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无人机移动自主回收着陆原理及控制方法

机械工程学报 2024年第3期60卷 34-46页

作者：汪首坤许永康陈志华司金戈李斌王军政北京理工大学伺服运动系统驱动与控制工信部重点实验室北京100081 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对... 详细信息

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对难以精确获取无人机动态位置的问题,提出了多传感器信息融合定位和伺服转台聚焦跟踪的目标定位方法;其次,为完成对无人机的快速高精度跟踪,提出了基于无人车和Stewart平台的双级跟踪控制策略;最后,为了解决无人机着陆过程冲击大、重心失稳等问题,设计了基于模型预测的平稳性控制算法和基于自适应变阻抗的柔顺控制算法,在实时调整承接面位姿的同时做到了主动柔顺承接。搭建了由目标定位系统、无人车和Stewart平台组成的原理样机,验证了本原理的可行性及控制算法的有效性,该方案和技术已成功运用于某型号固定翼无人机自主回收。

关键词：无人机移动自主回收目标定位动态轨迹跟踪柔顺承接

基于自先验信息和TV约束的正交直线扫描CL图像重建

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光子学报 2024年第9期53卷 205-217页

作者：朱国荣谭川东席雅睿袁伟刘丰林重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

针对正交直线扫描计算机分层成像中存在投影数据不完备的问题,提出一种基于自身先验信息和总变分约束的重建算法用于正交直线扫描计算机分层成像图像重建。首先利用移动叠加算法对两段正交直线扫描数据重建分层图像,通过梯度计算、梯度... 详细信息

针对正交直线扫描计算机分层成像中存在投影数据不完备的问题,提出一种基于自身先验信息和总变分约束的重建算法用于正交直线扫描计算机分层成像图像重建。首先利用移动叠加算法对两段正交直线扫描数据重建分层图像,通过梯度计算、梯度融合、掩膜操作,获得先验信息;然后利用先验信息和总变分正则项约束进行正交直线扫描计算机分层成像图像重建。实验结果表明,与SART-TV算法相比,该算法可以可提高获取先验信息的效率,提升重建图像质量,有效抑制正交直线扫描计算机分层成像重建图像混叠伪影、降低噪声对重建图像的影响。

关键词： X射线光学计算机分层成像正交直线平移扫描CL 自身先验信息图像重建

复杂结构光场的多自由度协同调控技术研究进展

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光电工程 2024年第8期51卷 61-74页

作者：张智超海澜张书瑞高春清付时尧北京理工大学光电学院北京100081 信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

对光场各自由度的单一或协同调控获得的结构光场由于具有新颖的物理性质,展现了重要的研究意义和应用价值。例如,轨道角动量作为一种全新的调控自由度直接影响光场相位与空间分布,常通过单独作用或共同作用构造高维空间,调控生成的涡旋... 详细信息

对光场各自由度的单一或协同调控获得的结构光场由于具有新颖的物理性质,展现了重要的研究意义和应用价值。例如,轨道角动量作为一种全新的调控自由度直接影响光场相位与空间分布,常通过单独作用或共同作用构造高维空间,调控生成的涡旋光场及矢量光场已广泛应用于超大容量光通信、遥感探测、量子通信等领域。在此基础上,针对日益发展的前沿应用需求,引入新的光场调控自由度与传统自由度结合,进一步拓展高维和多维的结构光场研究成为了亟待解决的问题。本文首先从双自由度调控技术出发,以矢量涡旋光场为重点介绍了两种典型内癝自由度的耦合以及作用方式;在此基础上,结合本课题组的相关工作,系统综述了超越传统自由度并打破双自由度数目限制的复杂结构光场调控技术。

关键词：光场调控矢量涡旋光场多自由度耦合

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中高分辨率卫星影像的装置级别工业热源识别

遥感学报 2024年第8期28卷 2101-2112页

作者：孙爽姜磊刘保献鹿海峰任华忠王新辉李金香北京市生态环境监测中心北京100048 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

针对精细化工业热源遥感监测困难与误差较大等问题,本文聚焦单个规模较大的工厂内部热场分布情况,提出一种基于中高分辨率卫星影像(Landsat 8)的装置级别工业热源的多层级识别方法。该方法基于双通道非线性劈窗算法反演的地表温度,利用... 详细信息

