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Development of a convolutional neural network based geomechanical upscaling technique for heterogeneous geological reservoir 被引量:1
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作者 Zhiwei Ma Xiaoyan Ou Bo Zhang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2111-2125,共15页
Geomechanical assessment using coupled reservoir-geomechanical simulation is becoming increasingly important for analyzing the potential geomechanical risks in subsurface geological developments.However,a robust and e... Geomechanical assessment using coupled reservoir-geomechanical simulation is becoming increasingly important for analyzing the potential geomechanical risks in subsurface geological developments.However,a robust and efficient geomechanical upscaling technique for heterogeneous geological reservoirs is lacking to advance the applications of three-dimensional(3D)reservoir-scale geomechanical simulation considering detailed geological heterogeneities.Here,we develop convolutional neural network(CNN)proxies that reproduce the anisotropic nonlinear geomechanical response caused by lithological heterogeneity,and compute upscaled geomechanical properties from CNN proxies.The CNN proxies are trained using a large dataset of randomly generated spatially correlated sand-shale realizations as inputs and simulation results of their macroscopic geomechanical response as outputs.The trained CNN models can provide the upscaled shear strength(R^(2)>0.949),stress-strain behavior(R^(2)>0.925),and volumetric strain changes(R^(2)>0.958)that highly agree with the numerical simulation results while saving over two orders of magnitude of computational time.This is a major advantage in computing the upscaled geomechanical properties directly from geological realizations without the need to perform local numerical simulations to obtain the geomechanical response.The proposed CNN proxybased upscaling technique has the ability to(1)bridge the gap between the fine-scale geocellular models considering geological uncertainties and computationally efficient geomechanical models used to assess the geomechanical risks of large-scale subsurface development,and(2)improve the efficiency of numerical upscaling techniques that rely on local numerical simulations,leading to significantly increased computational time for uncertainty quantification using numerous geological realizations. 展开更多
关键词 Upscaling Lithological heterogeneity Convolutional neural network(cnn) Anisotropic shear strength Nonlinear stressestrain behavior
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基于CNN-Swin Transformer Network的LPI雷达信号识别
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作者 苏琮智 杨承志 +2 位作者 邴雨晨 吴宏超 邓力洪 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2024年第3期59-65,共7页
针对在低信噪比(SNR)条件下,低截获概率雷达信号调制方式识别准确率低的问题,提出一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的雷达信号识别方法。首先,引入Swin Transformer模型并在模型前端设计CNN特征提取层构建了CNN+Swin Transforme... 针对在低信噪比(SNR)条件下,低截获概率雷达信号调制方式识别准确率低的问题,提出一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的雷达信号识别方法。首先,引入Swin Transformer模型并在模型前端设计CNN特征提取层构建了CNN+Swin Transformer网络(CSTN),然后利用时频分析获取雷达信号的时频特征,对图像进行预处理后输入CSTN模型进行训练,由网络的底部到顶部不断提取图像更丰富的语义信息,最后通过Softmax分类器对六类不同调制方式信号进行分类识别。仿真实验表明:在SNR为-18 dB时,该方法对六类典型雷达信号的平均识别率达到了94.26%,证明了所提方法的可行性。 展开更多
关键词 低截获概率雷达 信号调制方式识别 Swin Transformer网络 卷积神经网络 时频分析
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Coal/Gangue Volume Estimation with Convolutional Neural Network and Separation Based on Predicted Volume and Weight
3
作者 Zenglun Guan Murad S.Alfarzaeai +2 位作者 Eryi Hu Taqiaden Alshmeri Wang Peng 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第4期279-306,共28页
In the coal mining industry,the gangue separation phase imposes a key challenge due to the high visual similaritybetween coal and gangue.Recently,separation methods have become more intelligent and efficient,using new... In the coal mining industry,the gangue separation phase imposes a key challenge due to the high visual similaritybetween coal and gangue.Recently,separation methods have become more intelligent and efficient,using newtechnologies and applying different features for recognition.One such method exploits the difference in substancedensity,leading to excellent coal/gangue recognition.Therefore,this study uses density differences to distinguishcoal from gangue by performing volume prediction on the samples.Our training samples maintain a record of3-side images as input,volume,and weight as the ground truth for the classification.The prediction process relieson a Convolutional neural network(CGVP-CNN)model that receives an input of a 3-side image and then extractsthe needed features to estimate an approximation for the volume.The classification was comparatively performedvia ten different classifiers,namely,K-Nearest Neighbors(KNN),Linear Support Vector Machines(Linear SVM),Radial Basis Function(RBF)SVM,Gaussian Process,Decision Tree,Random Forest,Multi-Layer Perceptron(MLP),Adaptive Boosting(AdaBosst),Naive Bayes,and Quadratic