• 2022年第30卷第3期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于ROS机械臂实时控制系统的研究现状和趋势分析

      2022, 30(3):1-7.

      摘要 (10247) HTML (0) PDF 2.92 M (8235) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现机械臂的实时控制,满足工业自动化的需求,针对Linux系统下机械臂实时控制系统展开调研;叙述了当前机械臂实时控制的研究背景和有关于ROS(Robot Operating System)平台下机械臂实时控制系统的国内外发展现状;同时重点指出了Linux系统中进行实时性控制的解决方案以及使用的工具,总结了相关研究中解决实时控制系统的技术;结合机械臂实时控制的技术研究特点和目前存在的不足分析了未来的发展趋势。

    • 诊断策略设计方法综述

      2022, 30(3):8-14.

      摘要 (1915) HTML (0) PDF 1.04 M (1837) 评论 (0) 收藏

      摘要:诊断策略设计是装备测试性工作的重要组成部分,对提高装备的性能监测和故障诊断能力,减少测试和维修资源需求,降低寿命周期费用等方面具有重要的意义;通过对国内外的研究成果及相关文献进行分析和总结,较为系统的介绍了AND/OR图启发式搜索方法和智能优化算法两大类诊断策略设计方法的原理及分类;对多故障条件、测试多值输出和测试不可靠条件等复杂条件下的诊断策略设计方法的研究现状进行了分析和综述;在此基础上,从三个方面探讨了诊断策略设计的未来研究方向。

    • >测试与故障诊断
    • 基于多种图像的电路板故障诊断系统研究

      2022, 30(3):15-18.

      摘要 (1756) HTML (0) PDF 1.43 M (1813) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文论述了基于多种图像的电路板故障诊断的原理及方法,对红外成像技术、可见光图像处理与分析技术、电路板故障诊断技术进行研究,通过利用图像增强技术、图像平滑处理技术、图像的二值化处理技术等,对采集到的电路板图像进行滤波,平滑等预处理;利用差分热图法及序列热图法对电路板及其元器件温度特征变化进行分析和故障判定;采用基于Harris角点检测的方法实现电路板可见光图像和红外热图像的配准,进而实现红外热像检测下的故障定位于可见光图像之上,方便的查找故障发生的位置,直观的查看到故障元器件产生的现象。

    • 基于机器视觉的口岸车道闸机故障远程检测方法

      2022, 30(3):19-24.

      摘要 (1413) HTML (0) PDF 1.64 M (1290) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对口岸车道闸机运行时间的延长,噪声信号会逐渐掩盖真实信号,从而造成信号混合行为的出现,导致口岸车道闸机抬杆机械动作故障检测精度较低的问题,提出基于机器视觉的口岸车道闸机故障远程检测方法。利用CCD传感器,最大化扫描复原口岸车道闸机抬杆机械动作故障信号,并对关键应用镜头设备进行选型处理,完成机器视觉检测的硬件结构设计。输入口岸车道闸机的远程故障图像,按照图像配准原则,得到具体的直方图修正处理结果,拼接与预处理远程故障图像。在此基础上,分析口岸车道闸机抬杆机械动作实际故障特征,通过信号参量非均匀采样的方式,对检测盲源进行分离,再联合故障信号输出信噪比数值,实现口岸车道闸机抬杆机械动作故障远程检测。实验结果表明,基于机器视觉的检测方法的口岸车道闸机抬杆机械动作故障检测准确率可达90.4%,IMF分量值较大,可有效抑制噪声信号对真实信号的覆盖影响,提高口岸车道闸机抬杆机械动作故障检测精度

    • 面向用户可配置的建筑安全监测平台设计

      2022, 30(3):25-31.

      摘要 (1204) HTML (0) PDF 5.93 M (1219) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统人工建筑安全巡检周期长、难度大、响应慢等问题,以及典型的建筑安全监测平台架构不可扩展、配置门槛高等短板,以通用性和可扩展性为设计原则,开发实现了面向用户可配置的建筑安全监测平台。该平台由传感网络、数据中心、数据处理、应用模块和配置管理等五个模块组成,支持用户对新项目、新监测设备的自主配置,支持项目、建筑和传感器的实时接入,满足多样化的安全监测需求。在实验测试中,平台在数据采集、数据传输通讯、传感器配置、预警响应等方面的效率、稳定性、柔性等优于典型架构,危险突变误判率为0,综合准确率为99.97%,具有精准的监测效果,可以提升建筑安全治理效能。

    • 基于卫星影像技术的海岸线水域变化高精度检测系统设计

      2022, 30(3):32-36.

      摘要 (1055) HTML (0) PDF 2.14 M (1184) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前研究的海岸线水域变化检测系统在检测过程中,存在系统检测精度较低,检测稳定性较差,检测时间较长的问题,设计了基于卫星影像技术的海岸线水域变化高精度检测系统。采用STM32C8T6为主控芯片的主控器,进行高效的数据处理和网关通讯,以多光谱传感器为核心检测设备,通过采集光学数据,生成海岸线水域图像。利用XL1509-5.0芯片为核心的外接电源,供给系统电源设备,以OUTPUT作为电源开关的输出引脚,便于主控器对电源进行控制,完成系统硬件设计。采用卫星影像技术,对采集图形进行滤波处理、降噪处理以及图像二值化计算,嵌入Linux操作系统和MySQL数据库,高精度检测采集图像,完成系统软件设计,实现海岸线水域变化高精度检测。实验结果表明,设计的基于卫星影像技术的海岸线水域变化高精度检测系统的检测稳定性较好,能够有效实现海岸线水域变化高精度检测,缩短海岸线水域变化检测时间。

    • 基于软件运行特征的故障检测方法研究

      2022, 30(3):37-42.

