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负载横移扰动下人体步态频率变化特性

西安交通大学学报 2024年第3期58卷 162-171页

作者：刘艺格刘凯唐必伟罗晶庞牧野武汉理工大学自动化学院武汉430070

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制,从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略,提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性,给出不同行走频率对人和负载位移的影响,提出人... 详细信息

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制,从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略,提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性,给出不同行走频率对人和负载位移的影响,提出人体通过调节行走频率适应负载横移扰动影响的假设;搭建负载横向动态干扰人体行走实验平台,获得实验对象无负重行走以及负载横向扰动下的肌肉协同特征及腿部激励频率,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明:负载横移扰动下人体行走是一个适应性调整并最后进入动态稳定的过程。其中,在负重情况下的人体上肢躯干摆动幅度比无负重情况下摆动增幅大60%,人体通过调整行走频率以及相关肌群肌肉协同策略来减少负载横向动态干扰带来的上肢躯干摆动影响。在负重情况下,不同行走速度的步态频率均趋向于人-负载耦合系统的固有频率,设定常速频率与固有频率相同,慢速下行走到达稳态时腿部激励频率上升4.30%,快速下腿部激励频率下降2.71%,负重下的行走控制策略与无负重下的行走控制策略相比发生了改变,以适应负载横移扰动带来的影响。

关键词：负载横移适应性调整人-负载耦合负重行走

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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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

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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

面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构及应用

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汽车工程 2024年第8期46卷 1335-1345,1356页

作者：张佳楠胡钊政孟杰胡华桦左洁武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430000 武汉理工大学重庆研究院重庆401120

为解决车路图协同仿真环境下的单机式测试平台效率低下、系统可扩展性不足的问题,本文提出了一种面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构,并将该平台命名为VIMS(vehicle-infrastructure-map system)。VIMS平台以CARLA作为虚拟仿... 详细信息

为解决车路图协同仿真环境下的单机式测试平台效率低下、系统可扩展性不足的问题,本文提出了一种面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构,并将该平台命名为VIMS(vehicle-infrastructure-map system)。VIMS平台以CARLA作为虚拟仿真引擎,通过引入真实高精地图,接入驾驶模拟器、信号机等硬件在环设备,形成了虚实结合的交通场景;考虑功能的交互作用,VIMS平台分为主世界、智能车、智能路侧和高精地图4个模块,采用ROS分布式架构实现模块内部的相对独立和模块间的互联互通;考虑到平台的计算可靠性与可用性,采用分布式计算实现4个模块间的独立计算。通过车道保持和车路图协同定位算法为例进行应用验证,通过平台实现了数据采集、传输和算法的验证测试与评价,结果表明,本文所提出的平台可以实现车、路、图协作的实时仿真,保证模块的有机运行,系统架构可扩展性高。

关键词：车路协同高精地图虚实结合仿真自动驾驶

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考虑能耗节约的集装箱码头装卸设备集成调度

计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2608-2620页

作者：张煜唐可心徐亚军计三有武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学港口物流技术与装备教育部工程研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学韶关研究院广东韶关512100

针对自动化集装箱码头中岸桥与人工智能运输机器人(ART)的集成调度问题,依据作业阶段将设备能耗划分成多个表现形式,构建以最小化岸桥和ART的总能耗为目标的整数规划模型。为提高求解质量,提出一种具有重组变异和随机扰动的自适应粒子... 详细信息

针对自动化集装箱码头中岸桥与人工智能运输机器人(ART)的集成调度问题,依据作业阶段将设备能耗划分成多个表现形式,构建以最小化岸桥和ART的总能耗为目标的整数规划模型。为提高求解质量,提出一种具有重组变异和随机扰动的自适应粒子群算法。根据不同时期的搜索需求,对惯性权重实行自适应调整;并引入随机粒子增强个体的交互能力,结合迭代进程对最优粒子实施不定维更新,为其摆脱局部困境提供更多机会。最后,以天津港北疆C段自动化集装箱码头为研究背景设计了不同规模算例,将改进算法与GUROBI求解器以及其他算法进行比较,验证了模型和算法的有效性。结果表明,随着岸桥和ART的配置数量逐渐增加,作业进程加快,码头总能耗分别呈现降低和先降后升的趋势;此外,相比于传统的调度模型,所提方法能够在较短的完工时间里节约更多的作业能耗。

关键词：集成调度改进粒子群优化算法自动化集装箱码头最小化能耗

基于新定义的二型模糊偏好关系及其在多准则决策中的应用

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控制与决策 2024年第10期39卷 3469-3478页

