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基于声发射及CNN-LSTM方法的松散材料剪切过程预测研究
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作者 吴鑫 刘永红 +2 位作者 张婷婷 刘馨圯 文俊川 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第9期3514-3522,共9页
为揭示松散材料剪切过程的声学特征,通过构建一种结合空间注意力机制的卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络模型,预测松散体所处剪切阶段及稳定性。首先,开展8种不同加载速率... 为揭示松散材料剪切过程的声学特征,通过构建一种结合空间注意力机制的卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络模型,预测松散体所处剪切阶段及稳定性。首先,开展8种不同加载速率下的松散颗粒剪切试验并获取其物理力学特性和声发射信号(Acoustic Emission,AE),揭示常规特征参数、时域参数和频域参数的演化特征;基于剪切过程参数变化,将其分别划分为剪密阶段、弹性阶段、应变硬化阶段和稳定阶段;然后开展AE信号特征的识别与提取,经对比与筛分后确定了11个特征参数的输入组合,用以预测松散体所处的剪切阶段。结果表明:该模型对松散材料剪切阶段的预测准确率达到94.52%,该研究预计能为声发射技术在松散体边坡稳定性分析的参数选取和预测预警提供一定理论依据。 展开更多
关键词 工程 松散体 卷积神经网络-长短记忆网络 声发射 演化特征
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基于SSA-CNN-BiLSTM的提升机制动系统故障诊断模型
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作者 陈竞 张宏伟 王凯旋 《机电工程》 北大核心 2025年第8期1615-1624,共10页
作为连接地面与井下的重要枢纽,矿井提升机的运行对煤矿的生产效率和安全有着直接影响,而制动系统则在提升机运行中发挥着不可或缺的作用。为了充分挖掘监测数据间的故障关系,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的卷积-双向长短时记... 作为连接地面与井下的重要枢纽,矿井提升机的运行对煤矿的生产效率和安全有着直接影响,而制动系统则在提升机运行中发挥着不可或缺的作用。为了充分挖掘监测数据间的故障关系,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的卷积-双向长短时记忆神经网络(CNN-BiLSTM)的提升机制动系统故障诊断方法。首先,对矿井提升机制动系统的工作原理和故障原因进行了分析,确定了需要采集的监测数据;其次,搭建了基于SSA-CNN-BiLSTM的神经网络模型,其中CNN能够有效地捕捉数据的局部特征,同时提供关于全局的空间信息;LSTM网络主要用于获取数据在时间序列上的特征,BiLSTM则能够实现数据的双向传递目的,将这两者结合起来,可以在空间和时间两个维度上对数据进行复杂的特征提取和识别,从而提升模型的整体表现;SSA用于优化CNN-BiLSTM网络结构,寻找最优参数;最后,采集了提升机的运行数据,并对搭建的故障诊断模型进行了训练与测试,以某矿井提升机实际运行的数据开展了实验研究,并对SSA优化的CNN-BiLSTM和其他算法进行了性能对比。研究结果表明:SSA优化的CNN-BiLSTM神经网络模型准确率为95.7%,相比于CNN-BiLSTM、BiLSTM和CNN准确率分别提高了6.3%、11.2%和14.1%。该模型具有较高的预测性,可用于提升机制动系统的故障诊断。 展开更多
关键词 起重机械 矿井提升机 制动系统 麻雀搜索算法 卷积-双向长短记忆神经网络 故障识别与分类
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基于模型-数据联合的光伏-光热系统储能量预测 被引量:4
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作者 田亮 王冠杰 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期911-918,共8页
提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后... 提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后利用卡尔曼滤波器对2种预测模型的输出结果进行融合,实现储能量的联合预测。结果表明:联合预测兼具2种方法的优势,能很好地解决储能量预测误差随时间累积的问题,并能够及时表征气象因素突变和系统运行方式改变时储能量的变化情况,在各种天气状况下均具有良好的预测精度。 展开更多
