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水工混凝土结构隐患快速检测DeepLabv3+模型的改进

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土木工程学报 2024年

作者：方卫华刘家瑶水利部南京水利水文自动化研究所河海大学

针对现有水工混凝土结构无人机智能巡检深度学习模型通用性差、漏检误检率大和模型复杂度高等问题，以水工混凝土结构常见裂缝、剥落和渗水三种主要隐患为研究对象，在DeepLabv3+语义分割模型的基础上，将模型的骨干网络变换为轻量化网... 详细信息

针对现有水工混凝土结构无人机智能巡检深度学习模型通用性差、漏检误检率大和模型复杂度高等问题，以水工混凝土结构常见裂缝、剥落和渗水三种主要隐患为研究对象，在DeepLabv3+语义分割模型的基础上，将模型的骨干网络变换为轻量化网络MobileNetV2的特征提取网络从而建立了一种新型隐患识别通用模型。为验证模型的有效性，首先用无人机搭载红外-可见双光相机采集了三种隐患的图像，并构建隐患数据集；接着将新建模型、原模型、PSPnet模型和Unet模型在隐患数据集上训练，从分割精度、模型处理速度及模型大小方面对四个模型的效果进行对比分析；最后计算分割出的隐患部位的面积，以进行隐患部位损伤程度的评估。结果显示，提出的新模型mIoU达到81.34%，mPA 达到86.38%，模型大小仅有22.18MB，单张图片分割时间可达358ms。相较于其它三个模型，分割精度、速度、模型轻量化均有显著提升，能够满足工程实时检测需求。

关键词：水工混凝土结构多病害检测语义分割

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大长径比弹体非接触合膛测量方法研究

兵器装备工程学报 2024年第6期45卷 224-230页

作者：李占王从庆南京航空航天大学自动化学院南京210016 江苏自动化研究所江苏连云港222061

大长径比弹体机械合膛存在机械损伤,且难以实现竖式测量,为解决以上问题,提出一种非接触卧式合膛测量方法。该方法通过线激光测量仪对弹体局部轮廓进行数据采集,采用最小二乘法对弹体多段轮廓数据拟合,基于拟合的圆心和已知半径构造完... 详细信息

大长径比弹体机械合膛存在机械损伤,且难以实现竖式测量,为解决以上问题,提出一种非接触卧式合膛测量方法。该方法通过线激光测量仪对弹体局部轮廓进行数据采集,采用最小二乘法对弹体多段轮廓数据拟合,基于拟合的圆心和已知半径构造完整圆轮廓数据,最后采用最远点优先渐进算法对多段定心部构造点进行最小包容圆计算,实现弹体在线卧式测量。对测量装置的原理、方法及组成进行了说明,并对设备的测量误差进行了分析与修正。试验结果表明,采用卧式测量方式,重复定位精度达±0.06 mm,能够满足合膛测量要求。

关键词：合膛大长径比最小包容圆计算几何

农田耕整载荷六维力传感器结构优化与解耦研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 28-35,89页

作者：陈伟张晓袁栋朱继平陈小兵曹光乔农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对农田耕整载荷大、测量精度低等问题,在经典十字梁结构基础上,设计了一种辐梁式六维力传感器,可同时测量力和力矩,通过仿真方法对传感器结构进行了优化,确定了应变梁长、宽、高分别为9、10、6 mm;分析了传感器结构在载荷下的应变能力... 详细信息

针对农田耕整载荷大、测量精度低等问题,在经典十字梁结构基础上,设计了一种辐梁式六维力传感器,可同时测量力和力矩,通过仿真方法对传感器结构进行了优化,确定了应变梁长、宽、高分别为9、10、6 mm;分析了传感器结构在载荷下的应变能力,确定了应变片贴片位置。对传感器开展了静态标定试验,基于标定数据采用改进型XGBoost(Extreme gradient boosting)机器学习网络对力信号进行解耦,并与常规网络进行比对。试验结果表明,改进型XGBoost模型在X、Y、Z方向力和力矩6种加载方式的测试集决定系数R^(2)_(P)分别达到0.9804、0.9418、0.9434、0.9868、0.9969、0.9822,预测效果较好,避免了陷入局部最优解。改进型XGBoost模型在六维加载力、力矩的R^(2)_(P)、测试集平均绝对误差(MAEP)均明显优于随机森林模型、传统多元线性回归,相较于传统多元线性回归方式,六维加载力、力矩的R^(2)_(P)分别提升22.57%、20.99%、23.32%、26.27%、26.05%、18.72%。基于机器学习的解耦算法可明显减少耦合误差的影响,提高传感器的测量精度,为农机优化提供了技术支撑。

