基于ConvLSTM网络模型的交通事故预测方法研究

为了有效改善传统交通事故预测方法过分依赖于交通管理者主观经验的不足,结合计算机视觉领域的深度学习框架,提出了一种基于ConvLSTM模型的交通事故预测方法。首先将城市路网划分为规则格网,然后统计每个格网中累计发生的交通事故数并作为一个图像的像素值,将由此形成的时间序列数据对构建的模型进行训练并用于短时交通事故的预测。该模型可以有效地捕捉城市路网交通事故在时间和空间上的分布特性,克服了传统FC-LSTM网络模型忽略交通事故空间分布特性的缺陷。通过对比实验证明:ConvLSTM网络模型具有较好的预测准确率和精确度,在用于预测短时交通事故方面具有更好的应用前景。

基于ConvLSTM网络的维度情感识别模型研究

学业情绪能够影响和调节学习者的注意、记忆、思维等认知活动,情绪自动识别是智慧学习环境中情感交互和教学决策的基础。目前情绪识别研究主要集中在离散情绪的识别,其在时间轴上是非连续的,无法精准刻画学生学业情绪演变过程,为解决这个问题,基于众包方法建立真实在线学习情境中的中学生学习维度情感数据集,设计基于连续维度情感预测的深度学习分析模型。实验中根据学生学习风格确定触发学生学业情绪的学习材料,并招募32位实验人员进行自主在线学习,实时采集被试面部图像,获取157个学生学业情绪视频;对每个视频进行情感Arousal和Valence二维化,建立包含2178张学生面部表情的维度数据库;建立基于ConvLSTM网络的维度情感模型,并在面向中学生的维度情感数据库上进行实验,得到一致性相关系数(Concordance Correlation Coefficient,CCC)均值为0.581,同时在Aff-Wild公开数据集上进行实验,得到的一致相关系数均值为0.222。实验表明,提出的基于维度情感模型在Aff-Wild公开数据集维度情绪识别中CCC相关度系数指标提升了7.6%~43.0%。

基于ConvLSTM网络的小鼠行为识别算法

面向小鼠行为识别在生物学、神经科学和药理学等方面的研究,针对传统行为识别算法与行为定义不一致、依赖上游检测算法和相似行为混淆严重的问题,提出一种基于ConvLSTM网络的行为识别算法。该方法无须构建姿态特征,使用关节点特征图序列学习行为表征,充分利用了行为变化中的时间和空间信息。测试结果表明,该算法能准确识别直走、静止、修饰、直立和转身5种行为,平均准确率为93.8%,相较于其他算法能有效区分相似的行为。

基于eBPF和ConvLSTM的5G-R网络安全审计系统研究

在铁路5G专网快速发展的背景下,铁路网络信息安全关系到铁路运行安全等方面。但当前成熟的铁路网络安全设备多是针对可能存在的非法入侵、外网干预等外部安全隐患,对于内部使用不当或通信异常带来的安全问题,还未有系统性的检测方法。因此,提出一种可同时进行网络内外异常检测、集流量抓取和数据分析为一体的实时性较强的网络安全审计系统成为迫切需要。设计从网络安全审计的三大关键技术出发,分别对应本系统的数据采集、数据解析、流量识别三个模块,并说明系统在网络中部署的环境与位置。具体运用了eBPF技术抓取网络流量数据包,利用深度学习的数据预处理方法提取其中特征信息,并导入已训练好的ConvLSTM模型中进行预测,最终判断是否出现异常流量。通过两个数据集的实验验证并与传统算法进行对比,此网络安全审计系统针对外部攻击流量的预测准确率可以达到0.97,针对内部通信异常预测准确率为0.96,实现了对外部或内部因素导致的网络流量异常问题的监测与排查,以便快速反应采取进一步措施。针对5G-R场景进行的网络安全审计系统设计和研究可以为未来铁路面临的网络安全挑战提供技术支撑和帮助。

