摘要:同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)技术在无人化装备上有着广泛的应用,可实现室内或室外自主的定位建图任务。该文首先对视觉和激光SLAM基本框架进行介绍,详细阐述前端里程计、后端优化、回环检测以及地图构建这四个模块的作用以及所采用的算法;在这之后梳理归纳视觉/激光 SLAM发展历程中的经典算法并分析其优缺点以及在此之后优秀的改进方案;此外,列举当前SLAM技术在生活中的典型应用场景,展示在自动驾驶、无人化装备等领域的重要作用;最后讨论SLAM系统当前的发展趋势和研究进展,以及在未来应用中需要考虑的挑战和问题,包括多类型传感器融合、与深度学习技术的融合以及跨学科合作的关键作用。通过对 SLAM技术的全面分析和讨论,为进一步推动 SLAM技术的发展和应用提供深刻的理论指导和实践参考。
摘要:为研究碳纤维(CF)对纳米偏高岭土再生混凝土(NRAC)力学性能的影响,以纳米偏高岭土(NMK)掺量、CF掺量、再生粗骨料(RA)取代率、CF长度作为影响因素进行正交试验,研究CF对NRAC抗压强度、抗拉强度以及拉压比的影响,结合压汞法及扫描电镜法对再生混凝土(RAC)孔隙结构及微观形貌进行分析,得出其改善机理。结果表明:RA取代率和NMK掺量对抗压强度影响效果显著,CF掺量对抗拉及拉压比影响效果显著;在优先考虑RAC抗压强度、抗拉强度以及拉压比的情况下,最优配比分别为: A3B4C1D2 、 A1B3C1D3 、 A1B3C4D3 ;CF的掺入增加RAC 的孔隙率,但由于NMK的存在,孔隙率只呈现少量增加。此外CF的分隔及阻裂效应细化RAC的孔隙结构;CF通过桥接,起到承载作用的同时,使得裂缝扩展路径更为复杂,不易产生贯穿裂缝。并且NMK的填充及火山灰效应可增强纤维-砂浆界面过渡区的粘结强度,进一步发挥CF的增强作用,由此提高RAC的强度及延性。
摘要:智能电能表提供用户的用电量数据,可以反应用户的用电特征,从而为家庭用户特征识别提供基础。为实现家庭用户特征识别,该文研究基于智能电能表用电数据的家庭用户特征识别分析方法,设计一种适合于智能电能表用电时间序列数据的一维卷积神经网络模型,以智能电能表采集的用户用电数据(一维数据序列)为输入,在网络的前两个卷积层之后去掉池化层以实现早期特征的保存,实现对家庭用户特征的准确分类。为证明本文提出方法的有效性,该文在公开数据集上进行实验,实验表明,该文的方法在多个家庭用户特征分类上获得 55%-78% 的准确率。
摘要:随着人脸识别技术的发展,人脸活体检测作为人脸识别系统的安全保障变得更加重要。但当前主流的人脸活体检测模型仅针对特定的检测场景及欺诈攻击方式,面对未知攻击的鲁棒性和泛化能力较差。为此,该文提出一种改进的 Swin Transformer模型,即CDCSwin-T(central diferenceconvolution Swin Transformer)模型。该模型以Swin Transformer为主干,利用其滑动窗口注意力机制提取人脸全局信息,同时引人中心差分卷积(central differenceconvolution,CDC)模块提取人脸局部信息,加强主干模型捕获真假人脸差异的能力,从而增强其面对未知攻击的鲁棒性;另外在主干模型中引入瓶颈注意力模块,引导模型关注人脸关键信息,加速模型训练;最终将主干模型不同阶段的多尺度信息进行自适应融合,进一步提升该文模型的泛化能力。CDCSwin-T模型在OULU-NPU数据集4个协议上的平均分类错误率(ACER)分别为 0.2% , 1.1% 二 (1.1±0.6)% ! (2.8±1.4)% ,在CASIA-MFSD和REPLAY-ATTACK数据集跨库测试上的半错误率(HTER)分别为 14.1% 22.9% ,均优于当前的主流模型,表明其面对未知攻击的鲁棒性和泛化能力均有所提升。
