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湖北民族大学学报（自然科学版）
湖北民族学院
湖北民族大学学报（自然科学版）

湖北民族学院

汪兴平

季刊

2096-7594

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445000

湖北省恩施市三孔桥湖北民族学院学报编辑部

湖北民族大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Hubei MinZu University（Natural Sciences Edition）
查看更多>>本刊主要刊载数学、物理、化学化工、生物技术、农学、林学、计算机等自然科学领域的新理论、新技术的科研论文，重点突出特色资源的开发利用、技术应用等方面研究成果的报道。
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    基于图像风格对抗和二重类别优化的夜间图像语义分割

    周华平李美光
    69-74页
    查看更多>>摘要：为解决目前夜间图像语义分割中存在的语义信息传递丢失和不重视小频率类别问题,提出了基于图像风格对抗和二重类别优化网络架构(image style confrontation and two-category optimization network architecture,ITA)模型.首先,采用了对抗学习的架构令图像共享信息得到高效利用,使得语义信息的传输更加完整.然后,采用了二重类别指导策略(two-way category guidance,TCG)重新分配类别权重,引导模型更加关注小频率类别.最后,在黑暗苏黎世数据集上进行实验,平均交并比(mean intersection over union,MIoU)提高到了 60.1%.另外,通过消融实验证明了每个模块的有效性.ITA模型能够较为准确地分割夜间道路图像,可供夜间自动驾驶任务借鉴.

    夜间图像语义分割对抗网络域自适应图像对齐数据平衡风格转换

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    基于改进YOLOv7算法的风力涡轮机表面缺陷检测

    王志高林杨宇
    75-80页
    查看更多>>摘要：针对风力涡轮机表面缺陷类型多、尺度差异大与特征提取困难等问题,提出了改进YOLOv7(you only look once version 7)算法用于风力涡轮机表面缺陷检测.首先,采用渐进金字塔网络(asymptotic feature pyramid network,AFPN)替换YOLOv7 网络中的路径聚合特征金字塔网络(path aggregation feature pyramid network,PAFPN),解决了多尺度融合过程中特征丢失和退化问题,并降低了模型复杂度;其次,采用扩充的高效聚合网络(efficient layer aggregation network-wide,ELAN-W)模块替换了AFPN中的基础模块,提高了模型的特征提取能力;最后,在颈部网络输入端以卷积和空间组增强(spatial group-wise enhance,SGE)注意力机制构建了卷积注意力模块,提升了模型对检测目标的定位能力和检测性能.实验结果表明,改进YOLOv7 算法对风力涡轮机表面缺陷检测的平均精度均值、检测速度分别达到了 85.4%、133.0 帧/s,相较于原版YOLOv7 算法分别提升了 1.8%、17.7%.该研究成果能够有效地提升风力涡轮机表面缺陷检测性能.

    风力涡轮机YOLOv7AFPN扩充的高效聚合网络SGE巡检多尺度融合

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    一种基于注意力机制的对抗型自编码器图像修复模型

    黄梓玉钱崇辉黄恒君
    81-85,91页
    查看更多>>摘要：为解决图像修复中存在的伪影以及细节表达不一致等问题,提出一种基于注意力机制的对抗型自编码器(adversarial auto-encoder based on attention mechanism,AAEA)图像修复模型.在通用编码器模型基础上,通过在生成器跳跃连接处引入通道注意力构造通道相似性融合模块(channel similarity fusion module,CSFM)的方式使通道之间的特征关系更丰富.在解码器网络中,通过空间注意力与位置编码结合的方式构造位置融合模块(location fusion model,LFM),增强边界位置信息表达.消融实验结果表明,引入的CSFM、LFM模块均能有效提升模型性能,阈值为1.253 时的准确率达到 0.9808.AAEA模型能够更好地处理复杂的图像修复任务,有效地改正错乱纹理,并在掩膜边缘区域获得清晰的修复结果,对于壁画修复以及计算机视觉等图像修复领域的发展具有重要意义.

