异常肺音听诊识别是儿童支气管肺部疾病诊断的一种重要手段。针对儿童异常肺音分类研究常用的声谱图图像识别方法计算资源大、识别率不高等问题,提出了一种结合梅尔倒谱系数(Mel frequency cepstral coefficients,MFCC)特征、卷积神经网...异常肺音听诊识别是儿童支气管肺部疾病诊断的一种重要手段。针对儿童异常肺音分类研究常用的声谱图图像识别方法计算资源大、识别率不高等问题,提出了一种结合梅尔倒谱系数(Mel frequency cepstral coefficients,MFCC)特征、卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)的混合模型,用于儿童异常肺音的分类方法。该方法通过CNN对MFCC特征进行空间特性提取,利用BiLSTM对MFCC音频特征进行时序特性提取,建立了BCNnet(BILSTM CNN network)模型。文章收集并建立了一个儿童肺音数据集,在该数据集上,所提方法平均准确率可达75.3%,与以声谱图为输入的CNN(并行池化)模型相比,准确率提高了3.7个百分点,且在模型大小和识别速度上均有改善。展开更多
表面肌电信号(Surface Electromyography,sEMG)常用于预测人体意图行为,是一种不平稳、非周期、含有噪声的生物电信号,容易受工频干扰、环境干扰等影响,导致对其进行预测存在一定难度。对此,提出了一种基于变分模态分解(Variatio-nal Mo...表面肌电信号(Surface Electromyography,sEMG)常用于预测人体意图行为,是一种不平稳、非周期、含有噪声的生物电信号,容易受工频干扰、环境干扰等影响,导致对其进行预测存在一定难度。对此,提出了一种基于变分模态分解(Variatio-nal Mode Decomposition,VMD)和改进粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的复合神经网络模型(Composite Neural Network Model,CNNM)。该模型结合了长短期记忆网络(Long-Short Term Memory,LSTM)、卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short Term Memory,BiLSTM)。首先对PSO算法进行改进以优化VMD的参数,通过VMD处理sEMG信号,提出希尔伯特能量法,对分解后的分量进行加权重构,降低信号复杂性并保留关键特征。然后利用LSTM方法从sEMG信号中提取时间特征,利用CNN方法进一步提取空间特征,并通过注意力机制强化对关键信息的提取,最后输入BiLSTM中进行预测识别。实验结果表明,该模型的预测准确率可达99.9%,相较于其他模型提高了3%~8%,并通过消融实验验证了各模块的作用。该研究旨在提高手势动作的预测识别精度,为康复训练机器人的控制提供有效的解决方案。展开更多
针对传统卷积神经网络故障诊断方法提取特征不丰富,容易丢失故障敏感信息,且在单一尺度处理方法限制实际复杂工况下故障特性的深度挖掘问题,提出了注意力机制的多尺度卷积神经网络和双向长短期记忆(bi-directional long short-term memo...针对传统卷积神经网络故障诊断方法提取特征不丰富,容易丢失故障敏感信息,且在单一尺度处理方法限制实际复杂工况下故障特性的深度挖掘问题,提出了注意力机制的多尺度卷积神经网络和双向长短期记忆(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)网络融合的迁移学习故障诊断方法。该方法首先应用不同尺寸池化层和卷积核捕获振动信号的多尺度特征;然后引入多头自注意力机制自动地给予特征序列中的不同部分不同的权重,进一步加强特征表示的能力;其次利用BiLSTM结构引入双向性质提取特征前后之间的内部关系实现信息的逐层传递;最后利用多核最大均值差异减小源域和目标域在预训练模型中各层上的概率分布差异并利用少量标记的目标域数据再对模型进行训练。试验结果表明,所提方法在江南大学(JNU)、德国帕德博恩大学(PU)公开轴承数据集上平均准确率分别为98.43%和97.66%,该方法在重庆长江轴承股份有限公司自制的轴承故障数据集上也表现出了极高的准确率和较快的收敛速度,为有效诊断振动旋转部件故障提供了实际依据。展开更多
针对当前非侵入式负荷技术在低功率、多状态设备的时序负荷上存在分解精度不足、模型泛化性能低的问题,提出一种融合多尺度通道增强注意力机制与改进双向时序卷积网络的负荷分解模型。该模型结合多种卷积与残差网络,克服传统卷积神经网...针对当前非侵入式负荷技术在低功率、多状态设备的时序负荷上存在分解精度不足、模型泛化性能低的问题,提出一种融合多尺度通道增强注意力机制与改进双向时序卷积网络的负荷分解模型。该模型结合多种卷积与残差网络,克服传统卷积神经网络无法捕捉全局信息、难以处理时间序列以及随着网络深度增加带来梯度爆炸的局限性,通过双向结构使模型能从历史数据推断出当前状态,并利用未来短暂波动修正当前状态,从而减少状态转换延迟或瞬时噪声导致的误判。同时,多尺度通道增强注意力机制通过并行多尺度池化,自适应提取不同粒度的时序特征,并结合动态通道交互模块增强关键特征的权重分配。实验结果表明,所提模型在Reference Energy Disaggregation Data(REDD)数据集上对低功率、多状态设备负荷分解误差低,模型泛化能力强。展开更多
