基于深度网络的出租车Pick-up需求预测

在智慧城市建设中,区域的出租车需求预测是一个十分重要的模块。为了预测指定区域未来时刻的出租车需求,本文通过拓展已有序列模型,提出一个多时间分辨率的基于层次注意力机制的循环高速网络（Multi-Time Resolution Hierarchical Attention-Based Recurrent Highway Networks, MTR-HRHN）。MTR-HRHN将对外生数据时空特征的提取和目标数据的时空建模整合到单个框架中,并且通过多分辨率（例如每个小时或者每天）对序列数据不同的时间属性建模,从而捕获更全面的时间模式。最后,在纽约市出租车数据集上评估MTR-HRHN的预测性能。实验结果表明,与其他经典时间序列预测方法相比,MTR-HRHN在多个高需求区域的短期需求预测上表现出更好的预测性能。     

融合注意力机制的无锚点森林火灾检测算法

森林火灾、野火是一个重大的自然灾害问题,每年全球各地植被都会受到严重的破坏。为了提高森林火灾的防控精度,针对传统方法具有火灾背景复杂、准确率低、效率低等问题,本文提出一种基于CenterNet的森林火灾检测算法。CenterNet作为一种无锚的方法,将目标定义为一个点,通过关键点估计定位目标的中心点,可以有效避免小目标的漏检。同时基于高效深层特征提取网络ResNet50,融合ECA模块以抑制无用信息,增加模型的特征提取能力。在公开森林火灾数据集上进行实验表明,与其他算法相比,本文提出的森林火灾检测算法误检率低,识别精度达到92.39%,F1值为0.86,Recall值为79.75%,FPS为43.31。本文提出的方法检测精度高,可满足实时检测森林火灾和实施精准施救的要求。     

基于知识图谱和Bi-LSTM的推荐算法

目前现有基于模型的推荐算法多是将评分数据输入到深度学习模型中进行训练,得出推荐结果。其缺陷在于无法对预测结果进行可解释性分析。除此之外,无法有效地解决算法的冷启动问题。因此,本文提出一种基于知识图谱和Bi-LSTM的推荐算法,来有效解决算法的可解释性和冷启动问题。首先将获取到的数据集进行预处理,生成预编码向量,根据数据集结点的连接性,构建专业领域知识图谱。其次利用知识图谱的元路径提取技术获取到多条用户-物品路径信息,将其输入到Bi-LSTM中,在路径经过的各结点处加入一层注意力机制,目的是为了模型能够有效地获取到较远结点的信息。最后将多条路径的训练结果输入到平均池化层中,用以区分不同路径的重要程度,利用交叉熵损失函数对模型进行训练,从而得出预测结果。实验结果表明,与传统基于循环神经网络模型的推荐算法相比,该算法可有效地提升算法的可解释性以及预测准确性,并缓解算法的冷启动问题。     

改进U-Net型网络的遥感图像道路提取

目的 遥感图像道路提取在城市规划、交通管理、车辆导航和地图更新等领域中发挥了重要作用,但遥感图像受光照、噪声和遮挡等因素以及识别过程中大量相似的非道路目标干扰,导致提取高质量的遥感图像道路有很大难度。为此,提出一种结合上下文信息和注意力机制的U-Net型道路分割网络。方法 使用Resnet-34预训练网络作为编码器实现特征提取,通过上下文信息提取模块对图像的上下文信息进行整合,确保对道路的几何拓扑结构特征的提取;使用注意力机制对跳跃连接传递的特征进行权重调整,提升网络对于道路边缘区域的分割效果。结果 在公共数据集Deep Globe道路提取数据集上对模型进行测试,召回率和交并比指标分别达到0.847 2和0.691 5。与主流方法U-Net和CE-Net（context encoder network）等进行比较,实验结果表明本文方法在性能上表现良好,能有效提高道路分割的精确度。结论 本文针对遥感图像道路提取中道路结构不完整和道路边缘区域不清晰问题,提出一种结合上下文信息和注意力机制的遥感道路提取模型。实验结果表明该网络在遥感图像道路提取上达到良好效果,具有较高的研究和应用价值。     

