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基于面部特征的管制员疲劳判别算法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王莉莉殷硕峰潘越中国民航大学天津市空管运行规划与安全技术重点实验室

针对现有通过管制员面部信息监测疲劳极少融合管制真实场景，算法鲁棒性低等特点，提出一种考虑管制员工作特性的疲劳实时判别算法。采用Attention Mesh算法获取面部468点的三维坐标信息，并使用特征匹配法逐样本对其眼部与嘴部纵横比... 详细信息

针对现有通过管制员面部信息监测疲劳极少融合管制真实场景，算法鲁棒性低等特点，提出一种考虑管制员工作特性的疲劳实时判别算法。采用Attention Mesh算法获取面部468点的三维坐标信息，并使用特征匹配法逐样本对其眼部与嘴部纵横比阈值进行标定；引入管制员在岗时间、实时陆空通话负荷以及疲劳事件发生次数三个指标，将三者通过指数衰减函数动态映射至疲劳监测时间窗口，并通过计算动态衰减时间窗内眨眼频次占比，得出疲劳趋势指标；最后处理了某管制单位管制室30位成熟放单管制员，班后管制测试的脑电与面部视频数据，并对通过面部数据得到的疲劳指标Fδ，与脑电疲劳指标Fε进行时间维度上的相关性分析。结果表明：在30个被试样本的双变量交叉相关性分析结果中，Pearson相关性系数整体介于0.462-0.785之间，Sig双尾显著性检验均位于0.01级别，相关性显著，验证了所提出算法的有效性与可靠性。

关键词：管制员疲劳判别人脸关键点检测陆空通话负荷脑电(EEG)信号

基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法

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工程科学学报 2024年第5期46卷 887-896页

作者：王岩韬赵昕颐中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室天津300300

为降低飞行过程中遭遇危险天气的概率,同时避免大范围绕飞导致的路径与耗油增加,针对航路中的雷暴、积冰和颠簸天气,使用数值预报和概率预报,面向航前飞行计划,提出一种基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法.首先,基于概率预报... 详细信息

为降低飞行过程中遭遇危险天气的概率,同时避免大范围绕飞导致的路径与耗油增加,针对航路中的雷暴、积冰和颠簸天气,使用数值预报和概率预报,面向航前飞行计划,提出一种基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法.首先,基于概率预报数据使用配料法和C-F模型计算雷暴发生概率,基于数值预报数据计算积冰预测指数和颠簸预测指数;然后,融合多类型危险天气,提出一种具备风险标识的栅格化地图;在此基础上,改进传统路径最短的规划算法,构建以风险最小化为目标的Dijkstra和A^(*)算法;最后,使用2023年4月3日华中地区强对流天气预测数据建立风险地图,使用上述改进算法与传统Dijkstra、A^(*)和RRT算法进行路径规划并对比分析.结果表明,传统Dijkstra和A^(*)算法可计算得到最短飞行路径,而改进的A^(*)算法可计算得到总风险最小路径;若综合考虑飞行风险与路径长度,改进的Dijkstra算法最为适合.

关键词：危险天气概率预报不确定性推理飞行路径规划风险最小化

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动态安全间隔下机场飞行区冲突热点识别

中国安全生产科学技术 2024年第9期20卷 197-204页

作者：周督异王兴隆中国民航大学民航飞联网重点实验室天津300300

为精准监视机场飞行区场面运行冲突,提出1种动态安全间隔下的飞行区冲突热点识别方法。首先,将航空器和车辆2种活动目标作为研究对象,根据目标的实时运动速率,建立具有空间闭塞、范围时变特点的安全区模型,从而使目标间实时保持动态安... 详细信息

为精准监视机场飞行区场面运行冲突,提出1种动态安全间隔下的飞行区冲突热点识别方法。首先,将航空器和车辆2种活动目标作为研究对象,根据目标的实时运动速率,建立具有空间闭塞、范围时变特点的安全区模型,从而使目标间实时保持动态安全间隔;然后,从目标间距、运动方向、运动速率3个方面综合开展冲突认定,建立冲突网络表征冲突关系并划设场面冲突区域,选定6个指标评价网络节点,采用二次改进熵权法计算区域熵权,根据冲突占比识别冲突热点;最后,以某大型枢纽机场为实例,采用4种方法对比分析,识别出3个不同冲突程度的热点区域。研究结果表明:闭塞安全区能够使目标间保持动态安全间隔,是准确认定冲突的基础;采用2次改进熵权法计算区域熵权的平均相对误差值相比于传统熵权法和1次改进熵权法分别减少66.5%和53.7%;2次改进熵权法能够更客观精准地识别冲突热点,在一定程度上可以及时监视场面冲突并明确热点位置,保障机场飞行区的运行安全。研究结果可为精准监视机场飞行区场面运行冲突提供新方法,进而保障机场飞行区安全运行。

