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基于 DLBSOM 的水下机器人集群任务分配与路径规划
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作者 刘强 刘西军 薛阳 《中国海洋平台》 2024年第2期72-81,共10页
为保证多自主水下机器人(Multiple Autonomous Underwater Vehicle,MAUV)在多目标冲突条件下执行探测任务,提出一种双层生物自组织映射(Double Layer Bio-inspired Self-Organism Map,DLBSOM)算法完成自适应正向-反向初始任务分配。针... 为保证多自主水下机器人(Multiple Autonomous Underwater Vehicle,MAUV)在多目标冲突条件下执行探测任务,提出一种双层生物自组织映射(Double Layer Bio-inspired Self-Organism Map,DLBSOM)算法完成自适应正向-反向初始任务分配。针对受洋流和单体AUV有限能耗影响的MAUV探测任务容易出现的无效任务分配问题,引入一种带有能量激活函数的任务重分配策略来优化任务。建立任务紧迫性生物启发神经网络(Task Urgency Bio-inspired Neural Network,TUBNN)模型描述受洋流影响的水下环境,引入基于模糊互补判断矩阵的距离和供能强度因子,以说明洋流和任务重分配轨迹距离的相互影响。当AUV进入以目标为中心的预警范围时,通过调整AUV的速度实现对目标的精细探测。结合AUV转弯半径数据和非线性运动学方程,对路径进行平滑处理,使其符合水下机器人的运动学约束。最终通过仿真试验验证该方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 多自主水下机器人 动态任务重分配 路径规划 DLBSOM算法 TUBNN模型 协同探测
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无人机3D航迹规划及动态避障算法研究 被引量:18
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作者 谭建豪 马小萍 李希 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期224-233,共10页
规划一条高时效且低代价的三维(3D)航行轨迹,成为目前无人机广泛应用亟须解决的问题。针对蚁群算法在航迹规划中出现的航迹长度和平滑性不足问题,通过改进蚁群系统中的节点移动规则、构造多重启发信息并结合粒子群优化算法的全局搜索能... 规划一条高时效且低代价的三维(3D)航行轨迹,成为目前无人机广泛应用亟须解决的问题。针对蚁群算法在航迹规划中出现的航迹长度和平滑性不足问题,通过改进蚁群系统中的节点移动规则、构造多重启发信息并结合粒子群优化算法的全局搜索能力,提出了蚁群粒子群融合算法。同时,就飞行航迹中出现的动态避障问题和目标点变化问题,提出了改进生物启发神经动力学模型算法,该算法针对3D静态最优航迹中出现的障碍物和目标点变化,实现了局部在线航迹调整。实验仿真结果表明,蚁群粒子群融合算法能在3D静态环境中规划出一条期望航迹。同时,改进生物启发神经动力学模型算法不仅能对突发障碍动态避障,还能对动态目标点变化实时跟踪。 展开更多
关键词 三维 蚁群粒子群融合算法 航迹规划 改进的生物启发神经动力学模型算法
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利用神经网络动态模拟生物脱氮除磷过程 被引量:2
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作者 刘建勇 顾国维 《中国给水排水》 CAS CSCD 北大核心 2003年第11期4-7,共4页
 用以活性污泥数学模型系列(ASMs)为基础的EFOR软件的模拟输入、输出数据训练设计好的神经网络,然后同时变化输入数据(变化频率为1个值/min)并比较输出数据。结果表明,神经网络可用于污水生物脱氮除磷过程的动态模拟,预测出水COD的相...  用以活性污泥数学模型系列(ASMs)为基础的EFOR软件的模拟输入、输出数据训练设计好的神经网络,然后同时变化输入数据(变化频率为1个值/min)并比较输出数据。结果表明,神经网络可用于污水生物脱氮除磷过程的动态模拟,预测出水COD的相对误差<0.6%、TN的相对误差<2%、SS的相对误差<1%、TP的相对误差<2.5%、PO3-4的相对误差<3%、NH3-N的绝对误差<0.04mg/L。 展开更多
关键词 神经网络 污水生物处理 脱氮除磷 活性污泥数学模型 动态模拟
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基于辐射扫描算法的机器人路径规划与仿真 被引量:4
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作者 林彬 韩光辉 +1 位作者 宋晨晨 张雅静 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期84-90,共7页
