基于特征运动观测的蝴蝶前飞规律及样机验证

为了研究蝴蝶扑翼飞行的原理,研制低频扑翼的仿生器,通过蝴蝶飞行运动的生物学观测,提出蝴蝶的3种特征运动状态,分析扑翼运动、胸部俯仰运动及腹部摆动运动之间的相位关系,构建蝴蝶前飞运动学模型。基于“杆-膜”仿生翼的新工艺和定制的机载飞控系统,研制轻量化的仿生蝴蝶扑翼飞行器样机,研究蝴蝶样机的飞行控制策略。通过六维力传感器对样机做地面动力学测试,利用高速摄像机对样机飞行进行运动学跟踪,证明了基于特征运动状态的蝴蝶前飞规律和原理样机研制的有效性。

基于特征运动的表情人脸识别

人脸像的面部表情识别一直是人脸识别的一个难点 .为了提高表情人脸识别的鲁棒性 ,提出了一种基于特征运动的人脸识别方法 .该方法首先利用块匹配的方法来确定表情人脸和无表情人脸之间的运动向量 ,然后利用主成分分析方法 (PCA)从这些运动向量中 ,产生低维子空间 ,称之为特征运动空间 .测试时 ,先将测试人脸与无表情人脸之间的运动向量投影到特征运动空间 ,再根据这个运动向量在特征运动空间里的残差进行人脸识别 .同时还介绍了基于特征运动的个人模型方法和公共模型方法 ,实验结果证明 ,该新算法在表情人脸的识别上 ,优于特征脸方法 。

基于特征运动簇的非刚体运动形变估计算法

由于非刚体运动形变估计是一个非线性的逆问题,非刚体运动时受到背景多样性、运动复杂性、数据的丢失、特征点噪声等问题的影响,使非刚性物体的形变程度估计面临着估计不准,误差较大的问题。为了解决这些问题,提出一种基于特征运动簇反投影的非刚体运动形变估计算法,将非刚体运动的形变估计过程中,加入一定的物理运动约束刻画不同非刚体运动形状基的情况下,运动形变的程度,使用非线性优化闭合求解的方法进行运动模型结构参数的重构,运用反投影后得到的结果估计非刚体的形变程度。实验结果表明,这种方法得到的解,误差较小,效果明显。

运动目标的多维度微运动特征提取研究

微多普勒特征提取作为一种常用的时频分析工具,对微动目标特征的提取重构具有重要意义.为了更好地研究多运动的微多普勒效应,提出了一种运动姿态分类方法.按照目标频移是否随时间变化可以将运动姿态分为频移时变运动和频移时不变运动.频移时变运动包括平移、翻滚和振动.针对这种运动应分析对比不同时间对应的瞬态频移,频移时不变运动主要为旋转运动.本文通过微多普勒效应理论结合电磁波频域模型,实现3D运动目标微动特性提取的仿真建立目标,分析不同环境条件例如晴天阴天、有无湍流对探测的影响,为后续实验研究奠定理论基础.开展基于收发同置系统的多特征运动目标的微多普勒频移探测实验,实验结果表明,不同目标位置上频移的幅度、正负性和谱线宽度旨在反演目标形状、运动姿态、运动方向和速度.利用FFTshift函数对一维数据进行解调分析,实现三维时间-频率-强度关系的研究.本研究实现了对目标宏观形状特性的测量以及微观运动信息的提取,为雷达探测和识别奠定基础.

