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基于深度学习的三维点云分类与分割方法研究

基于深度学习的三维点云分类与分割方法研究

作者：郑雄伟东莞理工学院

学位级别：硕士

三维采集技术的飞速发展不仅简化了三维点云数据的获取过程,也推动了点云在自动驾驶、工业生产和城市规划等众多领域的应用。在三维数据分析和处理的研究领域,点云的形状分类与语义分割占据了核心地位。如今,深度学习在三维点云分类和... 详细信息

三维采集技术的飞速发展不仅简化了三维点云数据的获取过程,也推动了点云在自动驾驶、工业生产和城市规划等众多领域的应用。在三维数据分析和处理的研究领域,点云的形状分类与语义分割占据了核心地位。如今,深度学习在三维点云分类和分割方面的应用已成为研究热点。尽管目前已有众多针对三维点云分类与分割提出的深度学习模型,但这些方法仍面临诸多挑战。一方面,大多数现有方法未能有效结合局部特征与区域间关系,导致空间几何信息的部分丢失;另一方面,由于未能在高维特征空间中识别和强化关键特征通道,这会导致模型无法关注最有价值的特征。本文针对这些问题进行了深入探讨,主要研究内容如下:(1)为解决已有算法中局部特征与区域间关系结合不足的问题,本文设计了一种由局部特征提取模块和跨区域关系学习模块所组成的点云分类与分割网络。局部特征提取模块通过最远点采样、球查询分组和特征聚合三个步骤,高效地提取点云数据的层次化特征。跨区域关系学习模块则采用动态区域划分构建局部区域,然后利用自注意力计算的方式来建模区域间的关系。实验结果表明,跨区域关系学习模块有效地增强了模型区域间关系的理解,本文提出的算法在Model Net40数据集上的分类总体准确率为93.0%、平均类别准确率为90.3%,在Shape Net Part数据集的平均交并比为85.4%。(2)针对现有算法难以有效提取关键的高级语义信息与无法关注点云数据中的关键特征的问题,本文提出了一种结合边缘卷积和融合注意力的点云分类与分割模型。首先,模型会使用K近邻算法找到输入点云中每个点的固定数量的最近邻点以确定其局部邻域,计算每一对相邻点之间的边特征,并通过特征变换以及聚合操作将局部空间信息更新至邻域中心节点的特征表示。然后,对邻域特征并行应用空间和通道注意力来增强模型对点云数据关键区域和特征通道的关注。通过动态调整权重,提升了模型识别显著特征的能力并优化了整体性能。实验结果表明,相较于原始动态图卷积神经网络,本文提出的模型在Model Net40数据集上的分类总体准确率和平均类别准确率分别提高了1.1%和1.2%,在Shape Net Part数据集上的平均交并比提高了0.9%。

关键词：深度学习点云分类点云分割跨区域关系注意力机制

基于优化代理模型的精密空调出风温度控制研究

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基于优化代理模型的精密空调出风温度控制研究

作者：周灵川东莞理工学院

学位级别：硕士

精密空调是现代工业和信息技术基础设施的关键组成部分,广泛应用于数据中心、通信基站、医疗设备室、实验室等对温度、湿度和洁净度要求极为严苛的场所,为设备的安全与性能提供了坚实的保障,也提供了稳定的工作环境。其中,出风温度控制... 详细信息

