融合语义分割与模糊推理的无人机应急降落选址算法

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作者 李迪 肖敏 +2 位作者 任东 谢咏昶 姚远 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第1期174-185,共12页

随着无人机的应用领域从娱乐摄影拓展到物流、军事和灾害响应,对于无人机的自主智能化要求也越来越高。针对无人机紧急情况下自主降落区域复杂难以保证着陆安全的问题,提出了一种实时语义分割网络与模糊推理相结合的降落选址算法(STDC-L... 随着无人机的应用领域从娱乐摄影拓展到物流、军事和灾害响应,对于无人机的自主智能化要求也越来越高。针对无人机紧急情况下自主降落区域复杂难以保证着陆安全的问题,提出了一种实时语义分割网络与模糊推理相结合的降落选址算法(STDC-LSSNet)。考虑到潜在危险因素在航拍图像上占比小、易被错误分割的问题,提出了小目标特征提取模块(small target feature capture module,STFCM),通过计算不同尺度特征的相似性并进行权重分配,强化小目标特征的表达。考虑到安全区域与危险区域边界混淆会导致无人机降落存在巨大风险,提出了边界特征融合模块(boundary feature fusion module,BFFM),将浅层网络由拉普拉斯卷积得到的边界信息与深层网络的语义信息进行特征融合,引入注意力机制,增强边界区域特征的表达。通过对分割得到的图像进行模糊推理,从而精确识别应急降落地点。所提算法在公开数据集Semantic Drone和AeroScapes上与最先进的算法进行了广泛的对比实验,mIoU提升1.72个百分点和3.89个百分点,实时分割速度达到210 FPS,选址的速度达到58.62 ms,实现了无人机在复杂情况下的应急降落选址。 展开更多

关键词 无人机 自主降落 实时语义分割 模糊推理 注意力机制

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一种面向土壤重金属含量检测的X射线荧光光谱预处理方法研究 被引量：17

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作者 任东 沈俊 +2 位作者 任顺 王纪华 陆安祥 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3934-3940,共7页

土壤重金属的污染影响着农作物的产量和质量。传统的土壤重金属检测方法步骤繁琐、检测费用高且速度慢。利用X射线荧光光谱(XRF)分析技术检测土壤中重金属含量,具有处理简单、现场、快速、无损等优点。由于土壤背景复杂,包含大量噪声和... 土壤重金属的污染影响着农作物的产量和质量。传统的土壤重金属检测方法步骤繁琐、检测费用高且速度慢。利用X射线荧光光谱(XRF)分析技术检测土壤中重金属含量,具有处理简单、现场、快速、无损等优点。由于土壤背景复杂,包含大量噪声和无关信息,建立XRF校正模型前,对光谱的预处理能有效的去除不相干信息,保留有用信息,对XRF预测模型的精度有重要影响。主要研究光谱预处理方法对重金属含量预测模型精度的影响。首先,采用向前间隔偏最小二乘(Fi PLS)作为校正模型,对比了无预处理、去趋势处理(DT)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、小波去噪(WT)、SNV+DT、卷积平滑(SG)+一阶导数、卷积平滑(SG)+二阶导数等7种不同预处理条件下的土壤重金属模型的检测精度。初步结果表明,多元散射校正预处理方法效果较好,与原始光谱相比,相关系数r从原始的0. 988提高到0. 990,预测均方根误差RMSEP、相对误差平均从原来的20. 809和0. 166分别降低到19. 051和0. 121。其次,在多元散射校正预处理方法的基础上,针对多元散射校正方法以线性表达式描述非线性关系的局限性,提出了局部加权线性回归多元散射校正(LWLRMSC)和偏最小二乘多元散射校正(PLSMSC),并比较了它们的建模效果。LWLRMSC是基于加权思想,在预测一个点的值时,选择适当的核函数和权重分配策略进行预测点的线性回归,来解决简单线性回归的欠拟合状况; PLSMSC是基于PLS建模思想,考虑了自变量和因变量的最大相关性,来减少拟合误差及失真问题。结果表明,PLSMSC具有最佳的预处理效果,五种重金属Cu,Zn,As,Pb,Cr预测值和实际值的R分别为0. 989,0. 973,0. 991,0. 989和0. 986,RMSEP分别为8. 805,58. 360,7. 671,12. 549和20. 851,相比于传统的MSC方法不仅在精度方面有大幅度的提升,且具有更好的泛化性能,能消除光谱噪声,提升有效信息贡献度,为土壤重金属含量预测模型选取合适的预处理方法提供了理论支撑。 展开更多