关键词 光伏-光热综合能源系统 储能量 预测 卡尔曼滤波 卷积-长短记忆混合神经网络
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基于LSTM-SAFCN模型的生物质锅炉NO_(x)排放浓度预测 被引量:1
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作者 何德峰 刘明裕 +2 位作者 孙芷菲 王秀丽 李廉明 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第1期92-100,共9页
针对生物质锅炉燃烧过程的动态特性,提出一种改进的长短期记忆-自注意力机制全卷积神经网络(LSTM-SAFCN)模型用于预测NO_(x)排放浓度。首先利用完全自适应噪声集合经验模态分解法(CEEMDAN)对数据进行预处理,消除数据噪声对NO_(x)排放浓... 针对生物质锅炉燃烧过程的动态特性,提出一种改进的长短期记忆-自注意力机制全卷积神经网络(LSTM-SAFCN)模型用于预测NO_(x)排放浓度。首先利用完全自适应噪声集合经验模态分解法(CEEMDAN)对数据进行预处理,消除数据噪声对NO_(x)排放浓度预测的影响;其次融合自注意力机制与长短时记忆-全卷积神经网络(LSTM-FCN)进行特征提取与预测建模,该拓展方法能够同时兼顾时间序列数据的局部细节与长期趋势特征;最后,利用生物质热电联产系统的实际运行数据验证了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 生物质锅炉 NO_(x)排放浓度预测 经验模态分解 长短记忆-卷积神经网络(lstm-fcn) 自注意力机制
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深度学习算法在改款车型假人伤害评估中的应用研究
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作者 何恩泽 高伟钊 +2 位作者 符志 曾祥杰 潘锋 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第10期68-74,共7页
基于卷积神经网络-长短时记忆(convolutional neural network and long short-term memory,CNN-LSTM)模型开展了曲线变量的假人伤害预测应用研究.分别使用标定后1D简化模型和约束系统CAE模型开展变量和响应采集,搭建训练和测试数据库,使... 基于卷积神经网络-长短时记忆(convolutional neural network and long short-term memory,CNN-LSTM)模型开展了曲线变量的假人伤害预测应用研究.分别使用标定后1D简化模型和约束系统CAE模型开展变量和响应采集,搭建训练和测试数据库,使用Pytorch搭建假人头部加速度和胸部压缩量CNN-LSTM预测模型,研究了样本数量对训练后模型精度的影响.结果显示,当训练样本数量达到一定规模后,继续增加训练样本数量对模型泛化能力提升有限,然而,在本文应用场景中,当样本数量到50时,测试样本预测精度R均值超过0.85,满足工程开发的预测精度要求. 展开更多
关键词 约束系统 深度学习 假人伤害评估 卷积神经网络-长短记忆
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基于CWGAN⁃ABiLSTM⁃FCN的运动想象脑电信号分类
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作者 吴生彪 程显朋 李花宁 《现代电子技术》 北大核心 2025年第7期57-64,共8页
针对运动想象脑电信号(MI⁃EEG)样本数据分布不平衡、时序特征提取时对长距离的依赖和关注度不均衡、局部特征提取难导致的基于MI⁃EEG的运动意图识别实时性差、精度低的问题,提出一种融合改进的双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)和全卷积... 针对运动想象脑电信号(MI⁃EEG)样本数据分布不平衡、时序特征提取时对长距离的依赖和关注度不均衡、局部特征提取难导致的基于MI⁃EEG的运动意图识别实时性差、精度低的问题,提出一种融合改进的双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)和全卷积神经网络(FCN)的MI⁃EEG信号分类方法。首先,该方法利用条件生成对抗网络产生虚假的MI⁃EEG信号样本,实现训练样本集的有效扩充,解决了数据集过少且各类别数量不平衡的问题;其次,利用双向自注意力长短时记忆神经网络和全卷积神经网络的各自优势,避免了时序特征提取时对长距离的依赖和关注度不均衡、局部特征提取难以及无法兼顾MI⁃EEG信号的时⁃空域特征的问题;在此基础上,构建融合特征与动作分类标签间的非线性映射关系,从而提高模型的识别精度。最终将此分类模型与其他的MI⁃EEG分类模型在测试数据集进行了对比实验。研究成果表明,该MI⁃EEG识别模型准确度达到了97%,显示出较强的泛化能力。 展开更多
