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基于多尺度目标检测的人机协作装配场景认知方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1657-1667页

作者：董元发严华兵刘勇哲彭巍周彬方子帆三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 三峡大学智能制造创新技术中心湖北宜昌443002

人机协作装配场景的快速理解对提高协作机器人认知能力、实现人机协作装配具有重要的现实意义。针对非结构化人机协作装配场景认知过程中目标尺度差异较大、缺少统一场景描述框架等问题,首先构建了一种轻量级多尺度目标检测网络LMS-Net... 详细信息

人机协作装配场景的快速理解对提高协作机器人认知能力、实现人机协作装配具有重要的现实意义。针对非结构化人机协作装配场景认知过程中目标尺度差异较大、缺少统一场景描述框架等问题,首先构建了一种轻量级多尺度目标检测网络LMS-Net,并在网络训练过程中引入目标检测框聚类机制以提高多尺度目标检测精度;然后将LMS-Net检测结果转换为人物交互图并建立了人机协作装配场景元描述模型,提出了基于多尺度目标检测的人机协作装配场景认知方法。在自建数据集HRC-Action上的实验结果表明所构建多尺度目标检测网络具有较高的准确率(平均89%)和较快的速度(深度学习工作站平均58.7 FPS,Jetson Nano B01嵌入式开发板平均25 FPS),所提人机协作装配场景认知方法具有较好的可行性和实用性。

关键词：人机协作装配场景认知目标检测人物交互图

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考虑复杂波场影响的重力坝随机地震响应分析

工程力学 2024年

作者：何卫平曹绪文杜修力毛延翩齐智勇中国长江电力股份有限公司三峡大学湖北省水电工程施工与管理重点实验室北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

针对重力坝随机地震响应分析尚未有效考虑复杂波场影响的问题，本文提出场址波场的随机模拟方法并对重力坝的随机地震响应开展研究。为确保入射波对场地的代表性，以场地谱为目标完成复杂入射波场的生成和调整。采用非一致波动输入模型... 详细信息

针对重力坝随机地震响应分析尚未有效考虑复杂波场影响的问题，本文提出场址波场的随机模拟方法并对重力坝的随机地震响应开展研究。为确保入射波对场地的代表性，以场地谱为目标完成复杂入射波场的生成和调整。采用非一致波动输入模型实现考虑地基辐射阻尼的复杂波场输入，并以向家坝工程左岸非溢流坝段为例给出复杂波场影响下的重力坝随机地震响应分析成果。结果显示，波场随机模拟方法可提供适合重力坝随机地震响应分析需要的波场信息。在设计峰值地震动对应的随机波场影响下，向家坝非溢流坝段的坝踵第一主应力峰值均值为1.93 MPa，均方差为0.594 MPa，变异系数0.307；下游坝面的第一主应力峰值均值为1.37 MPa，均方差为0.336 MPa，变异系数0.257。算例中坝踵第一主应力峰值的变化范围为1.02-2.95 MPa，依据正态分布得到坝踵单元受拉破坏的概率为0.281%。

关键词：重力坝随机地震响应分析复杂波场非一致波动输入波场随机模型

考虑宏观结构性能的多材料微结构拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第11期43卷 185-193页

作者：张磊倪绍豪蒋国璋张严宫逸文武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于... 详细信息

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

关键词：拓扑优化多材料微结构水平集方法均匀化方法交替活动相算法

联合人工智能模型迭代重建和80 kV管电压降低腹部增强CT辐射剂量

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放射学实践 2024年第10期39卷 1381-1386页

作者：曹建新朱卓陈颖李嘉帅张清武汉科技大学附属普仁医院放射科武汉430081 武汉市普仁医院放射科武汉430081

目的:探讨联合人工智能模型迭代重建(AIIR)和80 kV管电压降低腹部增强CT辐射剂量的应用价值。方法:120例行腹部增强CT的患者分成A(标准剂量组)、B(低剂量组)两组。A组采用120 kV管电压及混合迭代重建(HIR),B组采用80 kV管电压及HIR和AII... 详细信息