关键词 XRF 预处理 土壤重金属 偏最小二乘回归 向前间隔偏最小二乘

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β-半水磷石膏低温制备及固化铅污染土壤性能研究

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作者 姜明明 黄安宜 +1 位作者 王小书 黄绪泉 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期402-406,共5页

惰性材料、化学物质和工业废渣掺入磷石膏,低温制备改性β-半水磷石膏(MHG),并对其煅烧温度、抗压强度、凝结时间及固化铅污染土壤的效果进行研究。结果表明,磷石膏、矿渣、粉煤灰和生石灰按91∶4∶3∶2(质量比)制备的MHG性能最好,抗压... 惰性材料、化学物质和工业废渣掺入磷石膏,低温制备改性β-半水磷石膏(MHG),并对其煅烧温度、抗压强度、凝结时间及固化铅污染土壤的效果进行研究。结果表明,磷石膏、矿渣、粉煤灰和生石灰按91∶4∶3∶2(质量比)制备的MHG性能最好,抗压强度达到6.47MPa,相对于β-半水磷石膏抗压强度提高了24.18%,凝结时间延长7～23min。MHG固化铅污染土壤,养护3d的铅浸出质量浓度为0.015～0.028mg/L,相对于水泥铅浸出质量浓度降低了43.90%～57.14%。 展开更多

关键词 半水磷石膏 煅烧温度 铅 浸出 PH

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基于注意力机制的LSTM长江汛期水位预测方法研究 被引量：11

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作者 王迎飞 黄应平 +3 位作者 肖敏 熊彪 周爽爽 靳专 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第3期13-19,共7页

为提高长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在水位预测任务中的准确性,以及提高LSTM对数据中时空信息的利用率,本文提出了一种基于Softmax函数的注意力模块,并将其应用在LSTM的输入前,使模型可以根据输入数据中的时间和空间信... 为提高长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在水位预测任务中的准确性,以及提高LSTM对数据中时空信息的利用率,本文提出了一种基于Softmax函数的注意力模块,并将其应用在LSTM的输入前,使模型可以根据输入数据中的时间和空间信息,自主地生成带有权重的词义向量,并赋予输入序列时间和空间注意力权重值.注意力机制增强了LSTM模型对时间序列的处理能力,同时使LSTM模型能够对数据空间信息具备一定的应对能力.最后在长江汛期的水位数据上进行预测试验,以E_(MAE)、E_(RMSE)、E_(MAPE)和R^(2)作为评价指标,将所提出的模型与原始LSTM模型进对比,同时分析了权重分布情况.结果表明,该模型对水位预测的精度有明显提升,应用了时空注意力机制的LSTM(AT-LSTM)相比于原始LSTM,E_(MAE)、E_(RMSE)和E_(MAPE)分别降低了21.77%、31.15%和17.4%,R^(2)提高了9.69%. 展开更多

关键词 注意力机制 水位预测 长短期记忆网络 长江

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磷酸活化柑桔皮生物炭对双酚A的吸附研究 被引量：2

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作者 陈凯 罗少华 +3 位作者 胡志华 贾漫珂 刘立明 任东 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第6期106-112,共7页

