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跨层细节感知和分组注意力引导的遥感图像语义分割

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中国图象图形学报 2024年第5期29卷 1277-1290页

作者：李林娟贺赟谢刚张浩雪柏艳红太原科技大学电子信息工程学院太原030024 先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原030024

目的语义分割是遥感图像智能解译的关键任务之一,遥感图像覆盖面广,背景交叉复杂,且地物尺寸差异性大。现有方法在复杂背景下的多尺度地物上分割效果较差,且分割区域破碎边界不连续。针对上述问题,提出了一种跨层细节感知和分组注意力... 详细信息

目的语义分割是遥感图像智能解译的关键任务之一,遥感图像覆盖面广,背景交叉复杂,且地物尺寸差异性大。现有方法在复杂背景下的多尺度地物上分割效果较差,且分割区域破碎边界不连续。针对上述问题,提出了一种跨层细节感知和分组注意力引导的语义分割模型用于高分辨率遥感图像解析。方法首先采用结构新颖的ConvNeXt骨干网络,编码输入图像的各层次特征。其次,设计了分组协同注意力模块,分组并行建模通道和空间维度的特征依赖性,通道注意力和空间注意力协同强化重要通道和区域的特征信息。接着,引入了自注意力机制,构建了跨层细节感知模块,利用低层特征中丰富的细节信息,指导高层特征层学习空间细节,保证分割结果的区域完整性和边界连续性。最后,以山西省太原市为研究区域,自制高分辨率遥感太原市城区土地覆盖数据集(Taiyuan urban land cover dataset,TULCD),所提方法实现了太原市城区土地覆盖精细分类任务。结果实验在自制数据集TULCD和公开数据集Vaihingen上与最新的5种算法进行了比较,所提方法在两个数据集上平均像素准确率(mean pixel accuracy,mPA)为74.23%、87.26%,平均交并比(mean intersection over union,mIoU)为58.91%、77.02%,平均得分mF_(1)为72.24%、86.35%,均优于对比算法。结论本文提出的高分辨率遥感图像语义分割模型具有较强的空间和细节感知能力,对类间差异小的相邻地物也有较强的鉴别能力,模型的整体分割精度较高。

关键词：遥感图像语义分割全卷积网络(FCN) 注意力机制分组卷积

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基于时空特征提取的刀具无监督异常检测方法

计算机集成制造系统 2024年

作者：邵绪凤赵志诚聂晓音张宇太原科技大学电子信息工程学院先进控制与装备智能化山西省重点实验室

刀具异常检测是分析和判断刀具健康状态的基础和关键。针对刀具在异常检测过程中，振动信号状态信息难以辨别、时空特征提取不同步以及潜在空间中潜在变量的分布考虑尚不充分，导致模型检测精度低的问题，提出一种基于时空特征提取的刀... 详细信息

刀具异常检测是分析和判断刀具健康状态的基础和关键。针对刀具在异常检测过程中，振动信号状态信息难以辨别、时空特征提取不同步以及潜在空间中潜在变量的分布考虑尚不充分，导致模型检测精度低的问题，提出一种基于时空特征提取的刀具无监督异常检测方法。首先，对各轴向振动信号采用独立式预处理方法，将其映射到同一范围，消除信号波动范围不一致带来的影响。然后，将时间卷积网络（Temporal Convolutional Network，TCN）嵌入变分自编码器（Variational Autoencoder，VAE）中，实现数据时空特征的同步提取，提高模型的学习能力；同时，通过非线性映射将原始数据映射到潜在空间，从而学习到各轴向输入的潜在变量，并使其尽可能对齐高斯分布。最后，利用公开刀具磨损数据集PHM 2010验证所提方法的有效性，结果表明，所提方法具有较高的检测精度，且性能优于其它异常检测方法。

关键词：刀具异常检测变分自码器时间卷积网络无监督学习

FLM-YOLOv8：一种轻量级的口罩佩戴检测算法

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计算机工程与应用 2024年

作者：高民陈高华古佳欣张春美太原科技大学电子信息工程学院先进控制与装备智能化山西省重点实验室

针对现有的口罩佩戴检测模型无法较好平衡检测精度与速度，参数量较大，漏检和误检率高等问题，提出了一种轻量级的口罩佩戴检测算法FLM-YOLOv8。首先，使用轻量级FasterNet替换YOLOv8n的主干特征提取网络，提升网络检测速度；其次，融... 详细信息

