郑州大学学报(工学版)

封面-目录-封底

2025年07月10 00:00

鸽子 MVL 核团对视频迁移实物目标识别的神经表征

2025年07月10 00:00

为探究鸽子基于视频学习迁移实物目标识别的神经机制,设计了目标导向式训练系统。首先,通过行为学对比发现,经视频训练的鸽子在实物迁移测试中正确率显著高于对照组,验证了鸽子具有视觉认知迁移能力。其次,利用微电极记录鸽子 MVL 核团的神经信号,基于 Welch 功率谱分析得到视觉识别任务的特征响应频带,并通过锁相值构建脑功能网络。结果表明:在视频和实物识别中,目标与干扰状态下的脑网络平均节点度、聚类系数和全局效率均存在显著差异;但视频目标与实物目标,视频干扰与实物干扰的网络特征无差异,这表明 MVL 核团通过提取视频与实物的共有特征实现跨模式迁移,揭示了 MVL 脑区在视觉认知迁移学习中的关键作用。

改进粒子群算法的无人机 B 样条曲线路径规划

2025年07月10 00:00

针对粒子群算法在无人机路径规划中易陷入局部最优解,且在离散路径点光滑处理后对避障考虑不足的问题,提出一种基于改进粒子群算法的无人机三维 B 样条曲线路径规划方法。首先,综合考虑无人机路径长度、安全避障、飞行高度及平稳性等飞行性能要求,利用 B 样条曲线的几何性质构建路径规划模型; 其次,采用改进的粒子群算法对模型进行求解,算法改进主要通过优化粒子初始化策略、惯性权重因子和学习因子更新策略、增加粒子扰动策略来实现;最后,在 CEC2017 标准测试函数集上进行测试。结果表明:改进的粒子群算法在对比算法中表现出更强的寻优能力,稳定性也更好。两个场景的仿真结果表明:所规划的路径代价可减少 2%,稳定性可提高 65%,路径安全避障且 C2 连续,能满足无人机飞行综合性能要求。

基于深度强化学习的无人机边缘计算任务卸载策略

2025年07月10 00:00

针对地理条件较为复杂的环境中存在的缺乏基础设施、任务延时高和带宽需求量大等问题,提出一种联合任务卸载和功率分配的多级移动边缘计算(MEC)系统模型。所提模型考虑将配备 MEC 的服务器部署在无人机附近提供计算服务,综合分析无人机的任务卸载、功耗和计算资源分配等问题并给出度量方法,同时考虑无人机可执行的任务类型以及任务对无人机的 CPU 和 GPU 要求,将该问题表述为混合整数非线性问题。针对该问题提出一种基于深度强化学习的计算任务卸载算法,该算法基于改进双深度 Q 学习算法,在深度强化学习中利用深度神经网络找到无人机之间的映射,从状态空间中找到潜在的模式并估计最优动作,并使用无模型的 DRL 方法,使每个无人机根据局部观察快速作出卸载决策。仿真结果表明:所提算法相比 LCGP 算法,平均卸载成本降低了42. 8%;相比 DDPG 算法,能耗减少了 16%;相比 DDQN 算法,任务执行延迟减少了 12. 9%。

基于全驱控制方法的农机路径跟踪控制

2025年07月10 00:00

针对在未知扰动的影响下农机车辆对参考路径的跟踪精度不高,不能较好满足各种作业环境下生产需求的问题,以农田作业中最常见的前轮转向、后轮驱动的轮式农机车辆为对象,研究了全驱控制方法下农机车辆的跟踪控制问题。采用广泛应用的比例积分微分( PID)控制、自抗扰控制作为对比控制器,在不同实验环境下与所提控制方法下所设计的控制器进行对比仿真。结果表明:相比于另外两种控制方法,所提出的控制方法在不同的实验条件下都能更加稳定地对参考路径进行跟踪,且具有较高的控制精度与鲁棒性。

