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雾天遥感小目标检测的双子网算法

计算机工程与应用 2024年

作者：宋存利杨佳俊张雪松大连交通大学轨道智能工程学院

针对雾天场景下遥感小目标检测的漏检错检问题，提出了基于双子网多任务协同训练的GFFA-YOLO算法。首先利用门控融合的GFFA网络去雾来恢复目标信息。其次设计SD-SCConv和RepNCSPELAN-SD-SCConv模块，该模块通过融合空间到深度层，同时... 详细信息

针对雾天场景下遥感小目标检测的漏检错检问题，提出了基于双子网多任务协同训练的GFFA-YOLO算法。首先利用门控融合的GFFA网络去雾来恢复目标信息。其次设计SD-SCConv和RepNCSPELAN-SD-SCConv模块，该模块通过融合空间到深度层，同时利用自校正机制来提高特征提取能力。最后增加了选择注意力LSK模块来增强多尺度特征融合。实验结果表明，所提算法在不同雾浓度的NWPU VHR-10数据集上的mAP分别达到85.6%和74.3%，在雾处理后的DOTA v1.0数据集上mAP达到82.1%，相较主流算法表现出更高的检测能力。

关键词： YOLO 小目标检测去雾算法注意力机制

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

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物理学报 2024年第5期73卷 85-91页

作者：白雨蓉李培何欢刘方李薇贺朝会西安交通大学核科学与技术学院西安710049

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.... 详细信息

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss,NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小,NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2-10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.

关键词：磷化铟位移损伤 Geant4 非电离能量损失近地轨道

基于VMD-SDP-CNN的铁路转辙机故障诊断(英文)

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年

作者：宋雅坤冯庆胜肖帅李红大连交通大学电气工程学院大连交通大学轨道智能工程学院

转辙机是铁路系统中的重要设备，对列车安全运行有着重要意义。针对现有转辙机故障诊断方法存在的问题，并结合振动信号抗干扰性强及灵敏度高的特性，提出一种基于转辙机振动信号的VMD-SDP-CNN故障诊断方法。实验中采集了ZD6转辙机的五... 详细信息

转辙机是铁路系统中的重要设备，对列车安全运行有着重要意义。针对现有转辙机故障诊断方法存在的问题，并结合振动信号抗干扰性强及灵敏度高的特性，提出一种基于转辙机振动信号的VMD-SDP-CNN故障诊断方法。实验中采集了ZD6转辙机的五种实际工况的振动信号作为研究对象。首先，通过变分模态分解（VMD）对转辙机的振动信号进行分解，得到多个本征模态函数（IMF）分量。其次，采用对称点图案（SDP）方法将分解的IMF 分量转换为二维图像，将一维信号识别问题转化为二维图像识别问题。最后利用卷积神经网络(CNN)实现转辙机的故障诊断。实验结果表明，使用该方法对转辙机五种实际工况的诊断效果优于典型深度学习和机器学习方法，验证了其实用性和有效性。

关键词：转辙机轨道交通道岔智能诊断振动信号信号分解深度学习

基于内非金属元素掺杂的外微波电场协同增强镁储氢机理研究

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天然气工业 2024年第7期44卷 199-207页

作者：王欢吴震黄雅琨杨福胜张早校西安交通大学化学工程与技术学院

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善... 详细信息

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善储氢过程,但目前针对内非金属元素掺杂外微波电场协同增强镁储氢的研究鲜有报道。为此,基于第一性原理计算探究了内掺杂非金属元素外微波电场协同改善镁储氢的作用机制,分析了有无非金属元素掺杂下镁—氢气体系在微波电场作用前后的吸附能、电子特性、过渡态等热动力学性能变化机理。研究结果表明:①微波电场改变了氢气分子和镁表面的电荷分布,使得氢气分子出现电荷分离(发生极化);②态密度计算结果也表明微波电场改变了H-s轨道的电子态分布,使得H-s电子向高能量区域移动,从而增强H-s与Mg-sp轨道杂化,导致镁与氢气之间的相互作用增强;③内非金属元素掺杂外微波电场协同改性使吸氢过程的反应能垒从0.94 eV大幅降至0.77 eV。结论认为:①微波电场有助于氢气发生极化,激活了氢气的反应活性,降低反应能耗;②内非金属元素掺杂外微波电场协同改性促进了氢气在镁表面的反应进程,有效提高了镁吸氢过程的动力学性能。