优秀男子短距离速度滑冰运动员起跑技术的运动学特征及训练启示

目的:起跑是决定短距离速度滑冰运动成绩的关键技术,基于AI三维动作捕捉系统探究该项目起跑技术的运动学特征。方法:以国内8名高水平男子短距离速度滑冰运动员为测试对象,测试起跑预备姿势、起动和疾跑前6步的时间、空间、角度和速度参数。结果:1)时间参数中起动时是决定起跑实效性的核心指标(r=0.951),反应时和单步时间次之;2)空间位置参数中起动结束后的步幅、疾跑第2步和第4步的步幅与步宽以及疾跑第5步和第6步的身体重心高度与起跑实效性表现出高负相关(r>|0.5|),HCOM/H表现出起动过程略有降低,疾跑第1步迅速升高而后趋于平稳;3)空间角速参数中后稳定角、起动和疾跑初期蹬冰角、躯干角与起跑实效性表现出高正相关(r>0.5),膝角的蹬伸幅度在93°~148°变化;4)起动和疾跑前4步的速度与起跑实效性表现出高负相关(r>|0.5|),速度达到6.79 m/s时出现从滑跑向滑行技术转化过渡点。结论:起跑表现出“单侧发力、多向运动、非稳定支撑”的动作模式特征,疾跑第5~6步是从滑跑向滑行技术的过渡期。启示:陆冰结合训练中加强快速反应能力与动作速度训练,静力性力量、快速力量与爆发力训练,平衡与稳定控制能力训练,最佳动作协同模式训练以及下肢肌肉韧带刚性训练,有助于提升起跑运动表现。

基于CRockfall数值模拟落石崩塌运动特征

【目的】山区公路工程边坡落石崩塌灾害具有突发性和强致灾性特点,是工程建设及运营过程中较为常见的地质安全隐患,有必要对落石崩塌运动特征进行研究。【方法】以西南地区某处公路边坡落石为例,在介绍落石运动分析计算算法的基础上,采用CRockfall落石软件模拟了典型落石运动轨迹,获取了主要运动特征。【结果】从统计最大值曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为2000 kJ、75 m和53 m/s;统计95%保证率和均值曲线规律基本一致,从曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为500 kJ、25 m和25 m/s。【结论】在典型位置利用软件数据采集器功能获取落石运动特征参数,为后期拦挡结构设计提供依据。

利用瞬态面波运动学特征探测地下障碍物的研究与实践

城市工程物探中的面波勘探主要以多道瞬态面波的速度探测为主,在实际应用中常遇到地表条件复杂、作业时效要求高的情况,限制了该方法适用性。本文通过对瞬态面波传播机理的深入分析,全面总结了瞬态面波在运动学方面的特征,对如何运用这些特征开展地下障碍物快速探测提出了新的认识。在工程实践中,改进优化的探测技术与作业流程取得了显著的工程效果,切实提高了瞬态面波在城市地下障碍物探测的运用范围和时效。

弃土场原位与弃土斜坡水分运动特征对比分析

降雨入渗会改变斜坡原有的平衡状态,为探究弃土场原位与弃土斜坡降雨入渗过程的水分运动特征。以某弃土场为研究对象重复开展染色示踪试验,对比分析原位与弃土斜坡垂直方向上土壤剖面的染色面积比和渗流前后水分运动特征的差异。结果表明(1)原位斜坡水分入渗以基质流为主,少量优先流动由生物通道引发;0~50 cm深度水分垂直均匀入渗程度高,随深度增大,表现出沿容重小一侧非均匀流动;50 cm深度以下,平均染色面积比与深度呈负相关;(2)无植被发育弃土斜坡无优先流动,沿斜坡土体表层水平扩散流动程度高,平均染色面积比在20 cm深度以下保持为0,无染色特征;植被发育弃土斜坡水分沿植物根茎优先入渗,垂直入渗较活跃;(3)染色面积比及湿润带特征能很好的捕捉斜坡水分渗流的非均匀信息;同时,根系会改变土体的孔隙发育程度,形成内部交织的网状结构,降低土壤容重,增加水分入渗,有利于增强表层土壤含水率,降低水分深层渗流,增强斜坡稳定性;加强弃土场植被生态恢复有利于增加斜坡的固土保水能力及稳定性。