针对基于生物激励神经网络(Biologically Inspired Neural Network,BINN)算法的机器人路径存在重复率高、转弯次数多的问题,提出一种将模板模型与辐射扫描(Radiation Scanning,RS)算法相融合的改进遍历路径规划算法(Improved Traversal ... 针对基于生物激励神经网络(Biologically Inspired Neural Network,BINN)算法的机器人路径存在重复率高、转弯次数多的问题,提出一种将模板模型与辐射扫描(Radiation Scanning,RS)算法相融合的改进遍历路径规划算法(Improved Traversal Path Planning Algorithm,ITPPA)。利用BINN算法制定无障碍物行走策略;设计多个避障路径模板,保证机器人有序的避开障碍物;利用RS算法引导机器人迅速逃离死区。仿真结果表明:与BINN算法相比,ITPPA能够有效降低路径重复率和转弯次数,同时帮助机器人快速逃离死区,降低机器人能耗,提高了工作效率。 展开更多
关键词 机器人 遍历路径规划 生物激励神经网络 模板模型 辐射扫描
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砾石土心墙摊铺CA-BINN动态路径规划模型研究 被引量:3
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作者 孙加恩 王佳俊 +3 位作者 余佳 王晓玲 李其虎 林威伟 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2022年第8期92-103,共12页
现有砾石土心墙摊铺作业路径多采用静态规划,未能考虑推土机、自卸汽车等复杂作业环境障碍物的动态变化。针对上述问题,本文提出了一种考虑复杂动态作业环境的砾石土心墙摊铺CA-BINN动态路径规划模型。该模型基于元胞自动机(cellular au... 现有砾石土心墙摊铺作业路径多采用静态规划,未能考虑推土机、自卸汽车等复杂作业环境障碍物的动态变化。针对上述问题,本文提出了一种考虑复杂动态作业环境的砾石土心墙摊铺CA-BINN动态路径规划模型。该模型基于元胞自动机(cellular automata,CA)建模理论,将实时感知的复杂作业环境数据抽象为动态障碍物、摊铺厚度等元胞状态以实时重构动态施工环境;并以元胞状态信息作为生物激励神经网络(biological inspired neural network,BINN)算法的外部输入,同时重构CA框架下BINN算法的神经活性值计算分流方程,实现多料堆整体摊铺作业动态路径规划。其中,单料堆摊铺作业采用以摊铺平整度、无效路径比等指标为目标函数,并结合现场三刀法(三次推移料堆)施工工艺提出的三刀法CA规则实现动态路径规划。工程应用结果表明:所提模型不仅能够在复杂动态作业环境下表现出高安全性、高适应性,而且相较于静态规划模型,路径长度、转折次数和无效路径比分别降低1.9%、42.9%和48%,摊铺平整度提高7%;相较于人工作业,摊铺平整度提高28%,无效路径比降低47%,有效改善了摊铺质量和摊铺效率。 展开更多
关键词 砾石土心墙摊铺 复杂动态作业环境 元胞自动机 生物激励神经网络(BINN) 动态路径规划
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基于威胁评估与生物激励神经网络的机器人路径规划研究 被引量:2
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作者 代亚兰 熊禾根 +1 位作者 陶永 李公法 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2019年第6期585-593,共9页
针对未知动态环境下移动机器人的路径规划问题,考虑传感器检测范围的有限性与动态障碍物运动的不确定性,提出一种基于动态威胁评估的改进生物激励神经网络算法。采用栅格法与基于虚拟目标点的滚动优化方式进行路径寻优。进一步地,提出... 针对未知动态环境下移动机器人的路径规划问题,考虑传感器检测范围的有限性与动态障碍物运动的不确定性,提出一种基于动态威胁评估的改进生物激励神经网络算法。采用栅格法与基于虚拟目标点的滚动优化方式进行路径寻优。进一步地,提出一种基于直觉模糊集的动态属性决策方法,评估动态障碍物对机器人的威胁程度,并根据生物激励神经网络(BINN)的特点,在动态威胁模型中引入导向传递方式建立子激励模型,引入神经元“亲近值”改进神经元动态变化方程。最后,通过仿真实验验证了该改进算法的有效性。 展开更多
关键词 路径规划 动态障碍 虚拟目标 威胁评估 生物激励神经网络(BINN)
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基于生物刺激神经网络的多机器人编队方法 被引量:1
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作者 仰晓芳 倪建军 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2013年第5期1298-1300,1304,共4页
