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关键词： 边界层辐合线   低空飞行安全   阵风锋   R2CNN   旋转框目标检测  

摘要： 边界层辐合线是触发对流的中尺度天气系统之一,边界层辐合线的精细化识别对于揭示其形成、演变及与其他系统相互作用机制至关重要。目前自动识别技术在适应边界层辐合线多样性(如尺度、强度和形状)方面存在局限。旋转区域卷积神经网络(R2CNN)可提高识别准确性、鲁棒性和泛化能力。综合考虑天气雷达型号和分辨率的多样性,针对性构建识别数据集用于模型训练,调整相应参数得到识别模型,并利用交并比和置信度评估检验识别效果。结果表明:基于R2CNN的边界层辐合线识别算法在使用较低交并比阈值时命中率更高且空报率更低,当置信度为0.7时,TS(threat score)评分最高。与现有的阵风锋识别算法(Machine Intelligence Gust Front Algorithm,MIGFA)效果相比,R2CNN在减少误报、提升命中率及平衡识别频率等关键性能方面优势显著,适用于业务应用与推广。

关键词： 深度学习   卷积神经网络   YOLOv5s   注意力机制   损失函数   迁移学习   目标检测   缺陷检测  

摘要： 针对现有钢材表面缺陷检测方法准确率不高、识别速度慢等问题,文中提出了一种基于改进YOLOv5s(You Only Look Once version 5s)的缺陷检测方法。为了实现对图像重要区域信息的关注以及提高模型对目标缺陷的学习能力,在主干特征提取网络引入CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制。为了提高目标框的回归速度和定位的准确性,使用距离损失和宽高损失结合的EIoU(Efficient Intersection over Union)边界框损失函数计算损失值。通过迁移学习加快模型的收敛速度来提升模型对各类缺陷检测准确率。通过在数据集NEU-DET上的实验结果表明,相较原始YOLOv5s网络,改进YOLOv5s网络模型对该数据集的准确率提升了6.3百分点,召回率提升了9.2百分点,mAP(mean Average Precision)达到了81.7%,对于钢材表面缺陷检测具有良好的性能。改进YOLOv5s算法的钢材表面缺陷检测模型大小仅为13.8 MB,在确保实时性的基础上提升了检测精度,便于模型在实际应用中的部署。

关键词： 运动生物力学   拮抗动作   运动训练   杠铃高悬垂位实力抓举   借力单杠双力臂动作   机器学习算法  

摘要： 基于借力单杠双力臂动作中的身体姿势变化设计其拮抗训练动作——杠铃高悬垂位实力抓举,并使用机器学习算法验证与量化不同重量的杠铃高悬垂位实力抓举与借力单杠双力臂动作的拮抗关系。招募有经验的综合体能训练爱好者10名,通过线性传感器计与惯性测量单元采集借力单杠双力臂动作和杠铃高悬垂位实力抓举动作的运动生物力学数据,使用一维统计参数映射(SPM1D)和动态时间规整(DTW)机器学习算法,验证与量化两者之间的拮抗关系。结果显示:两个动作在肩关节外展内收、内旋外旋、屈曲伸展以及肘关节内旋外旋上,存在拮抗关系。当杠铃重量约60%1RM(1次最大重量)时,两个动作的动力学数据拟合度最佳;当杠铃重量低于60%1RM时,两个动作的关节运动的拮抗关系更加显著。研究认为:杠铃高悬垂位实力抓举动作与借力单杠双力臂动作存在拮抗关系,可用其来优化借力单杠双力臂动作的训练效果,但杠铃配重需要根据训练目标和训练者能力进行调整。当训练目标为提升上肢爆发力时,可使用约60%1RM的杠铃配重,而当训练目标为提升借力单杠双力臂动作技巧时,则可用低于60%1RM的杠铃配重。

关键词： 旋转机械   自适应Wiener去噪   匹配追踪算法   微弱信号故障诊断   鲁棒终止条件   信号包络  

摘要： 为了准确地诊断出旋转机械的早期微弱故障,在分析信号特点的基础上,采用自适应Wiener滤波去除信号中的随机冲击干扰,并提出了一种基于优化匹配追踪算法的微弱故障特征提取方法。首先,分析了旋转机械早期微弱故障信号特点,在短时Wiener滤波中引入了窗长自适应策略,去除了早期微弱故障信号的随机冲击干扰,保留了故障信号中的有用分量;然后,分析了当前匹配追踪算法中算法迭代门限值在重构精度中存在的不足,设计了基于相邻残差的匹配追踪算法鲁棒终止条件,有效提高了故障信号的重构精度和重构信号质量;最后,将优化的匹配追踪算法应用于微弱故障特征提取中,实现了对微弱信号中强特征信号的提取目的。研究结果表明:采用自适应Wiener滤波可以有效去除信号中的随机干扰,且保留信号中的周期性故障信号;优化匹配追踪算法重构信号包络谱中的特征频率160 Hz及其倍频凸显,在其他频段的信号能量几乎为0,这意味着该方法能够准确判断出故障类型。与传统Wiener去噪和匹配追踪算法相比,自适应Wiener去噪和优化匹配追踪算法在微弱故障提取中具有可行性和优越性。

