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基于激光雷达的室内机器人路径规划方法研究

激光与红外 2024年第7期54卷 1028-1036页

作者：韩慧妍韩方正韩燮况立群曹亚明中北大学计算机科学与技术学院太原030051 机器视觉与虚拟现实山西省重点实验室太原030051 山西省视觉信息处理及智能机器人工程研究中心太原030051

自主移动机器人在室内环境中的导航取得了重大进展,然而地图构建精度较差且路径规划欠佳,限制了这类机器人的实际应用。为了解决这些问题,提出了一种基于引导搜索的路径规划算法,即引力双向快速搜索随机树算法(GBI-RRT),该算法采用目标... 详细信息

自主移动机器人在室内环境中的导航取得了重大进展,然而地图构建精度较差且路径规划欠佳,限制了这类机器人的实际应用。为了解决这些问题,提出了一种基于引导搜索的路径规划算法,即引力双向快速搜索随机树算法(GBI-RRT),该算法采用目标偏差抽样,有效地引导节点走向目标,减少无效搜索。为了进一步提高导航效率,又提出了一种消除低质量节点,提高路径曲率的路径重组策略,为了验证上述方法的有效性,将其集成到一个基于ROS系统的移动机器人中,并在仿真和真实环境实验中进行了评估。结果表明,GBI-RRT在各种室内环境下的性能均优于现有算法。

关键词：自主移动地图构建路径规划偏差抽样

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申威众核处理器访存与通信融合编译优化

软件学报 2024年第6期35卷 2648-2667页

作者：方燕飞李雁冰董恩铭王云飞刘齐国家并行计算机工程技术研究中心北京100190

申威众核片上多级存储层次是缓解众核“访存墙”的重要结构.完全由软件管理的SPM结构和片上RMA通信机制给应用性能提升带来很多机会,但也给应用程序开发优化与移植提出了很大挑战.为充分挖掘片上存储层次特点提升应用程序性能,同时减轻... 详细信息

申威众核片上多级存储层次是缓解众核“访存墙”的重要结构.完全由软件管理的SPM结构和片上RMA通信机制给应用性能提升带来很多机会,但也给应用程序开发优化与移植提出了很大挑战.为充分挖掘片上存储层次特点提升应用程序性能,同时减轻用户编程优化负担,提出一种多级存储层次访存与通信融合的编译优化方法.该方法首先设计融合编译指示,将程序高层信息传递给编译器.其次构建编译优化收益模型并设计启发式循环优化方案迭代求解框架,并由编译器完成循环优化方案的求解和优化代码的变换.通过编译生成的DMA和RMA批量数据传输操作,将较低存储层次空间中高访问延迟的核心数据批量缓冲进低访问延迟的更高存储层次空间中.在3个典型测试用例上进行优化实验测试与分析,结果表明所提出的优化在性能上与手工优化相当,较未优化版程序性能有显著提升.

关键词：申威众核处理器多级存储层次 RMA通信并行语言编译优化

基于改进格拉姆角场和注意力机制的滚动轴承故障诊断

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轴承 2024年第8期 80-85,94页

作者：占可王寅杰董路南范永胜邓艾东大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心南京210096 东南大学能源与环境学院南京210096 国家能源集团江苏电力有限公司南京210036

针对传统的卷积神经网络在噪声环境下特征辨识性差且难以充分挖掘数据信息的问题,提出基于改进的格拉姆角和场(IGASF)和注意力机制的滚动轴承故障诊断模型。首先,根据轴承转速和采样频率计算单个故障周期包含的信号点数,对单个故障周期... 详细信息

针对传统的卷积神经网络在噪声环境下特征辨识性差且难以充分挖掘数据信息的问题,提出基于改进的格拉姆角和场(IGASF)和注意力机制的滚动轴承故障诊断模型。首先,根据轴承转速和采样频率计算单个故障周期包含的信号点数,对单个故障周期内采集到的振动信号进行分段聚合,利用IGASF进行编码生成相应特征图;然后,将特征图输入卷积神经网络(CNN)进行滚动轴承故障特征提取,并引入注意力模块实现特征的自适应加权;最后,输入到Softmax层完成滚动轴承故障分类。对比试验结果表明,该方法具有更好的抗噪能力和更高的诊断准确率。

关键词：滚动轴承深沟球轴承故障诊断信号处理卷积神经网络

基于优化LSTM网络的多区域协同流感预测方法

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 464-472页

作者：张玲玲杨晓文薛红新孟罗春子韩慧妍中北大学计算机科学与技术学院山西太原030051 机器视觉与虚拟现实山西省重点实验室山西太原030051 山西省视觉信息处理及智能机器人工程研究中心山西太原030051

流感通常表现出季节性、急性起病和传播速度快的特点,因此对流感的准确预测至关重要。针对流感预测精度不佳和长短期记忆网络参数寻优困难导致耗时耗力的问题,提出了一种基于皮尔逊相关系数和采用蜣螂优化算法(DBO)优化长短期记忆网络(L... 详细信息