针对精细化工业热源遥感监测困难与误差较大等问题,本文聚焦单个规模较大的工厂内部热场分布情况,提出一种基于中高分辨率卫星影像(Landsat 8)的装置级别工业热源的多层级识别方法。该方法基于双通道非线性劈窗算法反演的地表温度,利用多种空间统计分析方法分别对单期影像开展热源装置范围的识别检测,筛选出识别位置准确、识别能力稳定的方法,开展多时相热源装置识别分析,确定厂区范围内稳定出现的热源装置的位置,并结合高分辨率卫星影像进一步确定热源装置的边界范围。在某石油化工企业厂区的实验研究结果如下:5种方法均具有识别热源装置的能力。其中,温度1.5倍标准差分级与焦点统计分析方法适合捕捉厂区内最主要的热源装置,冷热点分析、温度1倍标准差分级方法以及聚类与异常值分析方法更适用于识别厂区内一般的热源装置。聚类与异常值分析方法识别结果正确检出率在80%以上,整体遗漏率低于10%,且各期识别结果受季节变化影响较小,更适用于识别装置级别(主要包括生产装置、循环水、锅炉装置、储存库、火炬装置以及罐区)的热源对象。识别的热源装置中,生产装置占比约55%,是厂区主要的热源装置。研究结果表明,中高分辨率卫星遥感影像数据源可以有效监测工业企业的精细尺度发热单元,为环境保护与管理、工业去产能监测提供技术支撑。

关键词：遥感工业热源装置高温单元识别地表温度空间统计分析

全局采样空间注意力机制及其在图像分类与小目标检测识别中的应用

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激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 396-407页

作者：卢镜宇张海洋王文鑫赵长明北京理工大学光电学院北京100081 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081

注意力机制的出现和应用在一定程度上改善了神经网络对全局信息应用不足的缺陷,但常见的注意力机制模块也同样存在感受野小无法关注全局信息的问题,而某些全局注意力机制模块则计算成本过高。为此,提出一种基于卷积、池化、对比方法的... 详细信息

注意力机制的出现和应用在一定程度上改善了神经网络对全局信息应用不足的缺陷,但常见的注意力机制模块也同样存在感受野小无法关注全局信息的问题,而某些全局注意力机制模块则计算成本过高。为此,提出一种基于卷积、池化、对比方法的轻量化注意力模块,即全局采样空间注意力模块。对于深度网络推理过程中部分模块输出的中间特征图,该注意力模块通过对比差值的形式获取所需要的空间注意力图。全局采样空间注意力模块是一种轻量化的通用模块,能够直接置入卷积神经网络中,增加的成本几乎可以忽略不计,并且其能够与网络一同进行端到端训练。主要在随机抽取的部分ImageNet-1K数据集和团队自制的“低慢小”无人机数据集中对模块进行了验证。实验结果显示,相比其他模块,所提模块在图像分类和小目标检测识别任务中具备1百分点~3百分点的性能提升效果,证明了所提模块的性能与其在小目标检测方面的适用性。

关键词：注意力机制全局采样轻量化图像分类小目标探测

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蒙古高原土壤水分时空格局演变特征分析

水土保持研究 2024年第2期31卷 110-121页

作者：董金义罗敏孟凡浩萨楚拉包玉海内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量... 详细信息

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量化了气象、归一化植被指数(NDVI)、陆地水储量异常(TWSA)、土壤质地、地形等不同环境因子的影响。[结果](1)2000—2020年蒙古高原土壤水分整体呈东北高、西南低的分布特征。土壤水分由浅至深呈先增加再减少的趋势,且仅深层土壤水分(100—289 cm)变化趋势显著。(2)大部分区域未来变化趋势呈持续稳定状态,从土壤表层到第4层分别有58.5%,76.7%,91.3%,98.8%的区域土壤水分变化趋势与过去相同;蒙古高原西北部及内蒙古中部地区土壤水分干化情况可能会进一步加重。(3)温度、TWSA、降水和NDVI是影响土壤水分空间分布的主导环境因子。大部分因子交互呈现出双因子增强作用,蒙古高原土壤水分空间分异是多因子共同作用的结果。(4)表层和次表层土壤水分的变化主要受降水的正向影响,主控区域分别占98.7%,94.8%;降水和TWSA对28—100 cm土壤水分的主控区域分别集中在森林和草原覆盖区,主导区域面积占比分别为38.7%,38.8%;TWSA降低是导致深层土壤水分干化的主要驱动力且其主控区域面积占比达58.6%;植被耗水的增加以及温度的升高分别主控16.2%,14.8%区域100—289 cm土壤水分变化。[结论]土壤水分的时空分异及变化规律明显,各深度的土壤水分的主要驱动力各有不同,对蒙古高原生态恢复及生态系统可持续发展意义重大,未来应深入分析人类活动对其的影响。

关键词：土壤水分时空变化蒙古高原地理探测器气候变化

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对融合特征敏感的三维点云识别与分割

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 52-63页

作者：朱安迪达飞鹏盖绍彦东南大学自动化学院南京210096 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室南京210096

三维点云分类分割网络忽视了融合特征中的冗余信息,缺乏放大有效特征占比能力,不能充分挖掘特征的表达性。在CurveNet网络基础上,提出了一种能够筛选和丰富融合特征的方法,对点云的识别与分割效果达到了较先进水平。首先,提出了对融合... 详细信息