      摘要 (1331) HTML (0) PDF 1.06 M (1175) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对软件源代码静态检测时故障报告中误报较多问题,提出一种基于软件运行特征的故障检测方法,通过引入动态分析的方式进行故障检测。首先扩展了动态测试插装库,设计了八种常见故障模式对应的探针函数,然后在程序中搜索故障监控位置并进行故障监控探针的插装,最后在软件执行过程中分析插装消息中的运行特征从而识别故障。实验结果表明该方法能够有效检测程序故障且检测出的故障均为真实存在,弥补了静态分析误报率高的问题。

    • 动力系统的智能化监测与安全保护设计

      2022, 30(3):43-47.

      摘要 (1155) HTML (0) PDF 2.80 M (1266) 评论 (0) 收藏

      摘要:直升机旋翼模型风洞试验是高转速、高风险的动态试验,为保护试验的安全运行,必须实时、准确、可靠地监测试验台关键驱动设备-动力驱动系统及辅助系统的运行状态,并根据运行状态分级采取相应的保护措施。本文以动力系统主控PLC为基础,打通试验台各系统之间的信息孤岛,提出了一种基于历史数据分析的设备运行状态分级评价及风险评估方法,根据实时运行数据判断动力系统运行风险,给出安全操作建议。风洞试验应用效果表明本文构建的旋翼模型试验台动力系统智能监测与安全保护设计数据分析科学,状态监测实时,安全保护可靠。提高了直升机试验的安全可靠性。

    • 基于卷积注意力的输电线路防震锤检测识别

      2022, 30(3):48-53.

      摘要 (1118) HTML (0) PDF 2.33 M (1272) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高单目标多分类(Single Shot MultiBox Detector,SSD)网络模型对输电线防震锤的识别准确率,提出一种融合卷积注意力机制和SSD模型相结合的新方法。该算法采用残差网络ResNet作为骨干网络,引入卷积注意力机制将通道和空间注意力结合,通过压缩提取中间特征和利用权重系数更好地分辨出前景与背景,提高对输电线路中防震锤检测的精度和速度。训练时引入迁移学习策略,克服了模型训练困难问题。实验结果表明,提出的算法不仅提高了检测准确率,计算效率亦得到了提升。与经典SSD算法相比,输电线路的防震锤检测准确率提升了2.5%,检测速度达到了12fps识别效果明显提升,证明了新算法的有效性。

    • 一种融合注意力机制与上下文信息的交通标志检测方法

      2022, 30(3):54-59.

      摘要 (1245) HTML (0) PDF 2.64 M (1236) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前交通标志检测中存在小目标检测精度低、检测实时性不高以及目标漏检等问题,在YOLOv3基础上提出了一种融合了注意力机制与上下文信息的交通标志检测方法。首先通过改进通道注意力机制的压缩方式,对特征图通道重新进行标定;然后引入空间金字塔池化模块SPP;最后增加特征映射并拼接到原特征融合网络中的小目标部分,充分利用上下文信息增强对小目标的检测。实验结果表TT100K(Tsinghua-Tencent 100K)交通标志数据集上,与YOLOv3网络相比,在每秒传输帧数(Frame Per Second,FPS)变化不大的情况下,平均精度均值和小目标的精度均值分别提升3.03%和4.59%。实验结果证明了改进网络在小目标检测和整体检测中的有效性。

    • 基于角锥棱镜的激光干涉位移测量误差分析

      2022, 30(3):60-66.

      摘要 (1143) HTML (0) PDF 1.72 M (1153) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于光线矢量方法和角锥棱镜光学特性,推导角锥棱镜姿态角、直线运动自由度、余弦误差以及阿贝误差对激光干涉位移测量影响的数学表达式,并使用RENISHAW XL80激光干涉仪搭建测量光路,开展相关测量实验。结果表明:姿态角对干涉位移测量的影响通常不超过0.1um;当角锥存在直线自由度误差时,返回测量光束的光斑中心会产生与水平或垂直直线度方向一致的平移,但不会引入几何位移测量误差;推导给出角锥棱镜测量光束的回光偏移量与余弦误差之间的关系,阿贝误差与阿贝臂值和角锥棱镜偏摆角之间的关系。干涉位移测量实验表明,通过修正阿贝误差,可以有效提高位移测量精度。研究结果建立了基于角锥棱镜进行干涉位移测量的误差分析方法,为干涉位移测量的误差补偿提供依据。

    • 卡尔曼滤波结合空间分布模型的ZigBee水质监测方法研究

      2022, 30(3):67-73.

      摘要 (1017) HTML (0) PDF 2.59 M (1141) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决常规水产养殖过程中人工成本高、数据采集误差偏大的问题,并实现及时了解关键参数空间分布情况,达到为水产养殖提供决策信息的目的,设计了基于无线传感器网络的水产养殖水质参数监测系统,该系统采用ZigBee无线通信技术构建传感器网络,主要监测水温、pH值、DO三种水质参数指标,并利用MATLAB平台,将卡尔曼滤波算法与线性内插值法相结合,实现水质参数的优化与空间分布四维模型的构建。通过选取分布空间中不同点的参数数据与实际测量的数据比较,温度、pH值和DO平均相对偏差分别为3.18%、2.89%、1.59%。研究结果表明通过卡尔曼滤波优化与线性内插值法构建空间分布模型,能准确掌握养殖池整体水质参数动态变化的信息,对养殖池的水环境管理有一定的参考价值。

    • 基于组合波工程化测量消除引线互感的接地阻抗测量方法

      2022, 30(3):74-80.