利用农业废弃物制备生物质炭作为吸附材料可用于水体中污染物的处理.本文制备了柑桔皮原生生物质炭和磷酸改性生物质炭,通过对比其对双酚A的吸附性能和Zeta电位、FTIR、BET、XRD等表征结果,研究了磷酸浸渍浓度和热解温度对生物质炭材料... 利用农业废弃物制备生物质炭作为吸附材料可用于水体中污染物的处理.本文制备了柑桔皮原生生物质炭和磷酸改性生物质炭,通过对比其对双酚A的吸附性能和Zeta电位、FTIR、BET、XRD等表征结果,研究了磷酸浸渍浓度和热解温度对生物质炭材料的影响.结果表明:经磷酸活化后,生物质炭吸附能力增加,350℃热解温度下制备的生物质炭对双酚A的饱和吸附量可达244.61 mg·g^(-1);磷酸活化后生物质炭的表面负电性减小使其稳定性减小,同时表面共轭烯结构和羟基增强,表面微孔更多,这些可能是磷酸活化生物质炭具有更高吸附活性的原因,并对其吸附双酚A的过程进行了热力学和动力学研究. 展开更多

关键词 生物炭 磷酸改性 吸附 双酚A

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磷矿渣对水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附性能研究 被引量：1

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作者 李颖华 余瑞 +4 位作者 王柳杨 贾漫珂 任东 任顺 刘立明 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第4期106-112,共7页

为了解决水体中Cd(Ⅱ)污染问题,促进工业固体废弃物的资源化利用,本研究以磷矿渣为吸附材料,研究磷矿渣对水中Cd(Ⅱ)的吸附特性.采用FTIR和XPS对磷矿渣进行表征,通过吸附实验考察不同因素对吸附量的影响,并利用动力学和等温吸附模型对... 为了解决水体中Cd(Ⅱ)污染问题,促进工业固体废弃物的资源化利用,本研究以磷矿渣为吸附材料,研究磷矿渣对水中Cd(Ⅱ)的吸附特性.采用FTIR和XPS对磷矿渣进行表征,通过吸附实验考察不同因素对吸附量的影响,并利用动力学和等温吸附模型对吸附过程进行分析.结果显示,在Cd(Ⅱ)污染溶液(22.41 mg/L)中,磷矿渣(45 g/L)对Cd(Ⅱ)去除率达到96.62%.磷矿渣对水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附在60 min达到平衡,单位吸附量随pH值、温度和初始Cd(Ⅱ)浓度的增加而增加.准二级动力学模型,Langmuir模型可以较好地描述吸附过程,结合热力学研究结果表明,磷矿渣对Cd(Ⅱ)的吸附是一个吸热、自发的化学吸附过程.2 g/L的磷矿渣处理Cd(Ⅱ)污染溶液(2.08 mg/L)后,镉含量可满足国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水质的要求,而且磷的释放达到该标准Ⅴ类水质要求,不会引起的磷的二次污染. 展开更多

关键词 磷矿渣 Cd(Ⅱ) 吸附 动力学 热力学

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三峡库区消落带植被NPP估算——基于机器学习优化CASA模型 被引量：4

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作者 靳专 胥焘 +5 位作者 黄应平 肖敏 张家璇 周爽爽 席颖 熊彪 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2464-2478,共15页

