检索结果-内蒙古大学图书馆

科学技术与工程 2024年第28期24卷 12268-12276页

作者：管雪梅崔宏博东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150040

为了精准预测木材染色配色配方,提出一种线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)和改进布谷鸟算法(improved cuckoo search,ICS)与卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)的混合神经网络模型。该模型通过LDA处理光谱信息对其进行分类降维;利用CNN提取重要特征;将这些特征输入GRU中进行训练;网络中的超参数由ICS算法进行寻优。该模型的表现通过多种评估标准进行测量,包括决定系数R^(2)以及国际色差计算公式(CIEDE2000)等。在与多种传统模型的比较中,模型表现出优异的性能。此外,该模型的参数数量相对较少,计算效率高,且稳定性和可靠性良好。结果表明:将该模型应用于通过光谱信息进而预测木材染色配色配方问题上显示出了明显优势。

关键词：深度学习木材染色改进布谷鸟算法(ICS)

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基于改进U-Net的根系表型参数测量系统

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森林工程 2024年第4期40卷 127-136页

作者：赵亚凤刘晓璐王冬冬王孟雪宋文华胡峻峰东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150040

为解决背景噪声干扰下,从微根管采集的原位根系图像中难以直接提取准确的表型参数问题,提出一种基于改进U-Net的微根管根系表型参数测量系统。在U-Net网络中引入优化后的空洞空间金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)... 详细信息

为解决背景噪声干扰下,从微根管采集的原位根系图像中难以直接提取准确的表型参数问题,提出一种基于改进U-Net的微根管根系表型参数测量系统。在U-Net网络中引入优化后的空洞空间金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)和高效通道注意力模块(Efficient Channel Attention,ECA),增大感受野,提升模型捕捉根系细节特征的能力,获取精确的根系分割图像。结果表明,改进的U-Net模型平均交并比和平均像素精度分别为87.07%和91.85%,相较原始U-Net分别提高了2.49%和2.3%。与WinRHIZO根系分析软件测量值相比,根长度和面积决定系数分别为0.951 8和0.984 9,Spearman相关系数分别为0.972 5和0.975 7,可以实现根系长度和面积的准确测量。

关键词：根系表型微根管图像分割参数测量 U-Net

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基于CarSim-Simulink联合仿真的牵引车转向控制策略研究

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森林工程 2024年第5期40卷 103-113页

作者：高俊哲徐凯宏程仁轩张锡武郭福明韩涛国王雯雅东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150040

牵引车在承担林业运载作业时,由于林间路况复杂,因此多以低速运行,有较高的转向需求,且往往带有负载单位,所以更关注其行驶稳定性与转向灵敏性。利用CarSim软件构建牵引车物理模型与负载模型,基于Simulink软件进行牵引车控制策略的设计... 详细信息

牵引车在承担林业运载作业时,由于林间路况复杂,因此多以低速运行,有较高的转向需求,且往往带有负载单位,所以更关注其行驶稳定性与转向灵敏性。利用CarSim软件构建牵引车物理模型与负载模型,基于Simulink软件进行牵引车控制策略的设计,结合二自由度动力学模型建立牵引车二自由度模型,以牵引车横摆角速度与质心侧偏角参数结合模糊控制理论对牵引车转向过程进行制动力矩反馈控制,另外根据牵引车四轮转向模式,引入前后轮转角比例控制策略。在CarSim-Simulink联合仿真平台下,结合林业作业复杂路况进行不同控制策略下牵引车低速行驶与转向试验。结果表明,采取的控制策略有效减少复杂路况下牵引车的转向半径,提升转向速度,并将质心侧偏角限制在较小范围,牵引车稳定性较高,且横摆角速度稳态值更接近理想状态,转向更加灵敏。

关键词：林业运载模糊控制横摆控制质心侧偏联合仿真转向稳定

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未知有界扰动切换系统的PID控制:区间观测器方法

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小型微型计算机系统 2025年第2期46卷 493-503页

作者：李新洪琦格程凯杰朱良宽东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150040 东北林业大学机电工程学院哈尔滨150040

本文研究了一类具有未知有界扰动的离散时间非线性切换系统的基于区间观测器的PID控制问题.基于正系统理论为这类切换系统设计了一种区间观测器用于估计系统状态的上下界,并根据估计的系统状态边界设计了离散时间PID控制律.随后,利用增... 详细信息

本文研究了一类具有未知有界扰动的离散时间非线性切换系统的基于区间观测器的PID控制问题.基于正系统理论为这类切换系统设计了一种区间观测器用于估计系统状态的上下界,并根据估计的系统状态边界设计了离散时间PID控制律.随后,利用增广技术以及多Lyapunov稳定性分析方法,以线性矩阵不等式的形式给出了保证估计误差系统和闭环系统全局一致渐近稳定的充分条件.此外,通过求解线性矩阵不等式,得到了区间观测器增益和PID控制器增益,进一步保证了闭环系统的H∞性能.最后,通过一个数值仿真验证了所提方法的正确性和有效性.

