2000—2020年中国地下水开采时空演变特征EI北大核心CSCD

采用Mann-Kendall趋势检验法、重心模型和标准差椭圆法研究了2000—2020年我国地下水开采时间变化特征、空间分布特征和重心迁移过程。结果表明:2000—2020年我国地下水开采量呈现波动性减少趋势,年均递减率为0.83%;华北地区在严格的地下水开采管理、地下水超采综合治理和南水北调工程共同作用下,地下水开采量得以压减,东北地区和西北地区由于黑龙江、新疆农业经济发展,地下水开采量明显增加;我国地下水开采重心主要分布在河北、山西和内蒙古交界处,有向西北方向偏移的趋势,地下水开采空间分布格局由东北—西南方向逐渐偏转为东—西方向,方向性趋势也更为明显。     

LSTM变体模型在径流预测中的性能及其可解释性

基于湘江流域1999—2013年实测水文气象数据,采用LSTM模型和其变体模型研究多个预见期下不同输入变量和不同模型结构对径流预测结果的影响,评估LSTM模型及其变体模型在短期径流预测中的性能,基于排列重要性法和积分梯度法探究了LSTM模型对流域径流预测的可解释性。结果表明：在历史径流输入数据的基础上增加有效的水文气象变量输入,可以明显改善模型的预测效果,输入变量的改变比模型结构的差异对预测结果的影响更大;随着预见期的增大,降水数据的加入对预测效果表现出不同程度的提升,预见期为1 d时,预测结果的纳什效率系数(NSE)提升2.0%,预见期为2～4 d时,NSE提升可达13.6%;降水和历史径流在预测中起着重要的作用,而前期湿润条件与降水事件的共同作用是湘江流域洪水的主要诱发因素;LSTM模型可反映两种不同的输入输出关系,这两种关系对应于近期降雨和历史降雨两种洪水诱发机制。     

基于双分支通道空间依赖和非对称权重共享卷积的目标检测优化结构

以往的目标检测任务中,大量研究通过空间和通道信息来构建特征优化算法。然而,如何利用通道和空间中最大和平均特征的信息分布情况进行特征提取,仍是一个挑战。针对上述挑战,构建了双分支通道空间依赖网络,用来提取空间和通道中信息依赖特征,其关键是获取最大特征和平均特征上的重要信息分布情况。为了优化网络的检测精度与计算效率,构建了非对称权重共享卷积网络,利用相同的非对称卷积核进行联合训练来实现权重共享,极大地增强了卷积核参数的鲁棒性。以YOLOv4、YOLOv5和EfficientDet为检测基线,在PASCAL VOC和MS COCO数据集上进行实验,验证了双分支通道空间依赖网络和非对称权重共享卷积网络模块的有效性。在两个数据集上精度最高分别增长了1.98%和2.6%。     

基于人工智能的儿童坐姿监测系统

近年来,我国儿童青少年的近视率呈上升趋势,引起近视的原因有很多,不正确的学习姿势也会增加近视发病的风险,可能还会影响儿童的成长发育。许多家长都十分重视儿童的学习坐姿问题,但却由于各种原因难以做到时刻的监督。针对这一问题,设计了一个基于人工智能的儿童坐姿监测系统。系统的核心为微型电脑,控制摄像头拍摄照片,再通过坐姿识别模型识别照片中的坐姿,在儿童保持低头等错误坐姿时,发出语音提醒其纠正。系统能利用卷积神经网络识别坐姿,及时且有针对性地提醒纠正,并且程序移植到了嵌入式平台,体积小巧,操作简便。     

混沌系统和DNA编码的并行遥感图像加密算法

目的 针对传统基于混沌系统的图像加密算法在加密遥感图像时存在速度差、安全性不足等问题,提出一种混沌系统和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNA）编码的并行遥感图像加密算法,提升图像加密的效率和安全性。方法 利用明文图像的安全散列算法256（secure Hash algorithm 256,SHA-256）哈希值修改混沌系统的参数和初始值,提高算法的明文敏感性,并通过2维Hénon-Sine映射置乱图像,打乱像素之间的分布规律;然后利用图形处理器（graphics processing unit,GPU）并行计算密钥序列,缩短加密时间,通过选择多个高维混沌系统和修改混沌系统初始值确保密钥序列的随机性;最后利用密钥序列和GPU对图像进行DNA并行加密,得到最终的密文图像。在DNA并行加密过程中,生成一种DNA-S盒,对DNA编码进行非线性替换。结果 在遥感图像以及普通彩色图像上的仿真实验和安全性分析结果表明,本文算法在加密遥感图像上速度达到80 Mbit/s以上,密钥空间大于10²⁰⁰,信息熵趋近于8,密文图像直方图平坦均匀,且通过了美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）随机测试以及卡方检验;与其他算法相比,本文算法在密钥空间、相邻像素相关性、像素改变率（number of changing pixel rate,NPCR）、统一平均变化强度（unified averaged changed intensity,UACI）和信息熵等评价指标上更接近理想值。结论 本文算法在大幅提升加密速度的同时,保证算法足够安全,能够抵抗各种攻击,适合遥感图像以及大容量图像的保密存储和网络传输。     

