电子与信息器件

  • 一种高性能激光器驱动电流源的设计

    王世喜;郝魁红;

    可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术中系统响应速度大小取决于高频电流源频率的高低。而电流源工作于电流模式,对于轻负载情形,电路可以工作在很高的频率;当处于重负载情形时,电路难以做到很高的频率。为了提升驱动电流源的频率,文中设计一种高性能激光器驱动电流源。首先建立一种基本的用于TDLAS系统压控电流源的传递函数模型,并对该模型进行简化;然后分析电路产生震荡的原因,并提出一种基于奈奎斯特判据的环路补偿方法。将两片有环路补偿和无环路补偿的电流源PCB分别进行对比测试,测试发现有环路补偿的激光器电流源可以工作在100 kHz频率而不产生震荡,而没有环路补偿的PCB输出却叠加了一个高频极点。测试结果表明,文中电路模型输出和实际测试非常吻合,该电路工作于高频而不发生震荡的特性可以用于驱动激光二极管,还可进一步提高TDLAS系统的响应速度。

    2022年06期 v.45;No.605 1-4页 [查看摘要][在线阅读][下载 1462K]
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  • 基于卡尔曼滤波的PID控制在PLC中的实现及应用

    熊磊;陈相全;谢晖;郭景富;张雪明;董永军;

    中子发生器电源性能直接影响中子管产额稳定性,文中针对中子发生器电源PID控制存在的噪声敏感、超调量大等问题,在PLC系统中设计一种基于卡尔曼滤波的PID控制方法。利用PLC中的行优先顺序,以浮点型数据格式存储卡尔曼滤波器中的矩阵,采用PLC中的四则运算基本指令进行卡尔曼滤波器的矩阵运算,通过多次嵌套调用矩阵运算子程序实现PID控制参数的卡尔曼滤波。最后,将文中方法应用于中子发生器的电源控制,通过对比实验以验证其有效性。测试结果表明,在PLC中基于卡尔曼滤波进行PID控制能够有效地滤除噪声,减少超调量,控制效果得到明显改善。通过进一步优化,文中设计方法可应用于中子发生器、液面高度、温度、气压等多种PLC控制系统。

    2022年06期 v.45;No.605 5-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1510K]
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  • 热电效应总辐射传感器设计

    袁宇;刘清惓;杨杰;陈高颖;丁枫;付川琪;

    为解决环境风速对太阳辐射强度值测量准确度的影响,文中设计一种热电效应总辐射传感器。首先,利用建模软件构建出传感器探头的三维结构模型,使用流体动力学方法对传感器探头进行流固耦合传热分析;然后使用L-M算法对传感器进行误差修正,得到太阳辐射强度值与传感器两探头温差及环境风速之间的关系;最后设计硬件电路,并搭建一套太阳辐射模拟器实验平台,使用此传感器测量0~3 m/s范围内太阳辐射强度值并修正辐射误差,将经误差修正后测得的实验值与标准仪器参考值进行对比。实验结果表明,文中提出的太阳辐射传感器及误差修正算法具有较好的效果,经辐射误差修正后的实验值与参考值之间的相对误差不大于2.36%,以100~1 050 W/m~2作为满量程时,满量程误差不大于1.37%。

    2022年06期 v.45;No.605 9-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1442K]
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  • 智能交通车辆位置单历元RTK/5G云端监控系统设计与实现

    周命端;姬旭;王坚;罗德安;

    针对传统GNSS导航模块伪距单点定位监控交通车辆位置存在定位精度低的弊端,文中提出一种基于GNSS载波相位单历元RTK/5G的交通车辆位置高精度实时监控云端技术。基于GNSS载波相位单历元动态定位模型,以双频数据为例,给出利用DUFCOM和DC算法相组合的单历元双差整周模糊度快速确定算法(FARSE)的实现流程,并探讨实现实时监控的5G移动通信核心技术。基于Visual Studio 2010平台,利用C#编程语言,设计并开发一种基于GNSS载波相位单历元RTK/5G的交通车辆位置精准监控软件,并无缝嵌入腾讯云服务器,构建云端在线监控系统(GNSS_ITMS)。实验结果表明,GNSS_ITMS系统云端在线监控精度的北向RMS优于2 cm,东向RMS优于2 cm,高程RMS优于5 cm。文中算法及云端在线监控系统可行且有效,可为智能交通车辆位置实时全过程监控提供一种云端在线高精度的解决方案。