精密空调是现代工业和信息技术基础设施的关键组成部分,广泛应用于数据中心、通信基站、医疗设备室、实验室等对温度、湿度和洁净度要求极为严苛的场所,为设备的安全与性能提供了坚实的保障,也提供了稳定的工作环境。其中,出风温度控制是精密空调中至关重要的环节,其精确性和稳定性直接决定了整个空调系统的性能与工作环境的质量。然而,精密空调的结构复杂且设备间存在相互耦合关系,同时环境因素也呈现动态变化,这些因素共同为精密空调的出风温度精确控制带来了巨大的挑战。鉴于现有出风温度控制方面存在的稳定性和精度不足,本文主要研究工作如下:首先,本研究以水冷型精密空调为研究对象,首先深入剖析了其工作原理,并通过采集样机实验数据,构建了出风温度变化动力学模型。其次,针对精密空调系统的出风温度控制难点,本研究根据模糊控制原理,并在此基础上设计了一种增量型模糊控制器。该控制器通过引入合理的模糊规则和隶属函数,对控制量累增,有效解决了传统精密空调出风控制设计复杂、精度不高和不稳定的局限性。然后,为了显著增强增量型模糊控器在精密空调出风温度控制中的性能,本研究深度融合了粒子群优化算法与准牛顿法的核心优势,构建了一种的准牛顿粒子群优化算法(Quasi-Newton Particle Swarm Optimization,QNPSO),并在此基础上,进一步综合了一种动态调整优化策略,进而提出了基于QNPSO的动态模糊优化控制策略。最后,为了进一步提升控制器对于环境变化或不确定性的适应能力,本研究引入了优化代理模型的思想。通过建立环境与优化参数之间的关系模型。该模型能够根据实时环境数据动态调整控制器参数,使之在各种复杂环境下都能保持最优的控制器参数,维持空调出风温度稳定。为确保出风温度变化动力学模型的精准性,本研究将模型仿真的出风温度数据与实际测量数据进行对比验证,从而为后续控制器的设计奠定了坚实的理论基础。通过仿真实验与传统控制方法的对比分析,表明增量型模糊控制器在减小稳态误差和提高控制精度方面表现出显著优势。此外,本研究进一步进行了优化算法的仿真对比实验,结果表明,基于QNPSO算法优化的增量模糊控制器在精密空调出风温度控制中展现出了最显著的性能提升,包括鲁棒性和精确性的显著改善,而基于QNPSO的动态模糊优化控制策略进一步增强了控制器的适应性。最终,通过基于环境的仿真实验和样机控制实验,验证了基于优化代理模型的增量模糊控制系统对于环境变化有较好的适应性。为现代工业和信息技术基础设施的稳定运行做出了重要贡献。

关键词：精密空调数学建模模糊控制优化算法优化代理模型

机器学习的时变环境下自由空间光通信系统信道建模研究

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激光杂志 2024年第4期45卷 172-176页

作者：周书兴唐露新广州理工学院广州510540 广州理工学院广东省工业机器人集成与应用工程技术研究中心广州510540

在时变环境下,传统模型只去除了部分通信串扰,传输损耗大,为此提出机器学习的时变环境下自由空间光通信系统信道建模方法。采用直方图统计法统计数据集的峰值、选择通信最短路径,遗传算法得到信道最佳参数,机器学习根据最佳参数计算通... 详细信息

在时变环境下,传统模型只去除了部分通信串扰,传输损耗大,为此提出机器学习的时变环境下自由空间光通信系统信道建模方法。采用直方图统计法统计数据集的峰值、选择通信最短路径,遗传算法得到信道最佳参数,机器学习根据最佳参数计算通信阻抗,获得电容和电导值,对权值进行调整去除通信串扰,根据信道规模特性将天线域转换为波束域,搭建时变环境下自由空间光通信信道。仿真实验结果表明,本模型的传输损耗平均达到148 dB,具有较高的应用价值。

关键词：机器学习时变环境自由空间光通信传输损耗

负泊松比热电器件的热-电-力耦合弯曲特征及强度分析

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应用数学和力学 2024年

作者：崔有江刘超陈家鹏王彪王保林东莞理工学院交叉科学研究中心哈尔滨工业大学(深圳)理学院

随着智能可穿戴设备的快速发展，对供电元件的续航时间、便捷性以及轻量化等提出更高要求。热电器件可以直接将人体新陈代谢释放的热能转换为电能，为可穿戴设备持续供电。利用整体-局部、细观-宏观相结合的分析方法，该文研究了负泊松... 详细信息