      摘要 (954) HTML (0) PDF 2.15 M (1099) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要: 以正弦波电流为激励信号测量接地网接地阻抗时,由于电压线、电流线之间不可避免的存在平行共线,由此产生的互感耦合会导致接地阻抗测量结果偏高,影响接地网安全性能评估。为解决此问题,提出了一种基于组合波工程化测量消除引线互感的接地阻抗测量方法,用方波电流测量接地阻抗电阻分量,用正弦波测量接地阻抗模值,在测量现场通过改变平行共线距离获得不同互感耦合强度的测量值,解析剔除互感耦合分量后,获得准确的接地阻抗测量值。在110kV变电站现场通过夹角法、反向法测量,并与土壤分层的接地网模型仿真结果对比,组合波工程化测量结果与接地阻抗仿真值误差仅为1%。

    • 广义马尔科夫跳变系统的事件触发异步故障检测滤波

      2022, 30(3):81-87.

      摘要 (880) HTML (0) PDF 1.32 M (1153) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对一类具有事件触发机制的离散时间广义马尔科夫跳变系统,解决了异步故障检测滤波问题。 提出了一种事件触发策略,实现了合理利用网络资源,降低通信负担的目的;考虑了系统模态和滤波器模态之间存在的异步现象,使用两种不同的马尔科夫链来分别表示系统模态和滤波器模态,并在此基础上提出了一种异步故障检测滤波器的设计方法。 通过将异步故障检测滤波器的设计问题与事件触发机制相结合,根据Lyapunov稳定性理论,给出了保证残差误差系统具有正则性、因果性和随机稳定的并且满足 性能的充分条件,通过求解一组特定的线性矩阵不等式,得到了期望的异步故障检测滤波器参数。 最后,通过一个仿真例子说明了所设计的异步故障检测滤波器的设计方法是有效的。

    • 基于激光雷达的猪只体重测量系统开发与研究

      2022, 30(3):88-94.

      摘要 (1042) HTML (0) PDF 1.87 M (1068) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着养殖业规模化的不断发展,自动化养猪已成为目前猪只养殖业的一种趋势。针对传统猪只体重测量过程中出现一系列应激性行为问题,本文开发研究了一款基于激光雷达猪只体重测量系统,该系统通过以激光雷达为核心的硬件设备与软件系统相结合,实现了猪只二维模型建立;在此基础上采用QT3D框架构建视窗,并对视窗进行水平垂直布局并构建猪只三维模型视窗。采用Delaunay三角划分的方式叠加得到猪只体积,利用系统获得体积数据与猪只真实体重构建体积与体重数学模型,拟合精度R2为0.92535。对该模型验证分析得知体重误差在±8%范围内。该系统扫描速度快、建模效果良好、体重计算精确,为猪只非接触式测重和相关领域的点云数据三维建模应用提供了新的技术研究方法。

    • >控制技术
    • 基于大数据聚类的机器人步态控制系统设计

      2022, 30(3):95-99.

      摘要 (1060) HTML (0) PDF 1.70 M (1055) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高机器人关节的运动灵活性,使其具有更快、更稳的步行能力,设计基于大数据聚类的机器人步态控制系统。结合外接主电源与传感器设备,为主处理器元件、舵机控制板提供足量的传输电信号,完成机器人步态控制系统硬件设计。定义关键的关节节点,通过建立适应度函数的方式,实现基于大数据聚类的步态节点安排。分别从支撑腿运动规划、摆动腿运动规划两方面着手,收集大量的步态运动信息,再联合已知函数条件,对机器人关节角度进行求解,完成机器人行进步态的规划与处理,实现基于大数据聚类机器人步态控制系统的应用。实验将所得关节弯曲次数、角度值与理想数值对比可知,本文系统位姿标定情况下关节弯曲次数值大、角度值小,机器人关节的运动灵活性水平高,具有相对稳定的步行运动能力。

    • 面向应急机器人的机械臂无线控制系统设计

      2022, 30(3):100-105.

      摘要 (1095) HTML (0) PDF 1.66 M (1071) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对处理油气场站有毒气体泄漏事故的应急机器人,设计一种基于DSP和AR9331模块的机械臂无线控制系统。该系统用6个舵机配合金属支架搭建机械臂硬件结构,以TMS320F28335 DSP为核心处理器,利用其ePWM模块驱动舵机,同时通过AR9331 WiFi模块和DSP的SCI模块实现DSP与上位机之间的无线通信,由此完成了该无线控制系统的全部搭建。实验过程中,在上位机端通过无线通信模块向DSP发送各种控制指令,对各个舵机进行协调控制,从而控制机械臂进行清理障碍物、启闭阀门等应急处理操作,验证了该无线控制系统的可行性。实验结果表明该机械臂无线控制系统控制精度高、调节速度快、可靠性高。机械臂能够在0.5s内接收并完成指令,舵机角度误差在1°以内,满足应急机器人的操作需求。

    • 舰尾流随高扰动模型对直升机着舰悬停控制的影响研究

      2022, 30(3):106-113.

