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基于机器感知与学习的空气颗粒物智能检测、识别与预警方法研究综述

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北京工业大学学报 2024年第2期50卷 195-206页

作者：李亚宏周城旭段立娟王思梦顾锞北京工业大学信息学部北京100124

随着空气污染问题的不断加剧,准确检测和及时预警空气颗粒物(particulate matter,PM)的重要性日益突出。传统方法依赖专业设备,不适用于实时检测。与传统方法相比,基于机器感知与学习的方法体现出技术优势,具有可实时检测、准确性高等... 详细信息

随着空气污染问题的不断加剧,准确检测和及时预警空气颗粒物(particulate matter,PM)的重要性日益突出。传统方法依赖专业设备,不适用于实时检测。与传统方法相比,基于机器感知与学习的方法体现出技术优势,具有可实时检测、准确性高等优点。因此,对近几年的基于机器感知与学习的PM智能检测、识别与预警方法进行详细综述。首先,对PM的标准和来源进行介绍;然后,从检测、识别和预警这3个方面详细总结了各类方法,并对比各方法的特点和性能,其中,基于机器学习和深度学习的方法在各研究中取得了较大进展;最后,总结全文主要内容,并提出当前领域面临的挑战以及未来的重点研究方向。未来的研究应该继续关注技术创新和数据质量,以实现更好的空气质量监测和管理。

关键词：空气污染机器感知颗粒物(particulate matter,PM) 智能检测空气质量指数(air quality index,AQI) 深度神经网络

基于CEL法熔滴冲击基板的TPF/FSI数值模拟

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北京工业大学学报 2024年第5期50卷 523-533页

作者：陈丽华张梦娇闪陆通李浩群北京工业大学材料与制造学部北京100124

航空发动机和燃气轮机的高温工作环境会对其热端金属部件造成不可逆损伤,热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)能够承受高温和高压的侵蚀性环境,从而保证金属部件使用的安全性及可靠性。以空心Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)(yttrium-stabilize... 详细信息

航空发动机和燃气轮机的高温工作环境会对其热端金属部件造成不可逆损伤,热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)能够承受高温和高压的侵蚀性环境,从而保证金属部件使用的安全性及可靠性。以空心Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)(yttrium-stabilized zirconia,YSZ)粒子在等离子焰流中的2种形态,即全熔熔滴和空心熔滴为研究对象对其冲击铺展过程进行了模拟。基于ABAQUS/EXPLICIT耦合欧拉-拉格朗日(coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)有限元方法,首先针对ABAQUS缺少相变模型,导致使用CEL方法计算熔滴铺展形貌失真的问题,给出了适用的动力黏度随温度变化的经验公式。此外,考虑周围空气对熔滴铺展过程的影响,提出了“两相流(two phase flow,TPF)/流-固耦合(fluid-structure-interaction,FSI)”2.5D模型,对熔滴冲击基板凝固成型及空气卷入的过程进行了模拟,并揭示了2种熔滴铺展形貌存在较大差异的机理,对制备隔热性能更优的热障涂层具有指导意义。

关键词：热障涂层 CEL法 TPF/FSI模型动力黏度经验公式空心熔滴孔隙率

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数控精密立式磨床空间误差建模及溯源分析

北京工业大学学报 2024年第8期50卷 905-913页

作者：范晋伟陈凯潘日孙锟李状北京工业大学材料与制造学部北京100124

数控精密立式磨床在加工时具有变形量少、圆度更好的优点,广泛应用于机床行业中套筒类、盘类、环类、小型工作台等零件的磨削加工领域。与国外相比,国内机床行业在高端磨床领域存在着生产效率低、加工精度差等问题。以某型号数控精密立... 详细信息

数控精密立式磨床在加工时具有变形量少、圆度更好的优点,广泛应用于机床行业中套筒类、盘类、环类、小型工作台等零件的磨削加工领域。与国外相比,国内机床行业在高端磨床领域存在着生产效率低、加工精度差等问题。以某型号数控精密立式磨床为研究对象,首先通过研究各关键部件之间的运动关系,得出相应的几何误差参数,运用多体系统理论建立了部件之间的变换矩阵,进而得到磨床的精密加工约束方程,从而建立磨床的空间几何误差模型。依据该空间误差模型,建立误差灵敏度模型,得到影响加工精度的关键误差项。最后针对关键误差项进行误差修复,完成对数控立式磨床加工精度的优化,可在立式磨床设计阶段提供一定的设计理论基础。

关键词：数控精密立式磨床多体系统理论空间误差误差建模误差灵敏度误差修复

基于ASIT-UKF算法的锂电池荷电状态估计

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北京工业大学学报 2024年第6期50卷 683-692页