随着智能可穿戴设备的快速发展，对供电元件的续航时间、便捷性以及轻量化等提出更高要求。热电器件可以直接将人体新陈代谢释放的热能转换为电能，为可穿戴设备持续供电。利用整体-局部、细观-宏观相结合的分析方法，该文研究了负泊松比热电器件的热-电-力耦合弯曲行为及其强度失效问题。首先，通过建立负泊松比热电器件的均质化分析模型，获取器件的宏观弯曲特征，并给出应力最大的截面。然后，建立热电蜂窝的受力分析模型，利用热力学强度理论导出胞壁的细观强度失效临界荷载。研究发现：热电蜂窝的应力水平随着内凹角增大呈现先减小后增加的趋势；对于负泊松比热电蜂窝，强度失效首先发生在中间部位；对于传统的六边形热电蜂窝，端部比中间部位先发生强度破坏；热电器件发生断裂破坏时，中间和端部的临界裂纹长度近似相等，可以拟合为内凹角的指数函数。

关键词：热电器件负泊松比结构强度失效多场耦合

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基于ABB机器人的柔性分拣系统设计

机床与液压 2024年第5期52卷 101-106页

作者：陈东青广州城市理工学院机械工程学院广东广州510800

在瓶体人工分拣成本高、传统机械结构无法满足多瓶体柔性分拣的背景下,采用工业机器人替换传统机构,设计基于ABB机器人的柔性分拣系统,以实现圆柱瓶子表面检测工作站适用于多尺寸类型的柔性生产。通过分析圆柱瓶子尺寸变化与分拣作业位... 详细信息

在瓶体人工分拣成本高、传统机械结构无法满足多瓶体柔性分拣的背景下,采用工业机器人替换传统机构,设计基于ABB机器人的柔性分拣系统,以实现圆柱瓶子表面检测工作站适用于多尺寸类型的柔性生产。通过分析圆柱瓶子尺寸变化与分拣作业位置的公式,以两台ABB工业机器人作为执行机构,采用平移功能实现上料、检测、分拣等动作的柔性调整。以伺服夹爪作为末端执行器实现对不同瓶口直径的夹取。以三菱PLC作为控制中心,触摸屏作为人机交互界面,通过流程设计与程序界面设计,实现系统中各设备的协同控制及各项功能的界面监控。调试结果表明:在基准瓶子示教的基础上,系统可实现适用范围内不同尺寸瓶子的自动分拣作业,且触屏操作便捷,满足柔性生产需求。

关键词：工业机器人柔性分拣协同控制

食品接触用多层复合包装中迁移物质的非靶向筛查和风险评价

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包装工程 2024年第7期45卷 119-129页

作者：金莉莉邹凯黄颖琦钱江山眭洁商贵芹罗世鹏刘桂华常州工业及消费品检验有限公司江苏常州213000 南京海关危险货物与包装检测中心江苏常州213000 江苏理工学院化学化工学院江苏常州213000

目的以食品接触用纸/铝/塑复合包装为研究对象,结合应用非靶向高通量筛查技术和安全风险评价方法,全面研究这类多层复合包装在接触食品过程中的迁移风险。方法采用顶空气相色谱-串联质谱、气相色谱-四极杆飞行时间质谱和液相色谱-四级... 详细信息

目的以食品接触用纸/铝/塑复合包装为研究对象,结合应用非靶向高通量筛查技术和安全风险评价方法,全面研究这类多层复合包装在接触食品过程中的迁移风险。方法采用顶空气相色谱-串联质谱、气相色谱-四极杆飞行时间质谱和液相色谱-四级杆飞行时间质谱全面筛查食品接触用纸/铝/塑复合包装在不同迁移条件下的挥发性、半挥发性和非挥发性迁移物质,基于商业数据库、实验室自建库及行业信息解析物质化学结构及可能来源,利用内标半定量迁移水平,结合国内外食品接触材料法规和安全风险评估方法进行符合性评价及风险评价。结果20批纸/铝/塑复合食品包装在体积分数为4%的乙酸模拟物中未发现迁移风险,在体积分数为95%的乙醇模拟物中共计检出35种物质,可能源于溶剂、抗氧剂、爽滑剂、低聚物、抗氧剂氧化/降解产物等物质。其中,33种物质经法规评估及毒理学评估,显示风险较低;其余2类聚烯烃低聚物因结构难以确定、缺乏毒理学研究建议持续关注毒理学研究进展及国内外法律法规动态。结论通过结合应用非靶向高通量筛查技术和安全风险评估方法研究表明,在通常的使用条件下,纸/铝/塑多层复合包装用于盛装果汁等水性食品时不存在安全风险,但接触高乙醇含量或油脂类食品时建议关注聚烯烃类低聚物的迁移安全性。