针对现有的口罩佩戴检测模型无法较好平衡检测精度与速度，参数量较大，漏检和误检率高等问题，提出了一种轻量级的口罩佩戴检测算法FLM-YOLOv8。首先，使用轻量级FasterNet替换YOLOv8n的主干特征提取网络，提升网络检测速度；其次，融合FasterNet Block改进C2f模块，降低模型计算复杂度；然后，提出SPPF-LSKA结构，增强模型的特征表达能力和感知能力，提高网络检测精度；最后，设计Inner-MPDIoU边界框回归损失函数，提高回归预测精度，加快收敛速度。此外，创建标注了一个复杂多元场景下的口罩佩戴数据集，并使用马赛克数据增强，以提高网络泛化能力。实验结果表明，该算法在正确佩戴口罩、未正确佩戴口罩和未佩戴口罩目标上的mAP@.5达到了91.3%，FPS达到了143.6，实现了更加实时准确的口罩佩戴检测。

关键词：口罩佩戴检测 YOLOv8 FasterNet 轻量级损失函数

基于事件相关间歇控制的时滞复杂网络有限时间同步

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控制与决策 2024年

作者：王健安杨泽林王昕张捷李明杰先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原科技大学电子信息工程学院

本文研究了基于事件相关间歇控制机制的时滞复杂网络的有限时间同步问题.设计了一种有限时间事件相关的间歇控制机制,引入两个有限时间收敛的边界函数,构建三个非负实数域(工作区域、休息区域、缓冲区域),间歇控制的工作与休息区间取决... 详细信息

本文研究了基于事件相关间歇控制机制的时滞复杂网络的有限时间同步问题.设计了一种有限时间事件相关的间歇控制机制,引入两个有限时间收敛的边界函数,构建三个非负实数域(工作区域、休息区域、缓冲区域),间歇控制的工作与休息区间取决于Lyapunov函数轨迹与预设区域的关系.相比于现有的事件相关间歇控制,本文提出的控制机制具有更快的收敛速度.基于有限时间稳定性理论,给出实现网络有限时间同步的充分条件,同时还对停息时间进行了准确估计.最后,数值仿真验证了理论结果的有效性.

关键词：时滞复杂网络事件相关间歇控制有限时间同步边界函数

基于车轮-桥面相干激励的大跨连续梁桥振动响应

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 436-444页

作者：韩智强谢刚卓亚娟骆佐龙李华腾太原科技大学车辆与交通工程学院太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室太原030024 山西大学电力与建筑学院太原030024

为获取桥面相干激励下大跨连续梁桥动力响应规律,基于虚功原理,建立五轴重载车辆动力学模型,采用模态叠加法建立桥梁动力方程,通过谐波叠加法建立桥面相干激励模型,根据轮-桥间几何和力学耦合关系,组建车轮-桥面相干激励模型,采用Matla... 详细信息

为获取桥面相干激励下大跨连续梁桥动力响应规律,基于虚功原理,建立五轴重载车辆动力学模型,采用模态叠加法建立桥梁动力方程,通过谐波叠加法建立桥面相干激励模型,根据轮-桥间几何和力学耦合关系,组建车轮-桥面相干激励模型,采用Matlab软件编译大跨连续梁桥车桥耦合振动分析系统,并开展不同等级的相干桥面激励模型对大跨连续梁桥动力响应影响研究。结果表明:当未考虑桥面不平顺影响时,桥梁冲击系数均小于规范取值,但随着桥面状况的恶化,结构典型截面的动力响应增长较快,且完全相干模型对桥梁动力响应的影响均大于部分相干激励模型,均超过规范值,其中挠度幅值最大偏差约为7.7%,弯矩幅值最大偏差约为20%,挠度冲击系数相对误差为4%~34%,弯矩冲击系数相对误差为2%~43%;随着车速的增大,桥梁冲击系数呈先增大后减小变化。最后,给出了大跨连续梁桥挠度和弯矩冲击系数包络图。相关研究成果可为连续梁桥的结构动力响应的分析与研究提供参考。

关键词：桥梁工程桥面相干激励模型车桥耦合动力响应冲击系数

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基于高维多目标优化的小样本皮肤癌检测

控制与决策 2024年

作者：赵嘉晖温杰蔡星娟崔志华太原科技大学大数据分析与并行计算山西省重点实验室太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室

由于皮肤癌数据的长尾分布特性，快速识别含少量数据的罕见皮肤病样本成为一个具有挑战性的小样本问题。基于元学习的检测方法能够从多数常见皮肤病样本中快速学习元知识，利用先验知识提高模型检测罕见皮肤病的能力。然而，皮肤癌公共... 详细信息

由于皮肤癌数据的长尾分布特性，快速识别含少量数据的罕见皮肤病样本成为一个具有挑战性的小样本问题。基于元学习的检测方法能够从多数常见皮肤病样本中快速学习元知识，利用先验知识提高模型检测罕见皮肤病的能力。然而，皮肤癌公共类别质量和分布的偏差,导致元学习在预训练阶段存在过拟合风险,且基于传统网络的元学习模型难以处理细粒度皮肤病问题。针对此问题，本文提出了一种高维多目标元学习皮肤癌检测模型。该模型在元学习的基础上,通过考虑皮肤癌检测模型的多种分类性能，优化公共类别（基类）分布获得强化的训练样本；采用融合CCNet注意力机制的ResNet12网络结构，充分提高识别细粒度皮肤病变图像的能力。此外，本文设计了一种基于离散分组交叉策略的高维多目标优化算法对所提出的高维多目标皮肤癌检测模型进行高效求解。本文在ISCI2018和Derm7pt两个公开的医学数据集上进行实验，在二分类的1次、3次和5次采样任务中，分别获得67%、79%、82%的检测准确率，验证了高维多目标检测皮肤癌检测模型的有效性。

