重庆理工大学学报（自然科学）

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胡博, 江磊, 宋洁

2023 (11): 1-10.

摘要 ( 443 )

PDF(2897KB) ( 574 )

在复杂环境中自动驾驶车辆的运动规划面临很多不确定性问题，包括人类意图不确定性、交通密度的不确定性和系统误差不确定性。如何表达驾驶环境中的不确定性以及如何处理这些不确定性是目前自动驾驶运动规划研究中亟待解决的问题。在此背景下，提出一种考虑系统误差不确定性的基于深度强化学习的运动规划方法。通过设定传感器的测速精度模拟驾驶过程中传感器误差，使构建的运动规划模型在不确定的复杂环境中，能够结合车辆的运动学模型推导出可视化轨迹。在此基础上，结合基于规则的方法对运动规划系统可视化结果进行安全修正。为验证所提出的算法，在ＳＵＭＯ模拟器中搭建环岛场景。实验结果表明：该方法在环岛任务中能够提高不确定环境中运动规划系统的安全性和效率。

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双目视觉的智能汽车目标检测算法研究

申彩英, 朱思瑶, 黄兴驰

2023 (11): 11-19.

摘要 ( 352 )

PDF(2838KB) ( 26 )

智能汽车的环境感知是实现自动驾驶的重要一环，对道路交通主要参与者（汽车、行人、骑行者）进行检测识别的研究。提出一种基于ＹＯＬＯ算法改进的端到端的目标检测算法ｄｕａｌＹＯＬＯ。将注意力机制引入检测网络模型，提高网络对有效特征的学习权重，从而提高检测精度。加入双目摄像头距离测算模块，获取目标距离信息。测试结果表明：ｄｕａｌＹＯＬＯ目标检测算法识别道路交通主要参与者的平均准确率能达到８５．９９％，在骑行者和行人检测方面明显优于其他算法，检测速度能达到６０ｆｐｓ，提出的算法能较好地完成智能汽车行驶实时检测和测距需求。

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雨天下基于注意力机制与特征融合的交通标志识别

查超能, 罗素云, 何佳

2023 (11): 20-31.

摘要 ( 234 )

PDF(4846KB) ( 180 )

旨在解决特殊环境下的交通标志检测识别问题，并提出一种基于改进ＹＯＬＯｖ５的雨天环境下的交通标志检测识别算法，即ＹＯＬＯｖ５ｓｔｒａｆｆｉｃ。在预处理阶段，引入基于对抗生成网络的去雨算法和基于多尺度残留块的图像增强算法，以保证雨天环境下模型的可靠性；在网络改进方面，引入Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ模块、加入ＣＡ注意力机制和ＡＳＦＦ特征融合机制，以及改进检测框损失函数提升网络性能；在数据集处理方面，对原始数据集进行大规模处理和重构，加入大中小３种不同程度的雨天驾驶环境，构建并划分了３类雨天环境交通标志数据集。在ＴＴ１００Ｋ交通标志数据集上进行的实验表明，与现有方法相比，本研究提出的算法可以通过不同的模块搭配分别针对２种不同环境（雨天和原环境）实现显著的性能改进。在原环境下，本算法的ｍＡＰ达到了９０．４％，ＦＰＳ为５０．４帧／ｓ；在大雨环境下，ｍＡＰ为７５．３％，相比原网络提升了１２．５％，且ＦＰＳ达到４９．４帧／ｓ，满足实时检测条件。因此，该算法能取得准确性与实时性的平衡，可以有效解决雨天环境下的交通标志识别问题。

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融合点柱网络和ＤＥＴＲ的三维复杂道路目标检测

李伟文, 缪小冬, 顾曹雨

2023 (11): 32-39.

摘要 ( 115 )

PDF(2690KB) ( 116 )

三维目标检测是智能驾驶的关键技术之一，但是存在处理数据量大、预设特征参数多等问题。针对三维特征选择设置与实际的目标特征相关性较差的问题，提出了一种融合点柱网络和ＤＥＴＲ的检测方法。首先，利用支柱编码来降低冗余点云的影响，使特征提取的匹配性更强，且提升了计算效率；其次，基于ＤＥＴＲ解码器的预测模块，使用多头注意力机制建立全局特征与预测集的关联映射，并行计算出相关性最强的预测结果，避免了人工依赖先验知识介入参数导致的不确定性；最后，在公开数据集上进行了验证，相较于原点柱网络，平均检测精度均值提升了１９．１４％，ＦＰＳ提升了３，与其他典型算法相比也有较大的提升。

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一种改进非线性模型预测轨迹跟踪控制方法研究

李文超, 刘美如, 丁华

2023 (11): 40-50.

摘要 ( 166 )

PDF(3883KB) ( 18 )

在狭窄场景中（如停车场）车辆运动空间有限并与障碍物距离较近，车辆在行进过程中容易造成擦碰。为避免此类事故的发生，需要进一步优化车辆跟踪控制算法，以提高其控制精度和计算效率。为此，提出了一种改进的非线性模型预测车辆轨迹跟踪控制方法。该方法采用改进的二阶龙格库塔方法对汽车前进／倒车运动学模型进行离散化处理；针对非线性优化导致的计算负担问题，提出一种基于动态的移动分块矩阵策略来约束控制量，以减少独立输入量的数目，降低计算复杂度。仿真结果表明：所提的控制方法相较于前馈ＰＩＤ以及原ＮＭＰＣ，在横向误差方面分别减小了５０．４％、２８．２１％；在航向误差方面分别减小了１９．５８％、１２．５３％。在梯形和弯曲轨迹下，求解时间相较于原ＮＭＰＣ分别减少了２８．７３％、９．８９％。因此，所提方案在跟踪精度与数值求解效率方面得到了明显的提升。

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面向预期功能安全的ＮＯＰ巡航车速控制性能优化方法

孙川, 冯斌, 许述财

2023 (11): 51-63.