关键词： 汽车   转向机构   闭环控制算法   最优控制   实车  

摘要： 四轮车辆转向时,前后车轮的转向中心为一点时,视为车辆的理论最优转向,也是最优控制的目标。针对常用的多连杆转向系统,根据结构特点和转角关系,对系统控制进行分析;基于闭环控制算法,依据目标路径与参数反馈获取的转向控制量,对转向系统的最优控制进行设计分析;同时,对系统的状态变量和预测参数进行分析;基于实际车辆和转向最优控制系统,分析车辆在空载工况,以30km/h转向,分析稳态回转工况和双移线工况车辆运行的各参数变化,并与理论最优值进行对比,以验证控制系统的有效性。结果可知:采用离散分析和半步长积分对控制系统的状态变量进行预测,获取的经过精度较高;稳态回转工况,随着车辆的提升,转向轨迹的半径逐渐增大,车辆表现出明显的不足转向特征;两种工况下,转向控制系统获得的特性曲线与理论值具有高度的一致性,二者的峰值误差控制在5%以内,表明最优控制算法的可靠性,为此类设计优化提供参考。

关键词： FCM聚类算法   土壤化工污染   监测点   空间布设   密度敏感距离  

摘要： 为确保土壤污染监测结果的全面性和可靠性,土壤化工污染监测点空间布设情况,直接影响土壤化工污染监测结果的可靠性,因此,提出基于FCM聚类算法的土壤化工污染监测点空间布设方法。通过面积权重比例法确定监测点数量,并将数量与污染数据结合形成数据样本集。应用FCM聚类算法进行聚类处理,并引入密度敏感距离优化聚类效果,确保数据全局一致性。利用空间模拟退火算法优化布设位置。测试结果表明,该方法能有效确定监测点数量,提升布设均匀性,总体代表指数和偏离指数均高于0.906,且避免了局部监测点密集现象。

关键词： 重力场正演   任意地形   MATLAB   软件设计  

摘要： 推导由横向变化的上下边界所包围的任意地形所引起的重力场大小的理论公式,并采用科学计算语言MATLAB设计用户界面软件。测试结果表明,软件计算效率和精度均较高,同时具备多层地形整体计算的功能。

关键词： 循环结构   小学信息   计算思维能力   教学活动   核心素养导向   教学设计与实施   效率差异   具体案例  

摘要： 《利用算法的优势》单元聚焦于算法这一核心概念,借助一系列精心策划的教学活动,帮助学生透彻领悟算法的基础理念与运作机制,熟练掌握循环结构、条件分支等构成算法的基本要素,通过具体案例体验算法在实际问题解决中的应用及其效率差异。通过学习算法和程序实现,学生可以体验解决问题的过程,培养计算思维能力,这是本单元的主要目标,也是信息科技课程的核心内容。

关键词： 老化沥青   DTW算法   红外光谱   相似度   综合评价  

摘要： 为了优化沥青老化特征的快速评价方法与效率,基于动态时间规整(dynamic time warping, DTW)算法优化不同老化程度的沥青红外光谱信息评价方法,提出了老化沥青光谱信息相似度SIS评价指标。研究表明,基于DTW算法的最小规整距离可以体现老化沥青中所有化学组成结构累计变化信息量,进而表明沥青的热氧老化程度。沥青相似度(spectral information similarity, SIS)与主要特征峰(亚砜基、羰基)的相关系数不低于0.954 4,与沥青的老化程度具有很强的相关性;并且相对于单一组分特征评价指标,SIS指标的离散系数可以降低92%,显著降低红外光谱规律评价结果的误判概率。说明通过与单一组分的定性评价结合使用,SIS指标可作为评价沥青老化程度的判别依据,且该评价方法也可为光谱信息的相似性鉴别与归类研究提供参考与借鉴。

关键词： 深度学习   梯度下降   解卷积   转录组  

摘要： 由于单细胞和空间转录组技术都存在一定的不足,整合单细胞转录组和空间转录组技术应运而生。为提高单细胞矩阵到空间矩阵映射的相似度,降低损失函数值,通过改进深度学习Tangram算法的目标函数,同时受龙格库塔方法的启发对优化算法Adam的梯度值进行修正,开发了RK-Tangram算法。将其应用到3组模拟数据与真实的小鼠大脑皮质、运动和视觉区域的数据上,与原始Tangram算法相比,结果表明,RK-Tangram算法不仅提高了映射的相似度,降低了损失函数值,而且扩展了空间转录组的全基因组图谱,并纠正了低质量的空间测量。另外,通过解卷积将空间转录组数据转化为单细胞数据,提供了一个更高分辨率的组织类型图谱。