    注意力机制对抗型自编码器图像修复深度学习区域填充

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    基于AD-SegNet模型的苗族服饰图案分割方法研究

    罗森艳杨贵燕蔡江海王顺霞...
    86-91页
    查看更多>>摘要：针对苗族服饰图案纹理多元化、形状不规则问题,提出了注意力特征融合的深度过参数化卷积语义分割网络(a deep over-parameterized convolutional semantic segmentation network for attentional feature fusion,AD-SegNet)模型.在传统卷积操作中增加深度卷积操作,加快了模型的收敛速度,提高了模型的分割性能.针对苗族服饰图案色彩差异大的问题,引入了注意力特征融合(attentional feature fusion,AFF),通过融合不同卷积层输出之间的特征信息,加强对特征信息的提取,减少色彩差异给网络学习带来的影响.实验结果表明,AD-SegNet模型性能优于其他对比模型,能有效对苗族服饰图案进行分割,与语义分割网络(semantic segmentation network,SegNet)基准模型相比,在像素准确率(pixel accuracy,PA)、交并比(intersection over union,IoU)、戴斯相似系数几个指标上分别提升了 0.0447、0.0921、0.0542,为少数民族服饰图案分割研究提供了有效可行的方法.

    苗族服饰深度过参数化卷积AD-SegNet深度卷积操作AFF特征信息SegNet

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    基于响应面法的螺栓预紧力压电振动传感器结构多目标优化设计

    谢蓉宋坤冉运蒸鲁罗平...
    92-96页
    查看更多>>摘要：为优化用于螺栓预紧力监测的压电式振动传感器结构参数,增大输出响应并优化其动态性能,提出以压电片最大等效应变、10 Hz 传感器固有频率和传感器最小质量为优化目标,将响应面法(response surface methodology,RSM)与多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm,MOGA)相结合的设计方法.选取质量块厚度、悬臂梁和压电片的长度、宽度和厚度作为设计要素,采用最佳空间填充设计实验方案,构建标准响应面模型,并基于MOGA得到传感器的最佳结构参数组合,最后根据优化结果进行数值模拟验证.结果表明:优化后的悬臂梁和压电片结构尺寸分别为 100.0mm×45.0mm×0.7 mm、45.0mm×18.0mm×0.7 mm,质量块厚度为 15.0 mm,传感器结构谐振频率减小为9.49 Hz,输出响应增大了 6.39%.该优化设计可用于螺栓预紧力的监测.

    螺栓松动压电振动传感器响应面法多目标优化设计数值模拟

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    基于故障物理和蒙特卡洛的雷达电源组件故障预计

    赵宁张宇黄大荣唐环...
    97-104页
    查看更多>>摘要：针对雷达电源组件因长期处于振动应力作用下易导致振动疲劳而出现失效,进而影响雷达可靠性的问题,提出了一种基于振动故障物理(physics of failure,PoF)和蒙特卡洛的雷达电源组件故障预计方法.首先根据雷达电源组件的硬件结构、产品材料等参数建立雷达电源组件有限元分析(finite element analysis,FEA)数字样机模型,然后施加雷达电源组件的振动边界载荷,进行振动应力分析,对比模态实验结果,验证了振动应力分析的合理性;最后考虑雷达电源组件元器件参数的不确定性,结合PoF和蒙特卡洛抽样进行故障预计,得到雷达电源各组件潜在故障的寿命分布.结果表明,在振动应力下,16 块电源板的预计寿命最短.与实际故障预计结果对比,验证了所提算法的合理性.该方法在对雷达电源组件进行故障预计方面有很好的应用前景,促进了基于PoF模型的故障预计技术发展.