目的:探讨联合人工智能模型迭代重建(AIIR)和80 kV管电压降低腹部增强CT辐射剂量的应用价值。方法:120例行腹部增强CT的患者分成A(标准剂量组)、B(低剂量组)两组。A组采用120 kV管电压及混合迭代重建(HIR),B组采用80 kV管电压及HIR和AIIR。评估A、B两组的辐射剂量,并评估A组HIR图像、B组HIR图像和AIIR图像上肝组织、腹主动脉、腰大肌、髂腰肌、门静脉主干噪声以及肝组织、肝动脉及门静脉信噪比(SNR)。两位医师采用盲法按5分法对图像质量进行主观评分(5分为优秀;1分为差)。结果:A、B两组有效辐射剂量分别为(11.3±1.9)mSv和(5.0±0.7)mSv;与A组相比,B组辐射剂量下降55.8%(P<0.001)。在动脉期,A组HIR图像上肝组织、腹主动脉、腰大肌及髂腰肌噪声分别为(12.1±1.3)HU、(13.9±2.2)HU、(13.3±1.9)HU和(12.5±2.0)HU,B组HIR图像上相应数值分别为(14.9±1.8)HU、(18.3±2.8)HU、(17.1±2.6)HU和(15.2±2.7)HU,B组AIIR图像上的相应数值分别为(7.9±0.8)HU、(9.1±1.4)HU、(8.7±1.6)HU和(8.7±2.2)HU;在静脉期,A组HIR图像上肝组织及门静脉主干噪声分别为(13.0±1.9)HU和(14.1±2.3)HU,B组HIR图像相应数值分别为(15.5±2.4)HU和(17.7±2.9)HU,B组AIIR图像上相应数值分别为(8.3±0.9)HU和(9.3±2.0)HU;A组HIR图像上动脉期肝组织、腹主动脉、静脉期肝组织和门静脉主干SNR分别为5.2±0.8、25.0±5.7、8.6±1.5和11.3±2.1,B组HIR图像上相应数值分别为4.6±0.7、29.2±6.6、8.7±1.7和11.0±2.3,B组AIIR图像上对应数值分别为8.5±0.9、58.5±11.8、16.1±2.6和21.9±4.1;与B组和A组HIR图像相比,B组AIIR图像上肝组织、腹主动脉、腰大肌、髂腰肌及门静脉主干噪声明显下降(P<0.001),而肝组织、腹主动脉及门静脉SNR显著提升(P<0.001)。医师1对动脉期A组HIR图像、B组HIR图像和AIIR图像的主观评分分别为4.42±0.53、3.48±0.50和4.87±0.34,静脉期相应数值分别为4.23±0.56、3.40±0.49和4.92±0.28;医师2对动脉期相应图像评分分别为4.40±0.53、3.47±0.54和4.88±0.32,静脉期相应数值分别为4.23±0.56、3.40±0.53和4.95±0.22;B组AIIR图像评分显著高于B组和A组HIR图像(P<0.001)。结论:联合人工智能模型迭代重建(AIIR)和80 kV管电压能够显著降低腹部增强CT辐射剂量,且低剂量AIIR图像质量明显优于常规剂量HIR图像。

关键词：人工智能图像处理,计算机辅助图像增强辐射剂量体层摄影术,X线计算机

联合人工智能模型迭代重建和70kV超低管电压大幅度降低肺动脉CTA辐射剂量的研究

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放射学实践 2024年第10期39卷 1361-1366页

作者：曹建新朱卓张清韩锦涛陈颖许炜武汉科技大学附属普仁医院放射科武汉430081 上海联影医疗科技股份有限公司上海201800

目的:探讨联合人工智能模型迭代重建(AIIR)和70kV超低管电压在大幅度降低肺动脉CTA(CTPA)辐射剂量中的应用价值。方法:100例疑似肺动脉栓塞或肺动脉栓塞复查的患者随机分成A组(100 kV管电压)和B组(70 kV管电压)行CTPA检查,A组采用混合... 详细信息