河流作用下堵江滑坡运动特征差异性研究

【目的】水因素在滑坡灾前变形、运动解体、堆积过程中均发挥重要作用。从水力学角度,讨论河流流水对滑坡堆积、堵塞河道、形成堰塞坝的影响有重要减灾意义。【方法】基于2018年金沙江白格滑坡基础信息,聚焦有、无河流作用下滑坡运动演化过程中滑速、能量、形态特征差异,分别考虑白格滑坡处于无河流流水、有河流流水作用两种情况,开展了其运动过程的DEM模拟、CFD-DEM耦合模拟。【结果】根据计算捕获的速度、能量、形态等滑坡运动特征,量化揭示了河流流水对堵江滑坡的具体影响。【结论】研究发现:(1)河流流水影响下,滑坡体平均速度偏小,因河流影响的滑体部分较少,河流流速变化对滑坡体运动的影响较小且无明显规律;(2)动能和应变能在滑坡高速运动阶段受河流影响更明显,重力势能及能量损失在滑坡堆积阶段受河流影响更为明显,较无河流作用对白格滑坡应变能的影响最大,为1.80%。(3)河流对滑坡体形态特征的影响主要体现为最终纵向堆积长度的变化,滑坡计算启动后70 s,不受河流流水影响时,滑体纵向长度稳定在1.7 km,考虑河流流水影响下稳定在1.5 km,考虑河流影响下的模拟结果与实际情况较为吻合。

散打侧踹腿动作的运动学特征研究

文章通过研究滑步、垫步侧踹腿技术动作的生物力学特征,分析侧踹腿与不同步法结合时的运动学规律,探讨动作结构之间的差异,为教练员、运动员和散打学习者提供更有针对性的训练方法,为接下来散打技术动作的研究提供理论参考。文章运用外同步法进行同步测试,获得运动学参数。从动作时间特征上来看,两种侧踹腿的优秀组用时短于普通组。一级运动员动作更加熟练,两种侧踹腿各阶段时间分配比例不同,滑步侧踹腿在击打阶段用时更短,垫步侧踹腿在提膝阶段用时较少。在关节速度变化中,两种侧踹腿各关节速度变化趋势相似。髋关节速度最小,踝关节速度最快,运动等级高的运动员身体各环节的协调性更好。垫步侧踹腿在提膝阶段速度大于滑步侧踹腿,滑步侧踹腿在击打阶段速度大于垫步侧踹腿。在关节角度变化上,两种侧踹腿的髋关节角度变化最大,左腿提膝高度需要增加,使肌肉产生更多的弹性势能,有利于力矩达到最大。垫步侧踹腿支撑腿角度变化较小,有利于整个动作完成的稳定性。

一种多雷达机动目标探测高阶运动特征估计方法

针对单站雷达常因为跟踪模型与目标真实运动状态失配而造成对目标高阶运动特征估计精度较差的问题。从雷达组网结合径向速度增广量测的角度,来提升目标高阶运动特征估计精度。采用序贯无迹卡尔曼滤波算法对多雷达的异步量测信息进行集中式融合。分析了不同测距、测角精度与径向速度增广量测下目标高阶运动特征的估计效果,并利用双传感器的几何精度因子优化雷达站布局以分析雷达站布局对目标高阶运动特征估计效果的影响。通过仿真实验发现,在该雷达组网方式下,雷达测距精度比测角精度对目标高阶运动特征估计效果的影响要大。雷达站布局优化结合径向速度增广量测可以有效地获得目标高阶运动特征的高精度估计。

结合空间和运动特征的行为识别算法

针对视频行为识别方法中运动特征不足导致识别精度低的问题,提出一种结合空间和运动特征的行为识别算法。通过空间和运动两路卷积提取特征。空间卷积采用Res2Net作为主干网络并添加注意力模块;运动卷积细粒度地分为局部和全局特征,构造自适应通道序列重构模块提取局部特征,采用逐帧特征信息作差后聚合的方法提取全局特征。将运动和空间特征信息融合后,经过全连接层输出类别。该模型在UCF101和HMDB51数据集上准确率达到95.6%和70.7%,与传统算法相比,识别精度得到一定提升,验证了该算法的有效性。