关键词：农田耕整载荷辐梁式传感器结构优化解耦算法机器学习

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交错勾齿式小麦精量排种器设计与试验

农业机械学报 2024年第7期55卷 142-153,167页

作者：王云霞黄苏同张文毅祁兵周荀泽丁友强农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对小麦精量播种需求以及现有排种器脉动性高、均匀性差的问题,设计了一种4排交错勾齿式小麦精量排种器,利用勾齿式型孔单粒囊种,并通过勾齿交错布置使下落的种子流形成交错有序的种子面,减少种子间的碰撞重叠,提高种子的有序性。通过... 详细信息

针对小麦精量播种需求以及现有排种器脉动性高、均匀性差的问题,设计了一种4排交错勾齿式小麦精量排种器,利用勾齿式型孔单粒囊种,并通过勾齿交错布置使下落的种子流形成交错有序的种子面,减少种子间的碰撞重叠,提高种子的有序性。通过对充种过程中小麦种子姿态分析,确定了型孔的关键结构参数和曲线轮廓。运用离散元法EDEM,分析了排种轮转速和充种区域夹角对充种性能的影响规律。仿真结果表明,排种轮转速对充种时处于有利姿态的种子数量有显著影响,充种区夹角的增大有利于提高充种率,但充种区夹角过大会造成成功充入种子掉落出型孔,降低充种性能。在此基础上,以排种合格率、单粒率、空穴率为指标进行了正交旋转组合试验,获得了最优工作参数组合。在排种轮转速、充种区高度以及毛刷/排种轮转速比分别为18 r/min、73 mm、2.5条件下,与现有凸齿式小麦排种器进行对比试验,交错勾齿式小麦排种器的排量变异系数比凸齿式排种器降低0.66个百分点,落种过程中排出的种子交错有序下落,具有更好的排种均匀性。

关键词：小麦精量排种器交错勾齿式精量播种 EDEM

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测量噪声下的高超声速飞行器组合观测鲁棒控制

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宇航学报 2024年第2期45卷 203-211页

作者：张睿李世华魏振岩许斌东南大学自动化学院南京210096 西北工业大学自动化学院西安710129 北京机电工程研究所北京100074

针对高超声速飞行器大包络飞行时,风场等外部干扰和测量噪声导致控制系统性能变差甚至失稳的问题,提出了一种基于状态观测的高超声速飞行器鲁棒控制策略。考虑噪声和外部干扰影响下系统状态受扰的问题,设计了扩张状态观测器(ESO)和自适... 详细信息

针对高超声速飞行器大包络飞行时,风场等外部干扰和测量噪声导致控制系统性能变差甚至失稳的问题,提出了一种基于状态观测的高超声速飞行器鲁棒控制策略。考虑噪声和外部干扰影响下系统状态受扰的问题,设计了扩张状态观测器(ESO)和自适应Kalman滤波器(AKF)的特殊组合,在统计特性未知的噪声和外部干扰影响下准确估计系统状态。其中,自适应Kalman滤波器用于滤除噪声,为扩张状态观测器提供不受噪声影响的状态估计,扩张状态观测器连续为自适应Kalman滤波器提供外部干扰估计。基于系统状态估计设计线性高斯二次型控制器,实现高超声速飞行器精确轨迹跟踪。最后,通过仿真验证了该方法在测量噪声及风干扰影响下的鲁棒跟踪能力。

关键词：高超声速飞行器扩张状态观测器自适应Kalman滤波器鲁棒控制测量噪声

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战场环境下遗传黏菌算法的多机协同任务分配

浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1748-1756页

作者：薛雅丽李寒雁欧阳权崔闪洪君南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106 上海机电工程研究所上海201109