三峡库区蓄水后,其生态效应受到广泛关注。消落带植被固碳量作为衡量库区生态系统健康状态的重要指标,对库区碳循环与生态净化具有重要意义。针对消落带不同高程植被接受光照的时间有所差异,且受河流水位变化影响,传统的CASA模型在计算... 三峡库区蓄水后,其生态效应受到广泛关注。消落带植被固碳量作为衡量库区生态系统健康状态的重要指标,对库区碳循环与生态净化具有重要意义。针对消落带不同高程植被接受光照的时间有所差异,且受河流水位变化影响,传统的CASA模型在计算消落带植被固碳量时,存在对植物的光能利用率计算不够精确等问题。以三峡库区香溪河陡坡消落带为研究区域,提出了一种耦合RBFNN模型(Radial Basis Function Neural Network)与CASA模型(Carnegie-Ames-Stanford approach)的新方法(RBF-CASA)。基于RBFNN建立环境影响因子模型,借助高程数据及植被指数等特征计算适合消落带区域的环境影响因子。结合CASA模型中温度和水分胁迫因子,提高植被在像元尺度上的净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的估算精度,并对反演结果进行验证。模型验证结果显示:RBF-CASA模型估算值与观测值的决定系数(Coefficient of determination,R^(2))为0.730(P<0.01,n=32)。对比原始CASA模型,平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)降低10.991,均方根误差(Root mean square error,RMSE)降低了23.861,相对均方根误差(Relative root mean square error,RRMSE)降低5.10%,平均绝对百分误差(Mean absolute percentage error,MAPE)降低1.12%。使用提出的RBF-CASA模型在库区水位落干期(7—8月份)进行固碳量估算,结果表明:NPP月均值在66.234—134.144g C/m^(2)之间,NPP随着高程的增加呈现起伏变化,其总量在150—155m之间达到峰值,均值在170m以上区域最高。在2021年9月植被NPP均值为35.883g C/m^(2),2022年9月植被NPP均值为25.964g C/m^(2),由于降雨量减少、长江水位下降,在2021—2022年间植被恢复情况较差。研究结果可为库区碳循环、生态净化及生态修复等决策提供科学依据。 展开更多

关键词 基于过程的遥感模型(CASA) 机器学习 植被净初级生产力(NPP) 无人机 环境影响因子模型

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基于路径质量的无线传感网路由协议 被引量：10

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作者 龚本灿 周峰 +1 位作者 陈鹏 任东 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2020年第6期99-104,共6页

基于跳数的无线传感器网络路由协议因实现简单、延迟少和易维护等优点,一直以来受到广泛关注。在分析现有基于跳数的路由协议的基础上,对最小跳数路由算法的选路标准进行了改进,提出了一种基于路径质量的无线传感网路由协议,采用跳数、... 基于跳数的无线传感器网络路由协议因实现简单、延迟少和易维护等优点,一直以来受到广泛关注。在分析现有基于跳数的路由协议的基础上,对最小跳数路由算法的选路标准进行了改进,提出了一种基于路径质量的无线传感网路由协议,采用跳数、综合链路质量和节点能量作为路径质量的度量指标。使用OMNET++网络仿真软件进行了仿真实验,实验结果表明:改进后的路由协议有效地提高了网络分组的投递率,降低了网络的能耗。 展开更多

关键词 无线传感器网络 路由协议 路径质量 跳数 OMNET++

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基于X射线荧光光谱与多特征串联策略的土壤重金属含量预测 被引量：5

9

作者 任顺 张雄 +2 位作者 任东 杨信廷 张力 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期829-837,共9页

针对土壤重金属快速检测需求,基于模型集群分析方法进行特征波长变量选择,提出了利用X射线荧光光谱技术检测农田土壤中重金属含量的方法。采集91个配制土壤样品的X射线荧光光谱值,用于构建土壤重金属检测模型。通过多特征串联方法提取... 针对土壤重金属快速检测需求,基于模型集群分析方法进行特征波长变量选择,提出了利用X射线荧光光谱技术检测农田土壤中重金属含量的方法。采集91个配制土壤样品的X射线荧光光谱值,用于构建土壤重金属检测模型。通过多特征串联方法提取特征波长变量,首先采用区间组合优化算法(ICO)粗选波长,然后采用竞争适应性重加权采样法(CARS)剔除区间波长中的无关变量,最后采用连续投影算法(SPA)进行波长精简。通过多特征串联ICO-CARS-SPA算法对X射线荧光光谱进行特征变量选择,得到5组(26、25、29、39、33)特征波长点,据此建立Cu、Zn、As、Pb、Cr 5种土壤重金属含量偏最小二乘(PLS)检测模型,并与其他传统特征波长选择方法进行了对比。结果表明,ICO-CARS-SPA算法所选变量结合偏最小二乘(PLS)的建模效果最优,Cu、Zn、As、Pb、Cr的验证集决定系数分别为0.9933、0.9926、0.9956、0.9932和0.9886,均方根误差分别为6.9385、23.6984、3.6326、8.5106和14.7645,验证集平均相对偏差分别为0.2551、0.0650、0.1025、0.2414、0.1047。基于X射线荧光光谱结合多特征串联策略的ICO-CARS-SPA算法可剔除更多无效波长,提升有效信息贡献度,简化了检测模型复杂度,为土壤重金属含量预测模型选取合适的特征波段提取方法提供了理论支撑。 展开更多