摘要 ( 144 )

PDF(2829KB) ( 14 )

为解决配备领航辅助系统（ＮＯＰ）的车辆在视野盲区下因传感器性能局限导致ＮＯＰ巡航车速控制能力下降的问题，引入预期功能安全设计方法及融合通信时延，提出ＮＯＰ巡航车速控制性能优化方法。首先，基于ＳＴＰＡ方法对ＮＯＰ巡航车速控制功能进行风险评估，得到安全风险的触发条件并提出安全目标；其次，基于车车通信获取不同驾驶工况的通信时延规律，解决通信时延对系统决策造成的影响；然后，制定交叉口路段车车交互极限场景ＮＯＰ巡航车速安全控制策略；最后，对提出的安全控制策略进行仿真和实车验证。结果表明：Ｖ２ＸＮＯＰ巡航车速控制功能紧急减速制动时机对比单车感知提前启动，速度响应提前高达１．５６ｓ，加速度响应提前高达２．２６ｓ，ＮＯＰ巡航车速控制能力的可靠性得到了加强。

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面向交通视频流的轻量化车辆检测模型

丁华, 刘来

2023 (11): 64-72.

摘要 ( 142 )

PDF(5539KB) ( 102 )

针对交通视频流中车辆检测模型内存占用大、部分特征难以提取等问题，提出了一种改进的ＹＯＬＯｖ７网络模型。使用轻量化结构替换主干网络，引入的无参注意力机制在不增加模型参数量的前提下提升特征提取能力，同时融合改进的双向特征金字塔网络提升检测精度。为了增强模型的鲁棒性，对数据集中的样本进行了随机忽略区域的处理。将改进后的网络模型在处理过的数据集上进行实验，结果表明参数量约为基础模型的１／６，ＦＰＳ提高到了１４３．８，ｍＡＰ０．５提升了９．１％，验证了模型的优越性。

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双目视觉感知下的公路限高实时预警算法

李宝军, 薛炯, 刘泽阳

2023 (11): 73-81.

摘要 ( 166 )

PDF(3837KB) ( 202 )

针对车辆运动工况下对种类繁杂的公路限高设施测高难的问题，提出一种双目相机限高目标实时监测算法。通过分析限高场景及设施，采集并构建大规模多场景的公路限高数据集；采用基于深度学习的检测和跟踪算法获取目标区域；利用多步多尺度的滤波算法对双目视差数据进行处理，得到高置信度的限高设施视差数据，进而计算距离及高度信息；最后采用鲁棒性输出策略对计算得到的测距和测高数据进行输出预警。通过多场景限高测试，目标检测精度为９８．７７％、漏检率为０．８７％、误检率为０．３６％，在６０ｍ内的平均测高误差小于４％。实验结果表明该算法可以实现公路限高目标的自动检测，能够实时鲁棒地输出测距、测高和预警信息。

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分布式电驱动智能车辆轨迹跟踪与横向稳定性控制

邓思, 邓召文, 高伟

2023 (11): 82-92.

摘要 ( 169 )

PDF(5739KB) ( 180 )

针对智能车辆在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪精度差，易出现侧滑、失稳等危险问题，基于分布式电驱动智能车辆，提出一种分层控制架构的轨迹跟踪算法。基于３自由度单轨车辆动力学模型建立了上层线性时变模型预测控制器（ＬＴＶＭＰＣ），通过滚动求解带约束的优化问题，得到最优前轮转角，同时由ＰＩＤ纵向驾驶员模型输出期望力矩实现车速跟踪。通过线性二次型调节器（ＬＱＲ）设计了下层直接横摆力矩控制器，并根据垂直载荷优化分配方法，对计算得到的附加横摆力矩进行了力矩分配。最后，建立Ｃａｒｓｉｍ与Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ联合仿真平台，对所建轨迹跟踪控制的有效性进行了仿真分析。仿真结果表明：文中搭建的轨迹跟踪控制策略能显著改善分布式电驱动智能车辆在高速高附着与高速低附着路面的轨迹跟踪精度与横向稳定性。

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基于实时车流信息的电动汽车未来行驶工况预测

张毅, 黄韬一, 刘寅童

2023 (11): 93-102.

摘要 ( 153 )

PDF(5657KB) ( 240 )

在全球能源短缺和污染加重的背景下，新能源汽车领域关键技术成为研究热点。然而纯电动汽车剩余续航里程的不确定性，严重地影响了纯电动汽车的进一步推广。因此，精确地预测车辆未来能耗以确定其剩余行驶里程，具有重大意义。本研究基于实车在环实验平台，将测试车辆的历史行车数据ＯＢＤ和同时收集的百度ＡＰＩ实时车流信息经过预处理和特征参数的提取，再使用ＥＭ聚类分析算法将数据分为８个典型子工况，然后将聚类后的数据用于训练ＲＢＦ神经网络分类器。根据百度ＡＰＩ提供的实时车流信息，采用ＲＢＦ分类器预测车辆在预定行驶路线上的工况类型和平均能耗，从而精确地预测汽车的剩余电量，即剩余续航里程。

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动力锂离子电池风冷散热ＣＦＤ仿真

王盛, 任润国, 尉庆国

2023 (11): 103-112.

