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复杂稠密网络下的并置多尺度融合边缘检测模型

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 13-22页

作者：党建武张天胤田彬兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

边缘检测是计算机视觉任务的基础.目前的技术主要依赖于深度学习,但是大多数的模型在评价阶段会借助非极大值抑制来提高预测边缘的准确率.该策略仅着重关注预测边缘的准确性,没有同时考虑边缘的粗细程度.针对这一问题,本文基于复杂稠密... 详细信息

边缘检测是计算机视觉任务的基础.目前的技术主要依赖于深度学习,但是大多数的模型在评价阶段会借助非极大值抑制来提高预测边缘的准确率.该策略仅着重关注预测边缘的准确性,没有同时考虑边缘的粗细程度.针对这一问题,本文基于复杂稠密网络,提出了一种新的特征融合策略.该策略在传统深度学习边缘检测器侧输出的基础上,添加了自顶向下的并置多尺度融合架构.此架构可以更好地将高层的高语义特征与低层的高分辨率纹理特征结合,有效地抑制了边缘预测中存在的背景模糊和伪线条的现象.在特征连接处使用Concat block块代替单一的Concat操作,更好地融合了不同尺度的语义信息.最后使用一个简单的注意力融合块融合多个网络输出,并结合跟踪损失对输出的不同尺度的预测图进行深度监督.此方法不依赖于非极大值抑制,并且充分利用了目标的多尺度、多层次信息,在精细边缘图像的同时也提升了预测的准确性.实验结果显示,在未使用和使用形态学非极大值抑制方案的情况下,所提出的模型在BIPED数据集上的ODS、OIS、AP分别达到了0.891、0.895、0.900和0.894、0.899、0.931,优于所有比较算法.在MDBD的数据集上也取得了最优的结果.

关键词：边缘检测卷积神经网络注意力机制多尺度融合

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基于鲸鱼优化算法的中低速磁浮列车运行优化策略

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控制工程 2024年

作者：崔俊锋徐硕周艳丽杨辉北京全路通信信号研究设计院集团有限公司华东交通大学电气与自动化工程学院华东交通大学

为优化列车运行效果，针对中低速磁浮列车多目标优化问题提出一种多策略改进的鲸鱼优化算法。首先针对鲸鱼优化算法存在收敛速度慢、收敛精度低的问题，通过采用混沌映射初始化策略提升初始解的多样性，并引入非线性时变因子、自适应权... 详细信息

为优化列车运行效果，针对中低速磁浮列车多目标优化问题提出一种多策略改进的鲸鱼优化算法。首先针对鲸鱼优化算法存在收敛速度慢、收敛精度低的问题，通过采用混沌映射初始化策略提升初始解的多样性，并引入非线性时变因子、自适应权值更新以平衡算法的全局搜索和局部开发能力，同时应用反向学习、T分布变异及多策略变异学习提升算法对局部极值的处理能力。通过与其他6种改进的鲸鱼优化算法在部分CEC2017测试函数上进行对比可知，改进算法具有更好的收敛速度和精度。在此基础上，根据列车运行过程建立中低速磁浮列车动力学模型，并采用模糊数学中的钟形模型和梯形模型约束列车的准时性和舒适性指标进而建立列车运行多目标优化模型。最后基于某磁浮线路数据采用所提算法进行仿真实验，并与其他6种改进的鲸鱼优化算法进行对比，改进算法所得解对应的指标值在准时性、节能性及舒适性上均优于对比算法，验证了改进算法在处理磁浮列车节能优化问题中的优越性。

关键词：中低速磁浮列车鲸鱼优化算法速度曲线节能优化

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高铁接触网绝缘子检测算法研究

计算机工程 2024年第5期50卷 200-208页

作者：刘仕兵周诗涵华东交通大学电气工程学院江西南昌330013

针对已有高速铁路接触网绝缘子目标检测算法通常存在检测精度不高且忽视了绝缘子方向的问题,为了能更好地满足智能化巡检需求,提出一种基于改进YOLOv5的绝缘子旋转目标检测算法。首先,引入协调注意力(CA)和十字交叉注意力机制,高效提取... 详细信息