      摘要 (904) HTML (0) PDF 2.54 M (1043) 评论 (0) 收藏

      摘要:大海况下存在的复杂舰尾流严重影响直升机着舰时的飞行姿态,针对常规舰尾流模型仅适用于研究直升机纵向运动受干扰的问题,本文在美军标 MIL-F-8785C 描述的舰尾流模型基础上,提出增加随高度变化的垂向扰动分量,建立舰尾流随高扰动模型,以便切合实际地反映垂向干扰的作用强度。将该模型引入直升机着舰悬停系统后,针对传统 PID 控制对高度保持和位置控制效果不佳的问题,提出基于前馈补偿的改进 PID 控制,对比仿真结果表明,所提控制方法具有较高的跟踪精度和良好的鲁棒性,能够满足实际舰尾流扰动下的直升机着舰悬停的控制要求。

    • 基于物联网云平台的空调智能控制系统设计

      2022, 30(3):114-119.

      摘要 (1166) HTML (0) PDF 1.65 M (1820) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要:空调耗电量大,管理不当将浪费大量电能,研究并实现空调智能控制系统势在必行。 本文设计了基于物联网云平台的空调智能控制系统,整个系统分为手机APP客户端、机智云平台及基于STM32的智能空调控制终端三大部分。智能空调控制终端模块实时采集周边环境的温湿度数据,经过STM32单片机对数据进行处理,再通过ESP8266WIFI模块发送到手机端,用户也可以在手机APP端改变相关设置,再由手机端发送到云平台,最后由云平台通过WIFI网络发送给ESP8266WIFI模块实现远程控制空调的功能。实验结果表明,利用该系统能实时监控环境温湿度数据,有效地控制空调合理使用,控制成功率达到100%,能营造舒适的生活工作环境又不造成浪费,适用于多种空调品牌,具有较高的实用价值。

    • 基于Expert-PID算法的矿山球磨机物联网控制系统的设计

      2022, 30(3):120-125.

      摘要 (740) HTML (0) PDF 2.02 M (597) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对矿山球磨机采用手动控制呈现出的工人劳动强度大、易受主观因素缺点,或者采用传统PID控制矿浆浓度中出现的稳定性差、波动大、精度低等落后状况,提出设计开发基于Expert-PID算法的矿山球磨机物联网控制系统。文中首先构建了一个五元组的球磨机的模型BallMill=,设计出包含感知层、汇聚层、操作层、应用层等四层物联网测控系统宏观结构,进而介绍了传统PID算法与Expert-PID算法详细内容,重点论述了矿山球磨机Expert-PID算法物联网控制系统的原理结构与专家调控规则。通过企业应用实践与对比实验表明,该系统采用Expert-PID算法比传统的PID算法具备更好的鲁棒性、稳定性与可靠性。

    • 基于STC单片机的智能化病房温控系统设计与实现

      2022, 30(3):126-132.

      摘要 (984) HTML (0) PDF 1.71 M (616) 评论 (0) 收藏

      摘要:该文以搭建具有模块化、智能化、精确化性质的病房温控系统为目标,对部分三甲医院现有温控系统展开了具体研究,对其现有问题展开了分析,提出和设计了一种基于STC单片机的智能化病房温控系统;该系统以PC端系统作为上位机端,单片机硬件系统作为下位机端,STC89C51作为单片机主控板块,温湿度测量使用DHT11传感器,室内CO2浓度采用T6713-5K传感器测量,并通过接口将数据传输至单片机,温湿度及CO2浓度等信息通过LCD1602显示屏展示,同时通过PID算法参数调整,实现室温调节,另外上位机端设置蜂鸣器对超出温湿度及CO2浓度阈值的进行预警;经实验测试该系统实现了病房温湿度的有效控制及病房环境数据的可视化;经实际应用满足了部分医院病房温湿度智能化控制要求,使温湿度维持在20℃-25℃和40%RH-55%RH之间

    • >军事装备测控技术
    • 靶弹突防有源干扰机应用及其STK仿真研究

      2022, 30(3):133-138.

      摘要 (726) HTML (0) PDF 2.01 M (539) 评论 (0) 收藏

      摘要:有源干扰机是靶弹突防系统的重要组成部分,如何应用好干扰机对于试验突防场景构建的成败起到十分关键的作用,有必要深入研究。在对突防有源干扰机工作过程与原理进行归纳总结的基础上,分析了与干扰机应用紧密相关的释放时刻、释放角度和释放速度等靶弹发射诸元,采用了卫星工具包STK对包含1枚靶弹1枚导弹和2个有源干扰机的场景进行了仿真,仿真分析时间在加速模式下可缩减至1分钟以内;利用仿真结果对靶弹发射诸元和干扰机参数的合理性进行了验证,从而为反导试验任务中突防场景构建提供技术支撑,具有良好的实用价值。

    • 基于光幕触发CCD交汇连发弹丸坐标处理方法研究

      2022, 30(3):139-144.

