驯化巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土特性的影响.结果表明:Ca^(2+)对固化土中Cd^(2+)浸出特性影响显著,不添加Ca^(2+)时,当尿素浓度为0.5 mol·L^(-1),固化土的Cd^(2+)浸出质量浓度(0.42~5.64 mg·L^(-1))最低;添加Ca^(2+)后,Cd^(2+)浸出浓度略有增大,胶结液中尿素和Ca^(2+)浓度均为0.5 mol·L^(-1)时,Cd^(2+)的固化效果较好.延长养护时间,固化后土体的抗压强度增加,Cd^(2+)浸出浓度降低且固化效果提高;增大Cd^(2+)浓度,固化后土体的抗压强度降低,Cd^(2+)浸出浓度提高;添加Ca^(2+)有助于增强镉污染土的固化效果,在养护时间为28 d时,当Cd^(2+)浓度为100 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到312 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度(234 kPa)提升了33.3%;当Cd^(2+)浓度增大至1600 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到269 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度提升了57.3%,试样的浸出浓度降低了15.4%;经淋滤后,添加Ca^(2+)的试样滤出液中Cd^(2+)浓度始终低于未添加Ca^(2+)试样.固化后土中弱酸可提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转变,添加Ca^(2+)进一步降低弱酸可提取态镉所占比例,减小了Cd^(2+)的迁移能力.

关键词：微生物诱导碳酸盐沉淀镉污染土巴氏生孢八叠球菌固化