多机器人编队控制是多机器人协作领域的重要研究内容之一,如何实现多机器人朝同一目标移动的同时保持队形是多机器人编队的一个热点和难点问题。针对这一问题,提出一种新的基于生物刺激神经网络的多机器人动态编队方法,采用基于leader-r... 多机器人编队控制是多机器人协作领域的重要研究内容之一,如何实现多机器人朝同一目标移动的同时保持队形是多机器人编队的一个热点和难点问题。针对这一问题,提出一种新的基于生物刺激神经网络的多机器人动态编队方法,采用基于leader-referenced编队模型实时计算各机器人的虚拟目标位置,利用生物刺激神经网络进行机器人导航。最后进行仿真实验,实验结果表明该方法在实现多机器人实时避障并保持队形的同时,朝同一目标移动,而且可以很快实现队形变换,具有较好的实时性和灵活性。 展开更多
关键词 动态编队 生物刺激神经网络 机器人导航 多机器人协作
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基于BISOM的多AUV任务分配和路径规划算法
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作者 陈飞飞 朱大奇 《环境科学前沿(中英文版)》 2015年第2期64-70,共7页
针对三维水下障碍物环境的多AUV(Autonomous Underwater Vehicle)任务分配与路径规划问题,提出了一种生物启发自组织任务分配和路径规划算法.首先,利用自组织神经网络SOM(Self一Organizing Map)将水下目标分配给一组AUV,这个过程包... 针对三维水下障碍物环境的多AUV(Autonomous Underwater Vehicle)任务分配与路径规划问题,提出了一种生物启发自组织任务分配和路径规划算法.首先,利用自组织神经网络SOM(Self一Organizing Map)将水下目标分配给一组AUV,这个过程包括自组织神经网络的初始权值的定义、获胜神经元的选取、邻域函数的计算;其次,针对传统SOM 路径规划更新的速度跳变与安全避障问题,将生物启发神经动力学模型(BINM: Biological Inspired Neural Dynamics Model)嵌入自组织神经网络之中,利用生物启发神经动力学模型进行自组织神经网络权值的更新,从而可以规划出一条无速度跳变、无碰撞的有效路径,实现多AUV 自适应任务分配与有效路径规划.最后,为了验证所提出方法的有效性,给出了仿真实验结果. 展开更多
关键词 多自治水下机器人系统 自组织神经网络 任务分配 生物启发神经动力学 避障
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生物启发式神经网络的多机器人协作围捕研究 被引量:1
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作者 陈志 邹爱成 《电子测量技术》 北大核心 2021年第10期82-90,共9页
针对未知动态环境中多机器人协作围捕的时间长、成功率低的问题,提出了一种基于生物启发神经网络的新型多机器人协作围捕方法。首先,构建了多机器人协作围捕模型,利用动态联盟策略实现多机器人的联动;其次,构建基于生物启发神经网络的... 针对未知动态环境中多机器人协作围捕的时间长、成功率低的问题,提出了一种基于生物启发神经网络的新型多机器人协作围捕方法。首先,构建了多机器人协作围捕模型,利用动态联盟策略实现多机器人的联动;其次,构建基于生物启发神经网络的追踪策略,动态指导联盟所有机器人进行追踪;最后,采用编队策略实现目标的围捕。实验结果表明,所提出的方法在单目标、多目标、部分机器人故障、不同形状障碍物、不同规则环境等情况下平均捕获时间分别为12.7、22.3、34.2、17.7和28.5 s,平均捕获成功率为97.4%;与其他多机器人协作围捕算法相比,所提出的算法在捕获时间和捕获成功率上具有较大优势。 展开更多
关键词 生物启发 神经网络 动态联盟 多机器人 协作围捕
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深度神经网络的仿生矩阵约简与量化方法 被引量:1
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作者 朱倩倩 刘渊 李甫 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2020年第10期2817-2821,共5页
基于生物学原理的深度神经网络(DNN)的发展给人工智能领域带来了革命性的突破,然而当前神经网络的发展却越来越脱离生物学原理,DNN越来越臃肿的模型对存储空间和计算力的需求越来越高,并且对于DNN在嵌入式/移动端设备上的部署带来了阻... 基于生物学原理的深度神经网络(DNN)的发展给人工智能领域带来了革命性的突破,然而当前神经网络的发展却越来越脱离生物学原理,DNN越来越臃肿的模型对存储空间和计算力的需求越来越高,并且对于DNN在嵌入式/移动端设备上的部署带来了阻碍。针对这一问题,对生物学进化选择原理进行研究,并提出一种基于"进化"+"随机"+"选择"的全新神经网络算法。该方法在保持现有神经网络模型的基本框架的前提下,能极大简化现有模型的大小。首先对权值参数进行聚类,然后在参数的聚类质心值的基础上添加随机微扰进行参数重构,最后通过对重构模型进行图像分类和目标检测来实现准确度测试以及模型稳定性分析。在ImageNet数据集和COCO数据集上的实验结果表明,提出的模型重构方法在对图像分类和目标检测的测试准确度提升1%~3%的情况下,仍可将Darknet19、ResNet18、ResNet50以及YOLOv3等四种重构模型的体量压缩到原来的1/4~1/3,并还有进一步简化的可能。 展开更多