关键词：元学习多目标优化小样本学习注意力机制数据增强

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基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法

计算机工程 2024年第3期50卷 290-297页

作者：谢新林尹东旭张涛源谢刚太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室山西太原030024

针对人群计数图像人头尺度变化大、背景噪声高等问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法,以充分聚合多尺度信息,并有效区分背景噪声。构建基于残差连接的空洞空间金字塔池化,通过残差结构以及多个不同扩张率的空洞卷积在... 详细信息

针对人群计数图像人头尺度变化大、背景噪声高等问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法,以充分聚合多尺度信息,并有效区分背景噪声。构建基于残差连接的空洞空间金字塔池化,通过残差结构以及多个不同扩张率的空洞卷积在捕获多尺度头部目标特征的同时融入浅层特征图的空间细节信息,提高特征图质量;构建跨层多尺度特征融合模块,融合浅层和深层分支不同大小的边缘细节信息和上下文语义信息,并设计基于多分支的特征融合模块,融合不同感受野大小的多尺度信息以缓解大规模人头尺度变化的问题;构建基于矩阵相似运算的通道和空间注意力机制模块提取像素级特征权重,加强网络对于背景和人头目标的判别能力,自适应矫正位置信息。实验结果表明,相比11种对比算法的最优值,所提算法在SHA数据集上的平均绝对误差和均方根误差指标降低1.4%、4.2%,在UCF_CC_50数据集上降低4.9%、1.8%,能够精确地预测人群分布状态和估计人群数量,生成高质量的人群密度图。

关键词：人群计数多尺度融合注意力机制卷积神经网络密度图

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改进贪婪投影三角化的点云三维重建算法研究

应用激光 2024年第4期44卷 230-236页

作者：朱乾荣柏艳红王银赵兵洋太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 先进控制与装备智能化山西省重点实验室山西太原030024

针对贪婪投影三角化三维重建算法存在耗时长、表面粗糙以及孔洞等问题,提出一种改进贪婪投影三角化的点云三维重建方法。首先改进体素滤波器,以点云数为阈值计算最优体素栅格,并以重心邻近点代替体素实现下采样;采用统计滤波与高斯滤波... 详细信息

针对贪婪投影三角化三维重建算法存在耗时长、表面粗糙以及孔洞等问题,提出一种改进贪婪投影三角化的点云三维重建方法。首先改进体素滤波器,以点云数为阈值计算最优体素栅格,并以重心邻近点代替体素实现下采样;采用统计滤波与高斯滤波对简化后点云进行平滑处理;然后利用八叉树代替k维树搜索邻域点云,基于八叉树优化的移动最小二乘法进行法向评估,缩短回溯时间,避免法向指向的二义性;最后基于Delaunay的空间区域增长算法作平面三角化,根据平面内点的拓扑关系获得三角网格曲面。实验结果表明,与传统贪婪投影三角化及泊松算法比较,所提方法在保持算法快速性与局部细节特征的情况下,重建曲面平滑性更好,减少了孔洞数量。

关键词：三维重建贪婪投影三角化算法下采样平滑处理移动最小二乘法

动态安全智能评估中故障位置特征表达的电气坐标距离保持

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4615-4625,I0003页

作者：齐航任喆李常刚刘玉田电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061

电力系统动态安全性与故障位置密切相关,故障位置特征的准确表达是构建数据驱动动态安全评估模型的关键。该文基于电气坐标形式的故障位置特征表达方法,提出故障位置特征严格距离保持概念,构建计及故障位置特征距离保持的动态安全评估... 详细信息

电力系统动态安全性与故障位置密切相关,故障位置特征的准确表达是构建数据驱动动态安全评估模型的关键。该文基于电气坐标形式的故障位置特征表达方法,提出故障位置特征严格距离保持概念,构建计及故障位置特征距离保持的动态安全评估模型。首先,证明全维电气坐标在切比雪夫距离度量下满足严格距离保持要求。然后,分析切比雪夫距离度量下电气坐标的距离保持能力与电气坐标维数间的关系。最后,基于K近邻算法构建计及电气坐标距离保持能力的暂态稳定极限切除时间评估模型。以某省级电网为例,验证故障位置电气坐标距离保持能力对动态安全评估精度的贡献。

关键词：故障位置特征表达数据驱动的动态安全评估电气坐标距离保持切比雪夫距离