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基于深度强化学习的交通信号控制

控制理论与应用 2025年第1期42卷 76-86页

作者：乔志敏柯良军太原工业学院自动化系山西太原030008 西安交通大学自动化科学与工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049

当前广泛应用的基于车流动力学建模的交通信号优化模型精确度较高,但迁移能力稍弱,针对该问题,本文提出了一种基于深度强化学习的单智能体交通信号控制方法.该方法首次在考虑交叉口有行人穿越干扰的情况下定义了动作空间,从3个不同的角... 详细信息

当前广泛应用的基于车流动力学建模的交通信号优化模型精确度较高,但迁移能力稍弱,针对该问题,本文提出了一种基于深度强化学习的单智能体交通信号控制方法.该方法首次在考虑交叉口有行人穿越干扰的情况下定义了动作空间,从3个不同的角度定义了3种奖励函数,并提出了一种累积延迟近似方法.在算法方面,提出了一种基于动态权重的SoftActor-Critic算法,该算法可以动态调整Actor网络和Critic网络的更新幅度,显著地提高了传统SoftActor-Critic算法的收敛效率和收敛性能.仿真结果表明,本文提出的模型和算法在降低车辆延迟时间、减少车辆停车次数以及减少车辆队列长度等交通性能指标方面是有效的.

关键词：交通信号强化学习动态权重延迟时间

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基于轻量化YOLOv8模型的苹果快速识别

计算机系统应用 2025年第1期34卷 200-210页

作者：聂忠强朱明中国科学技术大学信息科学技术学院自动化系合肥230026

针对自然果园环境下苹果果实的识别,本文提出了一种改进YOLOv8n模型的轻量化苹果检测算法.首先,通过使用DSConv和FEM特征提取模块的组合来替换主干网络中的部分常规卷积进行轻量化改进,缩减卷积过程中的浮点数和计算量;为了在轻量化过... 详细信息

针对自然果园环境下苹果果实的识别,本文提出了一种改进YOLOv8n模型的轻量化苹果检测算法.首先,通过使用DSConv和FEM特征提取模块的组合来替换主干网络中的部分常规卷积进行轻量化改进,缩减卷积过程中的浮点数和计算量;为了在轻量化过程中保持性能,在特征处理的过程中,引入结构化状态空间模型构建CBAMamba模块,使用Mamba结构高效处理特征;此后将检测头处的卷积替换为RepConv,并减小卷积层;最后,更改边界框损失函数为动态非单调聚焦机制WIoU,提高模型收敛速度,进一步提升模型检测性能.实验表明,在公开数据集上,本文提出的YOLOv8改进算法比原始YOLOv8n算法分别提升1.6%的mAP@0.5和1.2%的mAP@0.5:0.95,与此同时提升了8.0%的FPS并降低了13.3%的模型参数量,轻量化的设计使之在机器人和嵌入式系统部署领域具有较强的实用性.

关键词：苹果识别目标检测 YOLOv8 Mamba

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移动机器人分段式安全自重构组合控制

控制与决策 2025年第3期40卷 996-1004页

作者：郑志江涛王健翔于忠良王大涛重庆大学自动化学院重庆市测绘科学技术研究院

自重构是促进移动机器人能力升级和涌现的重要手段,但是,面向工程开放场景存在定位基准与感知特性差异、环境障碍威胁、感知范围约束以及嵌套运动饱和等应用性挑战.基于组合任务分解和不同基准感知特性,提出惯性系定位下远距集结和载体... 详细信息

自重构是促进移动机器人能力升级和涌现的重要手段,但是,面向工程开放场景存在定位基准与感知特性差异、环境障碍威胁、感知范围约束以及嵌套运动饱和等应用性挑战.基于组合任务分解和不同基准感知特性,提出惯性系定位下远距集结和载体系感知下近距对接的分段式通用控制框架:在远距范围,设计分层安全约束机制和自适应抗饱和策略,实现移动机器人在障碍环境中的平滑、安全集结;在近距阶段,引入基于安全视线的轨迹修正策略和复合非线性收敛控制形式,确保移动机器人在视线范围内快速、平稳地完成与待对接目标的锁紧组合.最后,通过物理实验验证所提出方案的有效性和可行性,方法通用成果也为无人系统充电、水下运载器回收等工程对接场景提供了新的解决思路.