关键词：区间观测器切换系统 PID控制有界扰动

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基于深度学习的森林移动机器人树干检测

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森林工程 2024年第4期40卷 109-114页

作者：胡峻峰朱昊黄晓文李柏聪赵亚凤东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150040

基于视觉导航的森林移动机器人具有机器人作为边缘设备算力有限、导航效果受光照影响较大的问题。为此,提出一种轻量化的树干检测方法,该方法基于YOLOv7-tiny模型,采用可见光图像与热成像图像作为输入,导航效果受光照影响较小;同时采用... 详细信息

基于视觉导航的森林移动机器人具有机器人作为边缘设备算力有限、导航效果受光照影响较大的问题。为此,提出一种轻量化的树干检测方法,该方法基于YOLOv7-tiny模型,采用可见光图像与热成像图像作为输入,导航效果受光照影响较小;同时采用基于部分通道卷积(Partial Convolution,PConv)的特征提取模块-部分通道卷积高效层聚合网络(Partial Efficient Layer Aggregation Networks,P-ELAN),对基准模型进行轻量化改进;在训练阶段用alpha-CIoU损失函数替换原始的CIoU损失函数,提高边界框回归的准确性。结果表明,所提出的森林移动机器人树干检测方法相较于原始YOLOv7-tiny模型参数量减少31.7%,计算量减少33.3%,在图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)和中央处理器(Central Processing Unit,CPU)上的推理速度分别提升了33.3%和7.8%。修改后的模型在保持对树干检测精度基本不变的基础上更加轻量化,成为部署在机器人等边缘设备上的理想选择。

关键词：树干检测森林移动机器人目标检测热成像轻量化

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面向特征选择任务的改进蜣螂优化算法

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电子测量技术 2024年第1期47卷 79-86页

作者：李珺徐秦东北林业大学计算机与控制工程学院哈尔滨150000

蜣螂优化算法是一种基于蜣螂不同行为模式的新型启发式算法,与其他算法相比的收敛速度更快,逃脱局部最优的能力更强。针对蜣螂优化算法不能进行特征选择的问题,在蜣螂优化算法的基础上提出了蜣螂灰狼融合算法。该算法基于3种改进策略:... 详细信息

蜣螂优化算法是一种基于蜣螂不同行为模式的新型启发式算法,与其他算法相比的收敛速度更快,逃脱局部最优的能力更强。针对蜣螂优化算法不能进行特征选择的问题,在蜣螂优化算法的基础上提出了蜣螂灰狼融合算法。该算法基于3种改进策略:精英初始化种群策略、灰狼蜣螂融合策略、运行加速策略,进一步提高蜣螂优化算法在特征选择任务上的性能,并给出了算法整体的伪代码。实验结果表明,比较其他改进型启发式算法,蜣螂灰狼融合优化算法在12个分类数据集中能够得到更高精度、更低维度的特征子集,同时兼备收敛速度、运行速度更快的优点。

关键词：特征选择蜣螂优化算法分类

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木材抗拉强度的近红外光谱MC-UVE-IVSO建模方法

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光谱学与光谱分析 2023年第8期43卷 2488-2493页

作者：蒋大鹏高礼彬陈金浩张怡卓常州大学计算机与人工智能学院江苏常州213164 东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

木材抗拉强度是评价木材力学性质的重要指标。针对近红外光谱建模中样本数据量小、波长信息冗余所导致预测模型精度低的问题,提出一种基于模型集群分析MC-UVE-IVSO波长优选的木材抗拉强度建模方法。以桦木为例,选取150个桦木样本作为实... 详细信息