三维点云分类分割网络忽视了融合特征中的冗余信息,缺乏放大有效特征占比能力,不能充分挖掘特征的表达性。在CurveNet网络基础上,提出了一种能够筛选和丰富融合特征的方法,对点云的识别与分割效果达到了较先进水平。首先,提出了对融合特征具有筛选能力的特征选择子网络,利用结合了打分机制的Top K算子选出包含有效信息的融合特征,并且能够自适应地赋予被选特征权重。其次,在聚合曲线特征模块中增加了两个新分支,分别学习曲线内部点距离特征和曲线之间的线距离特征,通过快速通道相关性注意力机制提取各分支的内部相关性,增强了网络特征的信息描述能力。实验结果表明,分类任务在ModelNet40数据集上准确率达到了93.8%,分割任务在ShapeNet Part数据集上平均交并比达到了86.4%。与基准网络相比,分类效果与分割效果均有所提高,证明了算法的有效性。

关键词：三维点云融合特征筛选曲线特征注意力机制分类分割

不可见字符下适用于OpenDrive格式高精地图的数字水印算法

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地球信息科学学报 2024年第9期26卷 2026-2037页

作者：吕旭超任娜周齐飞朱长青虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培养建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 郑州大学地球科学与技术学院郑州450001 地理信息安全与应用湖南省工程研究中心长沙410007

我国已将发展智能网联汽车、发展自动驾驶作为国家的重要战略方向,高精地图作为自动驾驶的核心基础设施具有高精度与高商业价值的特点,其安全问题不可忽视。本文基于不可见字符,在不影响高精地图数据精度与自动驾驶应用场景的前提下,提... 详细信息

我国已将发展智能网联汽车、发展自动驾驶作为国家的重要战略方向,高精地图作为自动驾驶的核心基础设施具有高精度与高商业价值的特点,其安全问题不可忽视。本文基于不可见字符,在不影响高精地图数据精度与自动驾驶应用场景的前提下,提出了一种适用于OpenDrive格式标准下高精地图数据的数字水印算法。首先,构建水印信息与不可见字符的映射机制,根据原始水印信息建立包含水印比特值、比特位置信息与海明码的复合型水印字符序列,在保证水印比特与水印索引同步性的同时为算法提供一定的自纠错能力;然后,将映射后的不可见字符按照伪随机置乱后的标识符集合及其属性值的顺序嵌入到高精地图属性值中,使水印信息无规律地嵌入至数据中且分布较为均匀。检测水印时依据伪随机置乱的初始条件按照嵌入顺序提取出水印比特与其对应的索引位置,最后根据多数原则获取最终水印信息并依据海明码对错误比特进行纠正。研究表明,该算法能够抵抗平移、旋转、缩放、裁剪的攻击,在裁剪数据98元素,具有很好的鲁棒性。可为OpenDrive格式高精地图的版权保护提供参考。

关键词：不可见字符 OpenDrive 高精地图水印鲁棒性海明码 Logistic混沌映射版权保护

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三维空间轨道角动量全息

物理学报 2024年第9期73卷 103-109页

作者：贾谊成张福荣张景风孔令军张向东北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室北京100081

光的轨道角动量自由度已被作为一种新的信息载体用于光全息信息处理技术之中.然而,目前关于轨道角动量全息技术的研究主要集中在二维轨道角动量全息,即重构的二维全息图像位于三维空间中的某一个平面内.如何进一步实现三维空间轨道角动... 详细信息

光的轨道角动量自由度已被作为一种新的信息载体用于光全息信息处理技术之中.然而,目前关于轨道角动量全息技术的研究主要集中在二维轨道角动量全息,即重构的二维全息图像位于三维空间中的某一个平面内.如何进一步实现三维空间轨道角动量全息技术并将其用于增加全息通信的信息容量仍然是一个空白.本文基于轨道角动量自由度和重构的二维图像在三维空间中的位置自由度,实现了三维空间轨道角动量全息技术.换言之,在我们实现的三维空间轨道角动量全息中,目标物体图像的获得不仅要求使用正确的解码轨道角动量态,还要求在正确的空间位置来探测物体的图像.此外,还进一步研究了三维空间轨道角动量全息复用技术,并指出该复用技术可用于信息加密.与传统的二维轨道角动量全息技术相比,三维空间轨道角动量全息技术使用了额外的自由度,即成像的空间位置.因此,基于三维空间轨道角动量全息技术的加密方案可以进一步提高信息的安全等级.我们的理论模拟结果和实验结果验证了三维空间轨道角动量全息技术以及三维空间轨道角动量全息加密技术的可行性.

关键词：轨道角动量光全息光加密