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基于语义似然与高精度地图匹配的智能车辆同时定位与检测

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上海交通大学学报 2024年第10期58卷 1618-1628页

作者：赖国良胡钊政周哲万金杰任靖渊武汉理工大学信息工程学院武汉430070 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063 武汉理工大学重庆研究院重庆401120

车载传感器数据与高精度地图的精确匹配是提升智能车辆感知与定位的关键.提出基于语义似然模型(SLM)的高精度地图匹配新算法,实现智能车辆同时定位与目标检测任务.首先通过U-Net提取路面语义目标,利用核密度估计建立SLM.基于粒子滤波框... 详细信息

车载传感器数据与高精度地图的精确匹配是提升智能车辆感知与定位的关键.提出基于语义似然模型(SLM)的高精度地图匹配新算法,实现智能车辆同时定位与目标检测任务.首先通过U-Net提取路面语义目标,利用核密度估计建立SLM.基于粒子滤波框架,利用位姿变换将高精度地图上目标抽样点映射至SLM中,计算该抽样点与传感器数据的匹配程度对每个粒子的权重更新,实现智能车辆的高精度定位.最后利用定位结果完成地图上的要素目标到图像的映射,实现目标的精准检测.利用在校园道路与城市道路环境下采集的数据对所提算法进行验证,实验结果表明,算法的平均定位误差约为14 cm,路面路标检测结果平均交并比(MIoU)均大于80.较之深度神经网络等当前最佳(SOTA)的检测方法,所提算法引入高精度地图的先验信息可显著提升智能车辆定位与目标检测性能.

关键词：智能车辆定位高精度地图语义似然模型粒子滤波

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基于变步长扫描策略的FBG高速解调

红外与激光工程 2024年第4期53卷 233-242页

作者：梁磊张宇宁杜尚明童晓玲武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572000

现有的FBG高速解调方法都各有优缺点,其中扫描式光谱分析系统通用性好、成本较低,在速度和精度上的表现较为均衡。针对扫描激光器型光纤布拉格光栅波长解调仪在实际应用中调谐次数多、扫描耗时久等问题,设计了一种变步长扫描策略,使用... 详细信息

现有的FBG高速解调方法都各有优缺点,其中扫描式光谱分析系统通用性好、成本较低,在速度和精度上的表现较为均衡。针对扫描激光器型光纤布拉格光栅波长解调仪在实际应用中调谐次数多、扫描耗时久等问题,设计了一种变步长扫描策略,使用较少的波长调谐次数实现光谱局部峰值的检出。实验表明,在通道内只有单个光栅的情况下,使用变步长扫描策略需要扫描的点数降低了至少90%,扫描耗时减少了90%,解调速度提高至10倍。在上位机对传输的局部光谱数据进行高斯拟合解调,并对变步长扫描策略进行信噪比仿真实验测试,仿真证明变步长扫描策略适用于信噪比高于9.23 dB的情况且对后续解调的精度和平均误差几乎没有影响,具有一定的应用价值。

关键词：光纤光栅高速解调可调谐激光器波长调谐

基于傅里叶级数的光栅波长信号重构及振动位移精准测量

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光子学报 2024年第8期53卷 14-28页

作者：张翠罗睿张寅杰贾思凯甘维兵武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心武汉430070 武汉理工大学信息工程学院武汉430070

为实现光纤光栅传感器在多频率振动位移中的精确测量,研究了一种基于傅里叶级数的光栅波长转换。该方法将光栅波长偏移量按照振动频率分解,依据波长变化量与加速度的关系式得到振动频率分量产生的振动加速度,通过对振动加速度进行二次... 详细信息

为实现光纤光栅传感器在多频率振动位移中的精确测量,研究了一种基于傅里叶级数的光栅波长转换。该方法将光栅波长偏移量按照振动频率分解,依据波长变化量与加速度的关系式得到振动频率分量产生的振动加速度,通过对振动加速度进行二次积分得到振动位移,对振动位移求和,实现整体振动位移的精确测量。实验结果表明,在检测单频率振动位移时,该方法的最大误差率为3.74%,基于振动主频的光栅波长转化方法的最大误差率为-4.60%。在检测双频率振动位移时,该方法的最大误差率为-8.45%,基于振动主频的光栅波长转化方法的最大误差率为-74.25%。因此,该基于傅里叶级数的光栅波长转化方法能够准确分解并重构光栅波长信号,在测量多频率振动位移时精度更高,稳定性更强。