流感通常表现出季节性、急性起病和传播速度快的特点,因此对流感的准确预测至关重要。针对流感预测精度不佳和长短期记忆网络参数寻优困难导致耗时耗力的问题,提出了一种基于皮尔逊相关系数和采用蜣螂优化算法(DBO)优化长短期记忆网络(LSTM)的多区域协同流感预测方法(MRC-DBO-LSTM)。该模型不仅学习本地的历史数据,还学习与其强相关的区域的历史数据。首先,通过皮尔逊相关系数筛选与预测地强相关的区域,以得到更高维度的输入特征;其次,通过LSTM的门机制衡量这些区域数据的权重来进行特征融合;最后,引入蜣螂优化算法对长短期记忆网络的超参数(如隐藏层数、隐藏层节点数和迭代次数等)寻优,进而生成预测结果。对山西省流感发病率预测的实验结果表明,学习多区域历史数据的DBOLSTM模型的均方误差(MSE)仅为0.0038,与差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型相比,MSE降低了99.6%;与季节性差分自回归滑动平均(SARIMA)模型相比,MSE降低了98.7%;与LSTM模型相比,MSE降低了71.0%,与仅使用本地历史数据的DBO-LSTM模型相比,MSE降低了48.6%。结果证明所提模型能够有效提高流感的预测精度。

关键词：流感预测蜣螂优化算法长短期记忆网络深度学习时间序列

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艾灸机器人系统设计与实现

计算机工程 2024年第2期50卷 214-223页

作者：马蓓蓓胡志刚时鹏王新征谢飞虎宋克纳河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471000 河南省智能康复医疗机器人工程研究中心河南洛阳471000

传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸... 详细信息

传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸器的自动推进装置、硬件电路和通信流程的改进设计,实现艾灸过程中艾条的自动推进以及温度、距离等信息的实时采集和传输。主端系统对从端传输的信息进行整合处理,并对机械臂进行轨迹规划和运动控制,以优化艾灸路径和动态调整施灸距离。此外,主端的人机交互界面能够实时显示艾灸过程中的信息和从端的工作状态,实现艾灸过程的可视化。医师可通过该可视化界面灵活调节艾灸参数和远程控制机器人进行艾灸,以满足不同的艾灸对象、环境和任务需求。实验结果表明,该艾灸机器人系统能够在真实环境中使机械臂按照自动规划的路径运行,动态调控艾条燃烧端到人体穴位的距离,保持目标穴位的温度偏差小于0.5℃,运行过程平稳,满足安全且精准的艾灸治疗要求。

关键词：人机交互艾灸机器人双边控制系统艾灸器轨迹规划

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不确定非线性系统的自适应滑模区域到达控制

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2482-2491页

作者：孙晓明马辛刘烨周悦邢博闻上海海洋大学工程学院上海深渊科学工程技术研究中心上海201306 复旦大学智能信息处理重点实验室上海200433 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统,考虑存在外界干扰的情况下,设计一种基于反推方法的自适应滑模区域到达控制器,提高系统对非匹配不确定性及未知干扰的鲁棒性。与传统的设定点控制或位置控制不同,区域到达算法的控制目标是一个... 详细信息

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统,考虑存在外界干扰的情况下,设计一种基于反推方法的自适应滑模区域到达控制器,提高系统对非匹配不确定性及未知干扰的鲁棒性。与传统的设定点控制或位置控制不同,区域到达算法的控制目标是一个以期望点为中心的目标区域。所设计控制器综合了人工势场法、自适应控制、反推技术、滑模控制和Lyapunov方法。利用人工势场法设计目标势能函数,将区域误差引入势能函数中,结合Lyapunov方法,可以实现对目标区域的到达跟踪控制。采用基于反推的区域控制思想,将高阶整体模型分解为低阶子系统,并分别设计相应的滑模面,同时在前n-1步中结合自适应律,能够在线估计非线性系统的不确定参数项,增加所设计控制器的适用性。基于Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明:所设计控制器有效。

关键词：严格反馈区域到达控制人工势场自适应控制滑模控制

基于空间可变形Transformer的三维点云配准方法

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计算机工程 2024年第3期50卷 224-232页

作者：谢帅康熊风光朱新杰宋宁栋李文清王廷凤中北大学计算机科学与技术学院山西太原030051 中北大学山西省视觉信息处理及智能机器人工程研究中心山西太原030051 中北大学机器视觉与虚拟现实山西省重点实验室山西太原030051

针对低重叠场景下点云配准方法鲁棒性差、配准精度低的问题,提出一种基于空间可变形Transformer(SDT)的三维点云配准方法。设计多级分辨率特征的提取与融合方法,显式计算点云的局部空间关系。利用SDT模块增强点云空间特征的表达能力,聚... 详细信息

