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关键词： 轻量级目标检测   长尾目标检测   损失函数   交通标志检测系统  

摘要： 当前在减少交通事故方面的前沿研究重点聚焦于高级辅助驾驶系统和无人驾驶技术,其中交通标志智能检测作为自动驾驶核心技术之一,要求其性能兼具实时性和准确性。本文致力于在复杂环境下保证检测类别的全面性并提升轻量级交通标志检测算法的精准性与实时性。针对长尾交通标志检测这一特定任务,设计轻量化检测算法ASPC-YOLOv8s,并在此基础上构建针对长尾分布交通标志的轻量化检测算法。最后基于设计的算法,开发交互式交通标志检测系统。具体研究内容如下: 针对复杂环境下远距离微型交通标志检测所面临的挑战,本文对YOLOv8s进行多维度优化。首先,借鉴SPP网络结构的设计原理,构建一种空间自适应金字塔卷积模块,并将其整合进C2f瓶颈块中,生成ASPC2f模块,以增强网络多尺度特征的处理能力,提升模型检测鲁棒性。其次,设计一组输出特征图尺寸更大的小目标检测层,提升对微型交通标志的识别性能。最后,采用EIOU损失函数替代传统损失函数,促进模型的学习收敛效率和整体检测准确度。通过消融实验验证,上述改进方式均不同程度的提升检测精度和降低模型参数量。对比当前主流的轻量级检测算法,改良后的算法在准确性和轻量化方面展现出明显的优越性。同时在远距离小目标的识别能力上,实现9.4个百分点的精准度提升。通过实际场景的可视化检测结果,验证该模型的有效性和时效性。 针对交通标志类别长尾分布对常规检测模型性能的制约,本文提出一种长尾分布交通标志轻量级检测模型。首先,构建多窗口空间金字塔Transformer模块,充分利用Transformer全局信息处理能力,强化特征表达,提升检测准确性。其次,通过借鉴Faster Net中高效的PConv组件优化主干网络设计,降低计算复杂度,提高模型运行效率。同时,设计Slide＿BBCE损失函数,在训练过程中动态调整各类别的权重分配,加强尾部稀有类别的学习力度,提高其检测精确度。在数据预处理阶段,通过扩充尾部类别样本数量,确保训练集和验证集内的类别均衡性。通过消融实验验证,上述改进方法均展现出卓越的效果。同时在罕见类别交通标志的检测准确率上,相较于基础模型,精准度提升高达9.1个百分点。对比当前相关检测算法,改进后的模型表现出不错的优越性。最后,在实际环境下通过可视化结果呈现出模型优异的检测表现。 针对智能驾驶系统命令行操作不便的问题,将设计的交通标志检测算法与软件开发技术结合,构建一款交互式检测系统。该系统支持图片、视频及实时检测功能,并在保证检测速度的同时确保交通标志识别的准确性,实现检测算法与界面程序的松耦合。