基于足底压力和卷积长短期记忆神经网络的前交叉韧带断裂智能辅助诊断

提出一种基于卷积长短期记忆神经网络的深度学习模型PressureConvLSTM,用来提取行走过程中足底压力的空间特征和时序特征,并进行步态分类。通过对前交叉韧带断裂患者的足底压力数据分析,实现智能辅助诊断。结合临床数据的实验结果表明,PressureConvLSTM模型对前交叉韧带断裂的辅助诊断,能够达到95%的预测准确度;与卷积神经网络等其他模型相比,准确度得到大幅度提升。

融合ConvLSTM和多注意力机制网络的高光谱图像分类

近年来,基于深度学习的模型在高光谱图像(HSI)分类方面效果显著。针对小样本数据基于深度学习的高光谱图像分类方法分类精度不高的问题,提出一种融合卷积长短期记忆(ConvLSTM)和多注意力机制网络的高光谱图像分类方法。该方法分三个分支:光谱分支、空间X分支和空间Y分支分别提取光谱特征、空间X特征和空间Y特征,并将三个方向的特征融合进行高光谱图像分类。由于ConvLSTM在学习有价值的特征和对光谱数据中的长期依赖关系建模方面表现出良好的性能,所以在光谱分支中用了3个隐藏层、卷积核大小为3×3、通道分别为150、100和60提取光谱信息。在空间X分支和空间Y分支,采用基于DenseNet和3D-CNN的Dense空间X块和Dense空间Y块分别提取空间X特征和空间Y特征。为了增强特征提取,在这三个分支中还分别引入了其特征方向的注意力机制,针对信息丰富的光谱波段设计了光谱注意块,信息丰富的像素点分别设计了空间X和空间Y注意块。在三个公开的高光谱数据集上进行了实验,即Indian Pines(IP)、Pavia University(UP)和Salinas Valley(SV)数据集;并对比了其他五种方法:基于RBF径向核的支持向量机模型(SVM)、更深更广的卷积神经网络模型(CDCNN)、快速密集光谱-空间卷积网络模型(FDSSC)、空谱残差网络模型(SSRN)、双分支双注意力机制网络模型(DBDA)。实验中,IP数据集上训练样本和验证样本的大小设为总样本的3%,UP和SV数据集上训练样本和验证样本的大小设为总样本的0.5%。该方法和所有基于深度学习的方法,批处理大小均设置为16,优化器设为Adam,学习率设置为0.0005,并动态调整学习率。由于SVM直接利用光谱信息进行分类,输入样本块像素大小为1×1,其他基于深度学习方法的输入样本块像素均设置为9×9。实验结果表明,该方法能充分利用高光谱图像的光谱和空间特征,在OA、AA、KAPPA等评价标准上均获得了更好的效果,其中,该方法的OA指标比次优的算法平均提高0.12%~2.04%。

广义确定性标识网络

随着智能制造、智能交通等重大国家战略实施,确定性成为信息网络尤其是行业专网的新焦点.现有确定性网络技术始终关注网络传输要素(带宽、时隙等)来保障数据流的确定性传输.然而,仅靠保障传输要素无法支撑新兴行业应用的多样化需求.例如,在算网融合场景,智算任务要求同时保障传输与计算要素的确定性来实现高性能通信;在绿色通信场景,需要考虑节点能量要素的确定性以维持网络稳定运行.针对上述需求,本文基于前期提出的标识网络技术,研究面向传输、计算、存储、能量等多要素的广义确定性网络.首先提出广义确定性标识网络架构,包括差异化服务层、异构融合网络层和智慧化适配层.差异化服务层和异构融合网络层,分别实现差异化确定性应用需求和异构化确定性网络要素的统一标识和描述,并通过标识解析映射实现确定性信息向智慧化适配层的统一封装和传递;智慧化适配层完成差异化确定性应用需求和异构化确定性网络要素的适配.现有确定性资源适配方法,即使仅考虑单一网络内的基本确定性要素,仍面临计算时间长、求解复杂性高、灵活度低等问题,为了支持更加复杂的多确定性要素、多种异构网络的协同适配,设计了基于深度强化学习的端到端的确定性调度(End-to-end Deterministic resource scheduling,E2eDet)算法,该算法可统一化、端到端地为混合数据流协同分配多种确定性网络资源,满足不同应用的差异化确定性需求.实验表明,E2eDet比DeepCQF和Random算法分别提升了28.4%和6.38倍数据流调度数量,同时E2eDet可以较好地权衡计算时间和调度能力.

