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异构集成代理辅助的区间多模态粒子群优化算法

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自动化学报 2024年第9期50卷 1831-1853页

作者：季新芳张勇巩敦卫郭一楠孙晓燕中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 中国矿业大学机械电子与信息工程学院(北京) 北京100083

现实生活中的很多黑盒优化问题可归为高计算代价的多模态优化问题(Multimodal optimization problem,MMOP),即昂贵多模态优化问题(Expensive MMOP,EMMOP).在处理该类问题时,决策者希望以尽量少的计算代价(即尽量少的真实函数评价次数)... 详细信息

现实生活中的很多黑盒优化问题可归为高计算代价的多模态优化问题(Multimodal optimization problem,MMOP),即昂贵多模态优化问题(Expensive MMOP,EMMOP).在处理该类问题时,决策者希望以尽量少的计算代价(即尽量少的真实函数评价次数)找到多个高质量的最优解.然而,已有代理辅助的进化优化算法(Surrogate-assisted evolutionary algorithm,SAEA)很少考虑问题的多模态属性,运行一次仅可获得问题的一个最优解.鉴于此,研究一种异构集成代理辅助的区间多模态粒子群优化(Interval multimodal particle swarm optimization algorithm assisted by heterogeneous ensemble surrogate,IMPSO-HES)算法.首先,借助异构集成的思想构建一个由多个基础代理模型组成的模型池;随后,依据待评价粒子与已发现模态之间的匹配关系,从模型池中自主选择部分基础代理模型进行集成,并使用集成后的代理模型预测该粒子的适应值.进一步,为节约代理模型管理的代价,设计一种增量式的代理模型管理策略;为减少代理模型预测误差对算法性能的影响,首次将区间排序关系引入到进化过程中.将所提算法与当前流行的5种代理辅助进化优化算法和7种最先进的多模态优化算法进行对比,在20个测试函数和1个建筑节能实际问题上的实验结果表明,所提算法可以在较少计算代价下获得问题的多个高竞争最优解.

关键词：粒子群优化多模态优化高昂计算代价代理辅助

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面向多源遥感数据分类的尺度自适应融合网络

电子与信息学报 2024年第9期46卷 3693-3702页

作者：刘晓敏余梦君乔振壮王浩宇邢长达中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116

多模态融合方法能够利用不同模态的互补特性有效提升地物分类的准确性,近年来成为各领域的研究热点。现有多模态融合方法被成功应用于面向高光谱图像(HSI)和激光雷达(LiDAR)的联合分类任务。然而,现有的研究仍面临许多挑战,包括地物间... 详细信息

多模态融合方法能够利用不同模态的互补特性有效提升地物分类的准确性,近年来成为各领域的研究热点。现有多模态融合方法被成功应用于面向高光谱图像(HSI)和激光雷达(LiDAR)的联合分类任务。然而,现有的研究仍面临许多挑战,包括地物间空间依赖关系难捕获,多模态数据中判别性信息难获取等。为应对上述挑战,该文将多模态、多尺度、多视角特征融合整合到一个统一的框架中,提出一种尺度自适应融合网络(SAFN)。首先,提出动态多尺度图模块以捕获地物复杂的空间依赖关系,提升模型对不规则地物以及尺度迥异地物的适应能力。其次,基于激光雷达和高光谱图像的互补特性,约束同一空间近邻区域内的地物具有相近的特征表示,获取判别性遥感特征。然后,提出多模态空-谱融合模块,建立多模态、多尺度、多视角特征间的信息交互,捕获各特征间可共享的类辨识信息,为地物分类任务提供具有判别性的融合特征。最后,将融合特征输入分类器中得到类别概率得分,对地物类别进行预测。为验证方法的有效性,该文在3个数据集(Houston,Trento,MUUFL)上进行了实验。实验结果表明,与现有主流算法相比较,SAFN在多源遥感数据分类任务中取得了最佳的视觉效果和最高精度。

关键词：特征融合高光谱图像激光雷达分类图学习

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灾后无人机自组网高动态多信道TDMA调度算法

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西安电子科技大学学报 2024年第2期51卷 56-67页

作者：孙彦景李林王博文李松中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221008

以自然灾害、事故灾难为主要类型的极端突发事件对应急通信网络快速重组与灾情信息实时回传提出了严峻挑战,亟需构建具备快速响应能力、按需动态调整的应急通信网络。为了在断电、断路、断网“三断”极端条件下实现灾情信息实时回传,可... 详细信息