基于 AR-SSVEP 和 YOLOv3 的时敏目标识别方法

马留洋, 胡争争, 栗武华 — 2025年07月10 00:00

针对目标跟踪过程中目标身份 ( ID) 跳变而影响时敏目标识别的问题,提出了一种融合增强现实技术(AR) 、稳态视觉诱发电位 ( SSVEP ) 和 YOLOv3 的人在回路的 “ 检测-决策” 时敏目标识别方法 ( AR-SSVEPYOLOv3) 。利用目标感知模块获取前端场景视频,并通过 AR 眼镜实时呈现,YOLOv3 算法完成场景视频中敏感目标检测,AR-SSVEP 脑电处理模块解析受试者的脑电数据,在 ID 变化过程中对时敏目标进行识别。对比分析时敏目标的识别率,结果表明:AR-SSVEP-YOLOv3 时敏目标识别方法相比 YOLOv3 算法识别率平均提升了 18. 8%,相比 YOLOv3-Sort 算法平均提升了 8. 0%。 AR-SSVEP-YOLOv3 时敏目标识别方法可以降低目标 ID 跳变对时敏目标识别的影响,提升人机交互能力和时敏目标识别率。

基于改进 YOLOv8 的遗留物品检测算法

2025年07月10 00:00

针对传统基于背景减法的遗留物品检测算法难以应对人流拥挤、小目标、物品遮挡和光线变化等环境,以及基于深度学习方法中的模型准确率低等问题,提出了一种基于改进 YOLOv8 的遗留物品检测算法。首先,使用动态上采样 DySample 替换最近邻上采样,优化上采样过程,增强模型的泛化能力。其次,将高效轻量的 ADown 下采样模块替代普通的下采样卷积,在降低整个模型参数量的同时,提升算法的检测精度。最后,引入 EMA 注意力机制,优化特征提取过程,增强特征提取能力,提升对小目标检测的效果。实验结果表明:改进后的模型 YOLO-DAE 在自建数据集上取得的准确率 P、召回率 R、mAP@ 50 和 mAP@ 50:95 分别为 93. 4%,87. 7%,91. 7%和 80. 2%,相比于改进前的 YOLOv8s 模型在模型参数量和计算量减少的同时,分别提高了 1. 8 百分点、1. 6 百分点、1. 2 百分点和 2. 1 百分点,并且 mAP@ 50 和 mAP@ 50:95 均高于 YOLOv5s r6. 0、YOLOv6s v3. 0、YOLOv7s AF 和 YOLOv9s,有效提升了遗留物品检测能力。

基于改进灰狼优化算法的分布式混合流水线重调度

2025年07月10 00:00

针对机器故障和运输时间约束下的分布式混合流水线重调度问题,提出一种改进灰狼优化算法,以同时最小化最大完工时间、总能耗和总延期为优化目标构建整数规划模型。首先,根据问题特点,设计了基于工厂-工序机器的三链式编码方式,提出了结合 NEH 启发式法和完全随机程序的种群初始化方法;其次,筛选领导层个体后,引入一种基于跟踪和自主行动的双模式并行搜索方法更新底层狼;最后,应用融合工序链前插变换和机器链后移操作的禁忌搜索以避免陷入局部最优。仿真实验测试了 370 个算例,验证了所提算法改进项的有效性,与已有的混合白鲸优化算法、混合花朵授粉算法、经典灰狼算法和改进飞蛾-火焰优化算法相比,改进灰狼优化算法目标值分别改进了 9. 33%,12. 24%,10. 43%和 9. 61%,这说明了所提算法的有效性。

基于多准则融合与智能决策的调制识别算法

夏兆宇, 林玉洁, 胡春源, 吴梓豪 — 2025年07月10 00:00

针对 6G 通信信号调制识别阶数要求高、低信噪比环境调制识别难的问题,结合人工智能技术与现代信号处理技术,提出一种基于多准则融合与智能决策的调制识别算法。所提算法分为多准则融合网络与智能决策网络两部分:多准则融合网络计算标准调制信号的高阶累积延伸量,采用局部最优解方式遍历所有潜在门限,以基尼系数和确定度增熵确定判决门限;智能决策网络采用 CART 型架构,以判决门限为标准对未知信号的调制体制进行识别,并使用剪枝算法对模型迭代优化,最终得到最优决策树,形成基于多准则融合与智能决策的调制识别算法。实验结果表明:在 0 dB 信噪比情况下,所提算法能够对 16QAM、64QAM、128QAM、1024QAM、2PSK、4PSK、8PSK、2FSK、4FSK 进行精准识别,综合识别率达到 99. 4%。与其他方法对比,调制体制综合识别率、可识别调制体制均有提升。