基于Valued ERGMs模型的核心技术网络成长机制研究——以量子计算领域为例

对核心技术网络及其成长机制的研究有助于梳理核心技术之间的依赖和促进关系,为研究核心技术演化提供新的理论视角和方法。以技术演化相关理论为基础,归纳核心技术网络成长的影响因素,基于量子计算领域专利数据,识别以技术概念和技术关系为基础的量子计算领域核心技术网络,并基于Valued ERGMs模型构建核心技术网络成长机制模型。结果表明,技术要素中心性、专利技术研发能力、与TRIZ进化法则匹配程度以及技术要素同配性对核心技术网络成长具有正向促进作用;在技术路径方面,核心技术网络成长受到技术要素路径依赖性和技术突破的双重影响。最后,根据量子计算领域核心技术网络成长机制的实证研究结果,从技术研发层面、企业层面、政府层面为相关领域技术发展提出策略建议。

服务定制网络体系架构的设计与思考

系统性阐述了服务定制网络(SCN)新型网络架构,可为互联网应用提供一种全新的网络底层能力与使用方式。在TCP/IP网络架构中,网络为应用提供“尽力而为”的服务质量,而SCN架构转换了应用与网络两者之间的主客体关系,允许应用“按需定制”网络的服务质量。以应用视角出发,挖掘了“可声明”“细粒度”“端到端”三大能力内涵,由此推演了SCN的总体设计思路,并给出了一种具象的SCN体系架构和一种可行的SCN系统实现。SCN未来可应用于远程工控、增强现实等人机物全场景,为网络即服务(NaaS)的实现提供一种新颖、实用、理想的手段。

融合改进自编码器和残差网络的入侵检测模型

互联网中存在大量隐私数据,因此防止网络入侵成为保护网络安全的关键问题。为提高网络入侵检测的准确率并解决其收敛慢问题,设计一种改进的堆叠自动编码器和残差网络(ISAE-ResNet)入侵检测模型。融合栈式自编码器和残差网络,首先将预处理后的数据输入到改进的栈式自编码器中,该栈式自编码器由2个副编码器和1个主编码器组成,数据经过副编码器和主编码器训练后重构出新的特征来防止过拟合问题;然后将解码层的权重捆绑到编码层进行优化,使模型参数减半来进行降维,提高模型的收敛速度;最后将处理过的数据输入到改进的残差网络中,并基于改进的ResNet网络设计一种加入软阈值函数的残差模块,通过降低数据中的噪声来提高模型准确率。在CIC-IDS-2017数据集上的实验结果表明,该模型准确率为98.67%,真正例率为95.93%,误报率为0.37%,损失函数值快速收敛至0.042,在准确率、真正例率、误报率和收敛速度方面均超过对比入侵检测模型,具有较高的有效性和可行性。

云原生驱动的大规模终端网络设计优化和应用实践

终端网络是互联网的重要组成部分,它连接骨干网络和终端网络,对用户体验的影响最为直接.随着5G/6G、物联网等技术的发展,终端网络的性能需求不断提升,承载着诸如智慧城市和工业互联网等新兴应用,是推动社会数字化转型的重要基础设施,是未来网络演进不可忽视的重要研究对象.清华大学李振华教授团队通过分析终端网络中存在的用户困惑和技术鸿沟问题,从“可用性、可靠性、可信性”三个关键维度进行研究,提出云原生强化设计的理念,实现终端网络大规模的测量分析与设计优化,并在多个工业系统中取得了良好的应用效果.文章突出从用户视角出发的设计思想,对提升网络终端的可用性、可靠性与安全性做出了系统性的探索,主要包括以下三个核心点:1)针对终端网络带给用户的主要困惑,从网速、断连、安全和代际角度全面分析,阐述克服经典设计模式潜在缺陷的研究动力,通过剖析大规模工业终端网络在多样化使用场景下的性能落差问题,总结动机、场景、资源和知识方面的研发鸿沟,为克服现存技术挑战指明解决方向.