关键词 运动想象 脑电信号分类 生成对抗网络 长短记忆网络 卷积神经网络 注意力机制
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融合情感词典的改进BiLSTM-CNN+Attention情感分类算法 被引量:21
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作者 杨秀璋 郭明镇 +6 位作者 候红涛 袁杰 李晓峰 李坤琪 汪威 何世群 罗子江 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第20期8761-8770,共10页
传统机器学习和深度学习模型在处理情感分类任务时会忽略情感特征词的强度,情感语义关系单薄,造成情感分类的精准度不高。提出一种融合情感词典的改进型BiLSTM-CNN+Attention情感分类算法。首先,通过融合情感词典的特征提取方法优化特... 传统机器学习和深度学习模型在处理情感分类任务时会忽略情感特征词的强度,情感语义关系单薄,造成情感分类的精准度不高。提出一种融合情感词典的改进型BiLSTM-CNN+Attention情感分类算法。首先,通过融合情感词典的特征提取方法优化特征词的权重;其次,利用卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)提取局部特征,利用双向长短时记忆网络(bidirectional long and short-term memory, BiLSTM)高效提取上下文语义特征和长距离依赖关系;再结合注意力机制对情感特征加成;最后由Softmax分类器实现文本情感预测。实验结果表明:所提出的情感分类算法在精确率、召回率和F值上均有较大提升。相较于TextCNN、BiLSTM、长短时记忆网络(long and short-term memory, LSTM)、CNN和随机森林模型,所提方法的F值分别提高2.35%、3.63%、4.36%、2.72%和6.35%。这表明所提方法能够充分融合情感特征词的权重,利用上下文语义特征,提高情感分类性能。所提方法具有一定的学术价值和应用前景。 展开更多
关键词 情感分类 双向长短记忆网络-卷积神经网络(BiLSTM-CNN) 注意力机制 情感词典 深度学习
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融合声振信号与可见近红外透射光谱的苹果轻度霉心病检测 被引量:3
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作者 谷家辉 赖丽思 +1 位作者 王凯 张慧 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第23期259-267,共9页
针对单一方法对苹果轻度霉心病检测精度较低的问题,提出基于近红外透射光谱和声振技术的异源信息融合方法,以提升对苹果轻度霉心病的判别能力。针对近红外光谱信号,首先分析不同预处理和特征提取方法对建模效果的影响,完成光谱特征波段... 针对单一方法对苹果轻度霉心病检测精度较低的问题,提出基于近红外透射光谱和声振技术的异源信息融合方法,以提升对苹果轻度霉心病的判别能力。针对近红外光谱信号,首先分析不同预处理和特征提取方法对建模效果的影响,完成光谱特征波段的选择。针对声振信号,利用YSV工程测试与信号分析软件和Pearson相关系数优选7个时域特征。随后,通过特征拼接将光谱特征波段与时域特征组成融合特征向量,分别采用卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)、长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)和CNN-LSTM基于单一源特征和融合特征构建判别模型。通过模型性能分析,融合了近红外透射光谱15个特征波段与7个时域特征的CNN-LSTM组合模型对于轻度霉心病的判别性能最优,测试集的准确率、召回率、特异性和F1分数分别达到了98.31%、97.06%、97.06%和97.90%。实验结果证明本研究提出的可见近红外透射光谱与声振信号特征融合方法可以有效提高苹果轻度霉心病的判别准确率。 展开更多
关键词 可见近红外透射光谱 声振信号 苹果霉心病 特征融合 卷积神经网络-长短记忆网络
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基于视触觉与深度学习的猕猴桃无损硬度检测方法 被引量:7
