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基于改进Faster R-CNN的变电站设备外部缺陷检测

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智能系统学报 2024年第2期19卷 290-298页

作者：张铭泉邢福德刘冬华北电力大学计算机系河北保定071003

针对变电站设备外部缺陷目标检测任务中目标形状多样,周围环境复杂,当前代表性算法识别准确度低,错检漏检严重的问题,对比了众多目标检测算法在变电站设备缺陷数据集上的检测结果,检测精度较高的是添加了特征融合金字塔结构的Faster R-C... 详细信息

针对变电站设备外部缺陷目标检测任务中目标形状多样,周围环境复杂,当前代表性算法识别准确度低,错检漏检严重的问题,对比了众多目标检测算法在变电站设备缺陷数据集上的检测结果,检测精度较高的是添加了特征融合金字塔结构的Faster R-CNN(faster region-based convolutional network)算法,但其对小目标物体和设备渗漏油的检测精度仍有提升空间,为此设计一种基于Faster R-CNN的改进算法。改进算法通过对输入图像进行数据增强,在网络中添加SPP(spatial pyramid pooling)结构以及改进特征融合方式,对分类以及边界框回归损失函数进行改进的方式来提高缺陷的检测精度。与原Faster R-CNN算法进行对比,改进算法在变电站设备缺陷目标检测数据集的检测结果中AP(average precision)(0.5∶0.95)提高了2.7个百分点,AP(0.5)提高了4.3个百分点,对小目标物体的检测精度也提高了1.8个百分点,试验结果验证了该方法的有效性。

关键词：变电站设备外部缺陷深度学习目标检测卷积神经网络 Faster R-CNN 特征提取特征融合金字塔结构损失函数

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局部加全局视角遮挡人脸表情识别方法

计算机工程与应用 2024年第13期60卷 180-189页

作者：南亚会华庆一西北大学信息科学与技术学院西安710127 吕梁学院计算机科学与技术系山西吕梁033001

实际场景中各种遮挡增加了表情识别难度。为此,提出一种滑块局部加权卷积注意力和全局注意力池化的视觉Transformer结合的方法来解决遮挡问题。利用主干网络提取表情特征图,将表情特征图裁剪成多个区域块,利用局部Patch注意力单元通过... 详细信息

实际场景中各种遮挡增加了表情识别难度。为此,提出一种滑块局部加权卷积注意力和全局注意力池化的视觉Transformer结合的方法来解决遮挡问题。利用主干网络提取表情特征图,将表情特征图裁剪成多个区域块,利用局部Patch注意力单元通过自适应计算局部特征的注意力权重来感知被遮挡的区域,提取表情局部特征。同时,表情特征图转换成Patch块,通过Patch级和Token级注意力池化的视觉Transformer,从全局角度捕获Patch块之间的相互作用和相关性。引导模型强调最具区别性的特征,而忽略遮挡减少不相关特征的影响。在三个表情数据集及其遮挡子集和一个遮挡数据集上进行实验,结果表明所提模型在遮挡表情识别上优于现有方法。

关键词：遮挡人脸表情识别滑块局部卷积注意力 Patch注意力池化 Token注意力池化 vision Transformer

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智能数据可视分析技术综述

软件学报 2024年第1期35卷 356-404页

作者：骆昱宇秦雪迪谢宇鹏李国良清华大学计算机科学与技术系北京100084 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.... 详细信息

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.然而,可视分析仍然面临着许多挑战,例如数据准备代价高、交互响应高延迟、可视分析高门槛和交互模式效率低.为应对这些挑战,研究者从数据管理、人工智能等视角出发,提出一系列方法以优化可视分析系统的人机协作模式和提高系统的智能化程度.系统性地梳理、分析和总结这些方法,提出智能数据可视分析的基本概念和关键技术框架.然后,在该框架下,综述和分析国内外面向可视分析的数据准备、智能数据可视化、高效可视分析和智能可视分析接口的研究进展.最后,展望智能数据可视分析的未来发展趋势.