基于 FEW-YOLOv8 遥感图像目标检测算法

2025年07月10 00:00

针对遥感图像目标检测任务中进行特征提取时缺少小目标信息,特征融合过程中部分信息丢失,小目标特征信息不明显,导致小目标检测精度不高的问题,提出了一种基于 FEW-YOLOv8 模型的遥感图像目标检测算法。首先,优化骨干网络架构,使用 FasterNet 骨干网络,更有效地提取了遥感图像中小目标的空间特征,使得网络模型更专注于微小目标,从而提升小目标检测精度。其次,使用 EMA 注意力与 C2f 构建全新的 C2f_EMA 模块,替换Neck 结构中的 C2f 模块,在融合特征前进行特征注意力加强操作,使网络模型更突出特征信息中小目标部分,有效解决特征融合过程中小目标特征丢失问题。最后,采用带有动态非单调 FM 的 WIoUv3 作为边界框的损失函数,提高了模型的边界框定位精度,并且提升了对小目标的检测性能。实验结果显示:在 NWPU VHR-10 数据集上经过优化的 YOLOv8 算法的 mAP50 相较于原始 YOLOv8 算法提高了 7. 71 百分点,在 HRSC2016 和 DOTA v1. 0 上分别提高了 9. 70 百分点和 12. 32 百分点,证明所提算法能够有效提升遥感图像中小目标的检测精度。

基于 COP 的太极桩功足底压力特征提取及分析

2025年07月10 00:00

为探究太极桩功训练的内在特点,数字化解读其动作要领,借助有效的足底压力检测设备采集被试者的足底压力信号,并对比分析了专家组和学员组足底压力中心(COP)移动的相对位置、时域、频域及规律性指标。结果显示:相比于学员组,专家组 COP 相对位置更接近 50%;时域指标方面,专家组 COP 移动均方根在左右和前后方向上均显著大于学员组,而频域的移动峰值频率在两个方向上则均显著小于学员组;衡量规律性的 COP 样本熵分析显示,专家组左右和前后方向的平均样本熵均显著小于学员组。专家组站桩过程中的 COP 更集中在中心位置,体现了“立身中正”的技术要领;其中规律性的低频调整,体现了太极桩功“静中有动”的特点。

基于城市接触网络的新发传染病风险监测

2025年07月10 00:00

针对新发传染病传播初期缺乏高分辨率的人际接触数据,难以基于接触网络全局结构特性实施传染病早期预警的挑战,面向多源数据驱动的传染病哨点监测策略研究,提出了一种基于城市接触网络的新发传染病风险监测框架。通过整合多源普查和调查数据,构建了映射城市人口结构特征的接触网络,用以模拟特定城市中新发传染病的传播态势。基于此,提出了一种“一户一人”的家庭监测策略,该策略不需要预知全局网络结构,仅需少量哨点样本即可实现接近全人群覆盖的监测效果。实验结果表明:在疾病低传染性时期( 基本再生数为 1. 2) ,家庭监测策略与随机监测策略的性能相近,相较于监测整体人群能够降低监测成本。随着传染病的传染性增加( 基本再生数为 2. 0 和 3. 0) ,家庭监测策略的早期预警性能仅次于最大连接策略,能够有效感知新发传染病的传播风险,同时相比随机监测策略,其早期预警时间分别平均提前了 1. 03 d(37%)和 0. 69 d(53%) 。

移动群智感知任务的预算可行时钟拍卖机制

2025年07月10 00:00

针对传统激励机制中要求用户提前披露个人价值判断,进而可能导致隐私泄露的问题,通过建立移动群智感知的数学模型,明确了感知任务、价值函数、预算以及用户效益等关键因素,并提出了一种基于时钟拍卖的MCCA 机制,以有效解决隐私泄露问题。所提机制包括初分配定价阶段和最终赢家确定阶段,能够有效保护用户隐私。理论分析表明:MCCA 算法满足真实性、个体理性、预算可行性和高效性。在实验部分,将 MCCA 与现有算法从用户规模、预算规模和 POI 规模等维度进行对比分析,结果显示:MCCA 在价值收益与现有算法相当的同时,执行效率显著提升,并成功避免了用户隐私的泄露。