      摘要 (717) HTML (0) PDF 1.83 M (562) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对CCD线阵交汇系统中测试弹丸连发坐标时以最大帧频连续拍摄,数据量过大而导致处理时间过长的问题,提出一种基于基于激光光幕触发的多峰值检测和自适应阈值弹丸检测的快速检测连发弹丸坐标方法。采用90°的“一”字线型半导体激光器配合原向反射屏形成光电探测靶面,光电转换模块将弹丸过靶时引起的光通量变化转换成电信号产生过靶信号,处理数据时先使用多峰值检测算法,根据获得的过靶信号波形计算出所有弹丸的过靶时刻和对应图像位置信息,并将该幅图像和临近两幅图像拼接成一幅组合图像作为该发弹丸的过靶图像,再使用基于自适应阈值的弹丸检测算法对其进行弹丸目标检测得到弹丸坐标。当该图像检测出多个像素坐标时,使用像素坐标剔除算法进行处理得到准确坐标。最后进行了4组对照试验,在得到正确连发坐标的前提下分别统计本文方法与传统方法的处理时间。结果表明与处理所有图像的传统方法相比,本文提出的方法在保证连发弹丸坐标正确率的前提下,提高了处理速度。

    • >测试软件工程
    • 微小型无人机载光电吊舱显控软件的设计与实现

      2022, 30(3):145-150.

      摘要 (1017) HTML (0) PDF 2.51 M (818) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对微小型光电吊舱的特点,使用 Qt框架和C/C++语言设计并实现了某型机载微小型光电吊舱的显示与控制软件;该软件在设计上采用了多线程的方式,分别实现了基于QtSerialPort模块的串口数据收发;基于开源编解码库FFmpeg的视频流接收和解码;基于YOLOv3模型检测算法的目标检测和识别等多项任务;各模块内部独立使用线程,并利用Qt的信号槽机制传递消息,使软件程序层次清晰,可读性强,并有利于后续功能的修改和添加;在地面高性能设备中使用YOLOv3算法做目标识别,在视频延时符合要求时,明显提升了检测速度和识别精度;最后,通过多次实验,验证了该显控软件的可靠性和有效性。

    • >设计与应用
    • 基于人工智能的数字X线机自助检查系统的设计

      2022, 30(3):151-155.

      摘要 (773) HTML (0) PDF 1.70 M (557) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现数字X线机检查的体位识别智能化与摆位自助化,采用自主研发的基于堆叠沙漏网络的体位识别装置、应用动作相关关系模型的体位判断装置和加入语音提示功能的数字X线机“自助检查”装置,解决了如今影像摄片体位精准度不高、影像科技术人员数量不足、传统摄片耗时较长等问题。经多次实验结果表明,系统将原本人均将近6分钟的摄影时间缩短到大约三分半,将甲级片出片率的不足40%提升到将近80%,进而将误诊率减少30%,同时能够有效地减少医患接触,减低院内感染的风险,系统实现了缩短摄片时间、提高摄影质量、降低院内感染的目标。

    • 基于深度卷积神经网络的点云三维目标识别方法研究

      2022, 30(3):156-160.

      摘要 (883) HTML (0) PDF 1.46 M (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高对三维点云目标的识别精确度,提出一种基于深度卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的点云目标识别模型。针对已有的深度卷积点云目标识别网络无法有效提取点云局部拓扑特征的问题,采用迭代最远点采样(Iterative Farthest Point Sampling, FPS)结合方向卷积编码方式来捕获局部形状特征。并引入空间变换网络(Spatial Transform Network, STN)使点云数据能够自适应进行空间变换和对齐,以解决点云数据旋转性会造成目标识别结果不稳定的问题。实验结果表明:文中提出的点云目标识别方法有效提高了识别精度度,相较于PointNet在ModelNet40和ShapeNetCore两个数据集上分别提高1.2%和1.4%。

    • 基于雷视一体机的交通流数据采集系统设计

      2022, 30(3):161-167.

      摘要 (805) HTML (0) PDF 2.10 M (665) 评论 (0) 收藏

      摘要:交通流数据是进行交通管理宏观决策的基础数据,交通流数据采集系统是交通管理信息化智能化的重要组成部分。随着我国交通领域的蓬勃发展,交通流量激增、高速交通拥堵、交通事故等突发事件频发,为此,设计一套实时性好、准确度高的交通流数据采集系统是十分必要的。论文基于雷视一体机开发了一套高速公路交通流数据采集系统,采用端-边-云分级传输的物联网架构,并结合了自主研发的雷视一体机,采用CNN神经网络技术提取图像信息后,在边缘计算机中通过一维数据最优估计、多传感器数据匹配、多传感器双向最优估计、多传感器目标特征融合的软件工作流程,将雷达与监控相机提取到的信息进行最优化估计,准确提取道路目标交通信息,仅将处理后的特征信息上传至云端服务器,实现交通流数据的精确、实时采集。系统试运行结果表明,该基于雷视一体机的交通流数据采集系统能够有效提高检测准确性,加强检测结果的实时性。

    • 基于人工神经网络的NoC智能动态链路管理方法

      2022, 30(3):168-172.

      摘要 (706) HTML (0) PDF 2.30 M (513) 评论 (0) 收藏

      摘要:功耗是片上网络(NoC)主要限制因素,链路状态的选择性开/关切换算法可降低电路级和系统级的链路功耗,这些算法大多集中于一个简单的静态阈值触发机制,该机制决定了是否应该打开或关闭链路。为解决上述触发机制存在诸多限制,提出了一种针对NoC的人工神经网络(Artificial Neutral Network,ANN)作为动态链路功耗管理方法,该方法基于对系统状态的有监督在线学习,通过使用小型可扩展的神经网络来关闭和打开链路,从而提高预测能力。基于人工神经网络的模型利用了非常低的硬件资源,并且可以集成在大型网状和环面NoC中。通过对不同网络拓扑上各种综合流量模型的仿真结果表明,与静态阈值计算相比,该方法在较低的硬件支出下可以节省功耗。可为解决链路管理NoC中的功耗问题提供思路。

    • 分布式系统TTCAN调度优化算法研究

      2022, 30(3):173-178.