    2022年06期 v.45;No.605 14-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1887K]
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  • 基于CMOS图像传感器的大动态微弱信号检测电路设计

    刘聪;罗向东;王伟明;牛光珊;

    为获得二维材料混合信号中微弱的调制信号,文中基于具有弱信号检测能力和大动态范围的CMOS图像传感器芯片S10122,选用ADI公司16位精度的LTC2204芯片和LTC1668芯片,使用两次采样模数转换(ADC)的方法设计一个大动态微弱信号检测电路。该电路在保证采样速率的前提下,可将16位ADC精度提高到18位,且采样速率达到20 MSPS。测试结果表明:文中电路能够有效地检测出微弱信号,且信号幅值随光强变化而变化。传感器采集到的信号能够通过USB模块有效传输至上位机,传输速率达到38.6 MB/s,实现了低精度ADC对微弱信号的高精度测量,满足实际探测需求。文中设计的两次采样电路具有电路结构简单、成本低、噪声干扰小的特点,与现有采样方法相比,具有更高的采样精度和速度,可为微弱信号的快速、高精度检测提供一种研究方向。

    2022年06期 v.45;No.605 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1944K]
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  • 粒子群算法和遗传算法提取闪存器件模型参数的对比

    闫国亮;丁洁;

    为了有效指导闪存单元的模型参数提取,文中基于BSIM4模型,选取了合适的模型参数,利用粒子群算法和遗传算法作对比,找到了一种最佳的闪存器件模型参数提取方法。POM分子闪存器件是一种新型浮栅闪存器件,将作为研究对象被用于文中模型参数的提取工作。首先在BSIM4中选取要进行提取的参数;然后分别通过粒子群算法和遗传算法优化得到模型参数的最优值,使最终得到的模型仿真数据尽可能拟合对应的器件物理仿真数据,也就是最小化提取模型仿真数据和物理仿真数据之间的误差。结果表明:利用粒子群优化算法可以使模型仿真数据和物理数据较好地拟合,并且最终模型的参数提取误差均在2%以下,而遗传算法提取结果的最大误差为2.896 3%;在参数提取误差和计算量方面,粒子群算法都优于遗传算法。

    2022年06期 v.45;No.605 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1603K]
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  • 基于AKAZE算法的大尺寸电路板图像拼接研究

    范洪浩;刘新妹;殷俊岭;

    针对电路板自动测试系统中相机畸变、镜头视野有限所造成的图像失真、模糊不全等问题,文中提出一种基于AKAZE特征检测算法的大尺寸电路板图像拼接方法。首先通过AKAZE特征检测算法分别提取多张局部重合的电路板图像的关键点并对其描述;然后采用随机抽样一致性算法对关键点进行筛选(达到亚像素级别),再经暴力匹配对电路板图像进行视角变换后,匹配各局部电路板图像的特征点;最后对已匹配的各电路板图像的重合部分按权重进行融合,从而拼接成完整的电路板图像。实验结果表明,经图像拼接后的大尺寸电路板图像与原图像相比,图像更富有细节,无畸变且图像高度完整。文中的图像拼接方法所产生的误差小于0.1 mm,拼接图像与原图像的重复率达98%以上,并且拼接后的大尺寸电路板图像更富有细节、更加清晰,说明该方法可提高电路板自动测试系统的准确率,并为后续的数据识别工作提供有效支持。

    2022年06期 v.45;No.605 35-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K]
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  • 基于VATA160的前端读出电子学设计

    宋海声;孙文健;杨海波;赵承心;李承飞;彭鹏;李先勤;

    针对核物理实验的读出需求,文中介绍一种具有高集成度、多通道、低功耗、高数据传输速率及较强的扩展性和通用性的前端读出电子学系统。该前端读出电子学系统可以实现对输入信号的传输和采集,保障核物理实验后续数据分析的高效进行。读出电子学系统主要基于VATA160电荷测量专用集成电路(ASIC)和FLASH型现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行设计,采用VATA160电荷测量专用集成电路进行输入信号的处理,并由逻辑控制单元将采集到的数据传输到上位机进行存储分析。最后,对读出系统的基线噪声和工作性能进行测试。结果表明:基线噪声值仅占整个读出系统量程范围的0.026%,噪声干扰小;通道的积分非线性优于0.801%,系统性能优;同时,该系统具有较大的动态范围、集成度以及较强的通用性,对于未来多种核物理实验的研发具有广泛的适应性。

