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ConvFormer:基于Transformer的视觉主干网络

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电子学报 2024年第1期52卷 46-57页

作者：胡杰昌敏杰徐博远徐文才武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070 武汉理工大学湖北省新能源与智能网联车工程技术研究中心湖北武汉430070

针对主流Transformer网络仅对输入像素块做自注意力计算而忽略了不同像素块间的信息交互,以及输入尺度单一导致局部特征细节模糊的问题,本文提出一种基于Transformer并用于处理视觉任务的主干网络ConvFormer. ConvFormer通过所设计的多... 详细信息

针对主流Transformer网络仅对输入像素块做自注意力计算而忽略了不同像素块间的信息交互,以及输入尺度单一导致局部特征细节模糊的问题,本文提出一种基于Transformer并用于处理视觉任务的主干网络ConvFormer. ConvFormer通过所设计的多尺度混洗自注意力模块(Channel-Shuffle and Multi-Scale attention,CSMS)和动态相对位置编码模块(Dynamic Relative Position Coding,DRPC)来聚合多尺度像素块间的语义信息,并在前馈网络中引入深度卷积提高网络的局部建模能力.在公开数据集ImageNet-1K,COCO 2017和ADE20K上分别进行图像分类、目标检测和语义分割实验,ConvFormer-Tiny与不同视觉任务中同量级最优网络RetNetY-4G,Swin-Tiny和ResNet50对比,精度分别提高0.3%,1.4%和0.5%.

关键词：机器视觉自注意力主干网络 Transformer

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港口多能源融合系统综述

交通运输工程学报 2024年第4期24卷 83-103页

作者：袁裕鹏许朝远李娜唐道贵袁成清钟晓晖严新平武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动工程学院湖北武汉430063 湖北华中电力科技开发有限责任公司湖北武汉430077 宁波舟山港集团有限公司浙江宁波315100 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

调研了当前国内外港口风能、太阳能、氢能及其他清洁能源应用现状,评估了多种自然资源禀赋特征,结合港口用能类型与负荷特性,分析了直流并网、交流并网、交直流混联并网3种微电网系统架构和不同储能方式特性;针对风光储氢多能源融合系... 详细信息

调研了当前国内外港口风能、太阳能、氢能及其他清洁能源应用现状,评估了多种自然资源禀赋特征,结合港口用能类型与负荷特性,分析了直流并网、交流并网、交直流混联并网3种微电网系统架构和不同储能方式特性;针对风光储氢多能源融合系统整体架构及其“源-网-荷-储”网络架构的特点,提出了多能源融合系统融合模式、匹配方法、能源捕获、安全保障、运行控制等关键技术。研究结果表明:当前清洁能源在港口中存在应用形式单一、利用率较低的特点,港口负荷的能源需求形式多样,采用风光储氢多能源融合系统能够较好地满足港口负荷需求,并克服单一能源的缺点;港口多能源融合模式与架构需要综合考虑港口的实际情况进行个性化设计,一般采用多准则决策的方法来确定最优的能源融合形式,并采用基于多目标优化的方法,综合考虑安全、环境与经济等多种因素确定各个能源的容量;在具体的能源种类选择上,风、光发电结合电解水制氢比较适用于港口的实际应用场景,但需要对氢气的制、注、储、供等关键设备与安保技术进行适配研究;港口负荷和风、光发电都具有随机性,因此,需要研究新的多层次能源管理策略,以优化多能源融合系统的能源调度与负荷匹配,确保多能源融合系统能够安全、稳定、经济地运行。

关键词：水路运输绿色港口多能源融合系统节能减排氢能风光发电

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高速公路双车道出口辅助车道长度可靠性设计

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：张航孙煜马宝林牛世豪王星月吕能超武汉理工大学交通与物流工程学院武汉理工大学智能交通系统研究中心

为探究高速公路双车道出口辅助车道的合理长度，分析车辆的运行状态，推导了辅助车道段车辆换道的最大距离计算公式。引入可靠度理论，建立了辅助车道长度的功能函数，分析了不同辅助车道长度同辅助车道可靠性之间的关系，并计算得出了... 详细信息

为探究高速公路双车道出口辅助车道的合理长度，分析车辆的运行状态，推导了辅助车道段车辆换道的最大距离计算公式。引入可靠度理论，建立了辅助车道长度的功能函数，分析了不同辅助车道长度同辅助车道可靠性之间的关系，并计算得出了不同设计速度下辅助车道长度的推荐值。最后，通过VISSIM仿真分析了推荐值的合理性。结果表明：辅助车道长度与辅助车道可靠概率呈正相关关系；在不同仿真场景中，仿真路段取推荐值相较于规范值具有良好的交通流畅性，且不会造成材料的浪费。研究成果可为规范的进一步完善提供参考。