关键词：移动机器人自重构分段控制自适应抗饱和分层安全约束自适应轨迹修正复合非线性反馈

临近空间无人飞行器能源系统故障诊断研究综述

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控制与决策 2025年第3期40卷 721-735页

作者：金海浪张志成王一晶左志强天津大学电气自动化与信息工程学院清华大学自动化系天津市智能无人集群技术与系统重点实验室

能源系统的安全性和可靠性是临近空间无人飞行器实现长航时驻空飞行任务的首要前提.鉴于此,首先对临近空间无人飞行器能源系统实验平台及其运行原理进行介绍,分析能源系统中容易发生的典型故障;然后阐述能源系统故障诊断研究进展,总结... 详细信息

能源系统的安全性和可靠性是临近空间无人飞行器实现长航时驻空飞行任务的首要前提.鉴于此,首先对临近空间无人飞行器能源系统实验平台及其运行原理进行介绍,分析能源系统中容易发生的典型故障;然后阐述能源系统故障诊断研究进展,总结已有方法的有效性及不足之处;最后考虑临近空间无人飞行器能源系统的实际需求,探讨未来有待研究的问题和方向.

关键词：临近空间无人飞行器能源系统故障诊断

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一种用于景象匹配导航的新型图像配准算法

工程科学学报 2025年第3期47卷 496-503页

作者：杨鸿睿朱启举曹培贤顾浩赵东东西安现代控制技术研究所西安710065 中国科学院自动化研究所北京100083 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710065

高精度定位与导航技术是实现无人机自主飞行的核心要素之一,当在卫星拒止条件下,卫星导航无法进行准确定位时,景象匹配视觉导航技术因其设备结构的简洁性和被动式定位的高精度而备受关注,当它与惯性系统结合时,能够构建出一个高度自主... 详细信息

高精度定位与导航技术是实现无人机自主飞行的核心要素之一,当在卫星拒止条件下,卫星导航无法进行准确定位时,景象匹配视觉导航技术因其设备结构的简洁性和被动式定位的高精度而备受关注,当它与惯性系统结合时,能够构建出一个高度自主且精确的导航系统.在景象匹配系统中,最为关键的步骤是将实时拍摄到的图像与预先装载的基准图进行精确配准.然而,这一过程面临着无人机高速飞行和基准图多源性的双重挑战,这要求图像配准在确保精度的同时,还必须具备快速响应和强鲁棒性.为了克服这些难题,本文提出了一种名为Dimensionality reduction second-order oriented gradient histogram(DSOG)的描述子,该描述子通过描述图像定向梯度信息的像素特征,有效地实现了图像特征的提取.DSOG描述子采用区域特征的特征提取策略,实现对不同传感器采集到的图像数据进行精准匹配,满足飞行器在全天候的条件下实现高精度导航的需求.在此基础上,还设计了一种优化后的相似度度量匹配模板,该模板在频域上对传统的基于快速傅里叶变换的特征表示快速相似度度量算法进行了优化,减少了匹配过程中的冗余计算.本文提出的匹配框架经过对不同类型多模态图像的广泛评估,实验数据包括可见光-可见光、可见光-合成孔径雷达、可见光-高光谱等异源图像对,同时,将提出的算法于目前主流的图像配准算法进行了对比,结果显示,与当前主流方法相比,在保持匹配精度的前提下,显著提升了计算效率,同时相比于深度学习算法,本文提出的算法无需经过大量的数据训练即可得到实际使用所需的泛化性.具体来说,本文提出的算法在多模态图像的平均匹配时间仅为1.015 s,不仅满足了无人机景象匹配导航对实时性和鲁棒性的要求,而且为无人机的广泛应用提供了强有力的技术支持.

关键词：卫星拒止景象匹配导航图像配准无人机图像区域特征

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面向合成语音检测的弹性正交权重修正连续学习算法

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计算机研究与发展 2025年第2期62卷 336-345页

作者：张晓辉易江燕陶建华周俊佐中国科学院自动化研究所北京100190 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044 清华大学自动化系北京100084

目前,深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而,通常情况下,深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率,但在跨数据集的情境下,其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力,通常需要对其进行微调,... 详细信息

目前,深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而,通常情况下,深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率,但在跨数据集的情境下,其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力,通常需要对其进行微调,但这会导致模型遭受灾难性遗忘.灾难性遗忘指的是模型在新数据上的训练会损害其从旧数据中获得的知识,导致对旧数据的识别性能下降.目前,克服灾难性遗忘的主要算法之一是连续学习.面向合成语音检测提出了一种连续学习算法——弹性正交权重修正(elastic orthogonal weight modification,EOWM),用于克服灾难性遗忘.该算法通过修正模型在学习新知识时的参数更新方向和更新幅度,以减少对已学知识的损害.具体来说,该算法在模型学习新知识时要求参数的更新方向与旧任务的数据分布正交,并同时限制对旧任务中重要参数的更新幅度.在合成语音检测领域的跨数据集实验中,算法取得了良好的效果.与微调相比,该算法在旧数据集上的等错误率(equal error rate,EER)从7.334%降低至0.821%,相对下降了90%;在新数据集上的等错误率从0.513%降低至0.315%,相对下降了40%.