半定量信息工业控制异构网络安全评估

工业控制系统的异构性及其与互联网深度融合给工控系统安全评估带来精度不高等诸多问题.本文提出一种基于半定量信息的工业异构网络安全态势评估模型,该模型可以提高评估精度,解决难以描述不确定性信息和难以契合工控异构网络复杂结构等现存问题.该方法将工业控制网络划分为不同异构子网,根据子网特点选取有针对性的评估属性,并使用性能优秀的ER规则对不同类型的评估属性进行融合,可以有效利用定性知识和定量数据,获得更加准确的评估结果.在多个实际工业控制网络数据集上进行评估实验得到的结果表明:本文提出的模型与网络安全评估实际参考值的均方根误差值比RF、BP、SVM模型分别降低了80.2%、40.8%和87.7%,验证了该模型的有效性和准确性.

城市防疫医疗救援网络的抗毁性与鲁棒性

为研究城市防疫医疗救援系统空间布局的合理性和防灾韧性,采用复杂网络技术构建了某城市防疫医疗救援网络模型,对其网络拓扑结构和网络特征基本参数进行分析,研究不同攻击模型下以边和点连通度为度量指标的结构抗毁性能力;通过设定不同的网络冗余与网络负荷,研究网络针对确定性攻击与随机性攻击的鲁棒性特征。研究结果可为城市防疫医疗救援系统的空间优化布局和核心场所强化建设提供理论支撑。

华人移民网络对中国出境旅游的影响

规模庞大的海外华人移民是经济全球化背景下中国与世界互动的重要经济社会现象,华人移民形成的社会网络对于促进国际贸易、跨国投资乃至重塑全球经济地理都有着深远影响。基于华人移民网络对出境旅游的文化距离缩减效应、旅游成本节省效应和旅游服务便利效应,采用面板数据验证华人移民网络与中国出境旅游的关系。研究认为,华人移民网络对中国出境旅游具有显著促进作用。华人移民网络有助于缩减与目的地经济体的文化距离、节省出境旅游成本、增强旅游服务便利化水平,从而促进中国出境旅游发展。发达经济体和发展中经济体的华人移民网络均对中国出境旅游有正向影响,比较而言,中国居民前往发展中经济体的出境旅游更依赖华人移民网络。文化关联对发达经济体华人移民网络的中国出境旅游效应具有调节效应,中国居民向非儒家发达经济体的出境旅游更依赖于华人移民网络。

考虑非期望产出的我国物流业效率空间关联网络结构分析

深入研究非期望产出的我国物流业效率的空间关联网络对于推进物流业的低碳转型,促进物流产业区域协同发展具有重要的现实意义。基于2011—2020年我国内陆30个省份的数据,利用超效率SBM模型测算考虑非期望产出的物流业效率,借助修正的引力模型和社会网络分析方法对效率空间关联网络特征及其影响因素进行了分析。结果表明:考虑非期望产出的物流业效率空间关联效应已经突破了地理邻近范围,其空间关联网络结构较为稳定但松散。研究期内,空间关联网络中各地区物流产业辐射关联能力及中介作用表现情况不同。地理位置、经济发展水平差异、科技水平差异和政府支持力度差异对考虑非期望产出的物流业效率空间关联网络结构的形成有显著影响。

生成式大模型承载网络架构与关键技术探索

生成式大模型训练需要超大规模低时延、高带宽、高可用的网络承载底座。对生成式大模型下高性能网络基础设施的技术发展路线和实现方案进行了研究,认为商用部署时需针对不同训练阶段的工作负载和流量模式,开展定制化网络架构设计和传输协议优化。流控/拥塞控制技术、负载均衡技术、自动化运维技术和面向广域远程直接内存访问(RDMA)的确定性网络传输技术是未来的重点研究方向。

MRNDA:一种基于资源受限片上网络的深度神经网络加速器组播机制研究

片上网络(Network-on-Chip,NoC)在多处理器系统中得到了广泛的应用.近年来,有研究提出了基于NoC的深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)加速器.基于NoC的DNN加速器设计利用NoC连接神经元计算设备,能够极大地减少加速器对片外存储的访问从而减少加速器的分类延迟和功耗.但是,若采用传统的单播NoC,大量的一对多数据包会极大的提高加速器的通信延迟.并且,目前的深度神经网络规模往往非常庞大,而NoC的核心数量是有限的.因此,文中提出了一种针对资源受限的NoC的组播方案.该方案利用有限数量的处理单元(Processor Element,PE)来计算大型的DNN,并且利用特殊的树形组播加速网络来减少加速器的通信延迟.仿真结果表明,和基准情况相比,本文提出的组播机制使加速器的分类延迟最高降低了86.7%,通信延迟最高降低了88.8%,而它的路由器面积和功耗仅占基准路由器的9.5%和10.3%.