作者：陈阳舟伊磊北京工业大学信息学部北京100124

针对无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法估计锂电池荷电状态(state of charge,SOC)时精度低、稳定性差、产生的sigma点过多导致计算难度大等不足,提出一种基于自适应球形不敏变换方式的无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman f... 详细信息

针对无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法估计锂电池荷电状态(state of charge,SOC)时精度低、稳定性差、产生的sigma点过多导致计算难度大等不足,提出一种基于自适应球形不敏变换方式的无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter based on adaptive spherical insensitive transformation,ASIT-UKF)算法。该算法通过使用球形不敏变换方式选择权系数以及初始化一元向量对sigma点的产生进行选取。与UKF算法相比,ASIT-UKF算法产生的sigma点减少近50%,使得算法的计算复杂度大大降低。同时,将产生的所有sigma点进行单位球形面上的归一化处理,提高了数值的稳定性。考虑到实际运行中锂电池系统噪声干扰带来的不确定性,加入Sage-Husa自适应滤波器对不确定性噪声的干扰进行实时更新和修正,以达到提高在线锂电池SOC估计精度的目的。最后,将均方根误差和最大绝对误差计算公式引入到性能估计指标中。实验结果表明,ASIT-UKF算法在准确度、鲁棒性和收敛性方面具有优越的性能。

关键词：锂电池荷电状态(state of charge,SOC)估计球形不敏变换 Sage-Husa滤波无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法均方根误差

基于双模编码器-解码器框架的联机手写数学公式识别

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北京工业大学学报 2024年第1期50卷 50-60页

作者：付鹏斌李树军杨惠荣北京工业大学信息学部北京100124

为了充分利用联机手写数学公式的笔迹特征和全局二维结构特征,将联机模式和脱机模式联合,设计了一种基于编码器-解码器框架的双模识别模型。该模型可接受一维坐标点序列和二维静态图像形式的手写数学公式数据,通过联机编码器从输入的坐... 详细信息

为了充分利用联机手写数学公式的笔迹特征和全局二维结构特征,将联机模式和脱机模式联合,设计了一种基于编码器-解码器框架的双模识别模型。该模型可接受一维坐标点序列和二维静态图像形式的手写数学公式数据,通过联机编码器从输入的坐标点序列中提取笔迹特征信息,并通过脱机编码器从静态图像中提取二维结构特征信息,进而充分保留手写笔迹特征和全局二维结构特征。在编码器阶段,针对联机模式提出正弦编码,对输入的坐标点序列进行编码,补充笔画级别的信息,能够有效避免笔画间隔模糊导致的笔画信息丢失的问题;针对脱机模式提出平滑注意力机制,通过引入平滑窗口的方式,实现特征图中每个像素特征的感受野的自适应调整,在一定程度上解决了普通的注意力机制无法同时对尺寸相差较大的手写符号筛选有效特征信息的问题,有效提升了注意力机制捕捉有效手写区域的能力。实验结果表明,该模型的公式识别准确率可达58.76%,并且与相同领域内其他的识别模型相比,其可将公式识别准确率提升1.56%~4.71%,达到较高水平。

关键词：编码器-解码器联机脱机双模数学公式识别注意力机制

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模型异构的联邦学习入侵检测

北京工业大学学报 2024年第5期50卷 543-557页

作者：高迢康靳晓宁赖英旭北京工业大学信息学部北京100124

针对模型异构和代理数据稀缺问题,提出模型异构的联邦学习入侵检测(model heterogeneous federated learning for intrusion detection, MHFL-ID)框架。首先,MHFL-ID根据模型异同对节点进行分组,将结构相同的模型分到同一组;其次,在组... 详细信息

针对模型异构和代理数据稀缺问题,提出模型异构的联邦学习入侵检测(model heterogeneous federated learning for intrusion detection, MHFL-ID)框架。首先,MHFL-ID根据模型异同对节点进行分组,将结构相同的模型分到同一组;其次,在组内采用以组长为中心的同构聚合方法,根据目标函数投影值选取组长,并引导组内节点的优化方向以提升全组模型能力;最后,在组间采用基于知识蒸馏的异构聚合方法,不需要代理数据就能用局部平均软标签和全局软标签传递异构模型中的知识。在NSL-KDD和UNSW-NB15这2个数据集上进行了对比实验,与当前先进方法相比,MHFL-ID框架及所提方法能有效解决联邦学习中模型异构聚合的问题,在准确率方面也取得了较好结果。