最优知识传递宽残差网络输电线路螺栓缺陷图像分类

目的 输电线路螺栓图像具有分辨率低和视觉信息较差的特点,针对螺栓缺陷图像分类时教师网络（大模型）参数量大、学生网络（小模型）分类精度低的问题,提出了一种最优知识传递宽残差网络输电线路螺栓缺陷图像分类方法,来弥补使用大小模型进行分类任务的局限性。方法 首先改变大模型宽度,即拓宽网络特征表达维度来增加向小模型传递的螺栓缺陷知识和简化小模型结构至3个残差块;然后为了选出传递螺栓缺陷知识性能最优的大模型,提出知识偏差的概念来可视化大模型向小模型螺栓缺陷知识传递的程度,综合分析不同宽度大模型利用知识蒸馏算法与注意力转移算法分别指导小模型训练后的分类准确率,并用知识偏差来确定最优知识传递模型;最后将最优知识传递模型利用知识蒸馏算法与注意力转移算法相结合指导小模型训练,尽可能提升小模型的螺栓缺陷分类性能。结果 在自建螺栓缺陷图像分类数据集上进行了验证,结果表明宽度为5的大模型向小模型传递螺栓缺陷知识性能最优,使小模型的螺栓缺陷分类准确率提高了5.56%,小模型与最优大模型的分类准确率只差2.17%,知识偏差为0.28,且小模型的参数量仅为大模型参数量的0.56%。结论 本文提出的最优知识传递宽残差网络输电线路螺栓缺陷图像分类方法,弥补了大小模型螺栓缺陷图像分类的局限性,实现了精度与资源消耗的平衡。     

结合动态图卷积和空间注意力的点云分类与分割

目的 随着3维采集技术的飞速发展,点云在计算机视觉、自动驾驶和机器人等领域有着广泛的应用前景。深度学习作为人工智能领域的主流技术,在解决各种3维视觉问题上已表现出巨大潜力。现有基于深度学习的3维点云分类分割方法通常在聚合局部邻域特征的过程中选择邻域特征中的最大值特征,忽略了其他邻域特征中的有用信息。方法 本文提出一种结合动态图卷积和空间注意力的点云分类分割方法（dynamic graph convolution spatial attention neural networks,DGCSA）。通过将动态图卷积模块与空间注意力模块相结合,实现更精确的点云分类分割效果。使用动态图卷积对点云数据进行K近邻构图并提取其边特征。在此基础上,针对局部邻域聚合过程中容易产生信息丢失的问题,设计了一种基于点的空间注意力（spatial attention,SA）模块,通过使用注意力机制自动学习出比最大值特征更具有代表性的局部特征,从而提高模型的分类分割精度。结果 本文分别在ModelNet40、ShapeNetPart和S3DIS（Stanford Large-scale 3D Indoor Spaces Dataset）数据集上进行分类、实例分割和语义场景分割实验,验证模型的分类分割性能。实验结果表明,该方法在分类任务上整体分类精度达到93.4%;实例分割的平均交并比达到85.3%;在室内场景分割的6折交叉检验平均交并比达到59.1%,相比基准网络动态图卷积网络分别提高0.8%、0.2%和3.0%,有效改善了模型性能。结论 使用动态图卷积模块提取点云特征,在聚合局部邻域特征中引入空间注意力机制,相较于使用最大值特征池化,可以更好地聚合邻域特征,有效提高了模型在点云上的分类、实例分割与室内场景语义分割的精度。     

