当期目录

2024年 第37卷 第5期 刊出日期：2024-05-15

  

融合注意力和胶囊池化的轻量型胶囊网络

朱子豪, 宋燕

2024, 37(5):  1-8.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.001

摘要 ( 107 )   HTML ( 10 )   PDF (3050KB) ( 77 )  

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针对胶囊网络特征信息传播低效性和路由过程存在较大计算开销等问题,文中提出了一种融合注意力和胶囊池化的轻量型胶囊网络。该网络主要有以下两方面的优势:1)提出了胶囊注意力。将注意力作用于初级胶囊层,增强对重要胶囊的关注,提高低级胶囊对高级胶囊预测的准确性;2) 提出新的胶囊池化。在初级胶囊层所有特征图的对应位置筛选出权重最大的胶囊,在减少模型参数量的同时以少量的重要胶囊表示有效特征信息。公共数据集的结果表明,提出的胶囊网络在CIFAR10上达到92.60%的精度,并在复杂数据集上具有良好的白盒对抗攻击鲁棒性。此外,提出的胶囊网络在AffNIST数据集上达到95.74%的精度,具有较好的仿射变换鲁棒性。计算效率结果表明,所提网络的浮点运算量比传统胶囊网络减少了31.3%,参数量减少了41.9%。

Q学习差分进化算法求解热电动态经济排放调度

方帅, 陈旭, 李康吉

2024, 37(5):  9-17.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.002

摘要 ( 53 )   HTML ( 4 )   PDF (960KB) ( 41 )  

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热电联产动态经济排放调度同时考虑了燃料成本花费和污染气体排放两个目标值,且下一时间段的热电产量受当前时间段热电产量的影响,这是近年来电力系统运行中的一个重要问题。文中提出一种基于Q学习强化多目标差分进化(Q Learning Multi-Objective Differential Evolution,QLMODE)算法,以此求解热电联产动态经济排放调度(Combined Heat and Power Dynamic Economic Emission Dispatch,CHPDEED)问题。在QLMODE中,采用Q学习技术调整算法的比例因子参数,即在迭代过程中利用子代解和父代解之间的支配关系确定动作奖励和惩罚,并通过Q学习调整参数值,以获得最适合环境模型的算法参数。文中将所提QLMODE用于求解11机组和33机组的热电联产动态经济排放调度问题。仿真结果表明,与4种成熟的多目标优化算法相比,QLMODE算法燃料成本最小,污染气体排放最少,收敛性和多样性指标优于其他4种算法,且QLMODE在两组问题上都获得了更好的Pareto最优前沿。

基于深度学习的城市内涝区域车辆检测与分析

夏榕成, 刘德儿

2024, 37(5):  18-24.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.003

摘要 ( 104 )   HTML ( 7 )   PDF (4676KB) ( 53 )  

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在城市内涝场景当中,较多人与车辆被困于积水中,给大众生活带来不利影响。随着计算机技术的快速发展,深度学习在解决实际问题中的运用也越来越广泛。文中提出了一种利用TensorFlow深度学习框架搭建MaskR-CNN(Regions with Convolutional Neural Networks Features)模型的方法,对城市内涝场景的积水区进行检测,检测效果良好,mAP(mean Average Precision)值达到89%。同时,基于YOLOv5(You Only Look Once version 5 )模型,采用密集帧间差运算对处于积水区中的人车进行追踪,追踪精度达到90%左右,并使用YOLOv5外挂ResNet(Residual Network)实现了对内涝场景中的车辆进行淹没危险度分析。实验结果表明,文中所用模型的车辆危险度检测效果优于其他模型。

基于RTLAB虚实结合的馈线自动化测试

马啸宇, 陈卓, 杨超, 李庆生, 郝正航

2024, 37(5):  25-31.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.004

摘要 ( 50 )   HTML ( 1 )   PDF (1019KB) ( 35 )  

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针对馈线自动化的功能测试问题,为避免配电终端接入实际配电网进行测试实验可能对电力系统的安全运行造成不利影响,同时为了提高测试的灵活性、效率性和正确性,文中提出了一种虚实结合的馈线自动化测试方法,利用RTLAB(Real Time Laboratory)实时全数字仿真器搭建配电网并模拟故障运行,设计具备保护、重合闸、就地式FA(Feeder Automation)功能的仿真型虚拟配电终端用于开展RTLAB实时仿真器与物理模型硬件在环仿真研究。文中设计的基于高性能线性功率放大器的接口实施方案被测配电终端接入测试系统形成闭环,构建了虚实结合的馈线自动化仿真测试环境。通过开展基本故障处理能力测试和容错能力测试的硬件在环仿真实验,验证了接口装置的准确性,同时验证了测试平台的有效性。