关键词：复杂网络动态间隔闭塞安全区 2次改进熵权法冲突热点识别

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运行时保证技术研究现状与发展综述

计算机应用 2024年

作者：董磊王琦陈曦刘嘉琛民航航空器适航审定技术重点实验室(中国民航大学) 中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院

人工智能、大数据、云计算等先进技术发展突飞猛进的同时，它们自身具有的难解释、难认证等问题限制了在各行业的实际应用。而运行时保证技术（RTA）通过监控系统状态实现了功能之间的切换，化“复杂”为“简单”，初步解决了一些复杂... 详细信息

人工智能、大数据、云计算等先进技术发展突飞猛进的同时，它们自身具有的难解释、难认证等问题限制了在各行业的实际应用。而运行时保证技术（RTA）通过监控系统状态实现了功能之间的切换，化“复杂”为“简单”，初步解决了一些复杂系统行为难预测、难解释、不安全、非预期结果的问题，在未来有着广阔的发展前景。首先，回顾了运行时保证技术的发展历程；其次，在描述了运行时保证的基本原理架构以及切换逻辑的基础上，对当前运行时保证在智能航空、无人机、智能航天、自动驾驶汽车领域及信息物理系统和安全强化学习应用研究现状进行了系统梳理；最后，对运行时保证技术的发展前景进行了展望，为研究者了解最新的运行时保证技术研究动态、发展趋势提供参考。

关键词：运行时保证复杂功能切换逻辑替换认证智能航空

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适应于硬件部署的神经网络剪枝量化算法

计算机工程与科学 2024年第9期46卷 1547-1553页

作者：王鹏张嘉诚范毓洋中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300399 中国民航大学安全科学与工程学院天津300399

深度神经网络由于性能优异已经在图像识别、目标检测等领域广泛应用,然而其包含大量参数和巨大计算量,导致在需要低延时和低功耗的移动边缘端部署时困难。针对该问题,提出一种用移位加法代替乘法运算的压缩算法,通过对神经网络进行剪枝... 详细信息

深度神经网络由于性能优异已经在图像识别、目标检测等领域广泛应用,然而其包含大量参数和巨大计算量,导致在需要低延时和低功耗的移动边缘端部署时困难。针对该问题,提出一种用移位加法代替乘法运算的压缩算法,通过对神经网络进行剪枝和量化将参数压缩至低比特。该算法在乘法资源有限的情况下降低了硬件部署难度,可满足移动边缘端低延时和低功耗的要求,提高运行效率。对ImageNet数据集经典神经网络进行了实验,结果表明神经网络的参数在压缩到4 bit的情况下,其准确率与全精度神经网络的基本一致,甚至在ResNet18、ResNet50和GoogleNet网络上的Top-1/Top-5准确率还分别提升了0.38%/0.22%,0.35%/0.21%和1.14%/0.57%。对VGG16第8层卷积层进行实验,将其部署在Zynq7035上,结果表明,压缩后的网络在使用的DSP资源减少43%的情况下缩短了51.1%的推理时间,并且减少了46.7%的功耗。

关键词：深度神经网络硬件剪枝量化 FPGA

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改进灰狼算法在搬运机器人轨迹规划中的应用

机械科学与技术 2024年第3期43卷 394-401页

作者：张攀刘雨晗张威中国民航大学航空工程学院天津300300 民航航空公司人工智能重点实验室广州510470 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航航空地面特种设备研究基地天津300300

为提高托盘式搬运机器人的运行稳定性,提出一种基于改进灰狼算法的机器人加速度最优轨迹规划方法。针对灰狼算法局部收敛、寻优性能不足等问题,引入Logistic-Tent混沌映射,优化初始种群;引入差分优化算法,提高全局搜索能力;引入淘汰进... 详细信息

为提高托盘式搬运机器人的运行稳定性,提出一种基于改进灰狼算法的机器人加速度最优轨迹规划方法。针对灰狼算法局部收敛、寻优性能不足等问题,引入Logistic-Tent混沌映射,优化初始种群;引入差分优化算法,提高全局搜索能力;引入淘汰进化机制,优化种群结构,从而全面提升优化性能。仿真结果表明,对比标准灰狼算法和粒子群算法,改进灰狼算法在不同类型的测试函数中具有更好的收敛速度和算法精度;在搬运机器人轨迹规划的应用中,经过该算法优化后的机器人最大关节角加速度下降了44.11%,大幅提高了运行稳定性。