针对低重叠场景下点云配准方法鲁棒性差、配准精度低的问题,提出一种基于空间可变形Transformer(SDT)的三维点云配准方法。设计多级分辨率特征的提取与融合方法,显式计算点云的局部空间关系。利用SDT模块增强点云空间特征的表达能力,聚合局部与全局的特征得到特征矩阵。计算两个特征矩阵的相似度矩阵并额外地为其添加边缘松弛块,有效降低了不可行匹配对配准鲁棒性的影响,同时对相似度矩阵进行归一化等计算得到软对应置信度矩阵,根据预测的对应点空间特征是否一致来寻找点云在低重叠场景下更精确的对应关系,使用直接定义在对应关系上的损失来训练网络,将软对应关系转换为一对一的硬匹配关系,最终通过随机抽样一致性刚性变换求解器执行配准。实验结果表明,在重叠率低于30%的3DLoMatch场景中,该方法的特征匹配召回率和配准召回率相比于高度关注重叠区域的成对点云配准等方法至少提高了3.7和3.9个百分点,并且具有较强的鲁棒性。

关键词：低重叠率多特征融合可变形自注意力边缘松弛块重叠对应预测

马尾松PmWRKY2和PmWRKY6基因生物信息学及表达分析

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广西植物 2024年

作者：黄金龙陈虎陈颖豪杨章旗广西师范大学生命科学学院广西壮族自治区林业科学研究院国家林业和草原局马尾松工程技术研究中心广西马尾松工程技术研究中心广西优良用材林资源培育重点实验室

WRKY家族是高等植物中最大的转录因子家族之一。课题组前期研究发现WRKY家族基因在马尾松响应虫害、生长发育、干旱胁迫等方面发挥重要作用，为进一步研究WRKY家族基因的生物学功能和响应外源激素情况，该研究对PmWRKY2和PmWRKY6基因生... 详细信息

WRKY家族是高等植物中最大的转录因子家族之一。课题组前期研究发现WRKY家族基因在马尾松响应虫害、生长发育、干旱胁迫等方面发挥重要作用，为进一步研究WRKY家族基因的生物学功能和响应外源激素情况，该研究对PmWRKY2和PmWRKY6基因生物信息学特征进行分析，并利用qPCR技术对其在ABA、SA、MeJA和GA等外源激素和钙离子处理下的表达模式进行研究。结果表明：（1）PmWRKY2和PmWRKY6蛋白分别编码667和575个氨基酸，亚细胞均定位于细胞核，两个基因N端均含有高度保守的WRKYGQK七肽结构，C端含有锌指结构，属于WRKY转录因子家族。（2）在进化关系上，PmWRKY2和PmWRKY6蛋白与同为裸子植物油松的Pt XG20020.1和Pt2G29990.1蛋白关系最近。（3）与CK相比，四种激素处理和相应添加Ca2+处理均能显著诱导PmWRKY2和PmWRKY6基因表达，其表达量均在处理后期达到峰值；在单独Ca2+处理下，两个基因均呈先下降后上升的表达趋势，其中Ca2+处理前期能显著诱导PmWRKY2基因表达，处理后期与对照无显著差异，而PmWRKY6基因的表达量在整个处理过程中均显著高于对照。上述结果表明，PmWRKY2和PmWRKY6基因均能响应不同外源信号物质，但表达模式存在差异。

关键词：马尾松 PmWRKY2 PmWRKY6 生物信息学表达模式

马尾松HMGR家族全基因组鉴定、进化及表达分析

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分子植物育种 2024年

作者：包一惠陈虎陈颖豪杨章旗广西壮族自治区林业科学研究院国家林业和草原局马尾松工程技术研究中心广西马尾松工程技术研究中心广西优良用材林资源培育重点实验室广西师范大学生命科学学院

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGRs)在植物调控生长发育和响应环境胁迫中发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术并结合前期转录组数据，从马尾松全基因组分离鉴定了HMGR基因家族，系统分析了HMGR基因家族的结构、染色体定位、蛋... 详细信息

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGRs)在植物调控生长发育和响应环境胁迫中发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术并结合前期转录组数据，从马尾松全基因组分离鉴定了HMGR基因家族，系统分析了HMGR基因家族的结构、染色体定位、蛋白质理化性质、保守基序以及响应胁迫的表达模式。结果鉴定了17个PmHMGR基因，分布于5条染色体上，含有多种激素、应激的顺势作用元件，通过相关转录组的数据分析，发现在马尾松抗旱家系中轻度胁迫下PmHMGR基因显著上调表达，而在敏感家系中重度胁迫下大部分基因才会上调表达，在CO2高浓度胁迫中大部分PmHMGR基因都上调表达，其中PmHMGR9在胁迫各个阶段都上调表达。在IAA和BR激素处理下都存在PmHMGR12基因上调表达。综上，马尾松中PmHMGR基因对于干旱、CO2、IAA、BR处理都有显著反应，本研究为深入开展PmHMGR调控生长发育和响应胁迫的分子机制提供理论依据。

关键词：马尾松 PmHMGR 全基因组水平生物信息学分析表达模式