基于改进 YOLOv5 算法的钢材表面缺陷检测

燕雨, 荆宇超, 史孟翔, 杨朵 — 2025年07月10 00:00

为了解决钢铁缺陷检测效率低下和因误检造成的经济损失问题,提出了用于钢材缺陷检测的 YOLOv5 改进算法。在保持原 YOLOv5 检测层不变的情况下,新增加 3 条自适应权重的辅助分支,用于提取 YOLOv5 网络的浅层信息,同时辅助分支也可以增强整体网络的梯度流动,使得训练效果更好;在网络的主干部分加入 EMA 注意力机制,经过 EMA 模块加权后的特征信息可以帮助模型更好地关注和理解重要的目标特征;使用 SIoU 代替了 CIoU损失函数,SIoU 引入的角度损失和形状损失可以使锚框在回归过程更加快速准确,提高检测的稳定性和鲁棒性。通过对 NEU-DET 数据集的实验,所提的改进算法相比原 YOLOv5s 精确率提高了 3. 7 百分点,相比其他主流算法也拥有更好的检测性能。

深厚含土重冰层路基高聚物隔热性能试验

2025年07月10 00:00

深厚含土重冰层是极限性不良地质,在其上修建路基会面临严重的冻胀和融沉病害,威胁车辆的运行安全。为此探究了将聚氨酯高聚物材料(PU)用作路基的保温隔热层以防止冻融病害。进行了 PU 的隔热性能试验,分析密度和冻融循环次数对 PU 导热系数的影响。开展了重冰层冻土路基保温隔热模型试验。研究了普通路基、单层 PU板路基和双层 PU 板路基在冻融过程中的温度分布特征,定量描述了 PU 的隔热效果。结果表明:PU 的导热系数与自身密度呈正相关,与冻融循环次数也呈正相关;PU 的密度越低,其导热系数受到冻融循环的影响越大;PU 的密度越高,其隔热性能越能在多次冻融循环中保持稳定;冻结时,普通路基的热通量是单层和双层 PU 板路基的 1. 7 倍,融化时,普通路基的热通量是单层 PU 板路基的 2. 1 倍,双层 PU 板路基的 2. 8 倍;PU 板具有保温隔热能力,可以抬升路基的冻结深度,减少冻胀病害,延长路基的冻结过程,避免融沉病害;双层 PU 板比单层 PU 板表现出更优秀的隔热效果。

基于 Inventor 二次开发的垫层蜗壳参数化设计

2025年07月10 00:00

针对垫层蜗壳设计过程复杂、设计更改烦琐、结构优化效率低下等问题,基于 Inventor 平台,确定了垫层蜗壳的设计参数,研究了蜗壳的参数化建模方法。针对参数化建模中钢衬与垫层、垫层与外围混凝土间的接触状态难以处理的问题,引入了曲面划分算法,实现了钢衬、垫层与外围混凝土的有效分割;针对蜗壳垫层与进水口垫层相交重叠问题,提出了实体接触判断算法及切割方法,实现了两者交界部位精细化处理。实例应用结果表明:采用所提参数化设计方法,能够根据设计参数的调整快速地建立模型。当垫层厚度变大,外包混凝土承担内水压力比例减少,最小可达 20. 16%,钢衬环向、径向位移均增大,最大可分别达到 12. 26,9. 39 mm;当垫层铺设范围变大,外包混凝土承担内水压力比例大致呈减小趋势,最小可达 23. 17%,钢衬环向、径向位移均减小,最小可分别达到4. 27,2. 06 mm。最终选择垫层子午向包角铺设至腰线以下 15°,厚度选择 20 mm。

河道治理工程潜在生命效益量化方法

2025年07月10 00:00

针对生命价值难量化导致河道治理工程潜在生命效益被忽略的问题,提出了河道治理工程防洪效益中潜在生命效益量化方法。结合洪水生命损失,引入收入弹性系数法计算统计生命价值,构建洪水生命损失货币价值量化函数;对水利工程防洪效益计算的频率法进行简化,提出了基于统计生命价值的河道治理工程潜在生命效益量化方法。将该方法应用于贾鲁河综合治理工程,结果表明:工程多年平均潜在生命效益为 3 073. 54 万元 / a,其中中牟县占比 39. 5%,周口市川汇区、西华县、扶沟县和尉氏县城区共占比 38. 7%,沿线非城镇区域占比 21. 8%,河道治理工程的潜在生命效益主要在城区和人口密集区域。通过量化防洪效益中潜在生命效益,完善了水利工程防洪效益计算理论及方法。