东京奥运会男子400m栏冠军Kareten Warholm运动学特征模型

运用视频图像解析、专家访谈、数理统计等研究方法,对东京奥运会男子400 m栏冠军Kareten Warholm的技术特征进行分析,构建冠军技术模型,探求其运动规律。发现:Warholm跨栏跑全程速度分配较合理,具备较强的加速能力、速度保持能力与冲刺能力,是典型的速度型运动员;比赛全程节奏稳定,速度呈现“一提两降”,过栏时间出现“两角一方”,步幅特点是双减速模式,以上指标具有很强的规律性特征。

基于运动特征提取和2D卷积的鱼类摄食行为识别研究

为了促进渔业装备智能化,近年来基于视频流的鱼类摄食行为识别研究受到了广泛关注。针对基于视频流的传统识别方法模型过于复杂,难以在边缘计算设备部署的问题,提出了一种轻量级的2D卷积运动特征提取网络Motion-EfficientNetV2,该网络以视频流为输入,能够有效识别鱼类摄食行为。提出的模型以EfficientNetV2为主干网络,基于TEA和ECANet构建了运动特征提取模块Motion,并将该模块嵌入到EfficientNetV2的每个Fused-MBConv模块中,使改进后的EfficientNetV2具有运动特征提取能力。同时使用ECANet对EfficientNetV2网络中的MBConv进行改进,增强其通道特征提取能力。在此基础上利用空洞卷积扩大感受野,提高大范围特征提取能力。试验结果表明,Motion-EfficientNetV2的参数量和浮点运算量分别为9.3×106和1.31×1010,优于EfficientNetV2。在TSN-ResNet50、TSN-EfficientNetV2、C3D以及R3D模型上进行对比试验,本文模型在降低参数量和浮点运算量的同时,使识别准确率提高到93.97%。该研究对于渔业装备智能化升级和科学养殖具有推动作用。

大型水库区桥基边坡稳定性与失稳运动特征

我国西南山区已建成众多大型水库,库岸边坡在降雨、库水周期性涨落、地震等复杂地质条件作用下易发生滑坡。若公路桥梁基础位于库岸边坡变形或失稳影响范围内,可能对桥墩产生巨大的侧向荷载,从而危害基础结构乃至桥梁整体安全,而针对该问题研究较少。以白鹤滩库区小江特大桥桥基边坡为例,应用GeoStudio分析桥基边坡在库水涨落、降雨、地震联合作用下的稳定性;针对库水涨落联合降雨工况下的欠稳定边坡,采用TsunamiBalls(TB)数值方法模拟滑坡堆积体失稳下滑冲击桥墩的动力学过程,分析桥墩受到的动态冲击荷载。研究表明:(1)库水升降是影响边坡稳定性的主要因素;(2)施加地震荷载后边坡稳定性系数大幅降低,而降雨对稳定性系数影响有限;(3)滑体对桥墩的冲击荷载随时间先增大再减小,期间会出现3次主要荷载峰值,其中最大冲击荷载13890kN,出现在滑体最大运动速度之后,滑体冲击质量最大的时刻。库岸桥基边坡在库水位涨落条件下稳定性明显降低,TB模拟滑体失稳冲击过程可能造成桥基结构破坏。研究结果可为大型水库边坡和公路桥梁防灾减灾及安全运营提供技术参考。

步行空间中行人运动特征的实测和比对分析——以典型轨道交通站出入口接驳通道为例

行人运动特征有多种影响因素,本研究通过对步行通道的选取控制了行人内部影响因素,并运用前沿计算机视觉算法从自摄一小时视频数据中提取行人运动轨迹,对不同环境因素下的行人运动特征进行了实测和比对分析。实测数据显示:单侧有服务设施通道中行人比无服务设施通道中行人均速慢0.29m/s,均速离散度高,滞留行人平均流量高出5.78(人/分钟)·m^(-1)、平均密度高0.03人/m2。

