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关键词： 桥梁检测   深度学习   路径规划   多模态   智能化桥梁管理  

摘要： 随着全球基础设施的快速老化,桥梁的安全性与功能性维护已经成为工程领域面临的一个迫切挑战。传统的桥梁检测方法不仅耗时、耗力,而且往往无法满足快速增长的维护需求。为此,本研究提出了一种基于深度学习的桥梁损伤检测系统,旨在提升桥梁结构表面损伤的检测准确率,并解决了桥梁检测过程中由于GPS受限区域而遇到的定位问题,实现了高效、便捷的桥梁巡检。研究的具体内容包括: 1.针对桥梁检测场景,完成了无人机设备的精选与改造,从硬件层面确保了桥梁检测过程的稳定性与安全性。 2.为解决桥梁检测中遇到的GPS受限区域的无人机定位问题,设计了基于Gazebo与ROS的仿真实验,并在青岛胶州湾大桥等地进行了现场测试,验证了FAST-LIO2算法在桥梁建图中的高效性与可靠性。 3.针对无人机执行桥梁检测任务的路径规划问题,设计了一种特定的三维旅行商问题(TSP)解决方案,并评估了包括DQN算法在内的多种优化算法。 4.在损伤检测方面,提出了一种多模态桥梁损伤检测模型,通过多模态特征匹配,增强了检测的准确性和可靠性,有效解决了现实桥梁检测中的损伤误检问题。 5.基于Unity3D开发了桥梁检测展示系统,较好的展示了桥梁检测结果,也为决策提供了强有力的数据支持。

摘要： 通过对入侵检测系统的异常日志报告、误报和漏报问题进行分析，提出了针对性的改进措施和优化策略，在提升入侵检测系统检测能力的同时，强化了整个网络安全架构的响应速度和适应性。

关键词： 微型光纤环电流传感器   鞍状环   电流测量   抗干扰  

摘要： 随着新能源汽车的发展,管控为其提供动力的电池包显得愈发重要。电池管理系统通过底层硬件设备的实时监测获取电池组的电压、温度及电池包总电流等参数,通过对它们进行实时分析,从而得到汽车内电池组的状态并据此对电池包进行优化管理与控制。 电池包内狭小环境使得传统电流传感器无法安装在并联支路上,电池管理系统无法获得并联支路或电池单体的电流信息。此外,汽车运行在复杂多变的严酷环境中,需要传感器在运行时具有保持高精度、高稳定性及较强的抗外界干扰能力。 本文提出一种微型、鞍状光纤环电流传感器来测量电池内并联支路或单体电池的电流,对其测量精度、耐高低温、抗电磁干扰性能等进行了较为系统的研究。 为验证将传感环改变为鞍状结构和改变测量位置是否影响测量结果,进行了理论和实验验证。利用数值模拟方法证明鞍状结构光纤环严格满足安培环路定律;通过具体的实验测量验证了在搭接电路连接中,测量接触面传输电流的合理性、可行性和精确性。 为验证微型光纤电流环传感器在新能源汽车内部应用的可行性,对其开展了性能测试和抗干扰实验研究。 首先将其与传统电流传感器进行精准度对比实验,其测量误差率满足低于0.5%的要求;完全能够敏锐捕捉到16k Hz的瞬变电流信息;在-40～80℃的温度环境中测量误差低于0.5%;10k～240MHz、280M～1GHz电磁干扰不影响光纤环的测量精度。 研究结果表明,与传统的霍尔传感器和分流器相比,微型光纤环电流传感器具有更高的测量精度、更宽的测量范围和更强的抗高低温及电磁干扰能力,具有适用于新能源汽车电池包内测量并联支路和电池单体电流的潜力。