针对已知战场环境下的多无人机协同任务分配问题,提出基于融合遗传黏菌算法的任务分配方法.综合单机约束、机群总体收益和损耗以及任务需求等条件,构建多机协同任务分配目标函数.针对遗传算法易陷入局部最优、黏菌算法收敛慢的问题,改... 详细信息

针对已知战场环境下的多无人机协同任务分配问题,提出基于融合遗传黏菌算法的任务分配方法.综合单机约束、机群总体收益和损耗以及任务需求等条件,构建多机协同任务分配目标函数.针对遗传算法易陷入局部最优、黏菌算法收敛慢的问题,改进遗传迭代和黏菌探索行为.将离散黏菌算法引入遗传算法,增强融合算法的搜索能力.在种群迭代中加入干扰操作,提高求解精度.在已知环境下进行分配试验和路径演示,并与其他算法进行对比.结果表明,利用所提出的融合算法,能够获得目标函数值更高的任务分配方案.

关键词：多机协同任务分配遗传算法黏菌算法局部收敛

基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法

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电子科技大学学报 2024年第2期53卷 227-234页

作者：钱夔宋爱国田磊南京工程学院自动化学院南京211167 东南大学仪器科学与工程学院南京210096 东南大学深圳研究院深圳518071

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱... 详细信息

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。

关键词：物理信息神经网络傅里叶谱方法频域控制方程约束 Burgers系统非线性系统预测

面向货运任务的混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化

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航空学报 2024年第14期45卷 270-283页

作者：何程童玉奇夏兴禄陈刚南京航空航天大学无人机研究院南京210016 上海航天技术研究院上海宇航系统工程研究所上海201109 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191

针对混电垂直起降无人机货运任务降低能耗和任务成本的需求,提出了混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化方法。综合考虑垂起、前飞和转换模态下的功率需求、电池充放电特性、发动机燃油特性,搭建了垂直起降无人机混电推进... 详细信息

针对混电垂直起降无人机货运任务降低能耗和任务成本的需求,提出了混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化方法。综合考虑垂起、前飞和转换模态下的功率需求、电池充放电特性、发动机燃油特性,搭建了垂直起降无人机混电推进系统能耗模型,提出了基于动态规划的垂直起降无人机混电系统能量管理策略,构建了能量管理策略和货运任务路径综合优化模型以及基于最短路径解算器和动态规划解算器的二级效用评价体系。利用该方法,对2个案例进行了整体运行路径及各架次的能量管理方案的优化。结果表明,相较于最短路径优化,所提方法能够综合考虑混电系统管理策略和运行路径对能耗的影响,在满足多种约束的前提下,可规划出合理的运行路径及对应的能量管理方案,实现了任务成本最小化。

关键词：垂直起降混电推进能量管理路径规划多学科优化

电力信息物理系统跨域攻击协同防御架构及机制研究

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电子学报 2024年第4期52卷 1205-1218页

作者：张涛费稼轩王琦邵志鹏蔡星浦国网智能电网研究院电网数字化技术研究所北京100190 东南大学电气工程学院江苏南京210096

我国电力基础设施已经发展成为具有高度信息化、自动化、智能化特征的信息物理融合系统.信息-物理交互在显著提升电力供给效率和性能的同时,也引入了新型网络安全威胁,通过发生于信息域并明确作用于物理域的跨域攻击,可造成电力基础设... 详细信息

我国电力基础设施已经发展成为具有高度信息化、自动化、智能化特征的信息物理融合系统.信息-物理交互在显著提升电力供给效率和性能的同时,也引入了新型网络安全威胁,通过发生于信息域并明确作用于物理域的跨域攻击,可造成电力基础设施系统性瘫痪,继而引发大面积停电事故,而当前孤立的信息侧或物理侧防御体系难以有效应对跨域攻击威胁.本文介绍了电力系统面临的信息物理跨域攻击威胁现状,分析了传统防御方法面对跨域攻击时存在的不足,提出了一种信息物理协同的跨域攻击防御架构,在针对跨域攻击传播的不同阶段,从感知、辨识、阻断三个角度设计了防御方法,通过算例验证了所提信息物理协同防御架构能够有效保障电力系统安全稳定运行.

关键词：电力信息物理系统信息物理协同跨域攻击协同防御知识-数据驱动电力系统安全