关键词 X射线荧光光谱(XRF) 土壤重金属 波长优选 模型集群分析

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高分辨率的航拍输电线路绝缘子检测 被引量：5

10

作者 柳方圆 任东 +2 位作者 王露 杨军 郑朋 《电子测量技术》 北大核心 2023年第13期102-109,共8页

绝缘子是输电线路上的重要部件之一,利用无人机巡检准确的检测出绝缘子及其缺陷是保障电力安全输送的重要手段。针对目前主流目标检测网络处理高分辨率图像时直接缩放原图带来目标的细节信息丢失或者将原图切块再检测导致目标丢失整体... 绝缘子是输电线路上的重要部件之一,利用无人机巡检准确的检测出绝缘子及其缺陷是保障电力安全输送的重要手段。针对目前主流目标检测网络处理高分辨率图像时直接缩放原图带来目标的细节信息丢失或者将原图切块再检测导致目标丢失整体信息的问题,在残差网络(ResNet 50)的基础上设计了一个双分支结构的主干网络(RC Net)同时兼顾绝缘子的位置信息和细节信息,能减少目标上下文信息和局部信息的丢失。同时引入可变形卷积替换部分常规卷积来改变采样点,使采样点能更贴合目标本身的几何形状,提高网络的特征表达能力,并根据绝缘子本身的大小和形状重新设计锚框的参数,使锚框更适合目标本身的尺度,边框回归更精确。在扩增的中国输电线路绝缘子数据集(CPLID)进行实验,结果表明,本文提出的算法的平均精度达到88.3%,相比于目前主流的检测算法在高分辨率图像背景下具有更好的检测效果。 展开更多

关键词 无人机巡检 目标检测 高分辨率图像 可变形卷积 锚框

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顾及冲突分析的模糊积分非监督变化检测 被引量：5

11

作者 邵攀 任东 董婷 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2250-2263,共14页

以模糊积分(Fuzzy integral,FI)为基础,提出一种顾及冲突分析(Conflict analysis,CA)的全自动遥感变化检测方法(CA-based FI,CAFI).CAFI首先选取典型的对比算子,生成信息互补的差异图(Difference image,DI)集;其次利用模糊聚类、杰卡德... 以模糊积分(Fuzzy integral,FI)为基础,提出一种顾及冲突分析(Conflict analysis,CA)的全自动遥感变化检测方法(CA-based FI,CAFI).CAFI首先选取典型的对比算子,生成信息互补的差异图(Difference image,DI)集;其次利用模糊聚类、杰卡德相似系数和FI对差异图进行决策级融合,得到初步融合变化检测图;然后通过模糊集理论计算像元的信息冲突程度,将初步融合检测结果自适应地划分为冲突严重区域和冲突较弱区域;最后,对冲突较弱的像元,将其初步融合结果作为最终检测结果,对易产生融合错误的冲突严重像元,利用地统计分析对其重新分类.CAFI能够集成不同信息优势的同时,很大程度地解决FI融合过程中的信息冲突问题.三组真实遥感数据的实验结果验证了CAFI的有效性和鲁棒性. 展开更多