作者：徐婷婷秦晋栋武汉理工大学管理学院武汉430070 武汉理工大学数据科学与智能决策研究中心武汉430070

二型模糊集本质上是将模糊集中的隶属度扩展为一型模糊集而产生的集合,是处理复杂不确定环境下决策分析问题的有效工具.首先,系统性回顾所提出的新的二型模糊集的数学表述定义,并进一步展示其在不同论域条件下的几何解释;其次,针对二型... 详细信息

二型模糊集本质上是将模糊集中的隶属度扩展为一型模糊集而产生的集合,是处理复杂不确定环境下决策分析问题的有效工具.首先,系统性回顾所提出的新的二型模糊集的数学表述定义,并进一步展示其在不同论域条件下的几何解释;其次,针对二型模糊偏好关系在处理复杂决策情景下的多准则决策问题时所具有的显著优势,开展针对二型模糊偏好关系及其在多准则决策中的应用基础研究,并基于新的数学表述方法分别给出二型模糊偏好关系的定义和决策解释,同时定义了加型和积型一致性二型模糊偏好关系的条件;然后,根据模糊偏好关系理论构建并分析二型模糊偏好关系的相关方法和性质来说明二型模糊偏好关系以及所提出的新的二型模糊集的数学表述定义的科学性和合理性;最后,通过旅游产品选择案例与对比分析验证所提出的新定义下的基于二型模糊偏好关系的多准则决策方法的有效性和可行性.

关键词：二型模糊集二型模糊偏好关系决策解释旅游产品选择

求解分布式两阶段混合流水车间调度的反馈人工蜂群算法

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控制理论与应用 2024年第6期41卷 1137-1146页

作者：王移民雷德明武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

针对考虑工厂适用性和附加资源的分布式两阶段混合流水车间调度问题(DTHFSP),本文提出了一种反馈人工蜂群算法(FABC),以最小化最大完成时间和总延迟时间,该算法利用一种新型反馈机制动态调整搜索策略集.为此,本文共设计了5种特点各异的... 详细信息

针对考虑工厂适用性和附加资源的分布式两阶段混合流水车间调度问题(DTHFSP),本文提出了一种反馈人工蜂群算法(FABC),以最小化最大完成时间和总延迟时间,该算法利用一种新型反馈机制动态调整搜索策略集.为此,本文共设计了5种特点各异的搜索策略,将其用于初始策略集和备选策略集,同时,建立并调整雇佣蜂群和跟随蜂群的共享策略集,雇佣蜂阶段和跟随蜂阶段在种群划分的基础上采用随机选择和自适应选择方式确定搜索策略,在侦查蜂阶段完成后,对搜索策略集进行动态调整.文章进行了大量的计算实验,计算结果表明,FABC策略合理有效,且它对所求解的DTHFSP具有较强的搜索优势.

关键词：工厂适用性附加资源分布式两阶段混合流水车间调度反馈人工蜂群算法

城市主干路交通隔离栏设置对驾驶人规避效应的影响

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第5期54卷 1251-1259页

作者：陈莹杜志刚秦小琳武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063

为探究城市主干路交通隔离栏的设置对驾驶人规避效应的影响,利用无人机采集了3处设置了交通隔离栏与2处未设置交通隔离栏的主干路的车辆行驶数据、行车环境与交通量,根据车道与交通隔离栏横向距离对车道进行了分类,明确了交通隔离栏影... 详细信息

为探究城市主干路交通隔离栏的设置对驾驶人规避效应的影响,利用无人机采集了3处设置了交通隔离栏与2处未设置交通隔离栏的主干路的车辆行驶数据、行车环境与交通量,根据车道与交通隔离栏横向距离对车道进行了分类,明确了交通隔离栏影响下的驾驶行为特性与规避效应形成机制.研究结果表明,不同车道内的轨迹偏移量存在着显著差异性,目标车道偏移中心相对频率峰值大于零,其他车道则在-0.1~0.1 m范围内波动.车道区域对轨迹偏移的影响最大,其次为相邻车道交通量、速度、标线与交通隔离栏的组合类型.交通隔离栏的设置会造成驾驶人的规避效应,减少了左偏与对向来车的冲突,从而规范了行车轨迹,控制了行车速度,在出口和入口分别减速约5.1%和19.3%.但不良的设施与标线的组合形式易引起规避效应过量而致使轨迹向右偏移过大(大于0.85 m)而侵占其他车道,增加行车风险.当交通隔离栏底座与车道边线间距大于15 cm(单边)时,规避效应所带来的影响处于最佳水平.

关键词：交通安全城市主干路交通隔离栏轨迹偏移规避效应驾驶特性