关键词：光纤布拉格光栅振动位移测量波长信号重构傅里叶级数机械振动

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定向绿色广告情景下绿色消费行为演化路径

系统工程理论与实践 2024年第4期44卷 1282-1303页

作者：夏德张云东张逸石武汉理工大学管理学院武汉430070

定向绿色广告如何影响和改变着消费者的绿色消费意愿与行为演化是当下学术界和企业界密切关注的科学问题.本文借鉴经典的SEIR传染病模型,对不同特征的绿色消费群体在定向绿色广告持续浸润下的绿色消费行为的产生和演进过程展开研究.首... 详细信息

定向绿色广告如何影响和改变着消费者的绿色消费意愿与行为演化是当下学术界和企业界密切关注的科学问题.本文借鉴经典的SEIR传染病模型,对不同特征的绿色消费群体在定向绿色广告持续浸润下的绿色消费行为的产生和演进过程展开研究.首先基于消费群体的绿色消费特征进行分类,并据此构建定向绿色广告浸润下绿色消费意愿及行为演化的传播动力学模型(以下简称PR2GN模型);然后探讨零平衡点和非零平衡点的存在性以及平衡点处的稳定性;最后基于模型特征,通过数值仿真实验发掘影响转化演变效率的路径和策略.结果表明:1)PR2GN模型基本再生数小于等于1时,存在唯一零平衡点,零平衡点处绿色消费意愿和行为无法转化扩散;2)PR2GN模型基本再生数大于1时,存在唯一非零平衡点,非零平衡点处绿色消费意愿和行为将长期存续和转化;3)PR2GN模型在零平衡点和非零平衡点处均局部渐进稳定;4)为了促进绿色消费意愿和行为的转化扩散,定向绿色广告信息控制策略旨在促进潜在需求者P^(C)向绿色意愿者RC以及两类绿色意愿者(深R_(1)^(C)、浅R_(2)^(C))向绿色购买者GC的转化,并抑制不同阶段和状态的消费者向非绿色消费者N^(C)的转化;5)为显著增加绿色消费者G^(C)的比例,提高绿色消费意愿和行为的转化效率,在四个向绿色购买者G^(C)转化的通道中,应优先考虑抑制绿色购买者G^(C)向非绿色消费者N^(C)的转化,其次提高非绿色消费者NC向绿色购买者G^(C)的转化来实现.研究结论丰富了定向绿色广告传播的内涵,厘清了消费意愿与行为转化演变的关键路径,明确了定向广告的策略选择及其优先方向,为定向广告理论与实践提供有益参考.

关键词：定向绿色广告绿色消费行为 PR2GN模型演化路径

基于CEEMD-MPE-IMPROVED WTD的爆炸振动信号噪声抑制方法

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振动与冲击 2024年第1期43卷 184-192页

作者：童晓玲曾斐宇江轲梁磊武汉理工大学机电工程学院武汉430070

光纤分布式声传感(distributed acoustic sensing,DAS)系统因其灵敏度高、抗电磁干扰和分布式远距离传感的特点,广泛应用于微震监测和震源定位等领域。通过DAS系统采集爆炸产生的振动信号,并利用信号的到时信息进行爆源定位。但由于爆... 详细信息

光纤分布式声传感(distributed acoustic sensing,DAS)系统因其灵敏度高、抗电磁干扰和分布式远距离传感的特点,广泛应用于微震监测和震源定位等领域。通过DAS系统采集爆炸产生的振动信号,并利用信号的到时信息进行爆源定位。但由于爆炸试验现场的噪声干扰,信号和噪声混叠,到时算法求得的到时信息误差较大,影响定位精度,因此需要对信号进行去噪处理。鉴于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法处理爆炸振动信号时有效信息的严重损失,提出了一种基于互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)、多尺度互变熵(multiscale permutation entropy,MPE)和改进的小波阈值去噪(wavelet threshold denoising,WTD)的融合降噪方法,对DAS系统采集的信号进行去噪。它与EEMD-MPE、CEEMD-MPE和CEEMD-MPE-WTD方法进行了比较。试验结果表明,该方法可以将信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)提高到25.95 dB,明显高于其他方法。用去噪后的信号来定位信号源,误差在5米以内。而且该方法可以有效地去除环境噪声和仪器的高频噪声,同时保留了爆炸振动信号的主导频率能量。结果表明,该方法适用于爆炸振动信号的去噪。

关键词：隧道爆破振动信号去噪处理

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暴雨内涝下城市路网抗涝韧性评估

交通运输系统工程与信息 2024年第5期24卷 226-236页

作者：金溪穆延武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

极端降雨给城市路网的正常运行带来了极大挑战,为了评估在应对极端降雨时路网的抗涝韧性,本文采用场景模拟方法分析暴雨内涝灾害对路网的影响;以道路水深是否超过水深阈值为标准,判断道路的连通性,构建以节点强度和不同水深下道路速度... 详细信息