木材抗拉强度是评价木材力学性质的重要指标。针对近红外光谱建模中样本数据量小、波长信息冗余所导致预测模型精度低的问题,提出一种基于模型集群分析MC-UVE-IVSO波长优选的木材抗拉强度建模方法。以桦木为例,选取150个桦木样本作为实验对象,首先使用900~1700 nm波段的近红外光谱仪采集试件光谱数据,并采用力学试验机获得相应的抗拉强度真值;然后对采集的光谱数据运用多元散射校正(MSC)、一阶求导和卷积平滑(SG)相结合的方法进行预处理,完成光谱平滑滤波;分别采用变量组合集群分析算法(VCPA)、蒙特卡罗无信息变量消除法(MC-UVE)、迭代变量子集优化算法(IVSO)及MC-UVE-IVSO组合优化算法进行波长筛选,并对比优选波长结果;最后在优选近红外波长基础上,建立桦木抗拉强度的偏最小二乘预测模型(PLS)。实验结果表明:基于MC-UVE-IVSO算法优选波长的PLS模型,光谱变量数由512减小到98,优选波长占总波长的19%,其预测决定系数R^(2)为0.94,预测均方根误差RMSEP为7.50,性能偏差比RPD为3.16,相比于全波段、MC-UVE、VCPA、MC-UVE-VCPA与IVSO相应的R^(2)(0.92、0.93、0.82、0.87、0.93)、RMSEP(17.91、11.7、14.91、12.12、8.47)和RPD(2.81、2.91、2.25、2.28、2.78)均有不同程度提升;通过统计特征波长所建立的预测模型箱形图,进一步证明了MC-UVE-IVSO算法在处理多变量波长的稳定性。实验结果表明,MC-UVE方法可以消除与建模不相关的多数变量,而IVSO算法能有效搜索出最优变量子集,基于MC-UVE-IVSO的光谱优选算法提升了木材抗拉强度预测模型的准确性和稳定性,为木材近红外光谱的无损、快速与精准检测提供了一定的理论基础。

关键词：木材抗拉强度近红外光谱集群分析蒙特卡罗无信息变量消除迭代变量子集优化

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分布式多光谱高温计光学系统设计

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 230-233页

作者：张南楠陈茜雅常馨方邢键郭佳博崔双龙刘奕彤刘志军东北林业大学信息与计算机工程学院黑龙江哈尔滨150040 哈尔滨工业大学(威海)新能源学院山东威海264209 贵州电子信息职业技术学院贵州凯里556000

多光谱辐射测温技术具有不干扰被测场、测量无上限以及响应速度快等优点,是高温测量领域的最有力工具之一。目前,多光谱高温计以点温测量为主,光路通过物镜、光阑、棱镜等光路通道将待测点辐射分光后进入探测器阵列,实现单点的多光谱信... 详细信息

多光谱辐射测温技术具有不干扰被测场、测量无上限以及响应速度快等优点,是高温测量领域的最有力工具之一。目前,多光谱高温计以点温测量为主,光路通过物镜、光阑、棱镜等光路通道将待测点辐射分光后进入探测器阵列,实现单点的多光谱信息采集。随着工业智能化程度的不断提高,更加需要实时获得大量的温度分布信息,如特种金属材料的冶炼过程、高温合金激光自动焊接过程、半导体晶体生长过程、火箭发动机尾喷焰温度诊断等领域都需要实时获得某条线乃至整个二维表面的温度,从而提高产品性能和质量,因此通过多光谱辐射测温技术测量待测表面某条线的温度分布十分重要。但是,简单将光阑变为狭缝,实现待测线表面的辐射经透镜、棱镜等传统光路分光后,由于光学系统球差的作用,会使得分光后的狭缝光谱由于离轴传输而呈现严重的弯曲现象,不利于矩形光电探测器阵列的完全接收。为此,提出基于正交柱状透镜组的多光谱线温光路系统,利用正交柱状透镜在不同位置成像可以实现由圆到椭圆再到直线的特殊作用,较好地解决了传统多光谱辐射高温计光路所存在的球差问题。利用ZEMAX光学设计软件,基于S4111-16Q的光电探测器阵列实际大小进行反向光学系统设计,确定了狭缝、物镜、棱镜、正交柱状透镜等光学器件关键的参数,基于这些参数所实际加工的光学器件,搭建了多光谱线温高温计光学系统,并进行了无正交柱状透镜和有正交柱状透镜成像情况下的对比实验,结果表明,在没有柱状透镜的情况下,狭缝成像明显弯曲,在加入正交柱状透镜的情况下,狭缝成像弯曲现象消失,经狭缝分光后的线光谱明显呈直线状态,这为整条线的光谱辐射信息完整进入各探测器阵列提供了技术支撑,从而为后续线温测量提供了有力的光谱辐射数据信息。

关键词：多光谱辐射测温光学系统线温测量

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改进模糊推理分类器进行木材树种近红外光谱开集分类识别研究

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1868-1876页

作者：李振宇赵鹏王承琨东北林业大学计算机与控制工程学院黑龙江哈尔滨150040 广西科技大学计算机科学与技术学院(软件学院) 广西柳州545006 黑龙江科技大学电子与信息工程学院黑龙江哈尔滨150022

