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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

基于MobileViT-CA模型的营运车辆驾驶人分心行为检测

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中国公路学报 2024年第1期37卷 194-204页

作者：贺宜鲁曼可高嵩曹博李继朴武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构... 详细信息

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构建包含安全驾驶、使用手机、喝水、整理仪容和与副驾驶交谈5类行为的营运车辆驾驶人分心行为数据集。其次,将注意力机制引入轻量型MobileViT网络,通过选择有效的网络主干MobileViT、注意力模块CA、网络嵌入位置从而设计出最优分类模型MobileViT-CA。研究结果表明:所提出的MobileViT-CA分类模型可以有效提升分类网络的性能,在正常光照条件下的营运车辆驾驶人分心行为数据集和State Farm数据集上分别达到了96.57%和99.89%的准确率,且模型具有体积小、检测精度高的优势,有较高的可靠性和泛化能力。

关键词：交通工程营运车辆分心驾驶行为检测 MobileViT网络注意力机制

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基于多特征聚合的水面遮挡目标检测算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 76-81页

作者：冯辉蒋成鑫徐海祥谢磊武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

针对智能船舶在内河航道航行时经常出现的船舶互相遮挡而影响目标检测精度的问题,提出了一种基于多特征聚合的水面遮挡目标检测算法.首先,在骨干网络设置多尺度感受野特征融合结构,融合被遮挡船舶可视区域与周围环境特征;其次,在骨干网... 详细信息

针对智能船舶在内河航道航行时经常出现的船舶互相遮挡而影响目标检测精度的问题,提出了一种基于多特征聚合的水面遮挡目标检测算法.首先,在骨干网络设置多尺度感受野特征融合结构,融合被遮挡船舶可视区域与周围环境特征;其次,在骨干网络及网络的特征拼接部分添加混合注意力机制,增强网络的长程依赖性,聚合船首和船尾的特征;然后,设计了数据重采样策略,在训练过程中根据船舶类别的数量自适应地调整样本采样频率,缓解数据集中船舶数量的严重不均匀;最后对算法进行验证。结果表明:算法通过聚合被遮挡船舶可视区域与周围环境等多尺度特征,聚合船首、船尾长程特征,相较于原算法精度提升达到了3.3%,有效提升了视觉遮挡状态下水面目标的检测精度.

关键词：智能船舶遮挡检测多尺度特征融合混合注意力机制数据重采样

电动汽车电池温度一致性与驾驶行为关联特性研究

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中国公路学报 2024年第3期37卷 216-230页

作者：张晖李少鹏丁乃侃武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通信息与安全教育部工程研究中心湖北武汉430063

为实现融合车辆运行状态的电池温度不一致性的精准评估诊断,设计并开展电动汽车自然驾驶试验,利用长周期、精细化的车辆运行数据,从微观运行片段的角度探究了电池温度一致性与驾驶行为的关联特性。通过驾驶人踩/松踏板的驾驶行为将车辆... 详细信息

为实现融合车辆运行状态的电池温度不一致性的精准评估诊断,设计并开展电动汽车自然驾驶试验,利用长周期、精细化的车辆运行数据,从微观运行片段的角度探究了电池温度一致性与驾驶行为的关联特性。通过驾驶人踩/松踏板的驾驶行为将车辆运行过程划分为A、B、C、D四类微观片段。分别针对4类片段,通过计算最大信息系数(Maximum Information Coefficient, MIC)得到了各驾驶行为参数与探针温度变异系数(Variation Coefficient of Probe Temperature, VCPT)的相关性,利用随机森林模型分析了驾驶行为参数对VCPT的重要性及影响机理,利用数据分组统计计算了驾驶行为参数对VCPT的量化影响效应。研究结果表明:驾驶行为参数与电池温度一致性具有弱相关性,且其对电池温度一致性的影响是非线性且非单调的;总体上车速类参数与电池温度一致性的相关性强于加速度和踏板类参数;对VCPT回归预测最重要的4项驾驶行为参数中,4类片段下均包含最大车速,B、C、D三类片段下均包含最大负向加速度;相比于高车速和高车速波动,高减速度驾驶行为引起的温度不一致性增幅是最显著的,4类片段下VCPT促进效应最显著的驾驶行为参数分别是最大负向加速度、平均负向加速度、最大负向加速度、车速标准差,其参数值85%分位点以上对应的VCPT均值比15%分位点以下的分别大9.44%、20.36%、13.05%、16.37%。研究结果可以支撑基于驾驶场景自适应阈值的电池温度不一致性评估诊断方法的提出,进而提高电动汽车电池安全预警准确率。

关键词：汽车工程电池安全最大信息系数电池温度一致性电动汽车驾驶行为

基于代理模型技术的江海直达船体结构可靠性优化设计

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船舶力学 2024年第4期28卷 551-560页

作者：康煜晗裴志勇吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 绿色智能江海直达船舶湖北省工程研究中心武汉430063