    2022年06期 v.45;No.605 39-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K]
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  • 基于STM32的顺序注射水质检测系统设计

    李文;马俊源;毛潭;吕彬彬;

    为使顺序注射水质检测高效率、低成本,文中提出一种基于STM32的顺序注射水质在线监测系统。该系统以STM32为控制核心,通过注射泵、阀岛以及压力阀的顺序动作完成实验流路的控制;在由PT100、加热丝以及散热风扇构成的温度控制硬件系统上运行PID算法,以实现实验温度条件的控制;在消解池两侧安放光源与检测管,通过放大检测管的接收信号及计算有效值等一系列处理后得到实验光强,进而计算出吸光度,然后根据朗伯-比尔定律得到测量结果。最后增加故障检测、数据存储、数据上传等辅助功能,保证整个系统的稳定运行。实验结果表明,所提水质检测系统的检测效率得到大幅提高,检测成本降低,同时顺序注射水质检测的应用范围也有所拓展。

    2022年06期 v.45;No.605 44-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1606K]
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  • 交互式手工搬运作业仿真系统的设计与开发

    樊树海;张倩;周策;陶嘉庆;杨秋宇;

    针对虚拟仿真实验平台中设备接口不一致导致在线控制与实时交互难的问题,文中设计一种基于运动捕捉设备Kinect的交互式手工搬运作业虚拟仿真实验系统。该系统由3D体感摄像机Kinect、Windows for SDK开发套件和人机工效仿真软件JACK组成。首先按照规范搭建虚拟手工搬运的实验环境,利用Kinect捕捉人体运动骨骼数据,根据逆运动学知识进行骨骼数据重定;再通过JACK中定制化Kinect模块接口,实现Kinect-JACK的实时交互,从而在线控制虚拟人运动并成功运用于手工搬运作业中。结果表明,文中设计的虚拟仿真实验系统充分融合了人机工程学知识与虚拟仿真技术,利用半实物仿真原理拓展了虚拟仿真实验平台的应用范围,为学生提供了良好的交互式体验,提高了实验教学质量。

    2022年06期 v.45;No.605 49-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
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  • “六域模型”农业物联网参考体系结构及应用

    王旭;周开利;

    通过对农业生产经营过程的全面分析和对物联网参考体系结构国际标准的深入研究,文中确定了农业物联网的用户域、物理实体域、感知控制域、应用服务域、运维管控域和资源存取交换域的实体集合,提出了“六域模型”农业物联网参考体系结构。将其应用于家庭农场露地蔬菜种植,实现了家庭智慧农场系统结构设计。“六域模型”农业物联网参考体系结构具备兼容性、灵活性和可扩展性等优点,可为不同农业物联网应用系统结构的设计提供有效、可靠、可扩展的框架设计指导,有利于形成真正的农业物联网协同生态体系,实现农业物联网商业层面的大规模应用。

    2022年06期 v.45;No.605 53-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1603K]
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  • 一种微型双麦克风语音增强算法

    曾庆宁;王红丽;龙超;

    语音增强的目的是尽可能地从带噪语音中提取纯净的原始语音。传统的单麦克风语音增强算法在非平稳噪声、低信噪比等复杂情况下性能显著降低;而双麦克风因其可以抑制方向性噪声,整体降噪性能更好而得到广泛应用。针对微型双麦克风,文中提出一种有效的语音增强算法。该算法首先通过对两通道含噪语音信号进行差分运算来抑制方向噪声,然后采用基于语音活动检测的改进自适应噪声抵消算法进一步消除剩余噪声,再对畸变的语音信号进行恢复运算,最后使用对数最小均方误差算法进一步消除残留噪声。在对畸变的语音信号进行恢复运算的过程中,提出一种时域恢复算法,得到比已有频域恢复算法更小的运算量和时延。实验结果表明,文中所提算法能有效地抑制噪声,改善语音质量,其降噪效果良好而且易于实时实现。

    2022年06期 v.45;No.605 58-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1676K]
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  • 一种基于EHW的分块优化电路方法

    刘丽君;贺天宇;