      摘要 (733) HTML (0) PDF 1.89 M (528) 评论 (0) 收藏

      摘要:总线技术的发展给线缆测试仪带来了分布式、信息化、网络化的新需求,且在分布式线缆测试仪工作过程中,测试线路的数目增加也对总线数据通讯的稳定性和通讯效率提出了更高的要求。针对分布式系统在线缆测试中的应用需要,设计并优化了分布式线缆测试仪工作的TTCAN应用层协议和其系统矩阵。对于分布式系统通信中的周期性消息形成的系统矩阵先后采用遗传算法、改进型差分进化算法进行优化,对于其中的非周期性消息采用基于松弛度的动态优先级算法。在MATLAB仿真环境中进行实验,实验结果表明,改进型差分算法比遗传算法能够更快、更稳定地计算出优化矩阵,经调度优化后的TTCAN总线工作时数据传输效率有显著提高。论文通过智能优化算法,有效提高了系统总线的通讯效率和稳定性。

    • 基于改进粒子群算法的三维路径规划

      2022, 30(3):179-182.

      摘要 (939) HTML (0) PDF 1.64 M (604) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对粒子群算法解决建造项目中的无人机三维路径规划问题时,易陷入局部最优问题,提出了一种混合惯性牵引力的粒子群优化算法。通过在初始阶段起始点与目标点位置关系,引入自适应初始化机制,对粒子群的初始种群进行优化;采用线性递减的惯性权重方式,加强算法前期的全局搜索与后期的局部搜索性能;借助万有引力思想在速度更新中引入加速度,加强搜索的性能。采用有无自适应初始化机制的改进算法进行对比试验,结果验证了该机制更有利于提高算法的求解质量;通过IPSO算法、IHPSO算法与改进算法进行仿真实验,结果表明改进算法所的求解质量上更好,稳定性相对于IPSO较好69.75%,相对于IHPSO较好17.41%。

    • 基于局部密度信息熵均值的密度峰值聚类算法

      2022, 30(3):192-197.

      摘要 (714) HTML (0) PDF 2.30 M (614) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对密度峰值聚类算法(The density peak clustering algorithm,DPC)聚类结果受距离阈值dc参数影响较大的问题,提出一种局部密度捕获范围以及利用局部密度信息熵均值进行加权优化的方法(简称为LDDPC),在DPC算法选取到错误的距离阈值dc时,通过对最大密度邻近点的相对距离进行加权,重新获得正确的分类数量和聚类中心。经典数据集的实验结果表明,基于局部密度信息熵均值加权优化能避免 DPC 算法中距离阈值dc对聚类结果的影响,提高分类的正确率。

    • 一种高电流稳定度卤钨灯驱动电路设计

      2022, 30(3):198-203.

      摘要 (539) HTML (0) PDF 2.51 M (651) 评论 (0) 收藏

      摘要:空间光学辐射测量领域中面临的技术瓶颈之一是如何保持数据的长期稳定性,文章基于空间光低温辐射计基准传递链路中卤钨灯组件的驱动电源需求,设计出一种最大输出电流3A、电压12V,并且输出电流稳定度优于恒流满输出千分之一的卤钨灯驱动电源。文章首先对其他直流输出恒流源电路的性能与结构进行调查总结,然后比较开关和线性两种不同的电源拓扑总结其优劣,并选取线性架构。在设计部分,分析影响该电源达到预期指标的因素,设计相应的电路原理图,最后搭建测试环境测试硬件电路。实验结果表明该电源能满足卤钨灯驱动电源的指标要求。

    • 基于Sigrity在SDIO板级信号完整性仿真分析与优化

      2022, 30(3):204-210.

      摘要 (682) HTML (0) PDF 4.55 M (563) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着高集成度集成电路与高速板级印制电路的发展,板间通信频率已经达到GHz水平,传统板级电路设计方案已经无法普及到更高频率的电路设计。针对高速SDIO总线在板级的设计,基于Cadence Sigrity平台的信号完整性仿真,提出了一种针对SDIO总线的高速信号仿真方法,该方法对SDIO总线有较高的仿真参考意义,通过海思Hi3516EV200嵌入式平台的板级电路设计与仿真优化,对层叠结构、层叠顺序、走线长度、地过孔、过孔数目实验仿真,优化PCB设计,对S参数与时域图进行研究与分析,提出了一种SDIO总线的电路走线设计参考方法,通过理论分析与仿真实验论证了该方案的可行性与实用价值,填补了信号完整性仿真分析中对SDIO总线设计的空白。

    • 改进孪生网络的脑电信号处理方法

      2022, 30(3):211-216.