关键词： 核辐射检测   人体姿态估计   目标检测   人体三维重建  

摘要： 近年来我国核技术应用实现了广泛而深入的发展,其在医疗、能源、工业等领域均得到了充分的应用。但在享受核技术给各行业带来的支持与便利的同时,核安全问题也不容忽视。特别在公共卫生事件、核电站事故应急、核恐怖袭击、边境核事件等核辐射突发事件发生后,产生的放射性核素会使大批量人群受到辐射照射,严重危害公众健康。近年来人体表面辐射检测设备不断迭代升级,但目前的设备仍存在着便携性差、智能化程度低等缺陷。因此,研究大批量人群辐射污染快速检测仪对保障公众核安全、应对核突发事故具有重大意义。 针对以上问题,本文提出一种基于计算机视觉的人体表面辐射检测定位系统,首先搭建图像捕捉平台采集到被试目标的图像,其次使用改进的神经网络模型实现人体和表面辐射检测仪的空间定位和人体三维重建,最终搭建了数据处理平台并对检测结果进行可视化。具体研究内容如下: (1)OpenPose人体姿态估计模型的改进研究。本文使用Mobile Net V3主干网络对OpenPose模型原有的VGG主干网络进行替换,减少了模型参数,降低了计算量。同时,本文将原模型的两个预测分枝合并为单个预测分枝,在模型精度基本不受影响的情况下进一步减少了模型参数量。 (2)YOLOv5目标检测模型的改进研究。本文引入了CBAM注意力机制模块,通过引入通道和空间注意力模块,提高了模型特征提取能力。本文使用Wise-Io U损失函数替换了原损失函数,进一步提高了模型准确性。 (3)人体三维模型重建的改进研究。本文基于ROMP模型进行了SMPL+A模块替换的研究测试,通过在SMPL模块中引入年龄偏移,提高了人体三维模型匹配的准确度。 (4)人体表面辐射检测定位系统搭建。对于视觉捕捉硬件平台进行了相机标定,对于软件系统进行了集成测试。测试结果体现了本文基于视觉的人体表面辐射检测定位系统的可行性及实用性,对于视觉定位系统部署提供了技术支撑。 本文为人体表面辐射检测设备提供了一种自动化定位技术方案,在保证设备便携性的前提下提升了系统的智能化水平与使用效率,解决了现有产品的技术痛点,具有一定的可实用性。

关键词： 环境监测   镧系金属有机框架材料   荧光探测   光谱仪  

摘要： 随着工业化进程的加速,硝基污染物的环境风险日益显著,尤其是在水体污染方面,硝基污染物2,4二硝基甲苯和2,4二硝基苯胺,因其难以降解,且会对环境和人类健康构成严重威胁,受到人们的广泛关注。目前,针对硝基污染物虽然已有多种检测方法,如高效液相色谱（HPLC）、质谱（MS）等,但这些方法往往需要昂贵的仪器和复杂的操作程序,限制了在快速现场检测中的应用。因此,开发一种低成本、高效率且易于操作的硝基污染物检测技术显得尤为重要。本研究致力于设计一款高效的小型便携式硝基污染物浓度检测系统,本系统基于便携式荧光光谱检测技术的思想,成功制备了Tb-MOF/PP（聚丙烯）荧光敏感薄膜,并通过对光路结构进行细致分析,和对关键设计参数的严格控制,验证了其在检测特定硝基污染物中的应用潜力。本研究主要工作包括: （1）在材料制备方面,以Tb为中心合成Tb-MOFs,这些MOFs通过原位生长法在PP薄膜上形成。制备的Tb-MOF/PP荧光敏感薄膜对2,4-二硝基甲苯和2,4-二硝基苯胺显示出极高的选择性和灵敏度,且在310 nm的紫外线激发下,荧光强度随污染物浓度的变化显著,实现了迅速且高灵敏度的检测。通过进一步的结构和表征研究,包括SEM、FTIR、XPS和荧光光谱等分析,深入揭示了荧光敏感薄膜的微观结构和荧光猝灭响应机制。通过定量分析,本系统在对2,4-二硝基苯胺的检测中实现了0-70 mg/L的良好线性范围和0.361 mg/L的检测限,在对2,4-二硝基甲苯的检测中实现了0-100 mg/L的良好线性范围和7.981 mg/L的检测限。 （2）在光学结构设计方面,本研究对几种光路结构进行了比较,最终选择了小型平谱全息凹面光栅进行设计,充分考虑了分辨率、体积和成本效益。检测系统的光谱检测部分,达到了350-700 nm的光谱范围和5 nm的光学分辨率,检测设备的尺寸被控制在5×15×15 cm以内,优化了便携性和应用的灵活性。 （3）在硬件和软件集成方面,研究采用了紫外LED光源模块、TCD1304AP线性CCD芯片和STM32F401CCU6微控制器等器件,确保了系统的高效稳定运行。上位机软件的开发基于Lab VIEW环境,不仅提供了直观的用户界面,还实现了实时数据处理和分析,进一步提高了检测的准确性和操作的便利性。 最终,通过实验验证,该便携式荧光检测系统在2,4-二硝基甲苯和2,4-二硝基苯胺的检测中表现出了优异的性能。该研究不仅为实现高性能的光谱检测设备提供了有效的技术方案,而且对环境监测与分析领域具有重要的理论和实践意义。本研究的成功展示了软硬件紧密结合的重要性,为未来相关设备的设计和应用开辟了新的路径,尤其在快速现场检测和环境监测方面展现了巨大的应用潜力。