关键词： 二维压电结构   载流子迁移率   新能源材料   微电子机械系统   第一性原理计算  

摘要： 能源是人类文明进步的基础和动力,攸关国计民生和国家安全,关系人类生存和发展,对于促进经济社会发展、增进人民福祉至关重要。一些新能源的转化方式像机械能的转化是未来能源开发的一大方向。而压电效应是机械能和电能相互转化的途径之一。自1880年压电效应被发现以来,由于其固有的机-电耦合特性,压电材料被广泛应用于换能器、驱动器以及传感等领域。压电材料可以分为（1）天然晶体:石英,电气石等;（2）人工陶瓷:锆钛酸铅等;（3）高分子材料:聚偏氟乙烯等。像石英晶体,它的居里点温度高,稳定性好,无热释电现象,但压电常数小,成本高;压电陶瓷的压电常数大,成本低,但是居里点温度低,稳定性不如石英晶体,有热释电现象,会给传感器带来热干扰;高分子材料具有材质柔韧,低密度,低阻抗和高压电电压常数等优点,复合压电材料还具有耐冲击,不易受损的优点,但是该类材料实用的价值不太多。随着技术的进步,压电材料领域出现多种类型的超小型设备,这些设备可用于自动化和远程监控以及远程医疗应用。二维压电材料因为其机械强度以及柔韧性在诸多小型设备中发挥重要作用。特别是机器人触觉传感器和血压探测器在各自的领域都发挥着重要的作用。但是二维压电材料在实际应用中仍然具有巨大挑战,如存在垂直压电效应低,机械耐久性弱等问题。这些应用要求纳米材料通过沿着垂直于纳米片的z轴方向施加单轴应变从而具有特定的压电性。因此,寻找一种稳定且具有高效垂直压电效应的二维压电材料,对于提高这些尖端器件的精度和效率具有重要意义。 本文分别用贝利相和DFPT的方法计算研究了三种二维材料的压电性质,以及结构原子对高性能面外压电效应影响的物理机制。 （1）基于第一性原理计算,理论模拟Janus纳米片,F-M-H（M=B,Al和Ga）。结果表明,它们具有很好的动力学和热动力学稳定性,良好的机械耐久性,并通过在垂直于纳米片表面的z轴方向上施加单轴应变而具有所需的垂直压电效应。对于这三种材料,F-B-H具有最强的稳定性和最显著的垂直压电效应。F-B-H的垂直压电应力系数e比其他报道的二维压电材料如Sn OSe薄膜高两个数量级。此外,我们发现这三种纳米片之间有一个有趣的关系:电负性差比越高,压电应力系数就越高,这一物理机制细化了我们对影响压电效应因素的认识。最后,这项工作不仅加深了对二维压电材料的理解,而且为制造尖端的压电设备提供思路,如可穿戴电子、医用血压检测器和机器人仿生皮肤触觉传感器等。 （2）压电和微电子机械系统（MEMS）技术的集成正在促进MEMS行业的快速发展。然而,由于缺乏优异的平面内和平面外（垂直）压电系数、良好的热动力学稳定性和高的机械耐久性,所报道的二维压电薄膜在MEMS的发展中面临着严峻的挑战。因此,基于密度泛函理论计算,我们模拟了VIA族（元素周期表中的第六主族）功能化MXenes材料,即ScCXY（ScCOS、ScCOSe、ScCSO和ScCSe O）。结果表明,该材料具有良好的动力学、热动力学稳定性和机械稳定性。重要的是,该结构表现出良好的平面内和平面外（垂直）压电效应,这正是由于反转不对称性,带隙可调性和不同的电负性而产生的。其中,d的压电应变数值比d或d高出一到三个数量级,这些材料可以成为MEMS压电候选材料。 （3）由于其新颖的特性和潜在的应用,二维材料在电子和压电器件中显示出巨大的优势。遗憾的是,很少有二维材料同时具有较高的压电效应和较好的机械耐久性。基于密度泛函理论,预测Janusγ-Ge Sn XO（X=S和Se）单层材料具有实用的压电性能和良好的机械耐久性。动力学、热动力学和力学稳定性的结果可以证明这一点。压电系数d比同类型压电材料高1-2个数量级。最重要的是计算结果符合电负性差比的定律,即压电性能随电负性差比的增大而增大。此外,在这项工作中,压电和电子输运性质之间存在固有的耦合机制,即纳米片中较小的极化电场伴随着较大的载流子迁移率。本工作为满足各种压电纳米器件的需求提供了一个实用的平台。综上所述,我们模拟出来的几种材料可以解释上面存在的问题,并且对其物理机制做出探索。