      摘要 (709) HTML (0) PDF 1.82 M (544) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对运动想象脑机接口系统中分类准确率低的问题,提出一种改进孪生网络的脑电信号分类方法,把原孪生网络中的两个子网络扩充成三个子网络,并设计了新的学习样本采集方法和距离函数。脑电信号经过小波变换及经验模态分解,利用自相关系数筛选得到预处理后的小波分量,然后随机分割成训练集和测试集,从训练集中按照新的学习样本采集方法获得学习样本集,将其输入三个权重共享的子网络进行训练,使用新的距离函数进行相似度的对比,最后计算测试样本特征与训练集中标签为1和标签为0样本特征相似度,选择最高相似度样本标签作为该待测样本的类别。通过对国际公开BCI Competition II Data set III和The largest SCP data of Motor-Imagery数据集进行仿真,此算法分类准确率高达94.29%。与现有性能较高的算法进行对比,其有效的提高了分类准确率,能更好的进行脑电信号分类识别。

    • 物联网与自动气象站深度融合方法研究

      2022, 30(3):217-221.

      摘要 (661) HTML (0) PDF 1.87 M (551) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高传统自动气象站的安装灵活性、隔离性和智能化水平,并且发展数据服务的即时性、本地化和多样性功能,以自动气象站数据流传输特点和多种无线组网技术特点为研究对象,提出了物联网技术与智能化自动气象站的融合方法。采用ZigBee自动连接功能,融合站点管理和观测自组网技术可提高传感器安装位置的灵活性和观测扩展的能力。采用低时延的5G网络传输实现实时的数据质量闭环控制,集成的WiFi热点与订阅式数据Web访问架构结合,为用户智能终端即时应用提供便捷的方式。基于本方法制作了样机进行实验验证,结果表明,融合方法合理地利用了不同无线网络类型和带宽,实现10s内快速组网和20m内多连接的稳定WiFi服务,且在1min内完成数据远程闭环质量控制。物联网化自动气象站在复杂的城市观测环境中具有很强的适应能力和应用价值,其融合方法可以为传统设备的更新换代提供参考。

    • 基于超声相控阵的角焊缝缺陷信号重构方法研究

      2022, 30(3):222-228.

      摘要 (690) HTML (0) PDF 3.02 M (537) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对接管角焊缝进行超声检测的过程中,由于检测的工件结构复杂并且仪器设备本身会受到电信号干扰,所以检测得到的A扫信号存在噪声,在检测图像中会出现“伪像”,从而造成检测困难。如果想要提高检测图像的质量,对于A扫信号的除噪尤为重要,所以提出小波去噪和经验模态分解相结合的角焊缝缺陷信号重构方法。首先分析接管角焊缝结构特点,进行相控阵检测试验,得到缺陷检测数据;然后着重分析了裂纹与未熔合缺陷信号,完成对其的经验模态分解与重构;最后通过对原始信号进行小波去噪及经验模态分解与重构,从而达到了比传统的算法更高的信噪比与更低的均方误差,说明本算法有更好的去噪效果,更有利于超声回波信号的分析。

    • 基于RTEthernet改进的时钟同步算法

      2022, 30(3):229-233.

      摘要 (698) HTML (0) PDF 2.24 M (546) 评论 (0) 收藏

      摘要:以太网其庞大的网络系统在复杂的环境中存在网络链路延迟,节点时钟的漂移,同步能力差等问题。通过研究RTEthernet协议的起源和工作原理,考虑到影响实时以太网时间同步精密度的时钟拜占庭故障、网络传输延迟和漂移率等三个因素,建立了符合RTEthernet协议的通信模型。对FTA时钟同步算法在故障下时钟同步精密度损失率提升较少的问题进行了研究,引入了滑动窗口技术,提出了容错滑动窗口(Fault-Tolerant Sliding Window, FTSW)算法。容错滑动窗口算法能进一步提高分布式系统在进行时钟同步是对故障节点的容错能力。最后,使用CANoe仿真工具对FTSW算法进行仿真验证, FTSW算法的容错性优于FTA时钟同步算法算法,且在系统(七个节点)中存在两个拜占庭故障的情况下,同步后的精密度损失率降低了7.1%。

    • 基于高并发的分布式系统幂等设计

      2022, 30(3):234-238.

      摘要 (678) HTML (0) PDF 1.55 M (539) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着数字生活不断发展,分布式系统被广泛用来解决高并发等一系列问题。为了保证数据的准确性和一致性,分布式系统需要做幂等控制。通过分析对比各服务端幂等设计方法在高并发场景下的性能表现,提出一种改进的分布式锁设计方法。该方法主要解决由于集群服务主节点宕机可能造成分布式锁失效的问题,通过探讨RedLock算法方案及争论,提出对高并发请求二次拦截的理论,并将失效的锁通过消息队列服务进行通知,实现锁失效问题的排查以及服务监测治理。经实验测试表明,该方法实现了对失效锁的拦截,在高并发场景下有良好的性能表现,为分布式系统幂等设计提供了可行性方案。

    • 基于改进几何矩的移动机器人目标位姿识别

      2022, 30(3):239-243.

      摘要 (707) HTML (0) PDF 1.55 M (522) 评论 (0) 收藏

      摘要:机器人作业环境复杂、物料的随机摆放使得目标识别与定位精度低、实时性差,提出改进几何矩的移动机器人目标识别。采用RGB-D相机进行图像采集与深度信息获取;提出了基于HSV的改进自动阈值与形态学相结合的分割算法对目标物料进行识别,根据HSV颜色空间的特点结合Otsu算法对物料目标进行分割,通过高斯滤波与形态学低通滤波器OC-CO对分割后的目标进行滤波降噪和补全处理;提出了Graham与旋转卡壳相结合的算法寻找最小外接矩来获取目标物料的准确位姿。实验结果表明算法具有较高的准确性和鲁棒性。

    • 基于CIMISS的海南气象信息服务网设计与实现

      2022, 30(3):244-250.