开集分类识别是近10多年来模式识别领域研究的热点,它能够识别训练集中已知类别的测试样本,同时还能够有效“拒识”未知类别的测试样本;这些未知类别样本不包含在训练集中。现有的开集分类识别算法主要是基于Support Vector Machine(SVM... 详细信息

开集分类识别是近10多年来模式识别领域研究的热点,它能够识别训练集中已知类别的测试样本,同时还能够有效“拒识”未知类别的测试样本;这些未知类别样本不包含在训练集中。现有的开集分类识别算法主要是基于Support Vector Machine(SVM)和深度学习网络框架进行改进,并且主要应用在自然景物图像领域中;在光谱分析领域中还鲜有报道。将传统的闭集框架下的模糊推理分类器进行模型改进,提出了开集框架下的改进模糊推理分类器,并将其应用到木材树种近红外光谱分类识别中。首先,使用Flame-NIR近红外微型光谱仪采集木材样本横切面的近红外光谱曲线,采用Metric Learning算法进行光谱向量维度约简降维至4维(4D)。其次,改进闭集框架下的模糊推理分类器,根据模糊规则置信度和各维度隶属度概率的乘积构建Generalized Basic Probability Assignment(GBPA),再根据GBPA进行分类处理。在20个树种的具有不同的Openness指标下的近红外光谱数据集的分类识别对比实验表明,改进的开集模糊推理分类器(fuzzy reasoning classifier in an open set,FRCOS)优于现有的基于机器学习和深度学习的开集分类识别主流算法,具有较好的评价指标F-Score,Kappa系数及总体识别率。

关键词：开集分类识别木材树种识别模糊推理分类器近红外光谱分析

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基于RSM的木材喷涂漆雾扩散角度与均匀度优化

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林业科学 2024年

作者：杨春梅刘彤彬马亚强丁禹程王金聪胡松宋文龙东北林业大学机电工程学院东北林业大学计算机与控制工程学院广东博硕涂装技术有限公司

【目的】探究木材喷涂喷头结构参数对喷口速度v2、漆雾扩散角度γ和漆雾均匀性λ的影响，求解喷头最优结构参数，提高木材喷涂效率和喷涂效果。【方法】基于雾滴碰撞、聚集和积累理论初步探究v2、γ和λ的影响因素，将优化参数设为原始... 详细信息

【目的】探究木材喷涂喷头结构参数对喷口速度v2、漆雾扩散角度γ和漆雾均匀性λ的影响，求解喷头最优结构参数，提高木材喷涂效率和喷涂效果。【方法】基于雾滴碰撞、聚集和积累理论初步探究v2、γ和λ的影响因素，将优化参数设为原始喷头的7项关键内部结构参数，包括内壁倒角β、三段管道内壁长度L1至L3和三段管道内壁直径d1至d3，利用Design Expert 设计7因素3水平3指标的BBD响应曲面试验，探究各结构参数对v2、γ和λ的影响显著性。BBD试验各组结果由3部分仿真获得，采用k-ε模型的喷头内部流场仿真试验，采用KHRT模型的高压平口雾化仿真试验。应用Image J测定漆雾扩散角度，应用Python通过“雾滴撒点法”完成对每组雾化仿真结果的均匀性标定，利用多目标优化方法求解喷头最优结构参数，并通过仿真喷涂和实机喷涂验证其喷涂效果。【结果】 BBD响应曲面试验结果表明，7项关键内部结构参数对指标的影响十分复杂，但3项指标v2、γ和λ回归显著（P≤0.000 1），多目标优化下的理论最优漆雾扩散角度为21.28°、最优均匀度为3.053；最优喷头的喷涂仿真试验表明，优化后喷口速度v2由35.8 m·s-1升至107 m·s-1，漆雾扩散角度γ由16.74°升至21.09°（与理论相差0.883%），漆雾均匀性λ由3.62升至3.03（λ越小代表越均匀，与理论相差0.751%）。在木材喷涂实机试验中，优化前后木材喷涂试样漆厚标准差由21.71 μm降至17.74 μm，单面喷涂时间由6.2 s降至5.5 s，单面喷头移动行程由3 255 mm降至2 887 mm。【结论】基于“雾滴撒点法”的漆雾均匀性评判标准以及基于RSM和多目标的喷头结构参数优化方法可对木材喷涂喷头优化设计提供一定参考，对提高木材喷涂漆面均匀性和木材喷涂效率具有一定效果和帮助。

关键词：木材喷涂喷涂均匀性扩散角度雾化仿真响应曲面法多目标优化

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