基于PCIE的多嵌入式人工智能处理器低延迟数据交换技术

魏璇, 温凯林, 李斌, 刘淑涛, 褚洁, 蔡觉平

2024, 37(5):  32-37.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.005

摘要 ( 44 )   HTML ( 2 )   PDF (1212KB) ( 41 )  

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针对多嵌入式人工智能(Artificial Intelligence, AI)处理器板卡之间的任务调度和数据交换冲突以及提高多板卡堆叠扩展时的可靠性和运行效率问题,文中提出了一种虫洞交换结构多嵌入式人工智能处理器高速数据交换技术和数据帧结构的解决方法。该方法基于PCIE(PCI Express)高速数据接口,将数据以数据单元的形式进行信息传递,并设计多重权重决策算法避免数据传输中的冲突,实现任务的并发多线程处理。搭建FPGA(Field Programmable Gate Array)平台进行设计和测试,结果表明PCIE的传输带宽利用效率达到了85%以上,数据交换延迟小于20 μs,系统中断任务响应平均最大延迟时间为8.775 μs。该技术适用于多处理器协同的高速交换电路,可扩展至混合PCIE和RapidIO交换电路结构。

冗余电源自动电流均衡控制策略

迟康伟, 谢素霞, 黄松, 王锦浩

2024, 37(5):  38-46.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.006

摘要 ( 45 )   HTML ( 4 )   PDF (3260KB) ( 41 )  

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冗余电源常用于需要不间断操作以及高可靠性的系统,当其作为N+1备份电源同时向设备供电时,还需考虑并联均流问题。针对无源冗余电源损耗大以及不能实现电流均衡的问题,文中采用了有源冗余的设计方案,设计了一个两路直流电压并联输入的1+1冗余供电系统。该系统采用兆易创新GD32E103为主控芯片,通过改变MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的导通电阻,采用PI(Proportional Integral)控制实现两路冗余电源输出电流的自动均衡。仿真和实验结果表明,有源冗余设计方案能达到自动电流均衡的目的。在正常工作时,两路电流的最大误差小于0.1 A,均流精度满足设计要求。

改进贝叶斯网络在变压器故障诊断中的应用

仝兆景, 兰孟月, 荆利菲

2024, 37(5):  47-53.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.007

摘要 ( 51 )   HTML ( 1 )   PDF (1826KB) ( 41 )  

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针对变压器故障诊断精度低的问题,文中提出一种基于改进黏菌优化算法(Improved Slime Mould Algorithm,ISMA)优化贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)的变压器故障诊断方法。通过爬山算法对定向最大支撑树搜索得到贝叶斯网络初始结构即初始种群,在改进黏菌优化算法中引入反向学习策略,增加种群多样性。添加正弦-余弦算法(Sine Cosine Algorithm,SCA),更新解的位置以避免种群陷入局部最优。根据改良的无编码比值法选取变压器故障状态的特征,利用改进黏菌优化算法优化贝叶斯网络结构,提高基于贝叶斯网络的变压器故障诊断的准确率,并利用不同种类的测试函数验证了改进黏菌优化算法具有收敛速度快、收敛精度高的优良性能。仿真结果表明,ISMA-BN诊断模型的训练集和测试集准确率分别为98.2%和97.14%,具有一定的研究价值。

售货机升降系统S型速度控制策略

冯高明, 邱文仙, 金明磊

2024, 37(5):  54-61.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.008

摘要 ( 31 )   HTML ( 1 )   PDF (1240KB) ( 37 )  

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在传统三闭环控制方式下,售货机升降接货系统易因启停过程中加速度突变产生冲击,导致系统运行不平稳。针对这一问题,文中对传统升降系统加减速控制策略进行改进,加入前馈和微分负反馈,提出一种S型速度曲线控制算法。根据路径规划判别条件将S型速度曲线分为七段式、六段式和四段式3种,并给出各路径约束条件下的参数求解方法和具体执行流程。将该算法运用到升降控制系统中进行仿真和实际工况测试,实验结果表明,与传统三闭环控制相比,文中所提控制策略可以提高售货机升降系统运行的平稳性,减小冲击,使速度曲线更加柔和,并能够保持较好的跟踪性能。