摘要 ( 191 )

PDF(4999KB) ( 117 )

为解决电动赛车在ＦＳＥＣ竞赛中动力电池散热不良的问题，基于赛事各工况，采用ＣＦＤ数值仿真和正交试验相结合的方法，以电池最高温度和温差最小化作为优化目标，针对赛事各工况下存在的散热问题对赛车的电池包散热系统进行分析和优化。通过模拟赛事工况下的实车跑动试验和仿真计算，优化后的散热系统较原系统在整体温控、温度均一性和散热稳定性方面均有大幅度提升。优化后的散热系统能满足ＦＳＥＣ赛事各个工况下的散热要求，在最高温度和最大温差方面的优化率可达１５．０８％和８６．５８％，优化效果显著。整个优化过程采用正交试验法进行，并将电池包温度的均布性和电池箱体热量的聚集情况等过程性因素作为辅助优化指标，遴选最优散热方案。相对于全面试验法整个探究过程简洁高效，对其他汽车风冷散热系统的设计和优化有一定的借鉴和参考价值。

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某型二冲程进气管电喷发动机的缸间进气差异数值模拟

黄盟, 曹广州, 魏民祥

2023 (11): 113-124.

摘要 ( 104 )

PDF(6110KB) ( 112 )

针对二冲程点燃式进气管电喷煤油发动机存在的缸间进气差异进行ＣＦＤ数值模拟，利用ＧＴｐｏｗｅｒ、Ｆｌｕｅｎｔ搭建了原型机一维仿真模型及三维仿真模型，建立了曲轴箱搅动区域和气缸扫气区域，分别对２部分流场域的气体流动过程进行分析。结果表明：进入左缸扫气道的新鲜混合气充量和煤油质量分别为１０２．２７ｍｇ和１６．５９ｍｇ，进入右缸扫气道的新鲜混合气充量和煤油质量分别为１０７．０３ｍｇ和２１．０１ｍｇ，曲轴箱分配不均匀度为２．２７％，气缸扫气差异度为１．６％，整机的进气不均匀度为１．４８％；受到曲轴搅动的影响进入右缸的混合气质量和浓度更大，所以影响整机进气不均匀的关键是曲轴箱分配不均匀，研究发现更小的喷油粒径不仅能提升扫气效率，也能够优化两缸进气的缸间差异。

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远程广域网多技术融合的高速公路施工智能监控系统

陈垦, 王世法, 谭屈山

2023 (11): 125-133.

摘要 ( 89 )

PDF(2547KB) ( 102 )

针对现有高速公路施工监控是独立系统部署，提出了一个基于远程广域网的高速公路施工智能监控系统，通过使用带有惯性测量单元和全球定位系统设备的跟踪装置，实现对工作人员的活动空间监测。使用装有防护装备的射频识别标签对进入现场的人员和设备进行登记。运动传感器用于监测脚手架、建筑结构和高速公路低级倾斜的变化。此外，提出一种轻量级的目标检测算法（ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＬＯＤ），用于检测施工人员是否佩戴安全帽。ＬＯＤ算法应用深度可分离卷积取代标准卷积网络，引入感受野模块，使用ＬＯＤＮＭＳ算法、Ｍｉｓｈ激活函数，针对亚洲人的头部特征比例设置合适的先验框，平衡了精度和预测效率。在ＷＩＤＥＲＦＡＣＥ开源数据集和真实数据集上进行实验，结果表明：ＬＯＤ算法不仅能实时高精度地对工人进行安全帽检测，而且在分辨率较低的输入场景下，识别精度依然高于传统算法。

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调和犹豫模糊偏好关系及其在群决策中的应用

冯雪, 耿生玲

2023 (11): 134-146.

摘要 ( 95 )

PDF(1097KB) ( 29 )

基于犹豫模糊环境和概率犹豫模糊环境，在实际的群决策过程中普遍存在计算复杂繁琐和与数量运算规则不相容等问题。对于已有理论的缺陷，提出了调和犹豫模糊偏好关系和乘性一致的调和犹豫模糊偏好关系的定义。调和犹豫模糊偏好关系具有编程简单、易于实现、计算量小且运算相容等特点，这使其在具体应用中的操作过程大大简化。此外，给出了调和犹豫模糊偏好关系的一致性水平的判定及调整算法，可以检测和提高乘性一致性水平。最后，构建基于调和犹豫模糊偏好关系的群决策方法，并将其应用于紧急预案如火灾现场救援决策选择问题。

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基于Ｍ１ＤＣＮＮＢｉＬＳＴＭ在铝合金桁架结构健康监测的应用研究

王二成, 肖俊伟, 李家豪

2023 (11): 147-156.

