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期刊信息/Journal information
工程科学学报
北京科技大学
工程科学学报

北京科技大学

徐金梧

月刊

2095-9389

xuebaozr@ustb.edu.cn

010-62332875

100083

北京海淀区学院路30号

工程科学学报/Journal Chinese Journal of EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊。国内外公开发行，主要刊载矿业与环境工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程等与冶金工业相关的学科领域的最新研究成果，为中文核心期刊（冶金工业类）及中国科技论文统计源期刊。目前，已经被EI、CA、MA、《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》、德国《数学文摘》等国内外著名检索刊物或数据库列为收录源期刊，先后荣获首届国家期刊奖、中国期刊方阵“双高期刊”、第二、三届国家期刊奖百种重点期刊等多项大奖。
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    基于多尺度融合金字塔焦点网络的接触网零部件检测

    朱新宇崔浩锐宋洋
    315-327页
    查看更多>>摘要：作为高铁牵引供电系统的重要组成部分，接触网系统承担着向动车组传输电能的重要功能。实际工程运营表明，受弓网交互产生的持续冲击以及外部环境的影响，接触网支撑部件可能会出现"松、脱、断、裂"等缺陷，导致接触网结构可靠性下降，严重影响接触网系统稳定运行。因此，及时精确定位接触网支撑部件(CSCs)，对保障高铁安全运行和完善接触网检修维护策略具有重大意义。然而，CSCs的检测通常面临着零部件种类多、尺度差异大、部分零部件微小的问题。针对以上问题，本文提出一种基于多尺度融合金字塔焦点网络的接触网零部件检测算法，将平衡模块和特征金字塔模块相结合，提高对小目标的检测性能。首先，设计了可分离残差金字塔聚合模块(SRPAM)，用于优化模型多尺度特征提取能力、扩大感受野，缓解CSCs检测的多尺度问题;其次，设计了一种基于平衡特征金字塔的路径聚合网络(PA-BFPN)，用于提升跨层特征融合效率和小目标检测性能。最后，通过对比试验、可视化实验和消融实验证明了所提方法的有效性和优越性。其中，所提的MFP-FCOS在CSCs数据集上的检测精度(mAP)能够在达到48。6％的同时，实现30的FLOPs(Floating point operations per second)，表明所提方法能够在检测精度和检测速度之间保持良好的平衡。

    深度学习目标检测接触网支撑组件(CSCs)路径聚合特征金字塔(PA-FPN)空洞空间卷积池化金字塔(ASPP)

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    基于稀疏注意力卷积ViT模型的锌浮选工况识别

    苏越唐朝晖谢永芳高小亮...
    328-338页
    查看更多>>摘要：准确识别锌浮选工况并用于指导锌浮选操作，可以提高浮选效率、优化选矿过程。目前浮选现场主要通过人工肉眼观察泡沫并依据经验判断工况，这种方法主观性强，难以客观准确地评价锌浮选工况。针对该问题，本文通过研究锌浮选泡沫视觉特征和浮选工况的密切联系，提出基于稀疏注意力卷积ViT模型的锌浮选工况识别方法。首先，所提模型融合了卷积神经网络(Convolutional neural networks，CNN)和视觉 Transformer(Vision transformer，ViT)的结构和优点，同时感知泡沫局部空间信息和全局信息，完备表征泡沫图像。其次，模型引入稀疏的多头注意力机制，每个注意力头以不同的稀疏程度处理特征，从不同尺度下感知全局信息，同时引入注意力门控单元优化特征传递，最终实现锌浮选工况识别。实验结果表明，本文所提工况识别方法在锌浮选泡沫图像数据集上的准确率达到88。62％，解决了传统CNN和ViT模型不能充分利用泡沫图像全局信息，且无法自适应捕捉泡沫图像重要特征的问题，为浮选流程优化提供有力支持。

    工况识别卷积神经网络视觉Transformer稀疏注意力泡沫浮选

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    基于点云处理的仿人机器人楼梯障碍物识别与剔除方法

    于乃功谢秋生李洪政
    339-350页
    查看更多>>摘要：环境感知对于仿人机器人自主导航和运动规划具有重要研究意义，是实现仿人机器人在复杂环境中进行自主移动进而完成特定任务的基础。在特殊的楼梯场景中仿人机器人环境感知过程面临诸多挑战，楼梯障碍物会破坏阶梯平面特征，导致仿人机器人获取不准确的楼梯参数而出现踏空、摔跤等问题。本文结合区域生长和平面构造方法识别和剔除楼梯障碍物点云，基于剔除障碍物后的楼梯进行三维参数估计。首先利用相邻点的投影之和最小原理准确完成对楼梯水平面的提取;其次根据区域生长算法判定楼梯障碍物聚类情况，构造平面并分析平面内点数以完成对障碍物点云的快速识别与剔除工作;最后对有障碍物楼梯与剔除障碍物楼梯进行楼梯三维感知实验。实验结果表明，本文剔除楼梯障碍物的平均精度为92。43％，且剔除后的楼梯参数感知误差仅为有障碍物时的0。5倍。总体表明所提算法能提高机器人在复杂楼梯环境中的楼梯参数估计精度，能够有效提高仿人机器人在复杂楼梯环境下的感知能力。

    仿人机器人复杂环境感知楼梯区域生长参数估计

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    ViTAU:基于Vision transformer和面部动作单元的面瘫识别与分析