关键词 模型压缩 深度神经网络 参数重构 目标检测 网络动力学 仿生模型
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基于改进的A~*算法在三维路径规划中的仿真应用 被引量:2
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作者 吴亚雷 《农业装备与车辆工程》 2019年第6期50-54,共5页
针对无人机路径规划中全局静态路径优化和局部动态避障的需求,提出一种基于生物神经动力学模型的改进A^*算法实现全局冬天路径规划。建立生物神经动力学模型,并应用该模型实时获取环境中的动态障碍物信息,通过神经元的活性值来引导无人... 针对无人机路径规划中全局静态路径优化和局部动态避障的需求,提出一种基于生物神经动力学模型的改进A^*算法实现全局冬天路径规划。建立生物神经动力学模型,并应用该模型实时获取环境中的动态障碍物信息,通过神经元的活性值来引导无人机的局部动态避障。设计了一种A^*算法的优化启发函数,有效地减少A^*算法在全局路径搜索过程中的节点数量,提高A^*算法的全局搜索效率。最后,将生物动力学模型中神经元的活性值融入到A^*算法的实际代价函数中,融合算法保证了A^*算法在全局路径优化的性能,又秉承了生物神经动力学模型的局部实时避障能力。静态路径和动态路径下仿真结果表明:与生物动力学模型相比,该融合算法考虑到实际代花费问题,能够在动态和静态环境下规划出一条低代价的全局路径;与A^*算法相比,该融合算法可提高全局搜索效率,且实现实时动态避障性能。 展开更多
关键词 全局路径规划 动态避障 代价函数 启发函数 生物神经动力学模型 A^*算法
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3维复杂山地环境下旋翼无人飞行器高时效航迹规划策略 被引量:7
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作者 张艺巍 谭建豪 王耀南 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期727-737,共11页
针对3维复杂山地环境中执行无碰撞低空飞行任务的旋翼无人飞行器,提出了一种高时效、低代价的航迹规划策略,设计并采用了改进的稀疏A*算法和生物启发神经动力学模型的融合算法.该算法在稀疏A*全局优化搜索的基础之上融入生物启发神经动... 针对3维复杂山地环境中执行无碰撞低空飞行任务的旋翼无人飞行器,提出了一种高时效、低代价的航迹规划策略,设计并采用了改进的稀疏A*算法和生物启发神经动力学模型的融合算法.该算法在稀疏A*全局优化搜索的基础之上融入生物启发神经动力学模型来调整局部航线以加快最优航迹的形成,并运用神经动力学模型来实时获取和处理环境中的局部动态信息,实现了融合算法的在线规划能力,从而解决了传统最优路径搜索算法无法实现的动态规划的难题.通过在3维空间中设置多峰山地,尤其是凹形山体作为障碍进行仿真实验,实验结果表明,该融合算法不仅降低了A*算法的复杂度和耗时,而且改善了生物启发神经动力学模型尚未考虑的代价花费问题,更能够在线应对任务空间中的突发威胁,使旋翼无人飞行器在动、静态障碍物相结合的复杂环境下能够规划出一条安全、快速抵达目标点的低代价且优质的航迹. 展开更多
关键词 旋翼无人飞行器 在线航迹规划 稀疏A*算法 生物启发神经动力学模型 融合算法
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Advances in adaptive nonlinear manifolds and dimensionality reduction
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作者 Hujun YIN 《Frontiers of Electrical and Electronic Engineering in China》 CSCD 2011年第1期72-85,共14页
Recent decades have witnessed a much increased demand for advanced,effective and efficient methods and tools for analyzing,understanding and dealing with data of increasingly complex,high dimensionality and large volu... Recent decades have witnessed a much increased demand for advanced,effective and efficient methods and tools for analyzing,understanding and dealing with data of increasingly complex,high dimensionality and large volume.Whether it is in biology,neuroscience,modern medicine and social sciences or in engineering