摘要 ( 102 )

PDF(4207KB) ( 60 )

为克服传统结构健康监测方法在特征提取和时序建模方面的限制，提出一种高效的加速度差值预处理方法，将其应用于多尺度一维卷积神经网络（Ｍ１ＤＣＮＮ）与双向长短期记忆网络（ＢｉＬＳＴＭ）联合模型中，旨在深入研究和评估这一方法在铝合金桁架结构健康监测中的适用性。通过多层次的特征提取和时序建模，实现对振动信号的深层次时空特征表达。利用铝合金桁架的数值模拟和实际振动测试数据，对比不同模型在损伤位置识别和程度预测方面的性能。结果表明：与传统的１ＤＣＮＮ方法相比，Ｍ１ＤＣＮＮＢｉＬＳＴＭ模型能有效识别桁架结构中不同位置的损伤，准确量化损伤的严重程度。该模型在损伤位置和程度预测方面表现出色，准确率和预测精度几乎达到１００％。在振动测试实验中，其ＲＭＳＥ、ＭＳＥ和ＭＡＥ分别比１ＤＣＮＮ降低了８４．５％、９７％和８４．３％，预测结果与实际损伤程度高度吻合。

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多流残差网络结合改进ＳＶＭ模型的面部表情识别

郝秉华, 吴华

2023 (11): 157-165.

摘要 ( 88 )

PDF(2936KB) ( 105 )

针对人脸面部表情特征复杂且目标较小，导致大量人工智能算法难以稳定识别的问题，提出一种多流残差网络结合改进支持向量机（ｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ，ＳＶＭ）模型的面部表情识别方法。该方法由信息增强、表情特征提取和表情分类三阶段组成。首先，提出自适应多流信息增强模块，突出图像关键信息，提升特征关联程度；其次，提出残差交互融合模块，提取特征图像的空间信息并突出面部表情特征，输出３条不同尺度的特征图像保证后续稳定识别；最后，对３条特征图像使用改进后的ＳＶＭ进行表情分类，输出识别结果。实验结果表明：所提方法在ＣＫ＋、ＦＥＲ２０１３及ＪＡＦＦＥ数据集上的准确率分别达到９８．５７％、７７．２８％、９６．２４％，均优于对比的经典及新颖算法，为ＡＩ表情识别领域提供了新思路。

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基于多尺度核模糊聚类的图像分割算法

龙建武, 陈都

2023 (11): 166-178.

摘要 ( 120 )

PDF(5062KB) ( 259 )

针对现有的模糊聚类算法容易受到噪声影响，难以实现精准分割的问题，提出一种基于多尺度核模糊聚类的图像分割算法。首先，利用高斯滤波对分割图像进行多次模糊，构建多尺度空间。然后，利用图像的局部空间信息和权重信息来修改局部模糊因子，同时引入核函数，用内核诱导距离替换原始欧式度量，增加了其对噪声点和离群值的鲁棒性。将全局隶属度和局部隶属度加权，二次修正隶属度的划分。最后，使用滤波后的上层图像聚类结果依次指导下层图像聚类，避免了随机初始化，有效抑制噪声，提升算法的分割性能。为验证算法的有效性，与其他８种聚类算法进行对比分析，结果表明：所提算法在噪声污染和复杂图像中能够取得较好的分割结果。

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ＤｅｎｓｅＮｅｔ结合空间通道注意力机制的环境声音分类

董绍江, 刘伟

2023 (11): 179-187.

摘要 ( 132 )

PDF(5367KB) ( 127 )

音乐信息识别（ＭＩＲ）和自动语音识别（ＡＳＲ）都是以结构化声音为特点的声音识别，环境声音识别在声音识别领域的难度很大。为了充分利用从环境声中提取的ＬｏｇＭｅｌ谱图的空间特征与通道特征，提出了一种基于密集连接卷积网络（ＤｅｎｓｅＮｅｔ）的空间通道注意力机制。使用ＤｅｎｓｅＮｅｔ对ＬｏｇＭｅｌ谱图进行特征提取，引入空间通道注意力机制使网络更加关注显著特征；为了解决数据不足导致的过拟合问题，将混合数据增强的方法应用于ＬｏｇＭｅｌ谱图，从而保证了数据的多样性；在２个公共数据集（ＥＳＣ５０和ＥＳＣ１０）验证所提方法的有效性。结果表明：所提的空间通道注意力机制模型能够使神经网络对环境声音的识别率分别达到７９３％（ＥＳＣ５０）和９４．３％（ＥＳＣ１０）。

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监控视频的柔性实时分析架构

李刚, 张晴, 徐传运

2023 (11): 188-195.

摘要 ( 103 )

PDF(1040KB) ( 54 )

针对监控系统集成算法少、扩展不易，造成算法可选择性差、应用场景单一、视频播放实时性与视频内容分析广度和深度成反比等问题，提出了一种通用监控视频的柔性实时分析架构ＦＲＴＡ。ＦＲＴＡ将视频帧序列统一缓存和分发，将不同来源的算法进行统一的接口适配和版本管理，复用算法模型和算法产生的中间数据，动态定义感知流程，实现视频流与算法的动态组合，自定义算法版本、智能事件逻辑与超参数，实现视频帧分析过程高并发无序计算。应用表明，所提架构能降低系统重复加载模型和复制图片产生的过高时空开销，充分利用系统计算资源降低设备开销，平衡系统各方面性能，增加了智能监控系统的扩展性。

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利用双回波的固态激光雷达与相机外参标定方法

冯欣, 李杰, 余崇圣

2023 (11): 196-204.

摘要 ( 134 )

PDF(4118KB) ( 122 )

固态激光雷达和相机因产生的信息具有很强的互补性，被组合应用在多个领域。为了准确融合２种传感器的信息，提出一种利用双回波的固态激光雷达与相机外参标定方法。首先，利用双回波将含噪声的边缘点云从原始标定板点云中去除，得到内点云。然后，基于内点云获取与标定板真实尺寸一致的角点特征。最后，建立点云中角点与图像中角点对应的约束条件，通过多点透视方法优化求解外参。实验结果表明，该方法的重投影误差和数据融合效果比现有方法更优，验证了有效性与准确性。

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面向计算机科学领域的专业实体识别

陈祥, 张仰森, 李尚美

2023 (11): 205-212.