    针对大规模电路存在可以被优化的逻辑门,文中提出利用演化硬件(EHW)技术对大规模电路分块优化的方法。由于EHW技术只能演化小规模的电路,因此需要对大规模电路进行分解后才可以演化。首先根据逻辑门之间的连接关系,利用层次聚类的方法对大规模电路进行分解,分解后的子电路规模要适用于EHW技术;然后利用EHW技术对分解后的子电路进行演化,演化生成多种与原始子电路功能相同的电路,从中选择逻辑门最少的电路替换原始子电路,以达到优化子电路的目的;最后将优化后的子电路按照分解前的连接关系合并,得到与原始电路功能相同而逻辑门数较少的电路。实验结果表明,利用EHW技术可对大规模电路进行再优化,不仅能够降低逻辑门的数量,还可提高其安全性。

    2022年06期 v.45;No.605 65-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1499K]
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  • 新型边缘计算模式下的温室监控系统设计研究

    欧阳航;宫鹤;陈本;孟楚;肖培;蔡川;

    针对目前温室大棚作业在精准农业发展中存在自动化管理水平低下,以及在以云计算为中心的农业远程控制系统上会出现连接稳定性较差、时延较长的问题,文中提出一种基于边缘计算的农业物联网监控系统,对棚内调控装置进行精准自动化调控。系统整体由采集控制CPS层、边缘计算层和云服务层三部分组成。通过CPS层的CAN总线电路设计来对环境参数进行获取,边缘计算层的LoRa树莓派网关负责完成数据传输,并采用Smith模糊控制算法实现本地控制决策自动化。在长春市农安县大棚种植园对文中系统进行安装测试。试验结果表明,该系统能实时采集棚内多项环境参数,以灌溉作业为例,自动化调控正常,能使室内土壤湿度与设定的最佳湿度的误差维持在3%左右,可满足温室精准化种植需求。

    2022年06期 v.45;No.605 69-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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  • AHL NB-IoT架构可移植性分析

    喻炳政;王宜怀;张建;刘强;

    针对传统物联网开发的软硬件可移植性低,而知名企业倾向于以服务形式发布产品,避免透露专业细节的问题,文中提出一种软硬件构件化、可移植、开源的开发架构。开发架构将硬件分为两部分,再辅以外接传感器实现硬件模块化设计。在设计硬件电路时,将各部分电路分模块以便于进行移植复用。软件设计方面,针对模块化的硬件进行构件化开发,以降低构件的耦合性并减少程序的改动;同时将微控制器的FLASH存储区域分为两部分,将部分程序固化在指定扇区,通过功能函数实现程序跳转,提高系统的稳定性。通过软件分层次设计和移植可提高构件程序的可复用性。最后将原本AHL NB-IoT架构下基于MKL36Z64芯片实现的窄带程序、电能质量监测程序移植到STM32L431芯片上,验证了文中提出的架构具有较强的可移植性与稳定性。

    2022年06期 v.45;No.605 74-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1535K]
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  • 简易拱棚环境自动监控系统设计与试验

    张艺越;马永财;

    个体农户所经营的农业简易拱棚受经济条件与占地面积等因素限制,无法直接移植标准温室大棚的环境监控系统,导致其内部环境管理存在缺失。为此,文中设计一套低成本、能实现简易拱棚内温湿度信息监测以及根据作物生长农艺要求自动对棚内温湿度进行调控的监控系统。基于微控制器与多种传感器结合的嵌入式技术设计棚内环境自动监控系统,利用Proteus软件对系统进行仿真测试。仿真结果表明:文中所设计的湿度补偿程序与温湿度信息采集程序可实现棚内温度与空气相对湿度等信息的采集,且当棚内温湿度不在设定阈值范围内时,系统能够实现对温湿度等环境参数的自动调整与控制。在仿真分析的基础上,对监控系统进行试验测试。结果表明:系统温度监测精度为±0.6℃,空气相对湿度监测精度为±1.1%,监测误差比SHT11传感器的正常误差低3%;且在试验过程中,系统能够通过环境控制模块对其内部超出设定阈值范围的环境进行改善,从而提高拱棚内环境质量。

    2022年06期 v.45;No.605 81-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1910K]
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计算机科学与应用

  • 基于图卷积神经网络的三维点云分割算法Graph-PointNet

    陈苏婷;陈怀新;张闯;