关键词：固态储氢镁金属微波电场非金属掺杂第一性原理计算

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基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法研究

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铁道科学与工程学报 2024年第8期21卷 3455-3468页

作者：董华军韩华豫李籽骁朱晔李金金大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 大连交通大学自动化与电气工程学院辽宁大连116052

提高目标检测在列车车底复杂背景下螺栓的识别精度及检测速率,对于提高列车行驶安全性具有重要意义。为高效检测螺栓,提出一种基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法。使用自行设计的履带式车底检测机器人获取车底螺栓图片,并混... 详细信息

提高目标检测在列车车底复杂背景下螺栓的识别精度及检测速率,对于提高列车行驶安全性具有重要意义。为高效检测螺栓,提出一种基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法。使用自行设计的履带式车底检测机器人获取车底螺栓图片,并混合自行搭建的模拟平台螺栓图片与真实的列车车底螺栓图片作为最终数据集。将C3模块中的Bottleneck结构替换为Faster_Block结构,改进为C3F模块;并分别与FasterNet、GhostNet和MobileNetV3轻量化结构进行对比。此外,引入注意力机制CA模块,同时将原有损失函数L_(GIoU)替换为更为契合的L_(MPDIoU);使用SE模块和CBAM模块分别与CA模块进行比较,作为消融实验。最后采用LAMP分数的计算方法对模型权重参数排序,并将不重要的权重参数剪枝,作为新型模型压缩的方法。将最终模型压缩后的C3F-YOLOv5s网络模型分别与YOLOv4、YOLOv7、Mask R-CNN、RetinaNet进行对比试验。研究结果表明,在使用混合数据集的情况下,最终网络模型的平均检测精度达到了92.8%,检测速度达到了256.7 FPS。相较于其他4种经典的深度学习网络模型,改进后的模型检测效果更好,同时模型表现出较强的鲁棒性和泛化性能。该方法可在无法获得更多真实车底螺栓图片时,使训练后网络更加适应真实车底的情况,改进后的算法可以同时提高螺栓的识别精度和检测速度,可以为后续相关研究提供技术参考和理论支撑。

关键词：螺栓检测 YOLOV5 注意力机制损失函数模型压缩

BDS信号失锁下基于自适应因子图的列车组合定位模型

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1146-1155页

作者：程相王运明王新屏初宪武大连交通大学自动化与电气工程学院辽宁大连116028

针对列车运行环境复杂,容易产生BDS信号失锁,影响BDS/IMU列车定位系统的精确性问题,提出了基于自适应因子图的BDS/IMU/OD列车组合定位模型。在BDS/IMU列车定位系统的基础上,引入里程计(Odometer,OD)定位技术,利用北斗卫星导航系统(Beido... 详细信息

针对列车运行环境复杂,容易产生BDS信号失锁,影响BDS/IMU列车定位系统的精确性问题,提出了基于自适应因子图的BDS/IMU/OD列车组合定位模型。在BDS/IMU列车定位系统的基础上,引入里程计(Odometer,OD)定位技术,利用北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)与惯性测量元件(Inertial Measurement Unit,IMU)、OD 3类传感器获取列车量测信息,根据因子图理论,将多源量测信息描述为状态空间方程,抽象BDS、IMU、OD因子节点和先验因子,确定因子节点与变量节点之间的无向连接关系,建立多变量列车组合定位因子图模型,解算列车的位置信息。当BDS信号产生变化时,借助因子图的即插即用特性,提出了自适应因子算法,动态调整列车组合定位因子图模型结构。在BDS信息部分失锁时,利用BDS的部分信息,建立BDS/IMU/OD列车组合定位因子图模型,在BDS信息完全失锁时,转换为IMU/OD列车组合定位因子图模型,抑制BDS完全失锁造成的发散误差。利用卡尔曼算法、因子图算法、自适应因子图算法进行了列车定位的仿真分析,在BDS信息部分失锁时,自适应因子图模型的定位位置均方根误差比卡尔曼算法分别降低了52.3%、48.2%和42.7%,比因子图算法分别降低了34.8%、27.0%和25.2%。在BDS信息完全失锁时,自适应因子图模型的定位位置误差比卡尔曼算法分别降低了46.7%、46.7%和50%。自适应因子图算法提高了BDS信息失锁的情况下的列车定位精度,实现了不同传感器之间的即插即用,为构建高精确性、强鲁棒性、高可扩展性的列车组合定位系统提供模型支持。