关键词：道路工程可靠度理论辅助车道高速公路 VISSIM仿真交通安全

基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第7期53卷 40-47页

作者：刘永琪袁成清饶响郭智威武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063

目的研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用,提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。方法通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽,在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末,分析熔覆合金层的金相组织,... 详细信息

目的研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用,提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。方法通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽,在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末,分析熔覆合金层的金相组织,并利用往复式摩擦磨损试验机研究在一定载荷压力下功能梯度材料缸套的摩擦学性能。结果熔覆层金相组织呈现梯度排布,熔覆层与基体材料分子原子交互扩散形成良好的冶金结合。牌号为350、镍质量分数为4.2%、铁质量分数80%的粉末所制备的功能梯度材料,减摩效果最为明显,相比未经处理的对照组,平均摩擦因数降幅为25.4%,且该组在试验中接触电阻的平均值最大,相比对照组提升了63.45%。牌号为330、镍质量分数为9%、铁质量分数为70%的粉末制备的缸套,表面支撑指数最高为0.78,相比于未处理的对照组,增幅达到35%,且试验组活塞环经摩擦后,磨损量均小于对照组。结论制备了30°角分布的功能梯度材料,能使得缸套-活塞环摩擦学系统在工作过程中摩擦副的润滑油膜厚度更厚,且在运行过程中更稳定,以减少摩擦力和降低摩擦因数。同时,增强其支撑能力和储存润滑油的能力,使所制备的缸套摩擦因数显著降低。牌号为350的材料,改善摩擦学性能的效果最优。

关键词：功能梯度材料缸套-活塞环激光熔覆摩擦特性金相组织

基于停车视距的高速公路下坡段货车制动可靠性

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：张航熊宇豪吕能超武汉理工大学交通与物流工程学院武汉理工大学智能交通系统研究中心

为进一步提升货车制动过程安全性，对高速公路下坡段货车停车视距可靠性进行研究。构建了考虑ABS系统的四阶段停车视距模型，引入可靠度理论，使用蒙特卡罗方法对高速公路下坡段货车停车视距可靠度进行分析，给出货车停车视距建议值。... 详细信息

为进一步提升货车制动过程安全性，对高速公路下坡段货车停车视距可靠性进行研究。构建了考虑ABS系统的四阶段停车视距模型，引入可靠度理论，使用蒙特卡罗方法对高速公路下坡段货车停车视距可靠度进行分析，给出货车停车视距建议值。最后，通过工程实例与Trucksim仿真验证模型合理性。结果表明：停车视距失效概率与事故率有正相关性；可靠度模型计算值误差较规范值更小，结果更加保守。说明研究成果对于降低道路安全风险有一定现实意义。

关键词：道路工程可靠度理论停车视距货车高速公路 Trucksim

基于强弱感知设计的驾驶员危险感知状态识别模型研究

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汽车工程 2024年第6期46卷 995-1005页

作者：曾娟王昊许博张洪昌武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学重庆研究院重庆401135

驾驶员危险感知能力对于预防和减少道路交通事故具有重要作用。针对目前研究中危险感知的特征向量表征不统一、算法对实际问题可解释性不足的弊端,通过人为控制的方式,设计了基于危险源、显隐性、强弱危险感知状态3个维度的3×2×2实验... 详细信息

驾驶员危险感知能力对于预防和减少道路交通事故具有重要作用。针对目前研究中危险感知的特征向量表征不统一、算法对实际问题可解释性不足的弊端,通过人为控制的方式,设计了基于危险源、显隐性、强弱危险感知状态3个维度的3×2×2实验方案,实现对危险感知的预定分级;设计配对T检验和Wilcoxon符号秩检验结合的方式实现强弱感知状态下特征差异性的量化比较;建立基于十倍交叉参数调优SVM算法的危险感知状态二分类模型。研究结果表明:驾驶员在强危险感知状态下对危险的反应更主动,倾向于避免危险,而非紧急避险,并保持更低的车速,更倾向油门控制而非制动控制,注视和眼跳行为增加;驾驶员在隐性危险源场景中的操纵力度和频次更强,危险感知与显隐性影响程度及危险源类型有关,摩托车类危险源差异最大,行人类危险源差异最小;在C=1,γ=0.1,选择车头时距、车速标准差、最大制动踏板力、加速度标准差、预减速时间、车速均值、油门开度标准差、跳视次数、注视次数作为特征时,SVM模型具有最好的性能,准确率为89.2%,精准率为90.6%,召回率为87.8%,F1值为0.888。XGBoost模型对弱感知的识别能力低于SVM模型。该研究对于驾驶员危险感知状态的量化评估具有显著的指导意义。