    电源组件振动分析故障预计故障物理振动应力

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    一种用于人脸图像修复的TPDCU-Net算法

    徐开丽张乾何剑
    105-110,150页
    查看更多>>摘要：针对目前的算法在细节处理、纹理清晰度以及语义特征连贯性方面存在的问题,提出一种用于人脸图像修复的基于Transformer的U型网络组合部分卷积和空洞卷积模块(Transformer partial convolution and dilated convolution U-shaped network,TPDCU-Net)算法.TPDCU-Net算法将注意力机制中的标准卷积替换为部分卷积,以保留更多可靠信息并降低计算量;同时,在下采样过程中为了减少重要信息的丢失,引入了空洞卷积模块,以改善修复效果.通过在高清人脸(celebfaces attributes high quality,CelebA-HQ)数据集上进行实验,使用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)、结构相似性指数(structural similarity index measure,SSIM)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)指标与现有的图像修复算法进行比较,结果表明当掩码比例最大时TPDCU-Net算法各指标值分别为 23.0493 dB、0.7786、0.0368.该研究证实所提改进算法在人脸图像修复任务中取得了较好的效果.

    图像修复部分卷积Transformer空洞卷积注意力机制U-Net人脸图像

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    一类具有潜伏期检测和外源性再感染的随机结核病模型动力学分析

    黄松刘志军
    111-119页
    查看更多>>摘要：为探究潜伏期检测、外源性再感染及环境噪声扰动等因素对结核病传播和控制的影响,研究了一类具有潜伏期检测和外源性再感染的结核病模型在随机扰动下的动力学行为.首先,通过构造合适的Lyapunov函数证明了该模型全局正解的存在唯一性,采用Has'minskii理论及一些不等式技巧给出了遍历平稳分布存在唯一性的充分条件;其次,证明了结核病的灭绝性;最后,通过数值模拟验证了理论结果的正确性.结果表明,增加潜伏期检测比例或降低外源性再次感染率可以减少发展为活动性结核病患者的数量,但环境噪声的存在会导致结核病的控制变得复杂.研究证实了在较大的噪声扰动下可以导致结核病的灭绝,从而有效控制结核病的流行.

    随机结核病模型潜伏期检测外源性再感染Lyapunov函数Has'minskii理论平稳分布灭绝性

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    基于疫苗接种策略的流行病学滑模控制方法

    陈茜向长城
    120-126页
    查看更多>>摘要：为了对流行病学模型进行动态、实时控制,提出了具有控制输入(疫苗接种)策略的易感者-潜伏者-隔离者-感染者-恢复者(susceptible-exposed-quarantined-infected-recovered,SEQIR)流行病学模型,并对其疫苗接种控制律进行滑模控制.首先,对该模型进行了动力学分析.然后,针对SEQIR流行病模型,设计滑模面和相应的接种控制律,使得系统状态移动并收敛到滑模面上,缓解系统的抖振现象.这种滑模控制策略对参数不确定性和扰动具有鲁棒性.此外,采用李雅普诺夫第二方法对闭环系统的稳定性进行了分析.实验表明,滑模控制能够实时、快速地控制流行病的传播,接种疫苗可以减缓流行病的传播速度并降低传播规模,从而减少流行病暴发的风险.结果证明滑模控制策略能够应用在流行病学模型中,并及时、有效地控制疾病流行,同时接种疫苗也是一项非常重要和有效的措施.

    流行病学模型疫苗接种滑模控制抖振稳定性分析李雅普诺夫第二方法数值模拟

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    一类反应扩散SIQR传染病模型的最优控制

    毛金凤周敏
    127-136,143页
    查看更多>>摘要：为探究疾病发生时如何更快地控制疾病、避免疾病的扩散和流行,研究了一类反应扩散的易感-感染-隔离-恢复(susceptible-infectious-quarantined-recovered,SIQR)传染病模型的最优控制问题.首先利用截断方法证明状态方程解y=(S,I,Q,R)T 的存在性,其次利用极小化序列证明最优控制对(S∗,I∗,Q∗,R∗,u∗)的存在性,最后利用拉格朗日方法得到一阶必要条件以及最优控制u∗的表达形式.结果表明:当控制u=u∗为最优控制时,给定的目标泛函达到最小值.该研究在偏微分方程传染病模型的最优控制方面具有重要意义.

    传染病模型反应扩散方程解的存在唯一性最优控制一阶必要条件

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