针对已有高速铁路接触网绝缘子目标检测算法通常存在检测精度不高且忽视了绝缘子方向的问题,为了能更好地满足智能化巡检需求,提出一种基于改进YOLOv5的绝缘子旋转目标检测算法。首先,引入协调注意力(CA)和十字交叉注意力机制,高效提取绝缘子的有效特征及位置信息,同时利用骨干网络Rep VGG架构,有效提升模型表征力和检测速度;在检测头的骨干网络中,采用对齐卷积(AC)模块解决了绝缘子目标的倾斜和特征不对齐问题,进一步调整了预测框与实际目标的对齐程度;最后,采用旋转完全交并比(R-CIoU)计算旋转损失函数,可以更好地实现对预测框的精准定位。实验结果表明,该算法可以实现对绝缘子不同方向的检测,在提升检测速度的同时平均精度均值(mAP)达到97.5%,能更好地满足绝缘子目标检测的需求。

关键词：旋转目标检测 YOLOv5网络结构绝缘子对齐卷积注意力机制

一种基于FPGA的深度神经网络硬件加速器系统

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空间控制技术与应用 2024年第2期50卷 83-92页

作者：张雨豪叶有时彭宇张德正阎之泓王东北京交通大学北京100080 北京控制工程研究所北京100094

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度... 详细信息

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度流水的片上架构,并使用模型量化、结构优化等方法对神经网络模型进行优化.在所设计的加速器系统中进行神经网络目标检测算法的部署,实现了高数据吞吐率、低功率消耗的FPGA神经网络计算,且模型精度损失低于1.2%,为在低能耗嵌入式平台上部署深度神经网络目标检测算法提供了有效解决方案,可广泛应用于机载、星载智能计算设备.

关键词： FPGA 神经网络硬件加速器目标检测

基于Doc2vec-LightGBM的CBTC车载信号设备故障分类诊断方法

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铁道学报 2024年第4期46卷 108-118页

作者：柴琳果张景会上官伟蔡伯根李小雨北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

车载信号设备是城市轨道交通信号系统的重要组成部分,其运营过程中会产生海量离散化、片段化的日志文本数据。目前,CBTC车载设备故障记录文本仍存在语义不明确、词语冗余的问题,从而造成故障致因溯源难,针对此,提出一种基于Doc2vec-Ligh... 详细信息

车载信号设备是城市轨道交通信号系统的重要组成部分,其运营过程中会产生海量离散化、片段化的日志文本数据。目前,CBTC车载设备故障记录文本仍存在语义不明确、词语冗余的问题,从而造成故障致因溯源难,针对此,提出一种基于Doc2vec-LightGBM的CBTC车载设备故障自动分类诊断方法。首先对故障文本使用Jieba完成文本分词,依据TF-IDF实现分词文本数据的特征提取,并采用Doc2vec训练文本分词向量;其次针对数据不均衡的问题,采用Borderline-SMOTE算法进行少数类文本向量数据的补全泛化;最后,通过训练轻量梯度提升机LightGBM分类器完成故障文本自动分类。采用某信号厂商所记录的1 133条故障文本数据进行分类实验分析,并与支持向量机(SVM)方法对比。实验结果表明,所提方法在分类精确率、召回率上分别为98.2%、97.5%,证明了该故障文本自动分类方法的有效性和优越性。

关键词： CBTC 车载设备 Doc2vec LightGBM 故障分类诊断

道路裂缝检测的可见光与红外图像融合技术研究

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红外技术 2024年

作者：赵思豪王锋杨娟娟庞阳党建武兰州交通大学电子与信息工程学院轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心(兰州) 甘肃路桥飞宇交通设施有限责任公司

为了解决可见光与红外图像融合中存在小裂缝不易识别，伴随光照强度变弱造成纹理细节丢失和引入边缘伪影等常见问题，本文提出了一种基于多尺度特征提取的多路注意力生成对抗网络（Multiscale feature extraction-multiscale attention ... 详细信息

为了解决可见光与红外图像融合中存在小裂缝不易识别，伴随光照强度变弱造成纹理细节丢失和引入边缘伪影等常见问题，本文提出了一种基于多尺度特征提取的多路注意力生成对抗网络（Multiscale feature extraction-multiscale attention GAN,M2GAN）的图像融合方法。首先，M2GAN提出一种多尺度特征提取模块，该模块采用配准后的可见光和红外图像，提取可见光与红外图像中不同尺度信息，并通过侧边连接使融合过程中的裂缝细节和语义信息同时被保留，使裂缝特征更加丰富。此外提出了多路注意力机制，将多尺度融合图像分别和红外源图像、可见光源图像拼接起来，构建红外强度路径和可见光梯度路径，以保存更多目标信息和背景信息。在自制数据集上，与多种主流图像融合算法的实验结果对比，6种评价指标结果显著提高，其中结构相似性、边缘保持度指标分别平均提高了10.66%和24.92%。M2GAN具有更好的视觉效果与结构相似度，在客观评价方面优于对比方法。