and computer vision,data are being sampled,collected and cumulated in an unprecedented speed.It is no longer a trivial task to analyze huge amounts of high dimensional data.A systematic,automated way of interpreting data and representing them has become a great challenge facing almost all fields and research in this emerging area has flourished.Several lines of research have embarked on this timely challenge and tremendous progresses and advances have been made recently.Traditional and linear methods are being extended or enhanced in order to meet the new challenges.This paper elaborates on these recent advances and discusses various state-of-the-art algorithms proposed from statistics,geometry and adaptive neural networks.The developments mainly follow three lines:multidimensional scaling,eigen-decomposition as well as principal manifolds.Neural approaches and adaptive or incremental methods are also reviewed.In the first line,traditional multidimensional scaling(MDS)has been extended not only to be more adaptive such as neural scale,curvilinear component analysis(CCA)and visualization induced self-organizing map(ViSOM)for online learning,but also to be more local scaling such as Isomap for enhanced flexibility for nonlinear data sets.The second line extends linear principal component analysis(PCA)and has attracted a huge amount of interest and enjoyed flourishing advances with methods like kernel PCA(KPCA),locally linear embedding(LLE)and Laplacian eigenmap.The advantage is obvious:a nonlinear problem is transformed into a linear one and a unique solution can then be sought.The third line starts with the nonlinear principal curve and surface and links up with adaptive neural network approaches such as self-organizing map(SOM)and ViSOM.Many of these frameworks have been further improved and enhanced for incremental learning and mapping function generalization.This paper discusses these recent advances and their connections.Their application issues and implementation matters will also be briefly enlightened and commented on. 展开更多
关键词 dimensionality reduction multidimensional scaling nonlinear principal component analysis(PCA) principal manifold neural networks selforganizing maps(SOM) biologically inspired models data projection embedding and visualisation
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