以自然灾害、事故灾难为主要类型的极端突发事件对应急通信网络快速重组与灾情信息实时回传提出了严峻挑战,亟需构建具备快速响应能力、按需动态调整的应急通信网络。为了在断电、断路、断网“三断”极端条件下实现灾情信息实时回传,可通过多无人机形成飞行自组网对受灾区域进行网络通信覆盖。针对灾后复杂环境受限条件下飞行自组织网络通信资源调度不合理引起的信道冲突问题,提出了基于Q-learning的自适应多信道时分多址调度算法。根据无人机间的链路干扰关系建立顶点干扰图,结合图着色理论,将高动态场景下多信道时分多址调度问题抽象为动态二重着色问题。考虑无人机的高速移动性,通过自适应调整Q-learning的学习因子,实现算法的收敛速度与最优解探索能力的权衡优化,以适应高动态的网络拓扑。通过仿真实验证明,所提算法可以实现网络通信冲突和收敛速度的权衡优化,能够解决灾后高动态场景下资源分配决策与快变拓扑适配问题。

关键词：无人机多信道时分多址图论自适应Q-learning

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基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

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中国机械工程 2024年第8期35卷 1405-1413,1448页

作者：邹筱瑜孙国庆王忠宾潘杰刘新华李鑫中国矿业大学机电工程学院徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 智能采矿装备技术全国重点实验室徐州221116

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题,考虑单一模态下故障诊断的局限性,提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法,对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络... 详细信息

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题,考虑单一模态下故障诊断的局限性,提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法,对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制,实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明:所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征,比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

关键词：矿用钻机轴承故障诊断时频融合注意力机制空洞卷积

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基于深层特征差异性网络的图像超分辨率算法

电子与信息学报 2024年第3期46卷 1033-1042页

作者：程德强袁航钱建生寇旗旗江鹤中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 中国矿业大学计算机科学与技术学院徐州221116

传统深层神经网络通常以跳跃连接等方式堆叠深层特征,这种方式容易造成信息冗余。为了提高深层特征信息的利用率,该文提出一种深层特征差异性网络(DFDN),并将其应用于单幅图像超分辨率重建。首先,提出相互投影融合模块(MPFB)提取多尺度... 详细信息

传统深层神经网络通常以跳跃连接等方式堆叠深层特征,这种方式容易造成信息冗余。为了提高深层特征信息的利用率,该文提出一种深层特征差异性网络(DFDN),并将其应用于单幅图像超分辨率重建。首先,提出相互投影融合模块(MPFB)提取多尺度深层特征差异性信息并融合,以减少网络传输中上下文信息的损失。第二,提出了差异性特征注意力机制,在扩大网络感受野的同时进一步学习深层特征的差异。第三,以递归的形式连接各模块,增加网络的深度,实现特征复用。将DIV2K数据集作为训练数据集,用4个超分辨率基准数据集对预训练的模型进行测试,并通过与流行算法比较重建的图像获得结果。广泛的实验表明,与现有算法相比,所提算法可以学习到更丰富的纹理信息,并且在主观视觉效果和量化评价指标上都取得最好的排名,再次证明了其鲁棒性和优越性。

关键词：超分辨率深层特征特征融合卷积神经网络差异性

基于分数阶时域Talbot效应的宽带射频信号实时频谱分析

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光子学报 2024年第4期53卷 139-145页

作者：杨波赵雷杨淑娜池灏中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018

提出一种基于分数阶时域Talbot效应的宽带射频信号实时频谱分析方案。该方案基于采样和色散结构,实现射频信号频率到光脉冲时间间隔的映射。通过预先经过一个满足分数阶时域Talbot距离的色散元件,光脉冲在采样之前的重复频率发生倍增。... 详细信息

提出一种基于分数阶时域Talbot效应的宽带射频信号实时频谱分析方案。该方案基于采样和色散结构,实现射频信号频率到光脉冲时间间隔的映射。通过预先经过一个满足分数阶时域Talbot距离的色散元件,光脉冲在采样之前的重复频率发生倍增。利用分数阶时域Talbot效应,可以显著提升系统的频率测量带宽。实验结果表明,利用9阶分数阶时域Talbot效应,实现29.7 GHz带宽内单音和双音射频信号的实时频谱分析。数值仿真结果进一步验证了该方案能够有效分析频率快速变化的宽带射频信号。该方案结构简单、带宽大、可实时处理,有望应用于电子对抗、宽带雷达、认知无线电等场景。