关键词： 低功耗解调系统   光纤多参数传感器   乙炔吸收峰   垂直腔面发射激光器  

摘要： 光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。但现有的解调系统存在功耗高、成本高、体积大等问题,不适用于所需监测点较少、供电困难的场景中。为解决上述问题,本文开展低功耗、低成本、高精度的光纤光栅解调系统研究。主要研究内容如下: (1)说明了本文的研究背景及意义,并介绍了光纤多参数传感器的发展以及光纤光栅解调技术的进步。阐述了光纤光栅的结构以及光纤光栅的温度、应变感知原理,同时对比现有的光纤光栅解调方法,将扫描激光器法作为最终选择。 (2)提出了使用乙炔吸收光谱自校准的光纤光栅解调系统,该系统使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,并利用乙炔吸收峰作为波长参考用于解调光纤光栅。其中为降低系统功耗未对激光器使用温度控制,通过研究激光器在0～40°C时的波长重叠范围,进而确定解调系统在该温度范围内运行时的波长解调范围。另外设计了散热装置促进激光器散热,使解调系统在间歇工作模式时提高了电能利用效率。在处理乙炔吸收峰的归一化数据中,根据吸收峰的强度不同作为重要的识别特征,提出了基于定位特征峰、辅助峰的吸收峰识别算法,另外使用吸收峰分割算法将识别后的吸收峰序列进行分割,对分割后的各个单峰区域单独寻峰。最终实验结果表明解调系统的波长重复性为±3pm,波长精度为±2pm,运行功耗降低至0.264W。 (3)基于低功耗解调系统,搭建了应用于煤矿巷道的多参数监测系统。为了满足实际监测需要,设计了一种大量程的光纤顶板离层传感器,并在实验室中使用低功耗解调系统对光纤顶板离层、锚索应力以及温度等多参数传感器进行测试,实验结果表明低功耗解调系统的位移解调精度为±2mm、压力解调精度为±4k N。在实际应用中使用容量为20Ah的电池供电,计算得到低功耗解调系统在间歇工作模式时的运行时长至少为100天。最终解调系统还监测到巷道顶板的伪顶岩层存在17.5mm的塌陷量,证明了该解调系统在实际应用中具备较好的可行性、可靠性。

关键词： CCD   Cr (VI) removal   HA-PP   Kinetics   Pomegranate peel   RSM  

摘要： The present work focuses on preparation of hydroxyapatite from pomegranate peels by precipitation method. The hydroxyapatite derived from pomegranate fruit peels (HA-PP) was characterized by XRD, FT-IR, SEM-EDS and BET techniques. The HA-PP has mesoporous in structure and had an area of 99.021 m2/g. Further HA-PP was used as adsorbent for the removal of Cr (VI) ion particles from K2Cr2O7. The adsorption trials were executed and found the optimized solution using response surface methodology (RSM). The experiments included parameters like pH 2, initial chromium concentration 200 mg/L, adsorbent loading 0.8 g, and contact time 60 min, respectively. Cr (VI) removal was 89.4 % at the optimum combination of these process parameters. A mathematical and statistical optimizing technique response surface methodology (RSM) was applied to verify the interactive effects of various parameters on the adsorption capacity. The analysis of variance (ANOVA) was used to predict the adequacy of the model (F 82.16) shows developed model is valid with R2 value 0.987, and p-value (>0.1). In this the Langmuir adsorption isotherm and the pseudo-second-order kinetic model are well explained for Cr (VI) adsorption onto HA-PP. This reaction is spontaneous and endothermic, as indicated by the negative change in the standard free energy (ΔG0 = −0.1732) and ΔH0 (+4.71) value at the selected temperature. The ΔS0 (+15.89) further confirms that the randomness increased at the solid-solution interface during adsorption. © 2024 The Authors