邻近铁路营业线的危岩落石运动特征及防护研究

危岩落石是山区常见的地质灾害之一,对铁路运营安全造成了极大的威胁。本文以浙江省某铁路隧道洞口边坡危石为研究对象,将无人机倾斜摄影技术应用到危岩体的识别、信息获取及测量中,获得了实景三维建模及高精度地形图,为危岩落石运动特性研究提供了精确的断面数据信息;基于实景三维模型,对危岩体的破坏模式及稳定性进行了研究;基于得到的地形图、断面信息,利用数值模拟对研究区内的危岩落石的运动特性进行了深入研究,并提出了“分级防护、分区治理”的综合治理整治措施。结果表明:基于无人机倾斜摄影的危岩体特征信息分析,结合数值计算方法验证,对邻近铁路营业线的危岩落石运动特征分析较为合理,基于综合治理理论所确定的危岩落石治理措施具有明显的技术合理性和经济优势。其设计思路和治理措施可为类似工程提供指导和借鉴。

基于运动生物力学特征的扁平足运动鞋研究

当前市场上并未出现专门针对扁平足者设计的运动鞋,多数扁平足者只能穿着普通运动鞋参与体育活动,以此既容易导致其足部疲劳,又会在一定程度上加重病情。对此,基于运动生物力学特征,科学合理选择最佳材料,针对性设计与扁平足运动生物力学规律明确相符的运动鞋,是现今体育科研与制鞋行业的共同目标。据此,本文概述了扁平足足弓异常结构特征与运动生物力学特征,分析了扁平足运动鞋性能要求,并对基于运动生理学特征的扁平足运动鞋进行了详细探究。

基于微小运动的人脸活体检测算法

针对人脸识别过程中容易受到打印攻击、视频重放攻击的问题,提出一种利用微小运动的人脸活体检测算法。该算法对视频进行运动放大处理以增强微小运动;使用运动强度和运动方向描述微小运动,生成两种运动特征图并进行融合;使用基于注意力机制的VGG16网络进行真伪判别。在Replay-attack数据集上半错误率(HTER)为1.35%,在CASIA FASD数据集上等错误率(EER)为2.5%,证明了微小运动对人脸防伪的有效性。

网球专项大学生不同握拍方式正手击球动作的运动学特征分析

目的:探讨网球专项大学生正手击球时上肢关节运动学特征之间的差异,为规范正手击球时的技术动作及预防运动损伤的发生提供理论依据。方法:对45人次击球动作采用三维运动捕捉系统,采集东方式、半西方式和西方式三种握拍方式正手击球时的运动轨迹,运用分析软件对引拍、击球、随挥3个时段上肢关节的角度、角速度和球拍的位移、时间、速度进行处理与分析。结果:(1)引拍时段三种握拍方式的运动轨迹大致相同,西方式肩关节前屈和旋外的角度、角速度以及腕关节屈曲的角度、角速度相对较大,与东方式和半西方式之间存在显著性差异(p<0.05);动作时间为半西方式>东方式>西方式,球拍拍头速度为西方式>半西方式>东方式,三种握拍方式存在显著性差异(p<0.05);(2)击球时段西方式握拍肩关节的旋内较大,与东方式和半西方式存在显著差异性。东方式的肩关节和腕关节的屈曲、外展较大,与西方式与半西方式存在显著性差异(p<0.05);(3)随挥时段是上肢各关节角速度出现峰值的阶段,峰值出现顺序为肩关节、肘关节、腕关节,出现峰值后各关节角速度逐渐减慢。其中随挥时段东方式握拍速度较慢,与西方式和半西方式存在显著差异(p<0.05)。结论:网球三种握拍方式正手击球时上肢各关节绕轴转动的方向表现为一致性,上肢各关节的活动度和角速度所表现出来的差异,成为影响球拍位移、动作时间和动作速度的重要因素。