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基于点云处理的仿人机器人楼梯障碍物识别与剔除方法

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工程科学学报 2025年第2期47卷 339-350页

作者：于乃功谢秋生李洪政北京工业大学信息科学技术学院北京市计算智能与智能系统重点实验室教育部数字社区工程研究中心

环境感知对于仿人机器人自主导航和运动规划具有重要研究意义，是实现仿人机器人在复杂环境中进行自主移动进而完成特定任务的基础.在特殊的楼梯场景中仿人机器人环境感知过程面临诸多挑战，楼梯障碍物会破坏阶梯平面特征，导致仿人机... 详细信息

环境感知对于仿人机器人自主导航和运动规划具有重要研究意义，是实现仿人机器人在复杂环境中进行自主移动进而完成特定任务的基础.在特殊的楼梯场景中仿人机器人环境感知过程面临诸多挑战，楼梯障碍物会破坏阶梯平面特征，导致仿人机器人获取不准确的楼梯参数而出现踏空、摔跤等问题.本文结合区域生长和平面构造方法识别和剔除楼梯障碍物点云，基于剔除障碍物后的楼梯进行三维参数估计.首先利用相邻点的投影之和最小原理准确完成对楼梯水平面的提取；其次根据区域生长算法判定楼梯障碍物聚类情况，构造平面并分析平面内点数以完成对障碍物点云的快速识别与剔除工作；最后对有障碍物楼梯与剔除障碍物楼梯进行楼梯三维感知实验.实验结果表明，本文剔除楼梯障碍物的平均精度为92.43%，且剔除后的楼梯参数感知误差仅为有障碍物时的0.5倍.总体表明所提算法能提高机器人在复杂楼梯环境中的楼梯参数估计精度，能够有效提高仿人机器人在复杂楼梯环境下的感知能力.

关键词：仿人机器人复杂环境感知楼梯区域生长参数估计

基于系统动力学的政策成效与预见仿真方法探析——以人口生育政策为例

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现代情报 2025年第1期45卷 5-17,32页

作者：沈钰李英群刘嘉龙刘江峰宋宁远裴雷张晶南京大学信息管理学院江苏南京210023 南京大学数据智能与交叉创新实验室江苏南京210023 南京大学数据管理创新研究中心江苏苏州215163 中国移动研究院北京100053

[目的/意义]系统动力学的仿真模拟能够全面捕捉政策影响下的复杂社会系统动态性,准确模拟政策干预随时间推移的累积影响,评估政策的实施效果,对于推动政策工具科学高效地制定和使用,以及提高政策效能都有着极其重要的作用。[方法/过程]... 详细信息

[目的/意义]系统动力学的仿真模拟能够全面捕捉政策影响下的复杂社会系统动态性,准确模拟政策干预随时间推移的累积影响,评估政策的实施效果,对于推动政策工具科学高效地制定和使用,以及提高政策效能都有着极其重要的作用。[方法/过程]以人口生育政策实施为样例,基于生育率等关键性影响因素与教育经济等环境影响参数,借助Vensim PLE构建一套系统动力学仿真模型,动态演示人口—政策—经济子系统间的交互,设计执行3项差异化政策干预情景,深入模拟预测不同政策导向下的人口变迁路径与演化趋势。[结果/结论]研究发现,生育政策的放宽在促进人口增长的同时,有效缓解老龄化趋势。但政策影响日渐式微,亟需结构化变革与调整。

关键词：系统动力学仿真政策成效人口生育政策

基于改进YOLOv5的红花目标检测算法研究

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农机化研究 2025年第1期47卷 26-32,66页

作者：陈金荣许燕周建平王小荣新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 新疆大学工程训练中心乌鲁木齐830047 新疆维吾尔自治区农牧机器人及智能装备工程研究中心乌鲁木齐830047

为实现农业非结构环境下采摘机器人对红花的准确识别,提出了一种基于改进YOLOv5的红花目标检测算法。将CBAM注意力机制嵌入到YOLOv5网络,提高了小尺寸目标物在高层次特征中的表现力;建立一种Alpha-IoU目标位置损失函数对原损失函数GIOU... 详细信息