GCN引导模型视点的光学遥感道路提取网络

在光学遥感图像中,道路易受遮挡物、铺装材料以及周围环境等多重因素的影响,导致其特征模糊不清。然而,现有道路提取方法即使增强其特征感知能力,仍在特征模糊区域存在大量误判。为解决上述问题,本文提出基于GCN引导模型视点的道路提取网络(RGGVNet)。RGGVNet采用编解码结构,并设计基于GCN的视点引导模块(GVPG)在编解码器的连接处反复引导模型视点,从而增强对特征模糊区域的关注。GVPG利用GCN信息传播过程具有平均特征权重的特性,将特征图中不同区域道路显著性水平作为拉普拉斯矩阵,参与到GCN信息传播从而实现引导模型视点。同时,提出密集引导视点策略(DGVS),采用密集连接的方式将编码器、GVPG和解码器相互连接,确保有效引导模型视点的同时缓解优化困难。在解码阶段设计多分辨率特征融合(MRFF)模块,最小化不同尺度道路特征在特征融合和上采样过程中的信息偏移和损失。在两个公开遥感道路数据集中,本文方法IoU分别达到65.84%和69.36%,F1-score分别达到79.40%和81.90%。从定量和定性两方面实验结果可以看出,本文所提方法性能优于其他主流方法。

基于网络群组特征的生态管理分区--以武汉市为例

生态管理分区是维持区域生态安全、实现城市生态差异化治理的重要手段。然而现有分区方法侧重生态功能属性,较少考虑生态斑块之间联系强度差异,忽视了斑块的群组结构。以武汉市为例构建生态网络,从生态系统结构和功能的视角,结合斑块空间组织和斑块联系强弱,运用凝聚子群方法,提取联系紧密的生态组分,将网络划分为异质性群组,基于网络群组特征和生态景观辐射范围进行分区覆盖分析,并进行分区评价。结果表明:(1)86条生态廊道连接研究区34处生态斑块,进一步形成8个生态群组;(2)多数群组内部连通性较好,北部群组之间联系较强,南部群组之间联系相对较弱;(3)依据群组结构功能特征,形成6大网络群组分区,通过与武汉市经济发展规划分区对比,两者具有较高的一致性;(4)城市外围的分区网络稳定性较好,中部稳定性较差,识别分区内13个重要斑块和16条重要廊道,作为重点发展保护对象;(5)综合分区特征将6大分区确立为生态屏障区、生态控制区、生态改善区、生态修复区、生态开发区以及生态保育区,并提出生态发展差异化保护措施。研究将生态功能属性和空间结构属性进行有机关联并制定分区策略,为区域生态管理分区、生态保护规划提供新视角。

基于格拉姆角场与深度卷积生成对抗网络的行星齿轮箱故障诊断

针对行星齿轮箱故障诊断中样本分布不均衡所引起的模型泛化能力差及诊断精度低等问题,采用格拉姆角场图像编码技术和深度卷积生成对抗网络相结合进行数据增强,融合AlexNet卷积神经网络进行故障诊断。将采集到的一维振动信号转化为格拉姆角场图,按比例划分训练集与测试集,将训练集样本与随机向量输入到深度卷积生成对抗网络模型中,交替训练生成器与判别器,达到纳什平衡,生成与原始样本类似的生成样本,从而实现故障样本的增广。用原始样本与生成的增广样本训练卷积神经网络分类模型,完成行星齿轮箱的故障识别。实验结果表明,所提方法能够有效提升样本不均衡条件下的行星齿轮箱故障诊断精度,使之达到99.15%,且能使收敛速度更快。