关键词： “光纤通信”   全英教学   国际化  

摘要： 光纤通信作为一门新兴技术，近年来发展速度快、应用范围广，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着重要的作用。“光纤通信”作为通信工程专业的重要专业课程，综合了材料、通信、光学和半导体光电子等众多学科内容，具有内容覆盖面广、基础理论深的特点，在培养光纤通信专业人才方面发挥着重要作用。文章旨在探讨如何优化“光纤通信”课程全英授课模式，以实现培育兼备光纤通信知识和专业英语技能的复合型人才的教学目标。“光纤通信”课程全英教学改革的重点是精选教材教辅、革新教学内容、改进教学模式、探究评估方法四方面，力求突显课程特征，拓宽专业领域视角，彰显全英授课特色，以提升光纤通信专业英语教学质量，实现光纤通信国际化专业人才培养目标。

关键词： 水下环境监测   水下无线传感器网络   节点部署算法   数据采集   数字孪生  

摘要： 丰富的水下资源与人类的生产生活息息相关,对水下环境进行实时监测是保护与开发水下资源的重要手段。然而,水下环境复杂多变,且通信方式受限,给水下环境监测带来了极大的挑战。传统的监测手段难以实现大范围的实时监测,而水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)将无线传感器网络应用于水下场景中,可以扩大环境监测的范围,提高数据实时性,并且具有部署灵活、稳定性高等优点,在水质监测、海洋探测等领域有广阔的应用前景。节点部署是构建UWSNs的基础,良好的部署方案不仅可以实现对目标监测区域的有效覆盖,还可以降低部署成本和能量消耗。因此,如何优化水下节点部署是UWSNs领域亟待解决的问题。本文围绕水下节点优化部署、环境监测系统设计及其可视化展开研究,主要研究内容如下: (1)提出了多策略融合的人工蜂鸟算法(Multi Strategy Aggregation-Based Artificial Hummingbird Algorithm,MSAHA)。MSAHA引入Sinusoidal混沌映射、纵横交叉和透镜成像反向学习策略,以提高初始种群多样性和全局搜索能力,帮助算法跳出局部最优解。此外,构建了融合覆盖率和节点移动总距离的目标函数,并考虑水流的影响,提出了基于多策略融合人工蜂鸟的节点部署算法,对节点进行动态部署。最后,通过MATLAB仿真实验对算法性能进行验证。实验结果表明,MSAHA具有良好的收敛速度和全局寻优能力;基于MSAHA的节点部署算法可以取得较高的覆盖率,并且减小节点优化部署移动的总距离。 (2)设计了青海湖水生态环境监测系统,包括数据采集与传输、水面中继和远程服务器三部分。系统采用CTD传感器和水下摄像头获取水下环境的温度、盐度、深度和图像信息,监测数据经树莓派处理后通过串口发送给水声调制解调器,以声信号的形式逐跳传输至水面中继部分的Sink节点,再由Sink节点通过互联网上传至远程服务器。系统实现了对青海湖的实时监测,为科学研究、水下资源勘探、水资源保护与合理开发提供科学依据,从而促进水下生态系统的健康和可持续发展。 (3)在上述青海湖水生态环境监测系统的基础上,使用数字孪生技术开发了3D可视化系统。将数据采集过程映射到三维虚拟空间,实现了物理实体与数字模型之间的数据交互。3D可视化系统主要包括模型动画、显示设备数据、查询历史数据以及数据异常警报功能,并搭建了3D可视化大屏,以提供更加直观、生动的数据展示,方便用户快速做出决策,有利于提高环境监测和管理的效率。