目的:探讨联合人工智能模型迭代重建(AIIR)和70kV超低管电压在大幅度降低肺动脉CTA(CTPA)辐射剂量中的应用价值。方法:100例疑似肺动脉栓塞或肺动脉栓塞复查的患者随机分成A组(100 kV管电压)和B组(70 kV管电压)行CTPA检查,A组采用混合迭代重建(HIR),B组采用HIR和AIIR。评估A、B两组辐射剂量。评估A组HIR图像、B组HIR图像和AIIR图像背景噪声、肺动脉信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR),并采用5分法对CTPA图像质量进行评分。结果:100例患者中10例存在呼吸运动伪影或大量胸腔积液被排除,最终A组和B组分别有50例和40例患者纳入。A、B两组有效辐射剂量(ED)分别为(4.3±0.8)mSv和(1.3±0.2)mSv,与A组相比B组ED下降69.8%(P<0.001)。A组HIR图像、B组HIR和AIIR图像背景噪声分别为(19.2±3.7)HU、(28.1±4.4)HU和(13.7±6.5)HU;B组AIIR图像背景噪声显著低于A组HIR图像和B组HIR图像(P<0.001)。A组HIR图像上右肺动脉信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)分别为21.5±5.9和18.8±5.6,左肺动脉SNR和CNR分别为21.9±6.2和19.2±5.9;B组HIR图像上右肺动脉SNR和CNR分别为19.4±3.7和17.2±3.5,左肺动脉相应数值分别为19.4±3.5和17.2±3.3;B组AIIR图像上右肺动脉SNR和CNR分别为45.7±14.5和40.9±13.4,左肺动脉相应数值分别为46.0±14.6和41.1±13.6;B组AIIR图像上右肺动脉及左肺动脉SNR和CNR均明显高于A组HIR图像和B组HIR图像(P<0.001)。A组HIR图像、B组HIR图像和B组AIIR图像主观评分分别为4.5±0.6、4.1±0.5和4.9±0.3,B组AIIR图像主观评分显著高于A组和B组HIR图像(P<0.001)。结论:联合AIIR和70kV超低管电压在大幅度降低CTPA辐射剂量的同时,图像质量相对于100kV管电压HIR图像更优。

关键词： CT血管造影术人工智能图像处理,计算机辅助图像增强辐射剂量体层摄影术,X线计算机

考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程研究

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 169-184页

作者：孙鹏昌杨广栋卢文波范勇孟海利薛里中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 三峡大学湖北省水电工程施工与管理重点实验室湖北宜昌443002 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072

针对岩石爆破爆炸荷载历程中未联合考虑岩石爆破动态过程和炮孔周围岩体破坏分区的不足,开展了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程及其适用性研究。联合岩石爆破动态过程和岩体破坏分区的理论解,推导了考虑岩体破坏分区的岩石爆破... 详细信息

针对岩石爆破爆炸荷载历程中未联合考虑岩石爆破动态过程和炮孔周围岩体破坏分区的不足,开展了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程及其适用性研究。联合岩石爆破动态过程和岩体破坏分区的理论解,推导了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式,比较了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程与实测炮孔爆炸压力曲线,开展了单孔爆破现场试验和相应条件下3种爆炸荷载工况的数值模拟,并对爆破振动现场实测和数值模拟结果进行了对比。研究结果表明:考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程包括上升段和衰减段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,上升段持续时间极短,衰减段持续时间较长且主要由填塞情况控制;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程理论计算结果与实测炮孔爆炸压力曲线的变化趋势一致,验证了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式的可靠性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载工况下,单孔爆破振动波形的数值模拟结果与现场实测结果的主要特征一致,该荷载工况下质点峰值振速计算结果与现场实测值偏差率最小,绝大部分在7%以内,表明了其应用于数值模拟的优越性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载可随岩石爆破系统条件的变化而动态调整,其可靠性好、适应性强、应用效果佳。

关键词：岩石爆破爆炸荷载理论公式破坏分区破岩过程

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电池包液冷散热结构设计及影响因素分析

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第6期38卷 102-108页

作者：康元春刘智勇湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北十堰442002 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室湖北十堰442002