      摘要 (767) HTML (0) PDF 2.42 M (611) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着海南省气象业务的快速发展和社会公众对气象预报、预警服务的日益关注,建设海南气象信息服务网,形成海南气象系统内部统一的省级气象信息服务平台,是海南省气象现代化建设的重要任务之一。基于全国综合气象信息共享平台China Integrated Meteorological Information Service System(CIMISS)的基础气象数据,整合相关业务单位的数据资源,利用统一的数据收集、处理及存储方式,采用Model + View + Controller(MVC)开发模式,使用J2EE应用架构Struts + Spring + Hibernate(SSH)研发一个集预报预警、气象监测和决策服务等功能于一体的信息服务平台,实现省级气象观测数据和预报产品的集约共享服务。目前,平台已投入业务试运行,运行稳定,具有高可用性和高可靠性,为社会公众提供及时、有效的基础气象数据服务产品。

    • 基于深度残差网络的人体行为识别算法研究

      2022, 30(3):251-258.

      摘要 (605) HTML (0) PDF 2.17 M (510) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对原始C3D卷积神经网络的层数较少、参数量较大和难以关注关键帧而导致的人体行为识别准确率较低的问题,提出一种基于改进型C3D的注意力残差网络模型;首先,增加原始网络卷积层并采用卷积核合并与拆分操作实现(3x1x7)和(3x7x1)的非对称式卷积核,之后采用全预激活式残差网络结构来增加构建的非对称卷积层,并且在残差块中增加时空通道注意力模块;最后,为展示该算法的先进性和应用性,则将该算法与原始C3D网络以及其他流行算法分别在基准数据集HMDB51和自建的43类别体育运动数据集上相比较;实验结果表明,该算法与原始C3D网络相比,在HMDB51和43类体育运动数据集上分别提高了9.88%和21.61%,参数量比原来降低了38.68%,并且结果也优于其他流行算法。

    • 卷积自编码器融合核近似技术的异常检测模型

      2022, 30(3):259-265.

      摘要 (619) HTML (0) PDF 1.97 M (520) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像中的异常检测是计算机视觉中非常重要的研究主题, 它可以定义为单分类问题;针对图像数据集的规模大,维度高等特性,一种新的深度卷积自编码器(Convolutional Autoencoder, CAE)与核近似单分类支持向量机(One Class Support Vector Machine, OCSVM)相结合的异常检测模型CAE-OCSVM被提出;模型中的深度卷积自编码器负责学习图像的本质特征表示,然后使用随机傅里叶特征对卷积自编码器学习本质特征进行核近似,核近似后输入线性单类支持向量机进行图像异常检测。核近似技术克服了核学习技术时间复杂度高的问题;同时深度卷积自编码器与核近似单类支持向量机通过梯度下降法实现了端到端的学习;模型的AUC性能在四个公开的图像基准数据集上进行了实验验证,同时模型与其它常用的异常检测模型在不同的异常率的情况下进行了性能对比;实验结果证实CAE-OCSVM模型在四个公开图像数据集上的性能都优于其它异常检测模型,表明了CAE-OCSVM模型更适合大规模高维数据集的异常检测

    • >试验与评价技术
    • 电气设备谐波干扰性检测与评估方案

      2022, 30(3):266-271.

      摘要 (659) HTML (0) PDF 1.76 M (507) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对风力发电、光伏发电新能源的广泛使用,引入的谐波干扰性问题,本文研究了电气设备谐波干扰性检测与评估方案,设计了电气设备谐波检测系统,包含六大部分:主控电路、电压采样电路、波形转换电路、同步锁相倍频电路、A/D转换电路和液晶显示电路。实现了电气设备信号的采集、波形的转换、信号的倍频放大和信号的显示功能。并且还采用了基于改进DFT和时域准同步算法进行电气设备谐波的检测,实现对谐波精准、稳定的检测。此外还研究了对电气设备谐波评估的方法,采用非干预式估计法对电气设备谐波进行评估,实现了对负荷运行没有影响的情况下进行电气设备谐波的评估。为验证本研究的优越性,做了大量的实验,实验表明了本研究电气设备谐波检测的误差在 范围内,具有高精准度和稳定性。

    • >智能仪器与传感技术
    • 红外低硫传感器信噪比改善方法研究

      2022, 30(3):272-276.

      摘要 (665) HTML (0) PDF 2.15 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:低硫的红外探测是一个非常重要的研究领域,但由于红外硫的吸收峰在一个特殊的波段,与人体红外波段重合,所以国外的先进技术大都对中国封锁,而国内的低硫传感器存在交叉吸收误差,检出限不够、检测精度低等缺陷。本文以煤中硫元素的测试为基础,研究采用了电调制热释电红外传感器在测量硫元素过程中存在的以上问题,主要开展了探测器稳定性、恒温测试、气室噪声、滤波等改善传感器信噪比的相关改进设计和实验,并提出了优化的方案,优化后经过实验测试,整个测试系统的信噪比提升近50%,检出限从原来的100ppm提升到近10ppm。低硫测量平均值为0.382%,SD 为0.006%,RSD为1.2%,瓶内RSD 为0.9%。达到了低硫的高精密测试。

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