摘要 ( 112 )

PDF(2438KB) ( 130 )

为获取科研学术论文中涉及的专家研究领域等专业实体信息，给学术论文或科技项目评审专家的推荐提供理论参考，面向计算机科学领域，提出了一种基于ＲｏＢＥＲＴａｗｗｍ的实体识别模型对专家学术论文中包含的专业实体进行识别。首先，以已有的专家基本信息数据表为参照，利用中国知网高级检索功能和爬虫技术获取表中列举专家的学术论文摘要数据；接着，将摘要数据经人工标注后，通过ＲｏＢＥＲＴａｗｗｍ预训练模型获取具有语义特征的字符向量作为下游模型的输入；最后，将上游的语义字符向量输入ＢｉＬＳＴＭＣＲＦ模型中实现对文本中的专业实体识别。通过实验验证，提出的模型在自主标注的数据集中取得了更好的效果。其中，模型Ｆ１值达到了８９．９４％，高于实验中的对比模型，具有良好的识别专业实体的能力。

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融合ＣＢＡＭＹＯＬＯｖ７模型的路面缺陷智能检测方法研究

张艳君, 沈平, 郭安辉

2023 (11): 213-220.

摘要 ( 165 )

PDF(3411KB) ( 300 )

针对目前路面缺陷检测精度不高的问题，基于目前综合性能较强的ＹＯＬＯｖ７模型进行改进，提出了融合卷积注意力模块的ＣＢＡＭＹＯＬＯｖ７模型。该模型通过重参数化、高效聚合、辅助训练等模块来加快模型的收敛过程，还通过融合卷积注意力机制来提升模型的检测精度。面向路面缺陷多分类问题，在公开数据集上分别使用ＦａｓｔｅｒＲＣＮＮ、ＹＯＬＯｖ６、ＹＯＬＯｖ７、ＣＢＡＭＹＯＬＯｖ７模型进行实验验证分析，利用ｍＡＰ值、Ｆ１值、ＦＰＳ值作为模型的精度与效率评价指标。实验结果显示：融合ＣＢＡＭＹＯＬＯｖ７的路面缺陷检测结果的ｍＡＰ值和Ｆ１值分别能达到８３．７５％和６７．８％，ＦＰＳ值能达到５１．２２Ｈｚ，相较于其他模型均有明显提高。

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输电线路无人机巡检自主导航算法研究

戴永东, 姚建光, 李勇

2023 (11): 221-228.

摘要 ( 135 )

PDF(3099KB) ( 117 )

利用无人机与传统导航设备对架空输电线路进行检测，存在传感器价格昂贵、数据处理困难、易受天气和环境因素影响等局限性，不能保证无人机和电力系统的安全性。为了提升输电线路智能巡检效果，提出了一种利用单摄像头实现无人机在输电线路自主导航的新方法。由于单目视觉不能提供深度信息，又训练了一种机器学习模型ＦａｓｔｅｒＲＣＮＮ，用于障碍物检测。该检测模型利用被检测输电线路的图像高度来表示与无人机的距离，利用输电线路之间的图像宽度来寻找最宽的无障碍空间。实验结果表明：定位检测算法的效果明显，定位误差在使用误差范围内，具有良好的可用性和应用价值。

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动态冲突搜索的多无人车路径规划算法

唐嘉宁, 颜衡, 陈云浩

2023 (11): 229-236.

摘要 ( 245 )

PDF(2102KB) ( 239 )

针对现有的冲突搜索算法（ｃｏｎｆｌｉｃｔｂａｓｅｄｓｅａｒｃｈ，ＣＢＳ）及其变体存在搜索时间长、规划的路径不符合运动学约束等问题，提出一种动态ＣＢＳ（ｄｙｎａｍｉｃＣＢＳ，ＤＣＢＳ）算法。引入次优因子提高ＣＢＳ的搜索效率，并将ＣＢＳ算法中的Ａ路径搜索改进为混合Ａ搜索，使规划的路径更符合运动学约束；将路径距离加权系数和时间加权系数引入ＣＢＳ算法的底层路径搜索中，以规划出快且短的路径。通过ＲＯＳ平台进行仿真实验对比，结果表明：相比于前沿的ＥＣＢＳ算法，提出的ＤＣＢＳ算法规划的路径符合无人车运动学约束，路径规划的速度平均提高了４７０６％，且路径总成本平均降低７．６４％，能够有效提高多无人车的工作效率。

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多个轮式移动机器人沿同一轨迹曲线运动的编队控制研究

刘昕宇, 周宇生

2023 (11): 237-246.

摘要 ( 91 )

PDF(2938KB) ( 67 )

针对多个轮式移动机器人在狭长路段的编队运动，在领航－跟随法的框架下，研究了含输出约束的多个轮式移动机器人的编队控制设计问题。提出的控制策略可在系统受到外界干扰时，实现领航者和跟随者沿同一目标轨迹曲线运动并保持一定的距离。对于领航者，设计了基于动态跟踪目标的控制器，将原跟踪控制问题转化为对轨迹曲线曲率的跟踪。对于跟随者，基于运动中领航者与跟随者之间的几何关系，利用虚拟结构方法和障碍李雅普诺夫函数方法设计了一种鲁棒控制器，保证了跟随误差在一定范围，且使所有跟随者都能精确完成编队运动任务。数值模拟结果表明了所提控制策略的有效性。

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改进人工势场法的移动机器人路径规划研究

倪建云, 杜合磊, 谷海青

2023 (11): 247-256.