摘要:钢丝绳断丝严重影响机械设备的运行安全,现有的自身漏磁检测技术具有不需要励磁的优点,但存在环境干扰磁场的影响。提出基于磁场梯度和能量法的钢丝绳断丝检测方法,并研发断丝检测的弱磁试验系统。试验结果表明,在钢丝绳断丝处,磁场梯度 BTxz 和 BIyz 曲线出现波谷和波峰的拐点, BTzz 曲线出现波峰峰值。在断丝3根,6根,9根,12根,17根,22根,25根和30根时,通过磁场梯度曲线突变判断的断丝位置与实际断丝位置相比,最大误差为 5.36% ,最小误差为 2.26% ,平均误差为 3.57% ,误差的标准差为 1.22% 。通过磁场梯度评估的断丝位置与实际断丝位置一致。随着断丝根数增加,磁场梯度曲线的波谷深度、波峰高度、波谷及波峰的宽度增加。钢丝绳断丝位置的磁场梯度的能量随断丝数增加而增加,证明基于磁场梯度和能量的检测方法可行有效。
摘要:目前车牌检测技术快速发展,但在复杂场景下有效检测出车牌数据仍是研究的难点。针对这一问题提出基于改进 YOLOv7(you only look once v7)的复杂场景下车牌检测方法。首先,提出一种轻量化自注意力主干特征提取网络,对YOLOv7的主干网络进行替换。此外,用全维动态卷积替换特征融合网络中的普通卷积,同时嵌入CA(coordinate attention)注意力模块,增强模型特征融合能力。在此基础上对原算法中损失函数进行替换,采用更加优秀的损失函数 SIoU(SCYLLA intersection over union),提高检测效率。实验采用 CCPD(Chinese city parkingdataset)数据集,筛选出部分具有挑战性的复杂场景中的车牌图片。实验结果表明:改进后的YOLOv7算法检测速度有大幅提升,帧率从原有的81.9帧/s提升至120帧/s。同时准确率(mAP)达到 95.1% ,提升2.9百分点,权重模型大小为 36.1MB 。可以做到对复杂场景下的车牌进行实时检测,满足轻量化要求,提升了检测速度和精度。
摘要:退化过程中的个体差异是退化建模中的难点之一,也是导致预测不确定性的主要来源。常见的随机漂移模型考虑退化速率的变异性,而将扩散参数视为常数,忽略退化波动中实际存在的个体差异,难以充分描述退化过程中的异质性,进而影响设备的可靠性评估。针对该问题,提出一种基于随机漂移-扩散维纳过程可靠性分析方法,能同时考虑退化速率和退化波动中的异质性,并能根据实际退化数据中的信息选择合适的分布,提升建模通用性和灵活性。针对所提模型的复杂度增加,提出一种基于马尔科夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)方法的模型参数贝叶斯估计算法,能一次性估计出模型参数。通过数据仿真实验验证所提算法的准确性,利用涡扇发动机数据和激光数据比较实验,验证所提模型的有效性。
摘要:为解决传统泄漏定位方法无法应对信号非平稳特性、无法消除工况变化对算法影响的问题,提出一种基于协整和向量误差修正模型的供热管道泄漏定位方法。首先,对各站点压力信号进行平稳性检验,得到变量的单整阶数;然后,通过对信号序列进行协整分析,计算协整系数,构建向量误差修正模型,计算模型预测残差;泄漏检测时提出一种适用于变工况的阈值设定方法,构建动态阈值实现泄漏时间点提取,并基于各站延迟时间实现泄漏点的准确定位。通过实际管网数据进行测试实验,结果表明,所提算法能够同时对多站点压力进行分析,有效抑制工况变化引起的响应,能够准确提取压力突变点对应时间,实际延迟时间与理论延迟时间误差均能控制在0.77s内,泄漏点定位误差能控制在 862m 以内,具有实际应用价值。