关键词：食品接触材料纸/铝/塑多层复合包装迁移非靶向筛查安全风险评价

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卷丹百合黄酮提取物抗氧化活性研究

食品与发酵工业 2024年第15期50卷 163-169页

作者：吴梦思金建宇尚书游阮军李硕芳王劲松李蓉特色花卉生物育种湖北省工程研究中心荆楚理工学院湖北荆门448000 湖北聚瑞生物科技有限公司湖北荆门431900

该实验旨在研究卷丹百合黄酮提取物抗氧化活性。以化学法、秀丽隐杆线虫模型为评价方法,用自由基清除率、抗氧化酶活力及线虫寿命等为指标,探究卷丹百合黄酮化合物的抗氧化能力。结果表明,卷丹百合黄酮提取物在料液比为1:10(g:mL)时,抗... 详细信息

该实验旨在研究卷丹百合黄酮提取物抗氧化活性。以化学法、秀丽隐杆线虫模型为评价方法,用自由基清除率、抗氧化酶活力及线虫寿命等为指标,探究卷丹百合黄酮化合物的抗氧化能力。结果表明,卷丹百合黄酮提取物在料液比为1:10(g:mL)时,抗氧化活性达到最大值,其中DPPH自由基清除率为83.46%,ABTS阳离子自由基清除率为73.26%。卷丹百合黄酮提取物能显著提高线虫体内抗氧化酶活力和谷胱甘肽含量,提高线虫抗氧化能力,起到延长线虫寿命的作用。经过卷丹百合黄酮提取物处理的线虫在氧化应激条件下平均存活时间能达到10 h。卷丹百合黄酮提取物具有良好的抗氧化活性,具备开发食品抗氧化剂或功能食品的潜力。

关键词：卷丹百合黄酮提取物秀丽隐杆线虫抗氧化活性

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甲醛法处理兰炭废水反应条件的优化

北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 183-187页

作者：王亚俐柏旭波孙娟娟榆林学院化学与化工学院榆林719000

利用甲醛将兰炭废水中的酚类物质转化为酚醛树脂,以便资源化利用兰炭废水。通过测定酚醛树脂生成过程中挥发酚、COD、氨氮和油的含量,调控反应时间、温度以及原料比例,确定制备酚醛树脂的最优反应条件。同时,应用X射线晶体衍射(XRD)和... 详细信息

利用甲醛将兰炭废水中的酚类物质转化为酚醛树脂,以便资源化利用兰炭废水。通过测定酚醛树脂生成过程中挥发酚、COD、氨氮和油的含量,调控反应时间、温度以及原料比例,确定制备酚醛树脂的最优反应条件。同时,应用X射线晶体衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征技术对生成的酚醛树脂进行理化分析。研究结果显示,甲醛法处理兰炭废水制备酚醛树脂的最佳条件为反应温度=90℃,反应时间=4 h,甲醛与兰炭废水的体积比=1:40。

关键词：兰炭废水酚醛树脂反应条件优化表征

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硫掺杂石墨烯作为MFC阴极性能和生物毒性检测

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化工进展 2024年第6期43卷 3430-3439页

作者：蓝瑞嵩刘丽华张倩陈博彦洪俊明华侨大学化工学院福建厦门361021 福建省工业废水生化处理工程技术研究中心福建厦门361021 福建省厦门环境监测中心站福建厦门361102 台湾宜兰大学工学院化工与材料工程学系中国台湾宜兰26047

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.... 详细信息

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.3%,这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭(AC)、炭黑(CB)以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明,S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h,输出电压为0.33V,而rGO催化的反应器每个周期可持续24h,输出电压为0.30V;CB催化的反应器每个周期可持续23h,输出电压为0.26V。以苯扎氯铵(BAC)为生物毒性物质,探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能,根据电压与BAC浓度的线性拟合结果,发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性(相关系数为0.996),而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932,表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。

关键词：微生物燃料电池阴极催化剂硫掺杂还原氧化石墨烯毒性检测苯扎氯铵

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