融合空洞卷积与注意力的胃癌组织切片分割

目的 病理组织切片检查是诊断胃癌的金标准,准确发现切片中的病变区域有助于及时确诊并开展后续治疗。然而,由于病理切片图像的复杂性、病变细胞与正常细胞形态差异过小等问题,传统的语义分割模型并不能达到理想的分割效果。基于此,本文提出了一种针对病理切片的语义分割方法ADEU-Net （attention-dilated-efficient U-Net++）,提高胃癌区域分割的精度,实现端到端分割。方法 ADEU-Net使用经过迁移学习的EfficientNet作为编码器部分,增强图像特征提取能力。解码器采用了简化的U-Net++短连接方式,促进深浅层特征融合的同时减少网络参数量,并重新设计了其中的卷积模块提高梯度传递能力。中心模块使用空洞卷积对编码器输出结果进行多尺度的特征提取,增强模型对不同尺寸切片的鲁棒性。编码器与解码器的跳跃连接使用了注意力模块,以抑制背景信息的特征响应。结果 在2020年“华录杯”江苏大数据开发与应用大赛（简称“SEED”大赛）数据集中与其他经典方法比较,验证了一些经典模型在该分割任务中难以拟合的问题,同时实验得出修改特征提取方式对结果有较大提升,本文方法在分割准确度上比原始U-Net提高了18.96%。在SEED数据集与2017年中国大数据人工智能创新创业大赛（brain of things,BOT）数据集中进行了消融实验,验证了本文方法中各个模块均有助于提高病理切片的分割效果。在SEED数据集中,本文方法ADEU-Net比基准模型在Dice系数、准确度、敏感度和精确度上分别提升了5.17%、2.7%、3.69%、4.08%;在BOT数据集中,本文方法的4项指标分别提升了0.47%、0.06%、4.30%、6.08%。结论 提出的ADEU-Net提升了胃癌病理切片病灶点分割的精度,同时具有良好的泛化性能。     

室内服务机器人的实时场景分割算法

室内场景下的实时场景分割是开发室内服务机器人的一项关键技术,目前关于语义分割的研究已经取得了重大进展,但是多数方法都倾向于设计复杂的网络结构或者高计算成本的模型来提高精度指标,而忽略了实际的部署成本。针对移动机器人算力成本有限的问题,设计一种轻量化的瓶颈结构,并以此为基本元素构建轻量化场景分割网络。该网络通过与特征提取网络级联获得更深层次的语义特征,并且融合浅层特征与深层语义特征获得更丰富的图像特征,其结合深度可分离卷积与多尺度膨胀卷积提取多尺度图像特征,减少了模型的参数量与计算量,同时利用通道注意力机制提升特征加权时的网络分割精度。以512像素×512像素的图像作为输入进行实验,结果表明,该算法在NYUDv2室内场景分割数据集和CamVid数据集上的MIoU分别达到72.7%和59.9%,模型计算力为4.2 GFLOPs,但参数量仅为8.3 Mb,在移动机器人NVIDIA Jetson XavierNX嵌入式平台帧率可达到42 frame/s,其实时性优于DeepLabV3+、PSPNet、SegNet和UNet算法。     

基于双注意力3D-UNet的肺结节分割网络模型

为提高计算机辅助诊断系统对大尺寸肺结节分割的完整度以及小尺寸肺结节的分割精度,构建双注意力3D-UNet肺结节分割网络模型。将传统3D-UNet网络中的上采样操作替换为DUpsampling结构,通过最小化特征图的像素点与被压缩标签图像之间的损失,得到更具表达能力的特征图,进而提高网络收敛速度。在此基础上,融入空间注意力模块和通道注意力模块,使单通道与多通道中相似的特征彼此相关,增加特征图的全局相关性以提高分割结果的精度。实验结果表明,与3D-UNet等方法相比,该模型有效提高了肺结节分割的准确率,在公共数据集LIDC-IDRI上的MIoU分数达到89.4%。     

基于改进Mask R-CNN的建筑钢筋尺寸检测算法

建筑施工现场钢筋图像背景复杂且干扰较多,传统图像检测算法无法有效利用特征信息,难以满足现阶段建筑智能监理行业中钢筋尺寸检测精度的验收要求。提出一种在Mask R-CNN模型基础上加入自下而上路径和注意力机制的改进模型BU-CS Mask R-CNN。在建筑工地现场拍摄图像后,整理自建钢筋数据集,并在此数据集上进行算法验证。实验结果表明,与Mask R-CNN模型相比,BU-CS Mask R-CNN模型的召回率、交并比和像素准确率分别提升了4.9%、6.8%、7.4%,钢筋直径和间距的尺寸检测精度分别提升了14.9%、4.4%,能得到更加准确的钢筋目标检测框和边缘分割掩膜,达到了行业中实际工程验收的精度要求。