基于修正剑桥模型的土体压密注浆机理分析

2025年07月10 00:00

现有压密注浆仿真方法仅能分析注浆后的应力分布,无法获得压密后土体孔隙比、密度等反映注浆挤密效果的参数信息,为此引入修正剑桥模型描述土体力学行为,基于弹塑性有限元理论,建立了一种模拟常密度浆液在土体中压密注浆过程的仿真模型,实现了对地层挤密效应更加全面直观的描述。以黏土、粉质黏土等低渗透性土为对象开展了压密注浆仿真分析,与解析解和试验结果的对比显示:不同注浆压力下土体径向应力和孔隙比模拟值与解析解的总体平均相对误差分别为 4. 04%和 0. 29%;不同深度条件下土体孔隙比和弹性模量计算值与现场试验结果的平均相对误差分别为 5. 70%和 2. 85%,证明了该模型较好的适用性。在此基础上分析了注浆加固后浆柱周围土体密度、孔隙比、弹性模量等参数分布特征,结果表明:注浆深度 1. 5 m 处,注浆压力从 0. 4 MPa 增至1. 0 MPa 时,距注浆孔中心 0. 05 m 处土体密度、弹性模量和孔隙比近似呈线性变化, 平均变化率分别为0. 148 g / ( cm3·MPa) 、0. 808 和-0. 127 MPa- 1;注浆压力 0. 4 MPa 时,随着注浆深度增加,距注浆孔中心 0. 05 m 处土体密度和弹性模量的增加率、孔隙比降低率均逐渐下降。总体来看,注浆加固后浆柱周围土体密度、弹性模量有较大提升,孔隙比明显降低,距注浆孔越远土体参数改变量越小,逐渐恢复至初始状态;相同注浆压力条件下,随着注浆深度增大,压密效果逐渐减弱。

基于改进蜣螂优化算法的短期风电功率预测

2025年07月10 00:00

为了提高短期风电功率预测的准确度,建立了一种基于 POTDBO-VMD-CNN-BiLSTM 的短期风电功率预测模型。首先,采用融合 Piecewise 混沌映射、鱼鹰优化算法和自适应 T 分布扰动 3 种策略对蜣螂优化算法进行改进,以平衡蜣螂优化算法的全局探索和局部开发能力并加快其收敛速度;其次,用改进的蜣螂优化算法( POTDBO) 对变分模态分解(VMD)的分解数 K 和惩罚因子 α 进行寻优处理,提高 VMD 的分解效果,再用 POTDBO-VMD 模型对风电功率进行分解;最后,将分解的各频率分量以及残差分量分别输入到 CNN-BiLSTM 混合模型中预测,再将各频率分量以及残差分量的预测结果进行序列重构得到风电功率预测结果。通过新疆某风电场和吉林某风电场的实际数据对所提出模型进行实验,并和 CNN-BiLSTM 模型进行对比,结果显示:所提模型在决定系数 R2 上分别增加了 4. 21%,7. 69%,表现出更好的预测精度。

含天然气压力能利用的园区综合能源系统优化调度

2025年07月10 00:00

为了有效利用天然气传输调压过程中的压力能,给出了一种基于综合利用压力能发电和冷能参与的综合能源系统方案。首先,考虑天然气压力能存在发电与制冷两种利用形式,建立了含天然气压力能利用的电-热-气冷综合能源系统模型;其次,建立了以系统日运行成本费用最小为目标函数的经济优化调度模型,包含购电成本、购气成本和设备运维成本等;最后,基于 MATLAB 平台,调用 CPLEX 求解器对该混合整数非线性优化模型进行求解。结合某实际工业园区的运行数据,验证了所提模型的经济性与有效性。结果表明:与不引入天然气压力能利用相比,所提模型可降低 74. 9%的系统运行成本,具有良好的经济效益。