为实现农业非结构环境下采摘机器人对红花的准确识别,提出了一种基于改进YOLOv5的红花目标检测算法。将CBAM注意力机制嵌入到YOLOv5网络,提高了小尺寸目标物在高层次特征中的表现力;建立一种Alpha-IoU目标位置损失函数对原损失函数GIOU存在的梯度消失问题进行改进,提高了被遮挡红花的预测率,并通过在目标检测网络中增加分割检测模块,提高宽和高小于最低像素的小目标物检测精度,利用图像扩增数据集对改进后的YOLOv5算法进行训练,再分别与改进前后YOLOv5网络和Faster R-CNN网络在不同红花品种、不同自然光照情况、不同天气条件和不同遮挡情况下进行对比。试验结果表明:改进后的YOLOv5算法P值、R值分别为90.45%和0.90,对非结构环境下盛开期的未采摘红花mAP值达到94.48%,在不同影响因素下都可以准确识别出红花且置信度较高,可为红花采摘机器人自动化作业中的红花识别提供技术支持。

关键词：红花目标检测改进YOLOv5 数据增强非结构环境

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基于模拟多曝光融合的低照度全景图像增强

光学精密工程 2021年第2期29卷 349-362页

作者：王殿伟邢质斌韩鹏飞刘颖姜静任新成西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121 西湖大学工学院人工智能研究与创新中心浙江杭州310024 延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000

针对低照度全景图像存在的对比度低、视觉效果差等问题,提出了一种基于模拟多曝光融合的低照度全景图像增强算法。首先,将原图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,以图像信息熵作为度量估计最佳曝光率,采用亮度映射函数对V分量进行增强处... 详细信息

针对低照度全景图像存在的对比度低、视觉效果差等问题,提出了一种基于模拟多曝光融合的低照度全景图像增强算法。首先,将原图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,以图像信息熵作为度量估计最佳曝光率,采用亮度映射函数对V分量进行增强处理,再将其转回RGB颜色空间得到过曝光图像;接着,以低照度图像和过曝光图像为输入,采用曝光插值法合成中等曝光图像;然后,采用多尺度融合策略将低照度图像、中等曝光图像和过曝光图像进行融合,得到融合后的图像;最后,通过多尺度细节增强算法对融合后的图像进行细节增强,得到最终的增强图像。通过与NPE,LIME,SRIE,Li,Ying,RtinexNet算法相比,在不同场景的全景图像上,亮度顺序误差(LOE)最小为322,自然图像质量评估器(NIQE)最小为2.32,无参考空间域图像质量评估器最小为5.71,结构相似度(SSIM)最高达到0.82,综合性能优于其他对比算法。实验结果表明,本文算法能够有效地提升低照度全景图像的质量。

关键词：图像增强低照度全景图像多曝光融合曝光插值图像信息熵

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拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

农业机械学报 2022年第2期53卷 421-429页

作者：杨洋查家翼李延凯王韦韦许良元陈黎卿安徽农业大学工学院合肥230036 合肥综合性国家科学中心人工智能研究院(安徽省人工智能实验室) 合肥230036

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结... 详细信息

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明:拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机组无人作业的需求,可为无人农场提供技术支撑。

关键词：拖拉机机组无人作业路径规划路径跟踪协同控制

3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机设计与试验

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农业机械学报 2021年第9期52卷 106-114页

作者：王韦韦谢进杰陈黎卿刘立超权龙哲刘路安徽农业大学工学院合肥230036 合肥综合性国家科学中心人工智能研究院合肥230036

针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差,且窄行距下机具行走稳定性差等问题,结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求,设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机,该机主要由自适应仿形履带... 详细信息

针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差,且窄行距下机具行走稳定性差等问题,结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求,设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机,该机主要由自适应仿形履带差速驱动底盘、Y形双喷头脉冲式喷雾装置、喷药监控系统组成,能够满足600 mm以下的窄行距玉米冠层中部叶片喷施作业的空间要求。为了提高作业效率和喷雾效果,以喷射角、药液嘴位置、喷施距离为试验因素,雾滴体积中径D_(50)为喷雾系统性能评价指标,开展二次旋转正交组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差和响应面分析,建立试验因素与指标之间的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响变化规律,得到喷管最优组合参数:喷射角为60°、药液嘴在喷管上的位置为610 mm、喷施距离为2.37 m。田间试验结果表明,随着作业速度的提升有效防控区域显著降低,当作业速度在0.6~1.1 m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽为6~8 m;当作业速度大于1.3 m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽不足4 m。