摘要:临界流喷嘴具有结构单一、无可拆卸部件、性能稳定、准确度高等优点,广泛应用于气体流量计量,通常作为标准表对其他流量计进行量值传递。近年来微小气体流量计量的需求日益增多,以小喉径临界流喷嘴作为计量标准实现量传可以保证微小气体流量计量的准确度水平,应用微小临界流喷嘴独具优势。但目前微小临界流喷嘴的溯源方法有所欠缺,无法有效保证微小气体流量的量值传递能力。该文提出基于活塞式气体流量标准装置的小喉径临界流喷嘴的校准方法,并对校准结果的不确定度进行分析和验证。选取4支微小临界流喷嘴作为传递标准,基于活塞装置和pVTt装置对其进行校准。校准结果的一致性验证了基于活塞式气体流量标准装置的临界流喷嘴校准方法的可靠性。
摘要:在基于光谱共焦传感器双向对射的非透明平板厚度测量中,共焦传感器光轴与被测平板间垂直度误差对测量结果的精度具有重要影响。现有共焦传感器光轴与被测平板间垂直度误差校准方法中,由于相对倾斜角度和距离的耦合关系,需要缓慢轻微地调整机构使得当前波长逐渐逼近所需波长,再进行光强对比,实验效率低,操作上也具有很大的困难度和复杂性。因此该文提出了一种新型光谱共焦传感器光轴与被测平板间垂直度误差校准方法,可避免这一问题并迅速找到最佳垂直度位置。通过对标准样块的测量结果表明,该方法对不同样品测量误差均在 1μm 以内,且实验效率提高 55% ,对光谱共焦双向对射膜厚测量系统优化具有参考价值。
摘要:研究基于机器视觉检测的焊接双臂协作机器人变质心补偿控制方法,提高其焊接作业追踪精度,保证焊接质量。通过机器视觉检测法采集目标机器人焊接作业图像,结合非局部均值算法去除此类图像内噪声后,分割获得高质量机器视觉检测机器人作业图像;结合此类图像为目标机器人构建基础动力学模型,并以模型为基础,建立其作业中变质心模型;依据变质心模型设计自适应滑模控制器,补偿控制机器人焊接作业中的变质心。结果显示,该方法所获得的机器视觉检测机器人作业图像质量较高,呈现效果较好;补偿控制实验机器人焊接作业中的变质心后,机器人控制误差较小,且控制精度在 97.3% 左右,表明改进方法可实现对移动平台不同方向的精准追踪,保障整体焊接质量。
摘要:依托某实际工程,结合数值仿真和现场试验,研究预应力混凝土槽型梁施工过程中水化热温度场及应力场的变化规律。结果表明:1)自浇筑后,混凝土的温度出现快速升温、快速降温,最后趋于环境温度的变化规律。2)腹板跨中上翼缘为温度最高区域,实测和仿真计算的温度最大值分别为 65.2‰ 和 70.2‰ ,均出现在浇筑后的第 30h 3)各测位处混凝土里表温差均未超过 25‰ 的限值。日降温速率在降温前期超过 2.0qC/d 的限值,考虑为当地昼夜温差较大引起。4)对比实测与仿真结果,各测位中心测点的平均温差在 之间,最高温度出现的时差在 4h 以内,拟合结果较为理想。5)由水化热应力场仿真结果可知,梁体存在温度应力大于同龄期混凝土抗拉强度的区域。综上,该槽型梁存在因温度应力而产生开裂的风险,应在施工过程中设置合理的温控方案,避免上述情况的发生。
摘要:建立金果榄药材的超高效液相色谱(UPLC)指纹图谱,并同时测定古伦宾、巴马汀、药根碱、非洲防已碱、β-蜕皮甾酮、木兰花碱6种成分的含量及浸出物含量,并运用化学模式识别进行分析。采用ProdgyMODS-3色谱柱中 (2.0m×150mm 3μm) ,以乙睛(A) .0.2% 磷酸(B)为流动相进行梯度洗脱;流量 0.4mL/min ;柱温 30qC ;进样量1μL ;检测波长 237nm 及 344nm 。结果表明18批不同来源金果榄的指纹图谱相似度除J15批次指纹图谱相似度为0.739外,其余样品相似度均 ?0.928 ;共标定21个共有峰,并指认了古伦宾、巴马汀、药根碱、非洲防己碱、 β -蜕皮甾酮、木兰花碱6个峰,含量测定结果分别在 10.746~23.113mg/g. 0.067~0.794mg/g. 0.042~0.391mg/g. 0.008~ 0.207mg/g,1.129-3.586mg/g,0.172-0.801mg/g 之间,结合浸出物含量样品大致聚为三类。该方法方法操作简便、稳定可靠,可为金果榄药材质量综合评价提供参考。