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作者 林家豪 张元泽 +3 位作者 梁千月 陈耀晖 朱明 李善军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期390-398,共9页
硬度是确定猕猴桃成熟度的重要指标之一,对其贮藏周期与销售节点均具有重要指导意义。针对现阶段缺乏使用简易、成本低且精度高的猕猴桃无损硬度检测方法的问题,提出了一种基于视触觉与深度学习的猕猴桃硬度检测方法,通过分析柔性触觉... 硬度是确定猕猴桃成熟度的重要指标之一,对其贮藏周期与销售节点均具有重要指导意义。针对现阶段缺乏使用简易、成本低且精度高的猕猴桃无损硬度检测方法的问题,提出了一种基于视触觉与深度学习的猕猴桃硬度检测方法,通过分析柔性触觉传感层与猕猴桃接触时的形变,获取猕猴桃的动态触觉信息,并据此推断其硬度。以树莓派开发板为机电控制平台,制作了猕猴桃视触觉序列图像采集装置,并对装置按压猕猴桃间隔3 h后接触面果肉与非接触面果肉的CIELAB颜色分量平均数进行差异显著性检验,随后采集了猕猴桃视触觉序列图像数据集600组,分别搭建了CNN网络、CNN-LSTM迁移学习网络、CNN-LSTM联合学习网络对视触觉序列图像进行分析及硬度预测。研究结果表明,接触面果肉与非接触面果肉颜色L^(*)、a^(*)、b^(*)三通道分量下平均值无显著差异;深度学习模型LSTM引入长时和短时信息可以动态关联CNN提取的单帧图像特征,从而有效推断猕猴桃硬度,其中CNN-LSTM联合学习模型预测效果最优,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数R2分别为1.611 N、1.360 N、0.856,优于现阶段光谱技术检测猕猴桃硬度的结果,随后将模型嵌入树莓派中制作了猕猴桃硬度自动检测装置,可实现短时间内猕猴桃硬度的较为准确检测。因此,结合视触觉传感方法与联合学习模型可以实现对单个猕猴桃硬度的准确无损测量。 展开更多
关键词 猕猴桃 硬度 视触觉 无损检测 深度学习 卷积神经网络-长短记忆单元
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基于深度学习和数学模型的胞内钙信号数据处理新方法
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作者 周瑾 张绪森 +1 位作者 吴桓 潘君 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期179-179,共1页
胞内钙信号在研究细胞生命活动和探讨力对细胞的影响中非常重要,并且[Ca2+]i的改变是细胞状态变化或响应胞外刺激的指纹,这使钙信号数据处理方法备受关注。常用的钙信号数据处理过程是,用荧光或磁性指示剂对胞内Ca2+进行成像;在钙成像... 胞内钙信号在研究细胞生命活动和探讨力对细胞的影响中非常重要,并且[Ca2+]i的改变是细胞状态变化或响应胞外刺激的指纹,这使钙信号数据处理方法备受关注。常用的钙信号数据处理过程是,用荧光或磁性指示剂对胞内Ca2+进行成像;在钙成像视频中通过圈细胞轮廓算出胞内[Ca2+]i;连接所有时间点的[Ca2+]i获得荧光或磁共振强度随时间变化的曲线,即钙曲线;找出钙曲线上的每个钙响应峰;通过钙响应峰计算钙信号的频率、振幅、持续时间、及钙浓度等参数。上述过程中,圈细胞轮廓和寻找钙曲线上的钙响应峰需要人手动完成,这明显降低了钙信号处理的效率。因此需要更高效的方法来处理钙信号数据。由于通过标记数据来学习人类经验是深度学习的优势之一,并且训练有素的深度学习神经网络可以取代人类工作。因此,本研究使用了两种类型的神经网络模型来实现目标。一是用全卷积神经网络(FCN-8 s)识别钙成像图片中的细胞;另一个是通过自主搭建长短时记忆(LSTM)循环神经网络(RNN)——'LSTM-F'寻找钙峰。由于LSTM-F模型对异常峰的识别效果不佳,本研究构建了一个可以描述异常钙峰共同特征的数学模型(MM)来寻找异常峰。结果显示,训练好的FCN-8 s模型可以准确识别出细胞的形状,大小和位置。FCN获得的钙信号曲线与手动获得的曲线非常相似,Pearson’s correlation高达0.985。结合MM的LSTM-F模型可以正确找出绝大多数钙峰,并且用MM为LSTM-F训练做标签提高了效率且减小误差。另外,与手动钙数据处理时间相比,FCN-8 s、LSTM-F和MM能在较短时间内完成任务。因此,这些新算法提高了效率和准确率,促进了自动化分析,简化了钙信号处理步骤,为钙信号分析方法的推广提供了帮助。 展开更多
关键词 胞内钙信号 卷积神经网络 长短记忆网络 循环神经网络 数学建模
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