在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(c...在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法将原始流量分解为多个子序列,利用K-Shape聚类算法重构为频率序列和趋势序列。为了更细致地揭示数据的内在结构,运用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对频率序列进行二次分解,生成多维频率序列。然后,将一维趋势序列和多维频率序列分别输入至局部特征提取模块,其中单通道特征提取层利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1DCNN)提取一维趋势序列的局部特征,而多通道特征提取层则结合卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)捕捉多维频率序列中的关键信息。紧接着将提取到的特征向量分别输入到时序信息学习模块中,利用双向长短时记忆(bidirectional long short term memory,BiLSTM)网络和注意力机制学习时序变化规律,完成预测流量的输出。最后,通过对趋势序列和频率序列的预测结果求和,实现对蜂窝流量的准确预测。为了验证所提方法的有效性,利用公开数据集进行实验验证,并与多种不同方法进行对比。实验结果表明,所提预测方法展现出更优的预测性能,为蜂窝网络的智能管理和优化提供了有力支持。展开更多
为增强综合能源系统负荷精细化分解水平,充分利用误差信息以进一步提升预测性能,提出一种基于聚合混合模态分解和时序卷积神经网络(temporal convolutional network,TCN)的综合能源系统负荷修正预测框架。首先,采用改进完全集合经验模...为增强综合能源系统负荷精细化分解水平,充分利用误差信息以进一步提升预测性能,提出一种基于聚合混合模态分解和时序卷积神经网络(temporal convolutional network,TCN)的综合能源系统负荷修正预测框架。首先,采用改进完全集合经验模态分解对电、冷和热负荷初步分解处理,随后利用变分模态分解对具有强复杂性的子序列进一步分解。然后,依据最大信息系数(maximum information coefficient,MIC)分析多元负荷的耦合特性并通过多元相空间重构(multivariate phase space reconstruction,MPSR)丰富特征信息。最后,构建基于TCN的修正预测模型。以校园综合能源系统算例对比不同预测模型,结果显示所提修正预测框架的电、冷和热负荷预测均具有较低的平均绝对百分比误差,有效解决了预测中模态分解的模态混叠以及模态高频分量问题,实现预测误差修正。展开更多
文摘表面肌电信号(Surface Electromyography,sEMG)常用于预测人体意图行为,是一种不平稳、非周期、含有噪声的生物电信号,容易受工频干扰、环境干扰等影响,导致对其进行预测存在一定难度。对此,提出了一种基于变分模态分解(Variatio-nal Mode Decomposition,VMD)和改进粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的复合神经网络模型(Composite Neural Network Model,CNNM)。该模型结合了长短期记忆网络(Long-Short Term Memory,LSTM)、卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short Term Memory,BiLSTM)。首先对PSO算法进行改进以优化VMD的参数,通过VMD处理sEMG信号,提出希尔伯特能量法,对分解后的分量进行加权重构,降低信号复杂性并保留关键特征。然后利用LSTM方法从sEMG信号中提取时间特征,利用CNN方法进一步提取空间特征,并通过注意力机制强化对关键信息的提取,最后输入BiLSTM中进行预测识别。实验结果表明,该模型的预测准确率可达99.9%,相较于其他模型提高了3%~8%,并通过消融实验验证了各模块的作用。该研究旨在提高手势动作的预测识别精度,为康复训练机器人的控制提供有效的解决方案。