电子屏幕智能防近视系统

当下,电子屏幕的使用越来越广泛,电子屏幕在带给我们便捷生活的同时,也带来了一个很大的问题——损害视力.该研究针对此现象设计了一套系统,旨在帮助人们在使用电子屏幕时能够时刻注意与屏幕之间的距离,从而达到保护眼睛的目的.系统采用STM32单片机作为控制模块,在电子屏幕的正上方安装了一个人体红外传感器与一个超声波测距传感器,以达到检测人体与实时测距的功能.系统配备有LED灯与YS-M3语音模块,作为主要的报警模块,能够有效实现实时报警提醒的功能,对于保护视力起了很大作用.     

虚拟手术缝合线实时打结仿真研究

针对虚拟手术中缝合线打结仿真时存在的实时性、逼真度较差等问题,采用质点弹簧系统(Mass Spring System,MSS)方法建模,并结合物体非线性及弯曲特性对其进行受力分析.采用Verlet法数值求解模型动力学方程,并基于跟踪控制点方法实现缝合线运动模拟.提出一种基于层次包围球的模拟受力方法解决缝合线打结过程中的自碰撞检测与响应.仿真结果表明,跟踪控制点方法能有效地完成缝合线的动态仿真,并且通过模拟受力方法能够实现缝合线的打结操作,增加了缝合线运动模拟的逼真度和实时性,提高了仿真效率.     

一种轮毂电机悬架构型及其减振性能的研究

针对轮毂电机驱动的电动汽车簧下质量的增加导致车辆平顺性下降的问题,采用与轮辋连接的三个对称分布的减振器和弹簧作为驱动电机悬架,主动轮与车体之间仍采用原车悬架结构.建立含路面激励与电机振动激励的车辆1/4垂向振动数学模型,采用B级路面作为路面激励,以0阶和8阶电磁力波作为电机振动激励.实例仿真研究双激励下的车身加速度、车轮动载荷、悬架动挠度以及电机位移等响应,比较不同车速下的系统响应,分析电机悬架参数对系统响应的影响.结果 表明,电机振动激励对系统有一定的影响,路面输入是振动的主要来源,电机悬架阻尼系数的影响大于弹簧刚度的影响,上述悬架构型在宽车速范围内都表现出良好的减振性能.     

基于粒子群算法的磁悬浮列车控制参数优化

磁浮列车的悬浮控制参数对控制系统带宽、阻尼等指标有重要影响.针对磁悬浮列车悬浮控制系统对轨道梁低频跟踪、高频抗干扰的控制需求,提出了基于改进粒子群算法的磁悬浮控制参数优化方法.首先根据轨道梁不平顺特性以及悬浮控制要求,确定等效的理想二阶系统,然后利用改进的粒子群算法,优化悬浮控制参数,在系统稳定的边界条件下,对磁悬浮控制系统模型的奈奎斯特曲线、带宽等性能指标进行拟合,从而使系统的频域、时域指标与理想系统接近.最后利用半实物仿真设备搭建硬件在环的试验系统,进行磁悬浮控制系统的HIL验证,试验结果表明了上述方法的有效性.     

云计算应用中的嵌入式容器技术研究

虚拟化技术从主机虚拟化发展到容器虚拟化,推动了计算开发模式的变更。容器虚拟化技术广泛应用于云计算,提供高效灵活的计算资源配置,极大提高了计算资源的利用率和软件开发效率。以Docker为代表的容器实现了持续集成、持续交付和部署。在嵌入式系统中,应用灵活多变,配置较多,涉及到应用和实时操作系统的配置裁减,系统重构复杂。本文通过研究Docker、Linux容器的命名空间、资源隔离等技术,探讨嵌入式容器技术的发展趋势,提升嵌入式系统软件的开发、测试、部署效率。