极端降雨给城市路网的正常运行带来了极大挑战,为了评估在应对极端降雨时路网的抗涝韧性,本文采用场景模拟方法分析暴雨内涝灾害对路网的影响;以道路水深是否超过水深阈值为标准,判断道路的连通性,构建以节点强度和不同水深下道路速度的衰减函数为计算指标的综合评价框架;基于降雨—积水过程下道路系统的性能变化曲线和4R特征理论,分析4种暴雨重现期下路网的抗涝韧性;提出通过改造易涝交通枢纽提高路网抗涝韧性的提升策略。结果表明:降雨对路网服务性能的影响要大于对路网结构性能的影响,路网的抗涝韧性随着降雨重现期的增大而减小,道路的淹没程度与道路等级和降雨强度两个方面有关;易涝交通枢纽对路网抗涝韧性有较大影响,降雨重现期越小,影响越大。在实施提升策略后,可以显著提升路网的鲁棒性和快速性,增强路网的抗涝韧性。

关键词：城市交通抗涝韧性洪涝模拟道路网络城市内涝

基于轨迹修正的曲面抛光机器人终端滑模导纳控制

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计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 593-600页

作者：陈满意朱义虎韩天勇朱自文武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对传统抛光机器人力控制算法在位置内环控制上稳定性差的问题,同时为减小力/位控制算法相互切换导致的抛光轨迹误差,提出一种基于轨迹修正的终端滑模导纳控制方法。在抛光过程中,将力传感器反馈的参数与期望力的差值作用于导纳模型产... 详细信息

针对传统抛光机器人力控制算法在位置内环控制上稳定性差的问题,同时为减小力/位控制算法相互切换导致的抛光轨迹误差,提出一种基于轨迹修正的终端滑模导纳控制方法。在抛光过程中,将力传感器反馈的参数与期望力的差值作用于导纳模型产生位置修正量,设计了终端滑模控制模型作为位置内环控制环节,并通过实时反馈位置修正量进行轨迹跟踪。通过实际轨迹信息修正规划轨迹来减小抛光力误差,达到高精度抛光的效果。仿真实验表明,终端滑模导纳控制效果良好,在对轨迹进行修正后抛光力误差相对于修正前有明显改善。利用该模型抛光后表明,轮廓算数平均偏差达到0.035μm,抛光质量得到明显提高。

关键词：轨迹修正终端滑模控制导纳控制多轴刀位点高精度

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船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 21-31,74页

作者：李晨严新平刘佳仑黄亚敏李诗杰武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器... 详细信息

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

关键词：水路运输船舶远程驾驶人机协同共享转向控制模型预测控制权重调节

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多尺度水上船舶目标视觉检测

哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 103-113页

作者：黄靖汤宁文元桥郭玉滨朱立夫肖长诗武汉理工大学计算机与人工智能学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

水上交通场景环境复杂,通过普通光学摄像设备获取的水面图像,面临着视觉目标清晰度低、尺度多样化等问题,使得可见光视觉信号里中、小尺度目标检测相对困难。为服务于各类智慧海事应用,提出了一个旨在提高复杂水域背景下多尺度水上船舶... 详细信息

水上交通场景环境复杂,通过普通光学摄像设备获取的水面图像,面临着视觉目标清晰度低、尺度多样化等问题,使得可见光视觉信号里中、小尺度目标检测相对困难。为服务于各类智慧海事应用,提出了一个旨在提高复杂水域背景下多尺度水上船舶目标检测性能的算法(multi-scale ship object detection,MS-SOD)。该算法基于当前计算机视觉技术中主流的单阶段目标检测模型框架,在其主干网络中嵌入卷积注意力模块,来优化船舶特征提取能力;在多尺度特征融合网络中引入富含细节信息的浅层特征,并使用跨阶段局部残差结构,来优化多尺度船舶特征的融合机制;同时,使用焦点损失函数,来优化模型的学习过程;并设计自适应锚框聚类算法优化先验锚框,以提高多尺度船舶目标检测能力。为验证提出算法的有效性和实效性,在构建较大规模水上船舶目标数据集的基础上,开展了广泛实验验证。结果表明:提出的算法在测试数据集上的检测准确度超过了各主流的对比方法;特别是对于大、中、小各尺度船舶目标的检测精度,相对于主流的YOLOv4算法,提出的算法分别提升了11.3%、6.0%和10.5%。

关键词：多尺度船舶目标检测深度学习注意力机制特征融合