摘要 ( 126 )

PDF(4267KB) ( 143 )

针对传统人工势场法存在目标不可达和局部极小值问题，提出一种改进的人工势场法。首先，改进斥力场函数解决目标不可达问题；其次，提出一种椭圆形目标策略，通过设置虚拟目标点引导机器人逃离局部极小值，在此基础上提出一种椭圆形跟踪策略，通过跟踪部分既定椭圆形到达虚拟目标点来逃离局部极小值；最后，为了满足机器人速度与加速度连续性的要求，采用３次均匀Ｂ样条曲线对规划出的路径进行拟合处理。实验结果表明，改进人工势场能够有效解决传统人工势场存在的问题，椭圆形跟踪策略在路径长度上比椭圆形目标策略更短，且经样条曲线处理后的路径比原路径平滑。

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多策略人工兔算法优化粒子滤波的ＳＬＡＭ精度研究

杨光永, 蔡艳, 陈旭东

2023 (11): 257-268.

摘要 ( 124 )

PDF(4523KB) ( 103 )

针对传统粒子滤波算法（ｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｔｅｒ，ＰＦ）重采样导致粒子贫乏，以及需增加粒子数提高估计精度的问题，提出一种基于多策略人工兔算法优化的粒子重组滤波算法。引入中垂线算法提高人工兔算法收敛速度，通过其觅食与隐藏机制，使得最优粒子引导粒子集向高似然区域移动，以此提高估计精度；实时计算最优粒子附近的粒子密度，当密度大于设置的阈值时，自适应调整迭代次数，当大于最大密度值时，引入自扰动策略避免陷入局部最优以及增加样本多样性；重采样阶段，将筛选后保留的粒子与剩余粒子重新组合成新的粒子，以此增加粒子多样性。通过仿真检验改进算法在ＳＬＡＭ中的性能，结果表明：该算法与其他３种算法相比，位姿与路标估计精度更高，鲁棒性更佳。

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快速提取特征点的视觉ＳＬＡＭ室内稠密建图研究

李兴州, 何锋, 余国宽

2023 (11): 269-276.

摘要 ( 126 )

PDF(4144KB) ( 130 )

在视觉ＳＬＡＭ（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇ）中，特征点的提取是影响全局即时定位与地图构建效率的重要因素。对视觉ＯＲＢＳＬＡＭ２算法进行研究，提出一种自适应网格划分的方法优化特征点提取的效率，通过对图像金字塔层进行网格划分，提高特征点提取的速度。在ＴＵＭ数据集上进行了单目（ＭＯＮＯ）和ＲＧＢＤ测试，结果表明，在平均每帧特征点提取时间提高８％～１０％，绝对轨迹误差减少５％以上。在自适应网格算法中加入ＲＧＢＤ稠密点云构建线程，采用外点去除滤波和体素网格滤波减小点云规模，实现了稠密建图。在ＴＵＭ数据集上，该方法的室内稠密建图效果显著。

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飞机牵引车抱轮机构惯容隔振装置振动特性分析

唐杰, 刘雨豪, 鲁鑫

2023 (11): 277-285.

摘要 ( 117 )

PDF(2331KB) ( 100 )

为减小牵引工作过程中机场道面不平度对牵引车抱轮机构的影响，需在抱轮机构与车体之间设置隔振装置。以位移传递率为隔振性能评价指标，以随机路面函数为激励，分析添加惯容隔振装置后抱轮机构的振动特性，随后对比分析弹簧刚度、阻尼系数和惯容系数对系统隔振性能的影响。结果表明：传统隔振装置与惯容隔振装置的平均位移传递率分别为７１．４５％和６５．２３％；增大弹簧刚度，系统共振频率和反共振频率都将增加；增加阻尼系数，共振频率处振动传递减弱，而反共振频率处隔振效果降低；惯容系数越大，共振频率、反共振频率越小，隔振频带越宽，但高频处的隔振性能呈下降趋势。因此，设置反共振频率略小于车体工作振动频率时，惯容隔振装置具有显著隔振性能。通过正交试验法，得出对反共振频率点影响最大的参数为惯容系数。

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基于ＰＬＳＢＰ神经网络的数控机床热误差建模研究

王文辉, 苗恩铭, 唐光元

2023 (11): 286-292.

摘要 ( 99 )

PDF(2091KB) ( 91 )

针对ＢＰ神经网络在机床热误差建模中具有拟合非线性数据的特性、但存在稳健性较差的缺陷，提出一种ＰＬＳＢＰ神经网络建模方法，能有效提高模型的预测精度和稳健性。通过偏最小二乘法对温度数据降维处理提取主成分，消除其所包含的冗余信息，基于ＢＰ神经网络与热误差建立回归映射模型，并与传统ＢＰ模型的预测效果对比分析。研究结果表明：所提出ＰＬＳＢＰ建模方法具有较高的预测精度和稳健性，可将多组预测结果残余标准差的最大均值、残余标准差的最大标准差分别控制在３．１３和１．３２μｍ以内，相比传统ＢＰ模型具有显著优势。

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飞机舱门收放系统ＣＰＳＯＢＰ神经网络故障仿真与诊断

王强, 吴伟, 刘东

2023 (11): 293-299.