液冷板流道结构对电池散热效果与均温性有显著影响。在对比不同结构液冷板的散热性能时,约束各种冷板结构的液体质量流量来进行仿真研究。设计了不同的散热结构方案并在相同质量流量的条件下进行了散热仿真,对比各设计方案的散热效果和... 详细信息

液冷板流道结构对电池散热效果与均温性有显著影响。在对比不同结构液冷板的散热性能时,约束各种冷板结构的液体质量流量来进行仿真研究。设计了不同的散热结构方案并在相同质量流量的条件下进行了散热仿真,对比各设计方案的散热效果和泵功耗等。探讨了进水口内径、壁厚、水温等对散热效果的影响。结果表明,横向并联式冷板结构散热效果最好,内径、壁厚及水温分别选取36 mm、2 mm和25℃。最终设计的散热方案满足了电池包最佳工作温度范围20~50℃和最大温差5℃的温控要求。

关键词：锂离子电池液冷板结构动力电池热管理

基于改进鲸鱼算法优化GRU-CNN的溶解氧预测

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环境工程学报 2024年

作者：胡龙元刘黎志智能机器人湖北省重点实验室(武汉工程大学)

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。... 详细信息

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。模型通过GRU提取水质数据的长期历史特征，通过CNN对GRU的输出和输入进行卷积提取短期特征，将两者进行算术拼接得到最终预测结果。通过将Tent混沌映射、自适应惯性权重和遗传算法(genetic algorithm,GA)引入WOA算法，解决WOA算法初始化种群质量较低，易早熟和对参数设置敏感的问题之后，再使用改进鲸鱼算法(IWOA)对模型进行参数寻优。实验结果表明，所提出的改进鲸鱼算法优化GRU-CNN (IWOA-GRUC+)模型具有出色的效果，其MAPE仅为2.27%，在RMSE、MAE和R2这几项指标上，分别达到了0.339、0.216和0.913%的优良表现。IWOA-GRUC+模型一定程度上提高了传统模型在溶解氧(DO)预测中的性能。

关键词：溶解氧预测门控循环单元卷积神经网络鲸鱼优化算法遗传算法

融合域自适应网络和多尺度特征聚合的息肉分割网络

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计算机工程与应用 2024年第18期60卷 239-247页

作者：廖文涛徐国平吴兴隆张炫周华兵武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北省智能机器人重点实验室武汉430205

基于深度学习的方法在息肉图像分割上取得了巨大成功,然而仍存在两个问题阻碍高精度息肉识别的发展。第一,不同设备收集的图像在特征分布上存在差异,使得不同息肉分割数据集存在域偏移的问题。第二,现有的模型专注于处理相同尺度大小的... 详细信息

基于深度学习的方法在息肉图像分割上取得了巨大成功,然而仍存在两个问题阻碍高精度息肉识别的发展。第一,不同设备收集的图像在特征分布上存在差异,使得不同息肉分割数据集存在域偏移的问题。第二,现有的模型专注于处理相同尺度大小的特征,限制了模型对多尺度特征的捕捉能力。为解决这些问题,提出了一个域自适应模块和一个多尺度特征聚合模块。域自适应模块采用无监督的方式,自适应不同域图像之间的偏移。将域自适应后的图像输入编码器,获取不同感受野大小的特征图,利用提出的多尺度特征聚合模块,将具有不同感受野的特征图进行聚合,提高模型对不同尺度病灶的分割能力。在五个公开的息肉分割数据集上,与使用广泛的结直肠息肉分割方法进行比较。在Kvasir和ClinicDB数据集上,提出的方法在Dice和IoU指标上与所对比的经典分割方法相比,取得了更好的结果。在验证模型泛化性能的数据集上,依旧表现出稳定的分割性能。综上所述,采取融合域自适应网络和多尺度特征聚合的息肉分割网络可以有效分割息肉图像,并具有良好的泛化性能。

关键词：息肉分割域自适应多尺度特征聚合医学图像处理