摘要:拐枣富含多酚,该文研究了拐枣甲醇提取物的活性成分和益生功能,为拐枣甲醇提取物的开发利用提供参考。利用气相色谱/质谱(GC/MS)和高效液相色谱(HPLC)技术结合体外发酵模型,对拐枣甲醇提取物的活性成分及肠道菌群调节作用进行分析测试。结果表明,在拐枣甲醇提取物中检测到7-羟基-4-甲氧基甲基香豆素、(4-溴-2-氯苯氧基)乙酸、胸苷、西伯利亚远志糖A6等主要化学组分;定量检测到可增强拐枣甲醇提取物抗氧化能力的没食子酸、阿魏酸、香草酸、儿茶素等酚类物质。拐枣甲醇提取物可促进肠道益生菌的增殖,提高肠道菌群代谢物短链脂肪酸(SCFAs)的含量。综上,拐枣甲醇提取物具有多种活性成分,对肠道菌群有调节作用,研究结果有望挖掘其在肠道健康和产品开发领域的应用潜力。
摘要:列车轮轨接触力的连续、实时与准确测量是实现车辆运行安全性,平稳性与舒适性监测及评估的重要手段。该文基于有限元方法,建立轮轨接触模型,分析得到轮辐应变与轮轨接触力的数学关系。基于应变片惠斯通电桥与蓝牙无线通讯技术,设计并开发轮轨力无线遥测系统,该系统包括下位机硬件与软件、上位机数据采集分析软件。通过汽车轮毂应变测量与碰撞台车轮辐应变测量轮轨力验证该遥测系统的可行性与准确性。对比目前普遍使用的测力轮对方法,不需要加工专门的轮对,可实现轮轨力的原位测量,具有成本低、实施方便等优点。
摘要:针对传统微波辐射计集成度低、射频前端功能固化、可编程性局限在数字后端的问题,基于软件定义无线电(Software Defined Radio,SDR)技术设计并实现一款射频前端及数字处理后端均可编程的软件定义辐射计。可编程射频前端核心采用零中频架构的 SDR平台,实现频段、带宽、增益等可配置。数字处理后端采用嵌入ARM的FPGA,对微波辐射信号进行实时FFT频谱处理和功率谱积分,支持对射频干扰的识别和剔除。该型辐射计覆盖L、S、C波段,积分时间 500~1000ms 内可调,在L波段经实验测试得到系统灵敏度为 0.13K 。就国内而言,该软件定义辐射计率先实现了射频前端可编程,支持动态调节工作波段和参数,达成了突破。
摘要:在建模过程中,受限于测量环境和精度,转子结构设定参数与实际值存在较大差异,导致基于模型的理论计算与测量值不相符。为解决此问题,提出一种结合实验模态与差分进化算法相结合的模型修正方法。首先进行模态频率对转子材料参数的灵敏度分析,建立基于模态频率和模态振型置信度的目标函数。运用差分进化算法修正模型的质量矩阵和刚度矩阵,进而根据实验模态频率和阻尼比确定瑞利阻尼矩阵。为验证方法的适用性,对滑动轴承转子实验台的有限元模型进行修正。修正后的模型与初始模型相比,计算的模态频率误差小于 0.02% ,修正模型计算的模态振型与实验值的模态置信区间均在0.9以上。为验证方法的准确性,对修正后的模型进行频响函数和不平衡响应仿真,仿真结果与实验结果的误差均不超过 2.5% 。该方法有效提高转子系统模型的精确性,为动力学分析和工程应用提供一定的实际参考。