    高嘉蔡文浩赵俊莉段福庆...
    351-363页
    查看更多>>摘要：面部神经麻痹(Facial nerve paralysis，FNP)，通常称为贝尔氏麻痹或面瘫，对患者的日常生活和心理健康产生显著影响，面瘫的及时识别和诊断对于患者的早期治疗和康复至关重要。随着深度学习和计算机视觉技术的快速发展，面瘫的自动识别变得可行，为诊断提供了一种更准确和客观的方式。目前的研究主要集中关注面部的整体变化，而忽略了面部细节的重要性。面部不同部位对识别结果的影响力并不相同，这些研究尚未对面部各个区域进行细致区分和分析。本项研究引入结合Vision transformer(ViT)模型和动作单元(Action unit，AU)区域检测网络的创新性方法用于面瘫的自动识别及区域分析。ViT模型通过自注意力机制精准识别是否面瘫，同时，基于AU的策略从StyleGAN2模型提取的特征图中，利用金字塔卷积神经网络分析受影响区域。这一综合方法在YouTube Facial Palsy(YFP)和经过扩展的Cohn Kanade(CK+)数据集上的实验中分别达到99。4％的面瘫识别准确率和81。36％的面瘫区域识别准确率。通过与最新方法的对比，实验结果展示了所提的自动面瘫识别方法的有效性。

    Transformer面部动作单元多分辨率特征图生成器热力图回归

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    基于人工势场法的复杂环境下多无人车避障与编队控制

    梅艺林崔立堃胡雪岩胡广琦...
    364-373页
    查看更多>>摘要：针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题，提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法。修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值，解决前期引力过大引起的无人车与障碍物碰撞以及目标点不可达问题;采用更平滑的斥力计算公式对斥力势场函数进行优化，解决无人车距离障碍物过近时斥力过大引起的无人车在障碍物附近徘徊的问题;定义编队稳定力使编队前进过程中保持稳定队形的同时解决传统人工势场法存在的局部极小值问题;引入动态障碍物速度斥力势场与障碍物数量稀疏区域引力势场使编队在复杂环境下具有更高的避障与路径规划成功率。通过仿真实验与传统人工势场法以及改进后的算法进行对比，实验结果表明:本文方法在复杂环境下能够维持编队稳定性，具有较高的抗干扰能力;相较于传统算法与文献算法在动态障碍物环境下避障成功率分别提高了35％与10％，在密集动态障碍物环境下分别提高了55％与10％;能够在密集动态障碍物环境下躲避障碍物规划出合理的路径。

    人工势场编队控制避障动态障碍物密集障碍物

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    基于贝叶斯图注意力Transformer的航空发动机剩余使用寿命概率预测

    胡艳艳白雅婷
    374-388页
    查看更多>>摘要：航空发动机作为飞机的心脏，其健康状态对飞机的安全飞行至关重要。深度学习强大的数据挖掘能力，为通过海量历史数据预测航空发动机的剩余使用寿命提供了新方法。然而，传统基于深度学习的方法大都关注于挖掘数据在时间上的关联，而忽略了多个传感器监测数据之间复杂的非欧氏空间关系。此外，少有研究考虑数据或者预测过程本身具有的不确定性，缺乏对预测结果可靠性的评估。为解决上述问题，本文提出了一种基于贝叶斯网络和图注意力Transformer的航空发动机剩余使用寿命概率预测方法。将图注意力机制融入Transformer的时间多头注意力模块，结合图注意力网络在空间特征提取上的优势和Transformer模型在时间特征提取的优势，实现数据特征时空关系的联合提取。同时，利用改进的贝叶斯网络度量预测不确定性，在得到剩余使用寿命预测点值的同时给出相应的置信区间。最后，通过在公开航空发动机数据集上的实验，证明了所提模型的有效性和先进性。

    航空发动机剩余使用寿命图注意力Transformer贝叶斯网络概率预测

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    海上漂浮式光伏多浮体间电缆跨接方法研究

    孔祥玉邵阳苹付强俞露杰...
    389-400页
    查看更多>>摘要：浮体间跨接电缆因设计不合理，在运行期间出现过度弯曲、拉伸、与浮体碰撞等现象，影响系统可靠运行。针对跨浮体电缆容易出现疲劳失效的问题，本文提出一种海上漂浮式光伏多浮体间电缆跨接方法。首先，对浮体结构进行分析，确定典型六边形浮体间的电缆跨接方案。其次，通过分析浮体结构对跨接方案的影响，确定电缆跨浮体设计步骤中的关键参数与限制条件;通过与现阶段跨接电缆保护手段对比，提出一种通过合理规划跨接参数满足运行要求的方法，建立电缆跨接方案两阶段求解框架;采用信赖域粒子群算法在第一阶段求解出跨接方案变量的可行解区域，第二阶段在可行解区域中求解出疲劳寿命最大值作为跨接方案最优解。最后，在Orcaflex软件搭建电缆跨接模型对最终方案进行校验，通过算例分析验证本文所提方法的有效性。研究表明，通过对合理规划跨接电缆路径，可以在一定程度上缓解电缆的弯曲状态，降低疲劳损伤，可以在运行年限期间可靠运行。

    漂浮式光伏电缆跨浮体连接疲劳失效信赖域粒子群

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