关键词：数据可视化可视分析智能数据可视分析数据管理人工智能

动态场景下基于特征点筛选的视觉SLAM算法

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系统仿真学报 2024年

作者：姜丽梅陈信威华北电力大学计算机系

针对传统的视觉SLAM算法在动态环境下的定位精度与鲁棒性低的问题，提出了一种基于特征点筛选的改进动态SLAM算法，该算法以ORB-SLAM3算法为基本框架，增加了动态区域划分与特征点筛选模块。动态区域划分模块使用改进的RT-DETR目标检测... 详细信息

针对传统的视觉SLAM算法在动态环境下的定位精度与鲁棒性低的问题，提出了一种基于特征点筛选的改进动态SLAM算法，该算法以ORB-SLAM3算法为基本框架，增加了动态区域划分与特征点筛选模块。动态区域划分模块使用改进的RT-DETR目标检测算法检测图像中的动态物体并根据检测框划分动态区域，特征点筛选模块使用对极约束以及光流法筛选掉运动的动态物体身上的特征点，保留静止的动态物体上以及目标检测框内属于背景部分的特征点参与后续的位姿优化。改进的算法尽可能的保留了更多的有效特征点参与相机位姿优化，实验结果表明改进的算法相比于原始的ORB-SLAM3在高动态环境下的绝对轨迹误差的RMSE值平均能够达到90%以上的提升的同时保持实时运行。

关键词：光流对极约束视觉SLAM 动态环境 RT-DETR PP-LCNet

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改进PBFT算法的配电物联网接入认证方法

计算机工程与应用 2024年第2期60卷 279-287页

作者：张铭泉杨甜朵春红华北电力大学(保定)计算机系河北保定071003

随着物联网与配电网深度融合,海量终端设备接入系统给配电物联网安全稳定运行带来巨大挑战。针对传统身份认证方式过于中心化且无法承载大规模终端等现状,设计一种基于区块链共识机制的配电物联网终端接入认证方法。由配电物联网网关负... 详细信息

随着物联网与配电网深度融合,海量终端设备接入系统给配电物联网安全稳定运行带来巨大挑战。针对传统身份认证方式过于中心化且无法承载大规模终端等现状,设计一种基于区块链共识机制的配电物联网终端接入认证方法。由配电物联网网关负责对待接入终端节点登记注册,采用共识算法进行分布式认证,将合法终端上链存储。在传统PBFT算法的基础上,设计了配电物联网终端共识算法。该算法引入权重机制,根据终端节点权重选取认证节点,缩小共识规模;引入可验证随机函数增强主节点安全,避免启动视图切换协议,提高共识效率;结合实际应用场景优化一致性协议,降低通信开销。实验分析表明该方法可有效规避多种网络攻击,通信开销和吞吐量优于其他方法,系统抗攻击性较强,满足配电物联网对认证效率和系统可靠性等要求。

关键词：配电物联网区块链接入认证共识算法权重机制可验证随机函数(VRF)

统一驱动与能力抽象结合的无人机载荷虚拟化方法及实现

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 406-416页

作者：李晓娟周兴社张羽姚远杨刚西北工业大学计算机学院陕西西安710072

随着无人机及其集群应用不断深入并日益广泛,无人机载荷呈现种类多样、形态异构、接口复杂等特点,但同时要求系统能快速接入并高效管理载荷。为了解耦无人机载荷与系统平台的紧密关系,扩展对异构载荷的兼容能力,提出一种新型的载荷设备... 详细信息

随着无人机及其集群应用不断深入并日益广泛,无人机载荷呈现种类多样、形态异构、接口复杂等特点,但同时要求系统能快速接入并高效管理载荷。为了解耦无人机载荷与系统平台的紧密关系,扩展对异构载荷的兼容能力,提出一种新型的载荷设备虚拟化方法。提出分层驱动模型,实现载荷硬件设备和驱动软件的解耦,使载荷设备接入过程标准化,该模型通过软硬件协同实现;提出基于“能力”的载荷抽象,解耦载荷应用功能及其设备实体;给出了载荷虚拟化方法具体实现及其典型验证实例。上述载荷设备虚拟化方法通过载荷应用、载荷驱动及载荷设备的软硬件解耦,增强了系统接入不同载荷的兼容性及扩展性,提高了统一管理多种载荷的效率。

关键词：无人机载荷虚拟化标准化接入能力抽象软硬件融合

基于LSM-Tree的分布式数据库异步融合机制研究与实现

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西北工业大学学报 2024年第2期42卷 303-309页

作者：杜轶德刘文洁西北工业大学计算机学院陕西西安710072

信息技术的不断发展,使得分布式数据库成为研究热点。由于NoSQL架构的分布式数据库对SQL支持有限且在事务处理及一致性方面存在缺陷,基于LSM-Tree的NewSQL数据库逐渐成为应用的主流,例如TiDB、OceanBase等。分布式LSM-Tree的存储架构将... 详细信息