关键词： 称重传感器   测力传感器   张力检测   柔索   电阻应变  

摘要： 精确的张力检测与控制是自动化生产过程中的一个重要控制参数。在各种不同的张力检测方案中，采用电阻应变式测力传感器直接或间接测量张力的方法是目前最为简便经济的方案之一。本文根据电阻应变式测力传感器的结构及其张力检测技术原理对其进行了分类和归纳总结。这些方式主要包括：串联测量、双轮测量、三轮测量和集成式测量等。文中对这些测量方式的应用场景及其传感器的使用注意事项进行了阐述，可为张力检测系统的设计与传感器选型提供参考。

关键词： 水下无线传感器网络   安全体系结构   认证方案   信任评估模型  

摘要： 水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)常常部署在无人值守甚至敌对的环境中,因此确保节点间的安全通信显得尤为关键。与陆地无线传感器网络(Terrestrial Wireless Sensor Networks,TWSNs)相比,UWSNs 存在着本质性差异和独特性挑战。TWSNs在设计安全策略和机制时通常依赖稳定的能源供应和较宽松的带宽条件,而UWSNs则面临着水声信道不可靠、水下节点硬件资源有限、网络环境不安全、网络拓扑的未知性和动态性等诸多因素的限制,所以陆地网络的安全解决方案难以直接应用于水下环境。因此,本文聚焦于如何增强UWSNs的安全性,旨在设计面向UWSNs的安全体系结构,构建综合防护系统,其中包括混合认证方案和抗攻击信任评估模型两个模块,从而确保UWSNs能够高效抵御来自外部和内部的攻击。本文的具体研究内容如下: (1)针对水下传感器节点未经授权非法访问,致使网络安全性受损以及通信开销增大的问题,提出面向UWSNs的混合认证方案,其中包括初始化、组网认证、移动节点再认证、密钥管理与更新、新节点加入五个阶段。首先,设计基于椭圆曲线加密(Elliptic Curve Cryptography,ECC)和对称多项式的高效认证协议,仅需三次通信即可完成安全身份认证,有效降低通信开销。其次,考虑到水下节点的计算能力限制,充分利用移动节点已经通过身份认证的事实,设计基于信任迁移的轻量级认证协议,有效减轻节点的计算负担。再次,为了增强网络的安全性,提出灵活的密钥更新机制,分为周期性更新和检测到恶意节点时自动更新两种方式。同时,构建多种密钥类型以自适应UWSNs中多样化的数据类型和安全需求。最后,安全性分析和性能分析表明,所提出的方案不仅在理论上满足水下网络的安全需求,而且在仿真实验中实现真正意义上的低成本开销和高效能运行。 (2)针对身份认证可以有效抵御外部攻击却无法解决UWSNs内部攻击的问题,设计抗攻击信任评估模型,其中包括直接、间接和综合信任评估三个维度,旨在为UWSNs构建全面的信任评估体系。首先,深入分析水下环境特性和多种常见内部攻击,引入数据包交付率、数据包传输延迟和能耗作为直接信任评估指标。此外,为了确保信任评估的时效性和动态性,引入滑动时间窗口和时间衰减函数,实现直接信任值更新。其次,为了有效抵御坏嘴攻击,提出推荐相似度判断以降低恶意推荐的不良影响,并引入D-S证据理论整合多方推荐信任,提高评估的客观性和准确性。最后,充分考虑水下节点的移动性,在综合信任评估中重新定义权重因子γ,实现模型动态调整。仿真实验结果表明,所提出的模型在非攻击场景和三种攻击场景下均表现出良好性能,即使面对复杂攻击,该模型仍能有效识别恶意节点和正常节点,确保信任评估的准确性,并保障UWSNs的长期稳定与安全。