    三维点云无序不规则的特性使得传统的卷积神经网络无法直接应用,且大多数点云深度学习模型往往忽略大量的空间信息。为便于捕获空间点邻域信息,获得更好的点云分析性能以用于点云语义分割,文中提出Graph-PointNet点云深度学习模型。Graph-PointNet在经典点云模型PointNet的基础上,结合二维图像中聚类思想,设计了图卷积特征提取模块取代多层感知器嵌入PointNet中。图卷积特征提取模块首先通过K近邻算法搜寻相邻特征点组成图结构,接着将多组图结构送入图卷积神经网络提取局部特征用于分割。同时文中设计一种新型点云采样方法多邻域采样,多邻域采样通过设置点云间夹角阈值,将点云区分为特征区域和非特征区域,特征区域用于提取特征,非特征区域用于消除噪声。对室内场景S3DIS、室外场景Semantic3D数据集进行实验,得到二者整体精度分别达到89.33%和89.78%,平均交并比达到64.62%,61.47%,均达到最佳效果。最后,进行消融实验,进一步证明了文中所提出的多邻域采样和图卷积特征提取模块对提高点云语义分割的有效性。

    2022年06期 v.45;No.605 87-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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  • 基于云GIS的食用菌质量安全空间管理信息系统设计

    尹林江;周忠发;黄登红;彭睿文;张淑;张文辉;

    为服务于脱贫攻坚中产业扶贫重要决策部署,解决传统食用菌信息管理方式效率低、范围小、可操作性差的问题,文中设计研发一种基于云GIS的食用菌质量安全空间管理信息系统。该系统以ArcGIS API for JavaScript和ArcGIS Engine为开发框架,采用B/S与C/S混合开发模式构建表现层;以Oracle数据库建立数据系统,融合动态链接库(DLL)、组件对象模型(COM)及.NET反射机制于一体;以VMware部署私有云环境,基于REST服务构建食用菌质量安全空间管理信息系统。该系统支持食用菌数据的查询和编辑、污染源管理、采样管理、安全风险评价、统计分析和空间分析等功能,同时可建立食用菌质量安全空间数据库,构建食用菌质量安全评估模型,运用三维GIS空间信息化技术对食用菌的自然环境进行空间可视化研究。结果表明,文中系统可以提升食用菌信息管理和分析的效率,能为食用菌产业规划提供技术支持。

    2022年06期 v.45;No.605 93-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1581K]
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  • 融合BERT与LDA的在线课程评论关键词提取方法

    尼格拉木·买斯木江;艾孜尔古丽·玉素甫;

    为了高效提取高度集中、覆盖范围广和差异性明显的慕课网用户评论关键词,文中提出一种融合BERT和LDA-TextRank的关键词提取方法。实现关键词提取的第一步是获取候选关键词,在获得候选关键词之前需对爬取的课程评语进行预处理,再通过BERT模型训练得到慕课网在线评语的词向量;然后利用LDA主题模型得到候选关键词的主题分布;最后结合TextRank算法计算各主题的关系词及生成评论文本的词主题挖掘。基于此,文中利用BERT文本表示方法,能够更好地联系不同词语之间的相关性;在传统的LDA主题抽取模型的基础上结合TextRank方法,并在节点运算中通过迭代算法计算各词的得分,将权值的转移概率作为词语之间的相似度,使得关键词提取性能得到了提升。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法的困惑程度值明显降低,证实了该方法的有效性。

    2022年06期 v.45;No.605 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1562K]
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  • ZigBee与5G的液压支架无线传感器网络的研究

    孙晓旭;田慕琴;许春雨;宋单阳;牛淑锏;

    针对煤矿井下综采工作面空间狭小、液压支架的传感器数量众多、布线以及维修困难等问题,文中设计一种基于ZigBee与5G无线通信技术的液压支架无线传感器网络系统。首先介绍无线传感器与无线收发器的硬件与软件设计,并研究了ZigBee与5G通信传输数据的方式。然后制作集成液压支架传感器数据的中央控制系统,融合一种适用于液压支架无线传感器网络的分簇式DFD节点故障诊断算法。最后进行测试实验,实验结果表明,文中的无线传感器网络能够将采集的液压支架无线传感器数据传输至无线收发器,通过工作面5G基站传输至井下中央控制系统,再通过支架间电缆传输至支架控制器,满足液压支架对无线传感器网络的高精度、高稳定性和低能耗的要求。该研究可为煤矿井下液压支架电液控制系统无线化奠定基础。

    2022年06期 v.45;No.605 105-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1834K]
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  • 超导磁悬浮轨道磁场对乘客电磁暴露安全评估

    李光烈;逯迈;李锦屏;潘强强;