关键词：频谱分析光子辅助射频频谱分析实时傅里叶变换 Talbot效应分数阶时域Talbot效应

一种基于RIS的宽带毫米波SISO定位方法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1240-1246页

作者：孙俊倡谷荣妍马帅柴进晋李世银中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 鹏城实验室深圳518055 空军工程大学防空反导学院西安710038

针对毫米波定位过程中空间宽带效应产生的影响,该文基于可重构智能超表面(RIS)和单输入单输出(SISO)毫米波系统提出一种新颖的3维(3D)定位估计方法。首先,通过设计RIS相位,利用快速傅里叶逆变换(IFFT)粗略地估计直射路径的视距(LoS)时延... 详细信息

针对毫米波定位过程中空间宽带效应产生的影响,该文基于可重构智能超表面(RIS)和单输入单输出(SISO)毫米波系统提出一种新颖的3维(3D)定位估计方法。首先,通过设计RIS相位,利用快速傅里叶逆变换(IFFT)粗略地估计直射路径的视距(LoS)时延、RIS路径的虚拟视距(VLoS)时延以及RIS与用户之间的出发角(AoD)等信道参数。然后,利用拟牛顿法修正上述参数进而估计用户的位置坐标。通过仿真模拟对比了所提宽带估计方法和传统的窄带估计方法的定位性能,结果表明,通过考虑空间宽带效应,带宽为240 MHz时定位精度大约可提高10%,随着带宽增大超过800 MHz时定位性能可提高超过20%。

关键词：毫米波定位空间宽带效应可重构智能超表面单站定位

方向感知增强的轻量级自监督单目深度估计方法

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电子与信息学报 2024年第9期46卷 3683-3692页

作者：程德强徐帅吕晨韩成功江鹤寇旗旗中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 中国矿业大学计算机科学与技术学院徐州221116

为解决现有单目深度估计网络复杂度高、在弱纹理区域精度低等问题,该文提出一种基于方向感知增强的轻量级自监督单目深度估计方法(DAEN)。首先,引入迭代扩展卷积模块(IDC)作为编码器的主体,提取远距离像素的相关性;其次,设计方向感知增... 详细信息

为解决现有单目深度估计网络复杂度高、在弱纹理区域精度低等问题,该文提出一种基于方向感知增强的轻量级自监督单目深度估计方法(DAEN)。首先,引入迭代扩展卷积模块(IDC)作为编码器的主体,提取远距离像素的相关性;其次,设计方向感知增强模块(DAE)增强垂直方向的特征提取,为深度估计模型提供更多的深度线索;此外,通过聚合视差图特征改善解码器上采样过程中的细节丢失问题;最后,采用特征注意力模块(FAM)连接编解码器,有效利用全局上下文信息解决弱纹理区域的不适应问题。在KITTI数据集上的实验结果表明,该文模型参数量仅2.9M,取得δ指标89.2%的先进性能。在Make3D数据集上验证DAEN的泛化性,结果表明,该文模型各项指标均优于目前主流的方法,在弱纹理区域具有更好的深度预测性能。

关键词：图像处理深度估计自监督学习方向感知

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地下空间应急场景无人机信道选择实验设计

实验技术与管理 2024年第10期 109-115页

作者：王博文聂同和孜轩胡文信中国矿业大学信息与控制工程学院中国矿业大学物联网研究中心

近年来，地下空间灾害事故多发频发，利用全地形可灵活部署的无人机快速回传灾情数据是现代化应急管理体系建设的关键任务，电子信息等相关专业教学亟须进行面向地下空间的无人机应急通信网络实验和仿真。该文结合超图理论提出基于Q-lea... 详细信息

近年来，地下空间灾害事故多发频发，利用全地形可灵活部署的无人机快速回传灾情数据是现代化应急管理体系建设的关键任务，电子信息等相关专业教学亟须进行面向地下空间的无人机应急通信网络实验和仿真。该文结合超图理论提出基于Q-learning的自适应动态信道选择算法，并利用ns-3网络仿真平台对网络环境模拟和网络性能测试进行了仿真实验设计，验证了该算法具有在高动态场景下有效提升网络平均吞吐量的能力，可为无人机应急通信网络场景化教学实践平台的建设打下坚实基础。

关键词：地下空间应急通信无人机通信 ns-3仿真资源分配 Q-learning

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