为提高船体结构可靠性优化设计这类多参数、高维度、高非线性优化问题的效率,弥补传统船体结构确定性优化设计对影响结构安全不确定性因素考虑的欠缺,本文以一艘江海直达船为研究对象,采用BP(Back Propagation)神经网络代理模型技术,结... 详细信息

为提高船体结构可靠性优化设计这类多参数、高维度、高非线性优化问题的效率,弥补传统船体结构确定性优化设计对影响结构安全不确定性因素考虑的欠缺,本文以一艘江海直达船为研究对象,采用BP(Back Propagation)神经网络代理模型技术,结合SMOTE(Synthetic Minority Oversampling Technique)过采样算法增加极限状态失效面附近样本点数量,实现以较少的样本点获得较高精度的船体舱段结构极限状态代理模型,进而利用蒙特卡洛抽样模拟方法编制船体结构可靠度计算程序,在结构可靠性分析的基础上以降低船体舱段结构重量为目标,采用模拟退火优化算法开展船体结构可靠性优化设计。本文建立了一套完整有效的、基于代理模型技术的船体结构可靠性优化设计系统,有效提高了优化设计的效率,对江海直达船体结构可靠性优化设计具有指导意义。

关键词：可靠性优化设计可靠度计算江海直达船代理模型 SMOTE算法蒙特卡洛抽样

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邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

中国舰船研究 2024年第2期19卷 45-52页

作者：姚志强吴卫国林永水武汉理工大学理学院湖北武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心湖北武汉430063

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学(CFD)联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆... 详细信息

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学(CFD)联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。

关键词：典型杆件气动噪声风致振动噪声声类比法声振耦合

基于视觉与WiFi双层特征地图的智能手机室内定位方法

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：胡钊政柳雨婷周哲黄戈孙勋培武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉理工大学重庆研究院

为解决室内环境WiFi定位精度低、视觉定位稳定性差等问题，本文提出了一种融合视觉与WiFi的双层特征地图模型（vision-csi map，V-CSI Map)，并提出基于隐马尔科夫模型（hidden markov model，HMM）的智能手机定位方法。V-CSI地图模型... 详细信息

为解决室内环境WiFi定位精度低、视觉定位稳定性差等问题，本文提出了一种融合视觉与WiFi的双层特征地图模型（vision-csi map，V-CSI Map)，并提出基于隐马尔科夫模型（hidden markov model，HMM）的智能手机定位方法。V-CSI地图模型包括基于栅格的CSI指纹特征，同时也包括以稀疏的安全出口为路标的视觉特征，并通过参考位置关联完成地图构建。本文将基于V-CSI特征地图的定位问题转化为HMM问题。首先完成安全出口标志检测与视觉特征匹配，完成视觉定位，将定位结果对HMM状态进行初始化。接着，利用CSI指纹匹配完成发射概率建模，并利用高斯模型完成基于运动约束的状态转移概率建模。最后，通过前向算法完成HMM最优匹配状态求解，进而完成位置计算。实验中，分别在6000平方米办公楼和3600平方米地下停车场对本文算法与模型进行验证。实验结果表明，两种典型的室内场景下，本文算法平均定位误差约为1.0 m，单次定位时间约150 ms。相比于单一CSI定位，算法的平均定位误差减少56.6%以上。实验结果表明该算法能够提升室内定位的准确性与鲁棒性。

关键词：室内定位智能手机双层特征地图 HMM WiFi定位视觉定位

基于孪生网络的场景编码与智能车多尺度激光定位

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控制理论与应用 2024年

作者：陶倩文胡钊政孙勋培万金杰陈琪莉武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉理工大学重庆研究院

基于激光点云地图的智能车定位方法存在地图数据量大、匹配准确率低等问题,为此提出基于孪生网络的场景编码与智能车多尺度激光定位方法.首先构建了基于场景编码的激光极化地图,该地图以节点形式表征,每个节点均包含点云极化图、点云场... 详细信息

基于激光点云地图的智能车定位方法存在地图数据量大、匹配准确率低等问题,为此提出基于孪生网络的场景编码与智能车多尺度激光定位方法.首先构建了基于场景编码的激光极化地图,该地图以节点形式表征,每个节点均包含点云极化图、点云场景编码以及全局位姿.然后提出了基于激光极化地图的智能车多尺度定位方法,包括基于GPS与运动模型的粗定位,基于直方图滤波的节点级定位,和基于快速的GICP算法的度量级定位.最后使用现场采集的校园道路数据集和公共KITTI数据集对所提出的算法进行测试验证.实验结果表明,基于所构建地图的节点级定位准确率分别为99.6%和96.9%,平均定位误差分别为0.34m和0.21m,且对不同类型的激光雷达传感器和不同的环境具有较强的鲁棒性.

关键词：智能车激光定位地图匹配孪生网络