    因目前超导磁悬浮列车的新型磁悬浮对乘客的电磁暴露的相关研究较少,文中使用Comsol有限元仿真软件,以Halbach型轨道为暴露源,参考巴西里约热内卢联邦大学的超导磁悬浮列车和导轨进行建模,分别仿真分析列车在直线轨道上静止和环形轨道上运行两种状态下车内乘客的电磁暴露情况。结果表明:列车静止且悬浮高度为5 mm时,轨道上方坐姿、过道侧坐姿、过道中站姿三位乘客体内的磁通密度最大值分别为527μT,240μT和77.7μT,且乘客距离导轨越远,体内磁通密度有减小趋势;列车运动且悬浮高度为5 mm时,乘客头部磁通密度、感应电场强度最大值分别为0.9μT和21.4μV/m。文中所得数值均低于ICNIRP推荐的公众电磁暴露限值,说明超导磁悬浮永磁轨道所产生的磁场不会使车内乘客健康受到威胁。

    2022年06期 v.45;No.605 112-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
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  • 带机械臂的旋翼无人飞行系统实验平台设计与实现

    周祖鹏;睢志成;莫小章;卫欢;鹿浪;王义华;

    针对带机械臂的旋翼无人飞行系统实验平台在二次开发设计中存在硬件选择、通信、控制的难题,文中设计一种基于开源飞控PixHawk的分层控制实验平台。该实验平台主要包括旋翼无人机、机械臂、地面站、通信模块4部分。其中,无人机姿态与位置的控制由内外环PID算法实现,机械臂的控制基于正运动学在机载计算机树莓派上实现。PC与机载计算机通过WiFi通信,相比传统的蓝牙不仅增大了通信的覆盖范围而且提高了实时通信的流畅度。采用的分层控制相比于解耦控制虽然精度降低,但所需计算资源较少且在实际中更易于实现。实验结果表明,文中实验平台实际运行稳定可靠,具有一定的鲁棒性,可为带机械臂的旋翼无人飞行系统控制算法设计及顶层应用研究实验平台的选择提供参考。

    2022年06期 v.45;No.605 119-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1520K]
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能源技术

  • 核反应堆容器检测平台精确定位方法

    熊芝;夏志鹏;陈海林;周维虎;翟中生;

    针对现阶段核反应堆容器检测平台无法实现全自动定位、定位精度低等问题,文中提出一种基于机器视觉的精确定位方法。首先结合定位特征、测量环境及定位需求设计精确定位分系统,并对定位分系统的布局进行优化调整;其次利用空间圆拟合与SVD实现探头轴线的标定和检测平台全局坐标系的统一;然后通过图像筛选与特征拟合,采用平面切割法实现贯穿件轴线的测量,在此基础上计算出探头轴线的对中偏差值,并转化到运载小车坐标系下,驱动小车进行精确定位;最后在模拟检测现场对该方法的定位性能进行实验验证。结果表明,精确定位分系统的定位误差可控制在2.6 mm以内,说明文中的设计方法可提高检测平台的定位效率,满足检测现场的定位要求。

    2022年06期 v.45;No.605 125-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1581K]
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  • 基于图像融合与H.265的无人值守电力巡检系统

    黄万伟;袁博;王博;张校辉;李璞;

    针对目前较多无人值守变电站采用多摄像头分离处理,存在的成像细节模糊、可扩展性差、传输延时长等问题,文中提出一种基于图像融合与H.265的无人值守电力巡检系统设计方案。系统前端设备采用双目摄像头采集可见光与红外图像,通过图像融合算法对可见光与红外图片进行融合处理,解决了可见光干扰能力弱和红外图像模糊的问题。此外,文中系统支持有线/无线两种部署方式,用云端存储来缓解本地存储的压力,且采用H.265编码方式以降低网络延时。最后,对系统的图像融合效果、系统延时以及视频质量进行测试。结果表明,文中系统所输出的融合图像对比度强、细节保留完整,相比于H.264编码技术,延时降低了9%~10%。

    2022年06期 v.45;No.605 131-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K]
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  • 考虑供电电能质量关联效应的变压器损耗分析

    江友华;尤飘飘;崔昊杨;杨兴武;任克宇;