摘要:滑模控制(SMC)存在的抖振现象会影响车身高度调节过程中阻尼动态匹配精度,从而影响车辆平顺性。首先,揭示消抖的关键在于SMC切换项,其需具备连续性与自适应性。采用连续的饱和函数作为切换项,通过合理的边界层设置能减弱抖振,但其边界层内为线性控制,自适应性和鲁棒性不足。进而,设计一种结合径向基神经网络(RBF)的滑模控制算法(SMC-RBF),以RBF作为 SMC 切换项。利用RBF 非线性映射特性保证切换项的连续性,运用其权值在线更新特性,通过闭环负反馈机制适配时变系统,输出光顺的可调阻尼力曲线,从而提高阻尼动态匹配精度。最后,从算法消抖有效性、时滞与动态因素对实际应用的影响以及整车控制效果角度出发,分别设计1/4车仿真、1/4车测试平台及整车仿真试验。结果表明:与 SMC和 SMC-Fuzzy相比,SMC-RBF具备更优的消抖效果,且在不恶化操稳性条件下,能更有效提升平顺性。
摘要:智能电网的发展认识到短期电力净负荷预测对综合能源系统(integrated energy system,IES)的重要性。净负荷预测代表用电负荷与安装的可再生能源之间的差异,是能量管理和优化调度的基础。为解决IES 波动性大,传统统计模型预测精较差的问题,该文提出一种基于时空图卷积网络(spatial temporal graph convolutional networks,STGCN)和Transformer相结合的综合能源系统短期负荷预测模型。首先,利用STGCN作为输入嵌入层对多元输入序列进行编码,填补 Transformer中没有充分考虑相关信息的空白。然后,利用 Transformer 中的自注意机制捕获序列数据的时间依赖性。最后,利用前馈神经网络输出预测负荷值。以浙江省某地区电力数据集为例,与其他4种预测模型相比较平均绝对百分比误差均在 5% 以内,结果表明该文模型具有较高的预测精度和稳定性。
摘要:大数据和物联网技术的发展为滚动轴承数据监测提供保障,但其采集的大多是正常状态数据,可利用的各类故障数据较少。由此产生的正常与故障样本极不均衡的情况将影响滚动轴承故障诊断准确率。针对此问题,提出一种不均衡下分类器评价辅助生成对抗网络(classfier evaluation-assisted generative adversarial networks,CEAGAN)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先通过短时傅里叶变换提取一维信号的时频特征;其次,在生成对抗网络中构建辅助分类模块,约束生成样本的类别;然后,通过辅助分类器与判别器共同对生成样本评分,使生成器生成指定类别样本;最后,生成样本与原始不均衡样本混合构成新均衡数据集,并通过构建的卷积神经网络训练与测试,验证所提方法的有效性。实验结果表明,在凯斯西储大学轴承公开数据集与风力发电机齿轮箱工程实测数据下,所提方法对数据进行扩充后,对比不均衡情形诊断准确率分别提升 15.20% 与 13.93% ,证明CEAGAN对不均衡样本进行数据增强后能够有效提高故障诊断准确率。
摘要:针对自动驾驶纵向控制算法在实车应用中存在的动态不平稳性问题,以某城市公交车为试验平台,设计以期望加速度为切换逻辑的逻辑切换控制策略。利用实验法标定车辆逆动力学模型,获得以车辆速度和期望加速度为输入条件的期望油门开度和期望制动压力值;通过实车阶跃响应试验建立基于PID控制调参范围和整定经验的模糊PID控制算法;提出一种基于实车调参的模糊PID纵向控制算法,利用AUTOBOX和Simulink构架快速还原测试系统植入到车辆中进行实车闭环测试试验。结果表明:在期望车速阶跃变化工况和期望车速斜坡变化工况下,最大实车纵向速度误差分别为 0.66% 和 0.88% ,验证算法的有效性和控制精度。基于实车调参的模糊PID纵向控制算法,在期望速度发生动态变化时可进行PID参数自适应调节,控制系统响应迅速、准确性高,可有效保证纵向控制的动态性能,为车辆自动驾驶系统纵向控制策略开发提供参考方法和实证依据。