关键词：入侵检测模型异构联邦学习知识蒸馏多目标异构聚合

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多智能体路径规划技术研究综述

北京工业大学学报 2024年第10期50卷 1263-1272页

作者：吴文君王腾达孙阳高强北京工业大学信息学部北京100124

针对多智能体路径规划(multi-agent path finding, MAPF)问题研究的算法在户外危险场地、智能仓储系统和城市道路网络等领域有着广泛的应用。根据不同的求解思路,关于MAPF问题研究设计的算法主要可以分为基于搜索的传统算法和基于学习... 详细信息

针对多智能体路径规划(multi-agent path finding, MAPF)问题研究的算法在户外危险场地、智能仓储系统和城市道路网络等领域有着广泛的应用。根据不同的求解思路,关于MAPF问题研究设计的算法主要可以分为基于搜索的传统算法和基于学习的智能算法2类。在基于搜索的传统算法研究中,按照路径规划效果不同,又可分为最优MAPF算法和次优MAPF算法。最优MAPF算法主要分为基于A~*的搜索、基于代价增长树的搜索(increasing cost tree search, ICTS)和基于冲突的搜索(conflict-based search, CBS)这3类;次优MAPF算法主要分为无边界次优的算法和有边界次优的算法2类。基于学习的智能MAPF算法可以大致分为结合专家经验的算法和基于图神经网络(graph neural network, GNN)的算法2类。根据上述分类介绍了近年来具有代表性的研究成果,分析了各种算法的特点,并对MAPF问题未来的研究方向进行了展望。

关键词：机器学习多智能体系统路径规划最优路径集合人工智能移动机器人

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基于三元深度融合的行为驱动成绩预警模型

计算机工程与应用 2024年第9期60卷 346-356页

作者：庄俊玺王琪赖英旭刘静靳晓宁北京工业大学信息学部北京100124

随着信息技术的迅猛发展和教育教学工作的信息化改革,学生的相关信息以多样的形式被记录,如何在复杂的教育数据中对学生行为做出全面分析并进行成绩预测预警具有重要意义。针对现有研究在预测学生成绩时存在的对日常行为数据关注较少、... 详细信息

随着信息技术的迅猛发展和教育教学工作的信息化改革,学生的相关信息以多样的形式被记录,如何在复杂的教育数据中对学生行为做出全面分析并进行成绩预测预警具有重要意义。针对现有研究在预测学生成绩时存在的对日常行为数据关注较少、对行为数据的利用不充分、使用的数据特征单一、数据粒度粗等问题,提出一种基于三元深度融合的成绩预警模型。它从群体行为和个体行为的角度出发,使用规律性特征提取模块提取群体消费行为、活动行为中的规律性特征,使用活跃性特征提取模块提取个体消费行为中的活跃性特征,使用勤奋性特征提取模块提取个体进出图书馆行为中的勤奋性特征,然后融合三类特征对学生分类进而进行成绩预警。公开数据集上的实验表明,提出的模型方法具有一定的成绩预测预警能力。

关键词：成绩预警群体行为特征融合特征选择学生行为教育数据挖掘

45钢表面硬化层深度的高鲁棒性微磁定量预测方法

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北京工业大学学报 2024年第9期50卷 1049-1060页

作者：邢智翔刘秀成王贤贤宁梦帅张猛高铭何存富北京工业大学材料与制造学部北京100124

考虑多功能微磁检测系统对微磁参量的重复测试性能,研究利用系统对45钢表面硬化层深度进行高鲁棒性定量预测的方法。首先,利用测试数据的变异系数β统计方法,定量评价了系统对41项微磁参量的重复测试能力,结合指标β和微磁参量对硬化层... 详细信息

考虑多功能微磁检测系统对微磁参量的重复测试性能,研究利用系统对45钢表面硬化层深度进行高鲁棒性定量预测的方法。首先,利用测试数据的变异系数β统计方法,定量评价了系统对41项微磁参量的重复测试能力,结合指标β和微磁参量对硬化层深度的敏感性指标S,对微磁参量进行了筛选;其次,融合多项微磁参量建立了硬化层深度的前馈神经网络定量预测模型,提出了改善模型鲁棒性的建模策略及鲁棒性评价方法;最后,讨论了输入节点逐项剔除和有条件保留规则对模型鲁棒性的影响规律。与传统建模方法相比,利用规则剔除微磁参量项数为8时,模型的MAE均值和MAE值小于5%的模型数量P分别下降约68.8%和增加约150%,表明提出的建模策略可以有效改善仪器在45钢表面硬化层深度定量预测过程中的鲁棒性。

关键词：微磁检测硬化层深度定量预测神经网络鲁棒性重复性