关键词 遥感 非监督 变化检测 模糊积分 冲突分析

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基于邻域相似性和超像元增强的SAR影像差异图生成 被引量：1

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作者 邵攀 贾付文 《遥感信息》 CSCD 北大核心 2023年第2期48-55,共8页

差异图的质量是影响合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像变化检测性能的关键因素之一。文章针对SAR影像,提出了一种全新的基于邻域相似性和超像元增强的差异图生成方法。首先,将邻域信息引入到相似性算子,利用邻域相似性生... 差异图的质量是影响合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像变化检测性能的关键因素之一。文章针对SAR影像,提出了一种全新的基于邻域相似性和超像元增强的差异图生成方法。首先,将邻域信息引入到相似性算子,利用邻域相似性生成初步差异图;然后,对初步差异图进行超像元分割,并基于分割结果利用性质“差异图中像元灰度值越大,对应区域发生变化的可能性越大”对初步差异图进行增强。4组真实SAR影像数据的实验结果表明,与4组先进水平的差异图生成方法相比:该方法能够明显提高变化区域和未变化区域的对比度,得到更高质量的差异图;能够得到更优的变化检测结果。 展开更多

关键词 差异图生成 邻域相似性 超像元增强 变化检测 SAR影像

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基于二级聚类的遥感影像变化检测 被引量：1

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作者 范婕 贾付文 武昌东 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第8期49-53,共5页

为了提高现有基于二级聚类变化检测方法中第一级聚类结果的准确性以及解决第二级聚类时分类器计算复杂度高、耗时久的问题,提出一种基于引入信息熵的模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)算法和K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)算法级联的变化检... 为了提高现有基于二级聚类变化检测方法中第一级聚类结果的准确性以及解决第二级聚类时分类器计算复杂度高、耗时久的问题,提出一种基于引入信息熵的模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)算法和K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)算法级联的变化检测方法。首先通过FCM算法对差分影像(Differential imagery,DI)聚类并引入信息熵计算出DI中每个像元的不确定性,通过分析不确定性强弱得到更为可靠的训练样本,第二级聚类时使用计算复杂度更低的KNN算法代替深度学习方法进行分类得到最终变化检测结果。三组真实遥感影像数据集上的实验结果表明该方法能够有效在降低计算复杂度的同时提高变化检测性能:在Sulzberger数据集上的Kappa系数为96.83%,比其他方法提高2.69%~4.55%;在Madeirinha1数据集上的Kappa系数为85.69%,比其他方法提高0.18%~1.99%;在Madeirinha2数据集上的Kappa系数为87.47%,比其他方法提高0.20%~3.53%。 展开更多

关键词 二级聚类 信息熵 遥感影像 变化检测

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邻域级和超像素级差异图融合方法

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作者 贾付文 王恒涛 张上 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第11期67-71,共5页

考虑到传统代数运算法生成的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像的差异图变化区域和未变化区域对比度差,噪声鲁棒性弱,提出一种邻域级和超像素级差异图融合方法。首先通过对两期图像进行超像素分割,利用超像素结合对数运... 考虑到传统代数运算法生成的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像的差异图变化区域和未变化区域对比度差,噪声鲁棒性弱,提出一种邻域级和超像素级差异图融合方法。首先通过对两期图像进行超像素分割,利用超像素结合对数运算获取超像素差异图;其次将相似性差异图和超像素差异图在邻域内进行融合;最后利用迭代阈值技术获取变化检测结果。真实的SAR数据集变化检测结果表明:该方法获取的差异图在噪声鲁棒性和对比度上均展现不错的优势,变化检测结果的kappa值在0.8以上,其可视化结果和评价指标均优于对比方法。 展开更多

关键词 合成孔径雷达(SAR)图像 差异图 超像素级 邻域级 变化检测

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