    传统的单项电能质量指标对变压器损耗分析在多项指标并存时的供电环境上存在缺陷。而目前有关变压器综合损耗研究大多采用反推法,未考虑指标间的关联效应,不能真实反映复合电能质量对变压器热性能的影响。为此,文中根据变压器处于多指标共存供电环境时的损耗特性,综合考虑指标间的因果与耦合关系,建立一种基于层次分析法的赋予指标权重的综合损耗计算模型,并将计算结果与反推值、实测值进行对比;然后,利用Icepak热仿真软件分析不同工况下变压器三维稳态-瞬态损耗热效应。研究结果表明:文中模型比传统损耗反推法与实测值更匹配,能够更加真实地反映和定量分析变压器的综合损耗;当工况由三相不平衡单独存在恶化成与谐波复合时,损耗热效应变化特征显著。

    2022年06期 v.45;No.605 137-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1672K]
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  • 模块化多电平换流器优化均压策略研究

    崔帅;宋吉江;赵巧静;孙光华;王蕾;

    针对模块化多电平换流器(MMC)子模块在运行时存在的排序运算量大、功率器件动作频繁等问题,文中提出一种改进的快速排序优化算法来减少控制器的计算量。首先优化快速排序中基准值的选取方法,选取待排数组中均值作为基准值;其次结合直接插入排序,仅对经过快排后的某一数组进行排序,减少待排数据的数量。针对MMC运行过程中存在功率器件动作频繁的问题,设置各桥臂子模块电容电压最大(小)偏差值,对于未越限的电容电压值保持其下一周期投切状态不变,减少功率器件的频繁投切。最后在仿真软件Matlab/Simulink中搭建21电平MMC仿真电路模型进行仿真验证。结果表明,文中提出的优化电容电压控制策略可以有效减小控制器的计算量和开关器件的开关频率。

    2022年06期 v.45;No.605 143-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
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前沿交叉科学

  • 动态背景下运动目标检测算法

    朱磊;冯成涛;张继;储开斌;

    为解决动态背景下运动目标检测所得目标较为微弱且目标区域离散的问题,文中提出一种动态背景下的运动目标检测算法。首先利用SURF(Speeded Up Robust Features)算法提取图像中的特征点,通过双向匹配法去除误匹配的SURF特征点对,并将特征点分为前景点和背景点两部分;再利用背景点计算仿射变换矩阵,以提高仿射变换矩阵的准确性,完成背景运动的补偿,消除背景运动对目标检测的影响。然后对补偿后的图像采用帧差法和形态学操作,完成对目标的初步提取。最后利用颜色、位移和位置信息对目标进行归并处理,完成运动目标的检测。实验结果表明,文中算法能够准确检测出运动目标,并且所得目标较为明显且目标区域连续。说明文中算法准确率高且具有较强的鲁棒性。

    2022年06期 v.45;No.605 148-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1590K]
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  • 基于DenseNet的唐卡图像分类

    曾富亮;胡文瑾;何国源;薛盼盼;

    针对DenseNet采用ReLU函数在特征传播过程中存在丢失图像的负特征问题,文中提出一种改进的DenseNet方法。首先,为了解决样本数据集少而产生的问题,采用数据增强方法中的图像翻转、旋转和随机裁剪方法来增加数据集;其次,利用Leaky ReLU函数不会丢失图像负特征的特性来代替ReLU函数,在反向传播时增加传播的负特征,并采用迁移学习的基于微调网络的技术进行训练从而防止过拟合。迁移学习是运用神经网络在大型数据集ImageNet上训练好的参数权重在小数据集上进行网络训练,再把原神经网络的全连接层改为小数据集需要的层。最后对唐卡图像进行分类。实验结果表明:改进的DenseNet取得了较好的性能,比DenseNet性能提高了1.1%;与VGG16、ResNet50和InceptionV3等其他卷积神经网络相比,改进的DenseNet对唐卡图像分类效果良好。

    2022年06期 v.45;No.605 153-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1527K]
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  • 基于LoRa与Socket的建筑能耗异构数据融合方法

    张向阳;彭志豪;靳昊玥;侯钰慧;王帅;王雄;

    针对现有建筑能耗数据采集系统传感器接入困难和数据处理效率低的问题,文中分析LoRa组网和Scoket异步通信的技术特点和适用场景,提出一种基于LoRa与Socket的建筑能耗异构数据融合方法。该方法采用LoRa采集器和LoRaWAN网关搭建LoRa组网,适配接入各类传感器,并结合Socket异步通信在系统服务器和LoRaWAN网关之间建立一对多连接,同时接收多个网关的建筑能耗异构数据并对其进行数据协议解析和数据融合。该方法不仅改进了感知层的数据传输网络结构,解决了不同种类传感器在通信协议、数据格式和串口速率上的兼容问题,还降低了网络层系统服务器在处理多组异构数据时的响应时间。应用实践结果表明,文中方法实现了各类建筑能耗传感器的灵活接入,提高了建筑能耗异构数据处理和融合的效率。