关键词：喷雾机夏玉米履带底盘脉冲式雾滴体积中径

基于贝塞尔曲线的动态识别区农机避障路径实时规划

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农业工程学报 2022年第6期38卷 34-43页

作者：杨洋温兴马强龙张刚程尚坤齐健陈志桢陈黎卿安徽农业大学工学院合肥230036 合肥综合性国家科学中心人工智能研究院合肥230036

为解决农机田间作业避障路径实时规划问题,该研究提出一种在动态识别区内利用三阶贝塞尔曲线实时规划农机避障路径算法。首先构建农机作业行走动态识别区,在动态识别区内利用激光雷达感知障碍物。然后利用障碍物信息计算避障路径控制点... 详细信息

为解决农机田间作业避障路径实时规划问题,该研究提出一种在动态识别区内利用三阶贝塞尔曲线实时规划农机避障路径算法。首先构建农机作业行走动态识别区,在动态识别区内利用激光雷达感知障碍物。然后利用障碍物信息计算避障路径控制点选取范围,生成满足农机最小转弯半径等多约束条件下的路径簇,同时以曲率最小为目标从路径簇中选取最优避障路径。最后进行避障路径实时规划试验。试验结果表明,本文算法规划的避障路径最大曲率和平均曲率分别为0.126和0.054 m^(-1);路径跟踪过程中产生的最大横向误差和平均横向误差分别为0.12和0.057 m;拖拉机到障碍物外轮廓的距离大于0.375 m。和现有算法比较,本文算法规划的避障路径最大曲率和平均曲率分别减少25.9%和42.6%,路径跟踪过程中产生的最大横向误差和平均横向误差分别减少36.8%和28.8%。研究结果可为拖拉机无人驾驶作业提供技术支撑。

关键词：农业机械避障路径规划动态识别区三阶贝塞尔曲线

基于PSM-DID方法的地方数字经济政策实施成效评估

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现代情报 2025年第1期45卷 33-45页

作者：李亚菲何文芊刘晓宇裴雷陈烨彭星南京大学信息管理学院江苏南京210023 南京大学数据智能与交叉创新实验室江苏南京210023 湖南省工业互联网发展研究中心湖南长沙410000 中国移动研究院北京100053

[目的/意义]数字经济政策已成为政府促进经济发展的重要政策工具,实证分析我国地方数字经济政策的实施成效,有助于推动地方经济实现高质量发展。[方法/过程]本文利用2010—2021年中国337个地级及以上城市的面板数据,采用PSM-DID方法检... 详细信息

[目的/意义]数字经济政策已成为政府促进经济发展的重要政策工具,实证分析我国地方数字经济政策的实施成效,有助于推动地方经济实现高质量发展。[方法/过程]本文利用2010—2021年中国337个地级及以上城市的面板数据,采用PSM-DID方法检验了地方数字经济政策对地区经济发展的影响。[结果/结论]地方数字经济政策能够显著促进地区经济增长,但其促进作用存在两年时滞;人口规模较大或行政等级较高的城市数字经济政策实施成效更显著;中西部地区数字经济政策对地区经济发展的促进作用超过了东部地区。

关键词：数字经济政策政策评估双重差分法倾向得分匹配地区经济增长

基于特征约束CycleGAN的单幅图像去雾算法研究

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激光与光电子学进展 2021年第14期58卷 264-270页

作者：王殿伟李顺利韩鹏飞刘颖姜静任新成西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121 西湖大学工学院人工智能研究与创新中心浙江杭州310024 延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000

针对雾天场景下成像设备采集的图像降质严重的问题,提出一种基于特征约束循环生成对抗网络(CycleGAN)的单幅图像去雾算法。首先,通过循环生成对抗网络学习雾天图像与清晰图像之间的映射关系,经由判别器判断重建图像是否符合真实样本图... 详细信息

针对雾天场景下成像设备采集的图像降质严重的问题,提出一种基于特征约束循环生成对抗网络(CycleGAN)的单幅图像去雾算法。首先,通过循环生成对抗网络学习雾天图像与清晰图像之间的映射关系,经由判别器判断重建图像是否符合真实样本图像的数据分布;然后,针对网络模型损失函数部分,构建基于循环一致损失和Haze损失的联合函数。在Haze损失函数中引入图像频率信息作为约束项,并结合预训练的VGG-16模型提取图像高维特征的内容损失,从而提高网络的去雾性能,解决了CycleGAN模型去雾不足和图像信息丢失的问题;最后,将峰值信噪比和结构相似性作为评价标准,对输入的雾天图像和输出的去雾增强图像进行定量分析。实验结果表明,提出的算法能有效地降低雾对成像质量的影响,进而获得更好的主观视觉评价和客观量化评价。

关键词：数字图像处理图像去雾 CycleGAN Haze损失特征约束