摘要 ( 104 )

PDF(2572KB) ( 180 )

针对民机舱门收放系统故障模拟代价大、故障数据少、故障诊断精度低的问题，提出基于ＣＰＳＯＢＰ神经网络的飞机舱门收放系统故障诊断方法。根据民机舱门系统工作特性和高发故障的情况，确定流量控制阀磨损、液压马达泄漏、液压油污染和节流阀阻塞４种典型故障模式；建立飞机舱门ＡＭＥＳｉｍ收放系统仿真模型，通过典型故障的仿真分析获得１２０组故障数据，构建包含２９５２０个样本的故障数据集；采用ＢＰ神经网络进行故障诊断，其平均诊断正确率仅为８５．３６％。采用混沌粒子群算法（ＣＰＳＯ）优化ＢＰ神经网络的初始权重和阈值，故障诊断正确率达到９３％，提高了飞机舱门收放系统的故障诊断正确率。

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融合时间的单温度敏感点机床热误差建模方法

唐光元, 苗恩铭, 王文辉

2023 (11): 300-307.

摘要 ( 108 )

PDF(3283KB) ( 82 )

针对敏感点变动性和敏感点共线性对热误差预测模型的预测精度和稳健性的影响，提出融合时间的单温度敏感点建模方法，将隐性参数时间显性化，进一步明确温度变量、时间变量与热误差之间的关系，提升热误差模型的预测精度和稳健性，降低温度敏感点的选择难度。在采用半年数控机床热误差实验数据时，仅选用一个温度测点作为敏感点，建立温度、时间与热误差之间的多元回归预测模型；与传统的选择多温度敏感点的多元回归热误差预测模型进行比对分析，验证所提方法的有效性。研究结果表明：对数控机床的Ｙ向热误差，所提出建模方法的平均预测精度为２．５７μｍ，模型稳健性为１．３７μｍ，相较于传统的热误差预测模型，预测精度和稳健性提高了２８．０％和４７．１％；对数控机床的Ｚ向热误差，所提出建模方法的平均预测精度为５．３０μｍ，模型稳健性为３．４０μｍ，相较于传统的热误差预测模型，预测精度和稳健性提高了４５．１％和５７．７％；能较好地降低温度敏感点的选择难度，提高热误差模型的预测精度和稳健性。

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滑模ＰＩ混合控制及解耦补偿的ＰＭＳＭ控制研究

祝龙记, 邵华

2023 (11): 308-317.

摘要 ( 111 )

PDF(5069KB) ( 104 )

针对传统滑模控制存在较大抖动和控制增益值导致启动电流过大等问题，提出一种新型趋近律的滑模ＰＩ混合控制策略。在传统指数趋近律基础上，设计了新型混合趋近律解决系统的抖动问题，电机启动时，结合ＰＩ调节器降低启动电流。针对三相永磁同步电机中存在的凸极效应和模型误差对系统性能的影响，提出解耦电流ＰＩ控制策略。电流环引入前馈解耦补偿，通过内模控制方式对电流环参数进行整定以提高控制系统的鲁棒性和解耦性能。仿真和实验结果表明：所提出控制策略能提高控制精度和稳定性。

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ＸＬＰＥ电缆交叉互联系统中高频局放检测位置对幅值特征的影响

苟欣, 宋伟, 许勇

2023 (11): 318-325.

摘要 ( 84 )

PDF(5081KB) ( 160 )

针对高压电缆交叉互联系统中高频局放检测位置影响检测结果的问题，设计并搭建了采用典型截面的百米级１１０ｋＶ交联聚乙烯电缆线路的交叉互联系统局放检测试验平台；采用高频电流传感器对交叉互联箱的接地线、同轴电缆、换位排和接头接地引出线等４个不同检测点的局放信号进行检测，分析局放信号幅值的变化规律。研究结果显示：检测位置的不同会导致测得的局放信号幅值特征相差较大，通过选取合适的检测位置，结合局放信号幅值比较及局放谱图分析，可以有效实现局放源的识别与判定。在现场实测时，建议ＨＦＣＴ的最优安装位置为中间接头接地引出线和交叉互联箱换位排处，同时换位排处应采用电容臂进行短接。

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积分映射法Ｉ／Ｆ转换电路的设计与实现

冯济琴, 邹劲松, 陈程

2023 (11): 326-332.

摘要 ( 141 )

PDF(2497KB) ( 186 )

针对传统Ｉ／Ｆ转换电路逻辑复杂、器件性能要求高的情况，设计了一种基于积分映射法的Ｉ／Ｆ转换电路。将第一级积分电压输入映射电路，积分电压映射到控制芯片ＴＴＬ标准内，使控制芯片同时实现电压比较、逻辑控制两种功能，取代传统Ｉ／Ｆ转换电路专用比较和逻辑控制２个分立模块。通过Ｍｕｌｔｉｓｍ建立仿真模型，验证了所设计电路的功能特性。在常温条件进行电路测试，实验结果表明：所设计的Ｉ／Ｆ转换电路零位稳定性优于２．１４３６６×１０－６，线性度达到１０个ｐｐｍ内。

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动力电池逆向物流网络多目标设计：风险优化与求解分析

范志强, 罗一帆, 梁宁宁

2023 (11): 333-342.