关键词：搬运机器人轨迹规划加速度灰狼算法

基于超星平台的飞机性能工程课程群线上教学质量监控指标研究

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长沙航空职业技术学院学报 2024年第1期24卷 70-79页

作者：褚双磊闫凤良温瑞英刘菲中国民航大学空中交通管理学院天津300300 天津市空管运行规划与安全技术重点实验室天津300300

针对线上教学质量不均衡和难以监控的问题,有必要对混合式教学模式下的线上教学质量进行监控和评价。以飞机性能工程课程群为对象,开展学习效果和线上学习行为的关联性研究。基于超星平台4个学年的统计数据,初步形成6个一级指标、24个... 详细信息

针对线上教学质量不均衡和难以监控的问题,有必要对混合式教学模式下的线上教学质量进行监控和评价。以飞机性能工程课程群为对象,开展学习效果和线上学习行为的关联性研究。基于超星平台4个学年的统计数据,初步形成6个一级指标、24个二级指标。首先通过数据预处理删除无效和共线性指标;然后通过描述性统计分析,得出样本数据的分布规律,删除异常指标;接着对15个指标进行相关性分析,得出影响期末考试成绩的相关性指标;最后对剩余指标进行主成分分析并进行排序,形成飞机性能工程课程群线上教学质量监控指标的依次为签到完成率(x_(8))、章节测验总均分(x_(24))、视频观看时长(x_(3))、章节测验参与均分(x_(23))、章节学习次数(x_(1))、任务完成率(x_(5))、章节测验参与率(x_(22))7个学生线上学习行为指标。

关键词：飞机性能工程课程群线上学习行为超星平台混合式教学教学监控

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湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

科学技术与工程 2024年第1期24卷 424-430页

作者：崔艳雨赵琦陈媛媛杨天祎谈斌中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影... 详细信息

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明:水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13 mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。

关键词：飞机轮胎湿滑跑道滑水摩擦特性接触应力

基于机场活动地图信息改进AIMM-UKF算法的移动目标跟踪

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交通信息与安全 2024年第2期42卷 87-94,104页

作者：常鑫马光辉高建树郝世宇中国民航大学交通科学与工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对机场场面高密度交通以及多类型移动目标的特殊性,为保证机场自动化设备如无人驾驶技术在机场内的应用,需要进一步优化定位算法来提高移动目标的跟踪精度;通过分析现有的自适应交互式多模型-无迹卡尔曼滤波跟踪算法(adaptive interac... 详细信息

针对机场场面高密度交通以及多类型移动目标的特殊性,为保证机场自动化设备如无人驾驶技术在机场内的应用,需要进一步优化定位算法来提高移动目标的跟踪精度;通过分析现有的自适应交互式多模型-无迹卡尔曼滤波跟踪算法(adaptive interactive multi-model-unscented Kalman filter algorithm,AIMM-UKF)在移动目标跟踪过程中模型匹配度和跟踪精度上的不足,研究了1种基于机场活动地图信息改进的自适应交互式多模型-无迹卡尔曼滤波跟踪算法。根据机场地图数据库(airport map database,AMDB)细化的机场操作规程文件,通过ArcGIS软件对某机场施工CAD图简化处理并利用二次多项式配准法对机场地图进行精确校正,完成高精度机场地图修正,将接收到的机场智能监控设备采集到的数据进行实时处理,结合高精度机场地图信息对发生位置偏移的移动目标的坐标信息进行修正,改变移动目标跟踪算法的观测值,在自适应修正马尔可夫转移概率矩阵的基础上,利用观测矩阵对其进行二次修正,提高移动目标跟踪精度和模型匹配度。经蒙特卡洛仿真实验表明:该改进算法利用高精度机场地图信息对移动目标的观测值进行修正,与自适应修正马尔可夫转移概率矩阵的交互式多模型-无迹卡尔曼滤波算法相比,位置的均方根误差(root mean square error,RMSE)平均降低了62.69%,速度的RMSE平均降低了56.84%。本文算法具有更高的模型匹配度和更佳的滤波效果,提高了场面移动目标的跟踪精度。

关键词：机场交通管控与运行场面移动目标机场地图数据库 AIMM-UKF 转移概率矩阵观测矩阵