文摘针对传统卷积神经网络故障诊断方法提取特征不丰富,容易丢失故障敏感信息,且在单一尺度处理方法限制实际复杂工况下故障特性的深度挖掘问题,提出了注意力机制的多尺度卷积神经网络和双向长短期记忆(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)网络融合的迁移学习故障诊断方法。该方法首先应用不同尺寸池化层和卷积核捕获振动信号的多尺度特征;然后引入多头自注意力机制自动地给予特征序列中的不同部分不同的权重,进一步加强特征表示的能力;其次利用BiLSTM结构引入双向性质提取特征前后之间的内部关系实现信息的逐层传递;最后利用多核最大均值差异减小源域和目标域在预训练模型中各层上的概率分布差异并利用少量标记的目标域数据再对模型进行训练。试验结果表明,所提方法在江南大学(JNU)、德国帕德博恩大学(PU)公开轴承数据集上平均准确率分别为98.43%和97.66%,该方法在重庆长江轴承股份有限公司自制的轴承故障数据集上也表现出了极高的准确率和较快的收敛速度,为有效诊断振动旋转部件故障提供了实际依据。
文摘针对当前非侵入式负荷技术在低功率、多状态设备的时序负荷上存在分解精度不足、模型泛化性能低的问题,提出一种融合多尺度通道增强注意力机制与改进双向时序卷积网络的负荷分解模型。该模型结合多种卷积与残差网络,克服传统卷积神经网络无法捕捉全局信息、难以处理时间序列以及随着网络深度增加带来梯度爆炸的局限性,通过双向结构使模型能从历史数据推断出当前状态,并利用未来短暂波动修正当前状态,从而减少状态转换延迟或瞬时噪声导致的误判。同时,多尺度通道增强注意力机制通过并行多尺度池化,自适应提取不同粒度的时序特征,并结合动态通道交互模块增强关键特征的权重分配。实验结果表明,所提模型在Reference Energy Disaggregation Data(REDD)数据集上对低功率、多状态设备负荷分解误差低,模型泛化能力强。
文摘在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法将原始流量分解为多个子序列,利用K-Shape聚类算法重构为频率序列和趋势序列。为了更细致地揭示数据的内在结构,运用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对频率序列进行二次分解,生成多维频率序列。然后,将一维趋势序列和多维频率序列分别输入至局部特征提取模块,其中单通道特征提取层利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1DCNN)提取一维趋势序列的局部特征,而多通道特征提取层则结合卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)捕捉多维频率序列中的关键信息。紧接着将提取到的特征向量分别输入到时序信息学习模块中,利用双向长短时记忆(bidirectional long short term memory,BiLSTM)网络和注意力机制学习时序变化规律,完成预测流量的输出。最后,通过对趋势序列和频率序列的预测结果求和,实现对蜂窝流量的准确预测。为了验证所提方法的有效性,利用公开数据集进行实验验证,并与多种不同方法进行对比。实验结果表明,所提预测方法展现出更优的预测性能,为蜂窝网络的智能管理和优化提供了有力支持。
文摘为增强综合能源系统负荷精细化分解水平,充分利用误差信息以进一步提升预测性能,提出一种基于聚合混合模态分解和时序卷积神经网络(temporal convolutional network,TCN)的综合能源系统负荷修正预测框架。首先,采用改进完全集合经验模态分解对电、冷和热负荷初步分解处理,随后利用变分模态分解对具有强复杂性的子序列进一步分解。然后,依据最大信息系数(maximum information coefficient,MIC)分析多元负荷的耦合特性并通过多元相空间重构(multivariate phase space reconstruction,MPSR)丰富特征信息。最后,构建基于TCN的修正预测模型。以校园综合能源系统算例对比不同预测模型,结果显示所提修正预测框架的电、冷和热负荷预测均具有较低的平均绝对百分比误差,有效解决了预测中模态分解的模态混叠以及模态高频分量问题,实现预测误差修正。
基金Supported by National Natural Science Foundation of China(61170124,61272258,61301299,61272005,61572085)Provincial Natural Science Foundation of Jiangsu(BK20151254,BK20151260)+2 种基金Key Laboratory of Symbolic Computation and Knowledge Engineering of Ministry of Education,Jilin University(93K172016K08)a Prospective Joint Research Projects from Joint Innovation and Research Foundation of Jiangsu Province(BY2014-05914)Collaborative Innovation Center of Novel Software Technology and Industrialization