摘要 ( 95 )

PDF(1688KB) ( 179 )

在动力电池大量退役背景下，考虑风险、不确定性、多处理技术工艺等因素，以最小化风险与成本为目标，构建了动力电池逆向物流网络多目标规划模型。运用期望区间、期望值和模糊机会约束方法对模型进行确定性转化，通过优化搜索空间、构建边际变化率和新的转换函数对经典ＭＷ求解方法进行改进。实验结果表明：模型能够在有效控制风险的同时兼顾经济性，改进的ＭＷ方法在Ｐａｒｅｔｏ最优解数量、交互优化效率与求解时间方面明显优于ＭＷ方法，可为有限信息不确定环境下动力电池逆向物流网络风险控制决策提供理论与技术支持。

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烟叶加料过程的热质传递特性分析

邵禹然, 袁锐波, 陈坤

2023 (11): 343-351.

摘要 ( 97 )

PDF(3307KB) ( 117 )

为探索烟叶加料过程中料液的浸润机制和叶片膨胀变形特性，运用多孔介质连续性理论和弹性理论建立了烟叶加料过程中的热质传递数学模型，基于ＣＯＭＳＯＬ软件实现加料过程中的多物理场耦合，分析了加料过程中烟叶的温度、料液浸润率和膨胀变形的变化规律与相互影响。结果表明：利用ＣＯＭＳＯＬ软件模拟烟叶加料过程，叶片峰值温度为４９．２５℃，最适加料环境温度为６５℃，最终料液浸润率为１９．８５％，最终叶片膨胀率为８．６％；烟叶的温度变化和料液浸润主要从被料液拍打到的叶片部位开始；叶片内部料液扩散产生的湿应力显著大于温度变化产生的热应力，表明料液的扩散作用对烟叶膨胀变形的影响比温度的影响更大；烟叶的最大等效应力出现在加料过程的１５ｓ左右，并出现在被料液拍打到的部位，表明膨胀变形致使烟叶骨架孔隙变大，扩大了料液扩散通道。烟叶加料过程中的膨胀变形对料液扩散具有积极作用，烟叶内部料液的分布是影响加料均匀性的主要因素。本研究为烟叶加料工艺工序进行优化，可为卷烟数字化生产提供可靠的理论参考。

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蜻蜓算法优化的高斯过程回归对锂电池健康状态预测

张韬, 王阳, 王言子

2023 (11): 352-361.

摘要 ( 145 )

PDF(2984KB) ( 142 )

针对锂电池健康状态（ＳＯＨ）估算精度低、高斯过程回归（Ｇａｕｓｓｉａｎｐｒｏｃｅｓｓｒｅｇｒｅｓ ｓｉｏｎ，ＧＰＲ）容易陷入局部最优和收敛速度慢的问题，采用蜻蜓算法（ｄｒａｇｏｎｆｌｙａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＤＡ）对ＧＰＲ的超参数进行寻优，实现锂电池非线性衰退的精确估算。将提取的健康因子作为输入特征，利用ＤＡＧＰＲ算法建立锂电池退化模型对ＮＡＳＡ电池数据集ＳＯＨ进行预测。首先，分别采用Ｂ０００５、Ｂ０００６和Ｂ０００７电池前７５次循环作为训练集，剩余９０次循环作为测试集，其结果均方根误差（ＲＭＳＥ）不超过０．１４７；其次，为了验证ＤＡＧＰＲ在小样本条件预测的准确性，分别选取Ｂ０００５前１０次循环和前３０次循环作为训练集，其余作为测试集，其中前１０次循环作为训练集的ＲＭＳＥ值为１．７５６３，前３０次循环作为训练集的ＲＭＳＥ值为０．１５０７１；最后，为了验证ＤＡ ＧＰＲ的泛化性，选择Ｂ０００６和Ｂ０００７作为训练集，Ｂ０００５作为测试集，其ＲＭＳＥ值为０．７７４４。

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双碳背景下多元政策对新能源汽车消费者购买意愿影响研究

李旭东, 何寿奎, 戴庆春

2023 (11): 362-371.

摘要 ( 244 )

PDF(1088KB) ( 369 )

以技术接受度模型为基础，结合情景因素，构建基于“外部情景内部情景应用行为”的新能源汽车购买意愿模型。通过问卷调查，结合结构方程模型分析调控限制、配套完善、技术提升、经济激励等多元政策对新能源汽车消费者购买意愿的影响。研究发现，经济激励政策对消费者购买意愿影响最大，其次为技术提升政策和调控限制政策；其中配套完善政策通过正向影响从众心理间接影响消费者的购买意愿，但对最终的购买意愿影响较小；从感知角度出发，感知价值对购买意愿影响最大。

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微流体系统在高功率裸芯片模块上的散热研究

钱自富, 李丽丹, 李鹏

2023 (11): 372-378.

摘要 ( 143 )

PDF(2960KB) ( 201 )

为解决高热流密度功率裸芯片的散热问题，在功率模块腔体上设置了一种自闭环一体化微流道散热系统。将裸芯片共晶焊接到金刚石，再将金刚石共晶焊接到功率模块腔体，有效降低了裸芯片到功率模块腔体之间的传导热阻。通过实验和仿真探究了微流道形式和流道宽度对散热能力的影响。结果表明：相同条件下交联微流道散热性能较好，同时减小流道宽度，提高芯片温度性能。仿真结果与实验结果具有良好的一致性，最大误差为７．１６％。提出的微系统具备较好的散热能力，在环境温度７０℃下，可处理的芯片热流密度为３２０Ｗ／ｃｍ２。

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