基于相位测量偏折术的透明物体表面缺陷检测

丁玉洁, 周志峰, 王勇, 王立瑞

2024, 37(5):  62-70.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.009

摘要 ( 93 )   HTML ( 2 )   PDF (3719KB) ( 62 )  

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目前国内对玻璃、透镜等透明物体的质量控制仍使用传统方法,传统的肉眼评估方法效率低下。为实现透明物体表面缺陷的自动化检测,提出一种基于相位测量偏折术(Phase Measuring Deflectometry,PMD)的透射式检测方法。利用结合了新相移图案生成计算式的PMD算法生成结构光条纹图案,使用透射式系统将该条纹图案投射到被测物体表面。相机采集经被测物体折射后的变形条纹图片,生成绝对相位图,通过识别绝对相位图中的局部畸变提取缺陷。通过分析周期错位导致误检的原因,提出一种绝对相位周期错位修正的方法。新相移图案生成计算式能提前修正周期错位现象,二者结合使用能提高相位展开的精度。以焦距为300 mm的凹、凸透镜为例进行实验,结果表明该方法能准确地提取出因表面缺陷导致的绝对相位图中的局部畸变,精度为0.1 mm。

基于行为特征和语义特征的多模态Android恶意软件检测方法

朱晋恺, 方兰婷, 季小文, 黄杰

2024, 37(5):  71-78.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.010

摘要 ( 67 )   HTML ( 2 )   PDF (998KB) ( 40 )  

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现有的Android恶意软件检测方法只考虑单一种类的特征,并不能全面描述Android软件的特征。为解决此类问题,文中从权限、字节码概率矩阵和函数调用图3种类型特征出发,提出了一种基于行为特征和语义特征的多模态Android恶意软件检测方法。同时,为了解决函数节点特征表示问题,文中针对函数调用图的生成过程提出了一种新的节点特征生成方法。为了丰富操作码语义信息,提出了一种基于2-gram的字节概率矩阵生成方法。通过实验证明了文中方法相较于其他方法可更加全面地描述Android软件的特征,检测准确率达到95.2%,相较于已有方法准确率平均提升了22%,有效提高了Android恶意软件的检测能力。

基于事件触发的Delta算子网络控制系统故障检测

葛晓伟, 周颖

2024, 37(5):  79-87.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.011

摘要 ( 56 )   HTML ( 4 )   PDF (1536KB) ( 37 )  

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针对网络控制系统在高速采样情况下,网络中由于通信网络带宽受限发生时延和丢包所引起的故障问题,文中采用了基于事件触发机制和Delta算子相结合的故障检测方法。在对故障检测滤波器和控制器进行协同设计的同时,在Delta算子滤波器模型中加入构造向量,避免了参数设计时双线性项的产生。构造δ域的Lyapunov-Krasovskii泛函,对残差系统的稳定性和H_∞性能进行分析。数值仿真实例验证了文中所提事件触发机制的有效性,并通过残差评价函数证明了其对故障的灵敏度较高。

基于改进蚁群算法的机器人全局路径规划

王艳春, 郭永峰, 夏颖, 王洋洋

2024, 37(5):  88-94.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.05.012

摘要 ( 105 )   HTML ( 4 )   PDF (892KB) ( 48 )  

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针对传统蚁群算法存在初始信息素缺乏、收敛速度慢以及无法有效躲避障碍物等问题,文中提出了一种基于改进蚁群算法的全局路径规划。引入正态分布函数改进传统启发函数,提高了算法效率,缩短了算法收敛所需时间。自适应调整信息素挥发系数,限定信息素范围,避免过早收敛。对算法路径平滑处理,缩短路径长度,从而实现机器人的全局路径规划。仿真结果表明,在20×20环境下,文中算法平均迭代次数比传统蚁群算法减少了28代,收敛速度更快。平均拐点减少了33.3%,使路径更为平滑,克服了初始信息素缺乏,加快了收敛速度,减少了拐点数量,能够有效躲避环境中的障碍物,证明了该算法的可行性。