关键词：交通工程感知机理机器学习危险感知强弱感知状态

虚假数据注入式攻击下无人水面船舶自适应神经输出反馈轨迹跟踪控制

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自动化学报 2024年第7期50卷 1472-1484页

作者：祝贵兵吴晨马勇浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学航运学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 中国远洋海运集团院士工作站上海200135

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将... 详细信息

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将船舶速度的攻击信号引入闭环系统,采用分类重构思想,构造一种新的神经网络(Neural network,NN)状态观测器,同时重构船舶速度和攻击信号.进一步,在backstepping设计框架下,利用重构的攻击信号补偿USVs运动学通道因虚假数据注入式攻击引起的非匹配不确定项.在动力学设计通道中,利用自适应神经技术和单参数学习法,重构由内部和外部不确定组成的复合不确定部分,进而提出自适应神经输出反馈控制方案.理论分析表明,即便在FDI攻击、内外不确定以及执行器饱和约束的情况下,所提控制方案仍能迫使USVs跟踪给定的参考轨迹.同时,仿真和比较结果证实了所提控制方案的有效性和优越性.

关键词：无人水面船舶虚假数据注入式攻击跟踪控制单参数学习法自适应神经控制输出反馈

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基于法线微分的三维声纳点云自适应简化方法

工程科学与技术 2024年

作者：汪洋金卓恒陈德山吴兵武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉理工大学交通与物流工程学院

在不损失原始点云数据质量的前提下，大幅约简点云数据量是减少存储空间、降低后期计算强度的重要预处理步骤。提出了针对水下三维声纳点云数据的自适应简化方法。定义法线微分算子来识别点云中几何尺度的骤变，从而实现原始点云中边界... 详细信息

在不损失原始点云数据质量的前提下，大幅约简点云数据量是减少存储空间、降低后期计算强度的重要预处理步骤。提出了针对水下三维声纳点云数据的自适应简化方法。定义法线微分算子来识别点云中几何尺度的骤变，从而实现原始点云中边界部分点云和主体部分点云的分割。对于点云的边界部分，应用移动最小二乘法来对边界点进行优化，降低噪点的影响，并保持其曲面的几何一致性；基于体素栅格结构，在边界上使用八叉树进行降采样，并在此基础上实施局部最远点采样，在实现均匀简化的同时保证已简化点云的边界部分具有各向同性，有效保留边界部分点云的几何特征信息。对于点云的主体部分，为保持简化后点云整体的各向同性，使用体素中心采样法来减少数据量，然后通过高斯滤波平滑点云表面，最后整合简化后的边界点云和主体点云，得到简化结果。实验表明，提出的简化方法计算成本低、处理速度快，在与现行典型算法保持一致简化率的情况下对水下点云数据的简化速度提高了约32%。另外，通过表面密度对比与几何失真分析，证明了此算法对水下三维点云边界点及整体分布的优化作用。此方法有助于提高水下作业目标探测效率，得到保留重要几何特征信息并具有各向同性的水下任务目标点云简化结果。

关键词：水下点云三维声纳点云简化法线微分体素栅格

高速公路隧道线性诱导系统设置方法及效果评估

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：杨永正杜志刚梅家林武汉理工大学交通与物流工程学院交通信息与安全教育部工程研究中心

为改善高速公路隧道交通安全，提出了运用线条形视线诱导设施，提高隧道局部亮度与对比度，勾勒隧道轮廓及道路线形走向的线性诱导系统。搭建隧道模拟场景，开展驾驶模拟实验与问卷调查，分析各线性诱导设施/系统对驾驶人视觉、心理与... 详细信息

为改善高速公路隧道交通安全，提出了运用线条形视线诱导设施，提高隧道局部亮度与对比度，勾勒隧道轮廓及道路线形走向的线性诱导系统。搭建隧道模拟场景，开展驾驶模拟实验与问卷调查，分析各线性诱导设施/系统对驾驶人视觉、心理与驾驶任务的影响；探究各诱导设施的尺寸、方向、连续性以及组合方式对视觉参照系优化与空间路权感知的作用效果。结果表明线性诱导系统能够提升隧道环境的显著度，降低视觉信息的获取难度，降低驾驶人的紧张心理。纵向诱导设施有利于明确道路边界与前进方向，增强驾驶人对位置的感知。竖向与横向诱导设施有利于明确隧道轮廓，增强驾驶人对速度的管控。将不同类型诱导设施合理组合，能够取长补短，发挥各设施的共同优势，实现隧道交通安全的综合提升。

关键词：交通运输系统工程高速公路隧道线性诱导系统视觉参照系交通安全