信息技术的不断发展,使得分布式数据库成为研究热点。由于NoSQL架构的分布式数据库对SQL支持有限且在事务处理及一致性方面存在缺陷,基于LSM-Tree的NewSQL数据库逐渐成为应用的主流,例如TiDB、OceanBase等。分布式LSM-Tree的存储架构将数据分为基线数据与增量数据,通过合并操作将不同分区的增量数据与基线数据不断融合,并存储在磁盘,从而减少内存压力。但合并会占用大量系统资源,严重影响系统可用性。因此提出了一种基于LSM-Tree架构的异步融合机制,通过细分合并流程,将数据融合异步化,有效地缩短了单次数据合并的时间。实验表明,提出的异步融合机制可显著缩短数据合并时间,提高系统在高频写入场景下的鲁棒性和可用性。

关键词：分布式数据库 LSM-Tree 数据合并异步融合数据分区

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榫卯:一种可组合的定制化内存分配框架

软件学报 2024年第4期35卷 2076-2098页

作者：欧阳湘臻朱怡安史先琛西北工业大学计算机学院陕西西安710072

动态内存分配器是现代应用程序重要组成部分,它负责管理空闲内存并处理用户内存请求.现代通用动态内存分配器能够提供较为平衡的性能与内存利用率,但考虑到不同应用场景的内存使用情况和优化目标不同,使用通用内存分配器并非最优解.针... 详细信息

动态内存分配器是现代应用程序重要组成部分,它负责管理空闲内存并处理用户内存请求.现代通用动态内存分配器能够提供较为平衡的性能与内存利用率,但考虑到不同应用场景的内存使用情况和优化目标不同,使用通用内存分配器并非最优解.针对应用场景定制的专用内存分配器通常能够更好地满足系统需要,然而编写专用内存分配器较为费时,也容易出错.开发者通常使用内存分配框架搭建专用动态内存分配器.然而,现有的内存分配框架存在抽象能力较差,组合性与定制性不足的问题.为此,从函数式编程视角审视动态内存分配过程,基于函数可组合性提出了一种可组合的定制化动态内存分配器框架榫卯.榫卯框架将系统内存分配抽象为多个互不耦合的内存分配层级函数的组合,这些层级函数能够扩展出策略槽,以提供更高的定制性和组合性.榫卯框架基于标准C实现,依赖C预处理器的元编程特性实现层级函数组合的零性能开销.开发者能够通过组合与定制分配器的层级函数,快速构建出适合应用场景的内存分配器.为了证明榫卯框架的有效性,使用榫卯框架构建了3种不同的内存分配器实例:tlsfcc,hslab与wfslab,其中tlsfcc针对多核嵌入式应用场景,通过替换同步策略优化并发吞吐率;hslab是核心感知的slab式分配器,通过定制线程缓存优化在异构硬件的性能;wfslab是低延迟的无等待/无锁分配器.为了评估这3种内存分配器实例,通过运行基准测试对比现有内存分配器.实验分别在8核x86/64平台和8核异构aarch64嵌入式平台进行.实验表明tlsfcc与原始tlsf分配器相比,在上述两个平台上分别取得了平均1.76和1.59的加速比;对比hslab与类似架构的tcmalloc,它在两个平台的平均执行时间仅为tcmalloc的69.6%和85.0%;wfslab则取得了参与实验对比的内存分配器中最小的最差情况内存请求延迟,其中包括目前最先进的无锁内存分配器mimalloc和snmalloc.

关键词：内存分配阻塞式同步异构系统操作系统函数式编程

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面向分布式数据库的算子并行优化策略

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 453-459页

作者：刘文洁吕靖超西北工业大学计算机学院陕西西安710072

随着网络技术的不断发展,数据规模呈现爆发式增长,使得传统的单机数据库逐步被分布式数据库所取代。分布式数据库采用节点协同工作方式解决了大规模数据存储问题,但由于增加了节点间通信开销,查询效率却不如单机数据库。分布式架构下,... 详细信息

随着网络技术的不断发展,数据规模呈现爆发式增长,使得传统的单机数据库逐步被分布式数据库所取代。分布式数据库采用节点协同工作方式解决了大规模数据存储问题,但由于增加了节点间通信开销,查询效率却不如单机数据库。分布式架构下,存储节点的数据仅用作多备份的冗余,为系统故障时提供数据恢复,并未被利用起来改善查询效率。针对上述问题,提出了一种面向分布式数据库的算子并行优化策略,通过对关键物理算子进行拆分,将拆分后的子请求均匀分配到存储层多个节点,由多个节点并行处理,从而减少查询响应时间。上述策略已经在分布式数据库CBase上进行了应用,实验表明,提出的并行优化策略可显著缩短SQL请求查询时间,并提高系统资源利用率。

关键词：分布式数据库并行查询查询优化负载均衡数据分区