关键词：可见光与红外图像图像融合道路裂缝检测多尺度特征提取注意力机制

基于GPU的北斗B1宽带复合信号实时发生器设计

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系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 795-804页

作者：王子涵巴晓辉姜维蔡伯根王剑文韬北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

为了实现北斗B1C+B1I信号的联合生成,提出一种基于软件无线电和图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的北斗B1宽带复合信号的实时生成方法,该方法针对单边带复数二进制偏移载波(single-sideband complex binary offset carrier... 详细信息

为了实现北斗B1C+B1I信号的联合生成,提出一种基于软件无线电和图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的北斗B1宽带复合信号的实时生成方法,该方法针对单边带复数二进制偏移载波(single-sideband complex binary offset carrier,SCBOC)调制方式的信号体制进行设计,系统根据用户配置的接收机运动轨迹和星历文件,生成中频信号并通过射频端发射。为了进一步提升GPU并行运算速度,从优化设备内存结构、设计并行线程架构和统一计算设备架构流(compute unified device architecture stream,CUDA)加速3个方面,设计了基于异步运算的加速采样点数据计算的CUDA优化实现方案。测试结果证明,优化后的算法可以基于SCBOC调制实时生成北斗B1I+B1C信号,基于GTX3060的GPU平台,信号90 M采样率下能实现8颗卫星复合信号的实时生成。

关键词： B1宽带复合信号软件无线电单边带复数二进制偏移载波调制统一计算设备架构流实时生成

基于北斗3号PPP-B2b信号的实时精密单点定位方法研究

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铁道学报 2024年第2期46卷 63-73页

作者：邓陈喜姜维王剑蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PP... 详细信息

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PPP结果,并利用实测数据对PPP-B2b轨道及钟差修正量级、实时PPP性能进行分析。20 min实验结果表明:实时动态PPP的北向定位精度为0.4172 m,东向定位精度为0.3041 m;实时静态PPP的北向定位精度为0.1005 m,东向定位精度为0.1741 m。基于PPP-B2b服务的实时PPP具有时效性优势,静态性能优于传统基于IGS精密产品的PPP,动态性能与之相当。

关键词： PPP-B2b 列车定位实时精密单点定位

虚拟编组下基于跟驰模型的列车群运行控制方法研究

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交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 1-11页

作者：帅斌罗佳楠冯心妍黄文成西南交通大学交通运输与物流学院成都611756 西南交通大学系统科学与系统工程研究所成都611756 西南交通大学综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室成都611756 西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室成都611756

高速铁路移动闭塞方式下运输能力与运输需求之间依然存在缺口,虚拟编组是未来提高运输能力的新方式。本文基于虚拟编组概念,受道路交通跟驰模型启发,引入列车动力学和运动学理论,根据相邻两列车之间的速度和距离关系,提出一种新的追踪... 详细信息

高速铁路移动闭塞方式下运输能力与运输需求之间依然存在缺口,虚拟编组是未来提高运输能力的新方式。本文基于虚拟编组概念,受道路交通跟驰模型启发,引入列车动力学和运动学理论,根据相邻两列车之间的速度和距离关系,提出一种新的追踪列车加速度调整策略,建立相应的列车群虚拟编组加速度控制模型,当实现列车群的虚拟编组时,列车群中所有列车的速度相等,任意相邻列车之间的间距等于期望间距,同时,能够确保列车安全与乘客舒适度。本文以CRH380A动车组为背景验证模型,算例仿真结果表明,本文提出的加速度调整策略能有效实现列车群的虚拟编组;与移动闭塞方式相比,采取虚拟编组方式达到列车协同的时间减少9.7%,列车间距缩小10.1%,效率更高;将列车群视为一个整体时,实现虚拟编组的时间比将整个列车群分为多组时更短。

关键词：铁路运输列车运行控制跟驰模型虚拟编组列车追踪间距