    2022年06期 v.45;No.605 158-162页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
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人工智能

  • 智能无人售货柜系统设计与实现

    王晓路;李佗;陈警;宗胜前;张凯;

    针对弹簧式自动售货机制造成本高、售卖品类少、用户体验差等问题,文中设计一种智能无人售货柜系统。该系统融合了图像传感器和称重传感器,可实现计重销售与计件销售两种模式。首先,为减少订单处理时间,对购物过程中传感器采集的数据进行预处理,将有效信息传输至服务器;然后,在服务器构建商品识别模型,并设计基于信息熵的多传感器融合算法,完成用户购物过程中挑选商品的自动识别;最后,借助信用支付功能完成自动扣费,实现“扫码开门,自主选购,无感结算”的全新购物模式。通过25.181万笔真实运营订单测试得出,文中设计的系统商品识别准确率为97.76%。对比弹簧式自动售货机,文中系统具有购物流程简单、销售商品种类丰富、制造成本低等优势,更符合商业运营要求,可为无人零售行业提供全新的思路和技术参考。

    2022年06期 v.45;No.605 163-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 1755K]
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  • 基于后继强化学习的智能小车导航策略的迁移

    钱浩;何军;胡昭华;

    针对目前智能小车导航策略在环境迁移中需要花费大量时间重新训练的问题,文中提出一种基于深度强化学习的智能小车导航策略。该策略使用后继强化学习作为智能小车的决策框架,结合特征映射,使智能小车可以将先前环境中学习的导航策略迁移到新的环境中。首先在初始环境中建立后继强化学习的控制模型,在模型的特征提取输出端加入特征映射网络,使模型可以将新环境的特征映射到旧环境之中,将智能小车在环境中提取的图像信息作为输入状态训练模型。然后将该模型迁移到新的环境之中进行训练,通过特征映射在新环境中复用旧环境的策略,从而减少在环境迁移中的训练时间。最后在仿真环境下进行训练并验证。实验结果表明,所提方法可以在自主完成导航任务的同时减少训练时间,且与传统的强化学习方法相比,在环境迁移的过程中能更快适应新的环境。

    2022年06期 v.45;No.605 169-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K]
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  • 基于多模型融合的双人交互行为识别

    付云虎;钱慧芳;易剑平;周璇;

    为了充分利用视频中的有效信息,文中提出一种多模型互相融合的双人交互视频行为识别方法。为了解决人体目标检测不全以及特征提取冗余的问题,首先用YOLO_V4检测出人体,去除背景冗余信息;然后提出在Inception_V3网络中引入通道注意力模型SE-NET,进而强化关键特征的提取,使网络更加关注关键特征的细节;最后将特征信息送入拥有记忆功能的LSTM网络进行动作识别和分类。在一个国际公开的UT-Interaction数据集上测试验证文中提出的多模型互相融合双人交互识别算法。实验分析结果表明,交互行为识别的准确率有所提高,提高后的准确率为85.1%,说明多模型融合的方法具有更高的准确率。

    2022年06期 v.45;No.605 175-179页 [查看摘要][在线阅读][下载 1501K]
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  • 基于区块链智能合约的安全投票系统

    胡博明;陈晓丰;胡大裟;蒋玉明;

    针对目前线上投票系统中存在的投票人身份认证、数据隐私和恶意刷票问题,文中提出并设计一种基于区块链智能合约的安全投票系统。所提方法与创新点是结合区块链技术与密码技术实现一个安全投票方案,使用SM2椭圆曲线公钥密码算法加密投票者的注册码与投票选择信息,并且该系统不再依赖于可信的统计机构或可信的硬件,而是构建去中心化的PKI体系,通过区块链交易承载证书签发、证书验证来保障选民身份验证。在区块链上为该投票方案设计了安全投票智能合约,并且开发了投票系统DAPP,通过实验证明该投票方案能够解决投票系统出现的上述问题,确保投票系统的安全性,提高投票系统的吞吐量,降低投票过程的交易消耗。该方法能够解决投票过程中选民的身份验证问题,也可避免刷票和数据隐私泄漏问题,能够保证投票系统的安全。

    2022年06期 v.45;No.605 180-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1604K]
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