关键词：合成语音检测连续学习弹性正交权重修正预训练模型深度神经网络

基于改进SuperPoint与线性转换器的可见光红外匹配算法

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北京航空航天大学学报 2025年第1期51卷 340-348页

作者：伍薇鲜勇苏娟张大巧李少朋李冰火箭军工程大学作战保障学院西安710025 火箭军工程大学核工程学院西安710025 清华大学自动化系北京100084

针对可见光和红外图像的异源图像匹配难度大、误匹配率高的问题,提出一种基于改进SuperPoint与线性转换器的深度学习匹配算法。首先在SuperPoint网络结构的基础上,引入特征金字塔的思想构建特征描述分支,基于铰链损失函数进行训练,从而... 详细信息

针对可见光和红外图像的异源图像匹配难度大、误匹配率高的问题,提出一种基于改进SuperPoint与线性转换器的深度学习匹配算法。首先在SuperPoint网络结构的基础上,引入特征金字塔的思想构建特征描述分支,基于铰链损失函数进行训练,从而较好地学习可见光与红外图像多尺度深层次特征,增大图像同名点对描述子的相似度;在特征匹配模块,利用线性转换器对SuperGlue匹配算法进行改进,聚合特征以提高匹配性能。在多个数据集上对所提算法进行实验验证,结果表明,与现有的算法相比,所提算法获得了更好的匹配效果,提高了匹配准确率。

关键词：红外图像可见光图像异源图像匹配特征金字塔线性转换器

多智能体协同研究进展综述:博弈和控制交叉视角

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自动化学报 2025年第03期 489-509页

作者：秦家虎马麒超李曼张聪付维明刘轻尘郑卫新中国科学技术大学自动化系澳大利亚西悉尼大学计算机学院数据与数学科学系

多智能体协同应用广泛,并被列为新一代人工智能基础理论亟待突破的重要内容之一,对其开展研究具有鲜明的科学价值和工程意义.随着人工智能技术的进步,单一控制视角下的多智能体协同已无法满足执行大规模复杂任务的需求,融合博弈与控制... 详细信息

多智能体协同应用广泛,并被列为新一代人工智能基础理论亟待突破的重要内容之一,对其开展研究具有鲜明的科学价值和工程意义.随着人工智能技术的进步,单一控制视角下的多智能体协同已无法满足执行大规模复杂任务的需求,融合博弈与控制的多智能体协同应运而生.在这一框架下,多智能体协同具有更高的灵活性、适应性和扩展性,为多智能体系统的发展带来了更多可能性.本文首先从协同角度入手,回顾了多智能体协同控制与估计领域的进展.接着,围绕博弈与控制的融合,介绍了博弈框架的基本概念,重点讨论了在微分博弈下多智能体协同问题的建模与分析,并简要总结了如何应用强化学习算法求解博弈均衡.文章选取多移动机器人导航和电动汽车充电调度这两个典型的多智能体协同场景,介绍了博弈与控制融合的思想如何用于解决相关领域的难点问题.最后,对博弈与控制融合框架下的多智能体协同进行了总结和展望.

关键词：多智能体系统协同控制博弈优化应用

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面向自动语音识别系统的对抗样本生成方法

计算机科学与探索 2025年第1期19卷 253-263页

作者：于振华苏玉璠叶鸥丛旭亚西安科技大学计算机科学与技术学院西安710054

通过对系统进行对抗攻击可以检测系统漏洞,进而提高系统鲁棒性。然而,对抗攻击前往往需要系统的参数信息,这使得攻击条件受限。为此,结合一种新的量子粒子群优化算法,提出一种黑盒有目标对抗攻击方法。该方法通过在原始样本中添加微小噪... 详细信息

通过对系统进行对抗攻击可以检测系统漏洞,进而提高系统鲁棒性。然而,对抗攻击前往往需要系统的参数信息,这使得攻击条件受限。为此,结合一种新的量子粒子群优化算法,提出一种黑盒有目标对抗攻击方法。该方法通过在原始样本中添加微小噪声,构造差异化粒子群,作为初始对抗样本种群;基于记忆搜索的领域重分布策略得到当前种群的全局最优粒子,从而生成初始对抗样本;融入扩维和自适应权重位置更新,使得种群更接近目标;根据对抗样本与目标语句的编辑距离,继续优化初始对抗样本,生成最终对抗样本。为了验证方法的攻击效果,在GoogleSpeech、LibriSpeech以及CommonVoice数据集上,对语音识别模型DeepSpeech进行实验,将目标语句设置为不同场景中的常见语音指令。实验结果表明,提出的方法在三个数据集上成功率都优于对比方法,其中在Common Voice数据集上的成功率比对比方法提升了10个百分点。同时,召集志愿者对生成的对抗样本噪声强度进行主观评估,其中82.4%的对抗样本被志愿者判断为没有噪声或噪声很小。

关键词：对抗攻击语音识别黑盒攻击样本生成量子粒子群算法梯度评估方法