关键词：列车组合定位 BDS信号失锁因子图 BDS/IMU/OD 自适应因子

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改进YOLOv7的小目标检测方法

计算机工程与应用 2024年

作者：冯泰梾张雪松宋存利李光宇金花大连交通大学软件学院

针对小目标检测领域中的尺度变化、复杂背景干扰、漏检和误检等挑战性问题，提出了改进YOLOv7的小目标检测方法。首先，在YOLOv7目标检测框架的基础上，加入了新的自适应特征收集再分配模块（AFCR），该模块能够实现对多尺度特征的有效... 详细信息

针对小目标检测领域中的尺度变化、复杂背景干扰、漏检和误检等挑战性问题，提出了改进YOLOv7的小目标检测方法。首先，在YOLOv7目标检测框架的基础上，加入了新的自适应特征收集再分配模块（AFCR），该模块能够实现对多尺度特征的有效融合，从而增强模型对小目标的检测能力，并丰富输出特征的上下文信息。进一步地，运用特征蒸馏技术，使得学生模型能够从教师模型中学习关键特征表示，避免跨阶段的语义差异带来的负面影响，从而显著提升模型的泛化性和鲁棒性。在CCTSDB、FLOW-IMG和TinyPerson三个公开小目标检测数据集上的实验结果表明，提出的方法分别实现了96.4%、84.9%和33%的检测准确率，相较于原始YOLOv7方法，mAP@0.5分别提升了6.5%、3.9%和2.9%。

关键词：小目标检测 YOLOv7 知识蒸馏多尺度特征融合

基于改进YOLO v5算法的道路小目标检测

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系统工程与电子技术 2024年第10期46卷 3271-3278页

作者：宋存利柴伟琴张雪松大连交通大学软件学院辽宁大连116028

为解决交通道路小目标检测难度大、精度低,容易出现错检漏检的问题,提出一种基于YOLO v5(you only look once v5)算法的多尺度特征融合目标检测改进算法。首先,增加小目标检测头用于适应小目标尺寸,缓解漏检情况。然后,引入可变形卷积网... 详细信息

为解决交通道路小目标检测难度大、精度低,容易出现错检漏检的问题,提出一种基于YOLO v5(you only look once v5)算法的多尺度特征融合目标检测改进算法。首先,增加小目标检测头用于适应小目标尺寸,缓解漏检情况。然后,引入可变形卷积网络v2(deformable convolutional networks V2,DCN V2)提高模型对运动中小目标的学习能力;同时,增加上下文增强模块,提升对远距离小目标的识别能力。最后,在替换损失函数、提高边界框定位精度的同时,使用空间金字塔池化和上下文空间金字塔卷积分组模块,提高网络的感受野和特征表达能力。实验结果表明,所提算法在KITTI数据集小目标类别上平均识别精度达到了95.2%,相较于原始YOLO v5,算法总体平均识别精度提升了2.7%,对小目标的检测效果更佳,平均识别精度提升了3.1%,证明所提算法在道路小目标检测方面的有效性。

关键词： YOLO v5 小目标检测上下文增强模块可变形卷积

基于功率分离接收机方案的低复杂度信号检测算法

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通信学报 2024年第4期45卷 84-94页

作者：王艳艳李启迪唐小虎西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756 通号城市轨道交通技术有限公司北京100070

为了解决基于分离接收机架构下的移动通信系统中信号检测复杂度较高的问题,提出一种低复杂度的信号检测算法。首先,考虑天线噪声、后级处理噪声和功率分离因子的影响,设计分离接收机架构,并基于三维接收信号建立简化的二维接收信号模型... 详细信息

为了解决基于分离接收机架构下的移动通信系统中信号检测复杂度较高的问题,提出一种低复杂度的信号检测算法。首先,考虑天线噪声、后级处理噪声和功率分离因子的影响,设计分离接收机架构,并基于三维接收信号建立简化的二维接收信号模型。然后,在变换坐标系下表征二维接收信号的联合概率密度函数,进而提出基于最小距离的低复杂度的信号检测算法。最后,分析分离接收机方案相对于传统相干接收机的联合处理增益。理论分析表明,相比于传统的基于三维接收信号的检测算法,所提信号检测算法具有较低的计算复杂度。仿真结果表明,在一定的功率分离因子下,低复杂度信号检测所获得的近似误符号率(SER)与最优的SER性能接近,且分离接收机架构下的SER性能优于传统的相干接收机方案。

关键词：分离接收机信号检测相干接收机功率分配