Discriminant Analysis(QDA).After severalexperiments on testing and training data,results yield a classification accuracy of 100%,92%,95%,96%,100%,100%,100%,96%,81%,and 92%,respectively.The test reveals the best timing with KNN,which maintained anaccuracy level of 100%.Assessing themodel generalization capability to newdata is essential to ensure the efficiencyof the model,so by applying a cross-validation experiment,the model generalization was measured.The useddataset was isolated based on the volume values to ensure the model generalization not only on new images of thesame volume but with a volume outside the trained range.Then,the predicted volume values were passed to theclassifiers group,where classification reported accuracy was found to be(100%,100%,100%,98%,88%,87%,100%,87%,97%,100%),respectively.Although obtaining a classification with high accuracy is the main motive,this workhas a remarkable reduction in the data preprocessing time compared to related works.The CGVP-CNN modelmanaged to reduce the data preprocessing time of previous works to 0.017 s while maintaining high classificationaccuracy using the estimated volume value. 展开更多
关键词 COAL coal gangue convolutional neural network cnn object classification volume estimation separation system
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Downscaling Seasonal Precipitation Forecasts over East Africa with Deep Convolutional Neural Networks
4
作者 Temesgen Gebremariam ASFAW Jing-Jia LUO 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期449-464,共16页
This study assesses the suitability of convolutional neural networks(CNNs) for downscaling precipitation over East Africa in the context of seasonal forecasting. To achieve this, we design a set of experiments that co... This study assesses the suitability of convolutional neural networks(CNNs) for downscaling precipitation over East Africa in the context of seasonal forecasting. To achieve this, we design a set of experiments that compare different CNN configurations and deployed the best-performing architecture to downscale one-month lead seasonal forecasts of June–July–August–September(JJAS) precipitation from the Nanjing University of Information Science and Technology Climate Forecast System version 1.0(NUIST-CFS1.0) for 1982–2020. We also perform hyper-parameter optimization and introduce predictors over a larger area to include information about the main large-scale circulations that drive precipitation over the East Africa region, which improves the downscaling results. Finally, we validate the raw model and downscaled forecasts in terms of both deterministic and probabilistic verification metrics, as well as their ability to reproduce the observed precipitation extreme and spell indicator indices. The results show that the CNN-based downscaling consistently improves the raw model forecasts, with lower bias and more accurate representations of the observed mean and extreme precipitation spatial patterns. Besides, CNN-based downscaling yields a much more accurate forecast of extreme and spell indicators and reduces the significant relative biases exhibited by the raw model predictions. Moreover, our results show that CNN-based downscaling yields better skill scores than the raw model forecasts over most portions of East Africa. The results demonstrate the potential usefulness of CNN in downscaling seasonal precipitation predictions over East Africa,particularly in providing improved forecast products which are essential for end users. 展开更多
关键词 East Africa seasonal precipitation forecasting DOWNSCALING deep learning convolutional neural networks(cnns)
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Review of Artificial Intelligence for Oil and Gas Exploration: Convolutional Neural Network Approaches and the U-Net 3D Model
5
作者 Weiyan Liu 《Open Journal of Geology》 CAS 2024年第4期578-593,共16页
Deep learning, especially through convolutional neural networks (CNN) such as the U-Net 3D model, has revolutionized fault identification from seismic data, representing a significant leap over traditional methods. Ou... Deep learning, especially through convolutional neural networks (CNN) such as the U-Net 3D model, has revolutionized fault identification from seismic data, representing a significant leap over traditional methods. Our review traces the evolution of CNN, emphasizing the adaptation and capabilities of the U-Net 3D model in automating seismic fault delineation with unprecedented accuracy. We find: 1) The transition from basic neural networks to sophisticated CNN has enabled remarkable advancements in image recognition, which are directly applicable to analyzing seismic data. The U-Net 3D model, with its innovative architecture, exemplifies this progress by providing a method for detailed and accurate fault detection with reduced manual interpretation bias. 2) The U-Net 3D model has demonstrated its superiority over traditional fault identification methods in several key areas: it has enhanced interpretation accuracy, increased operational efficiency, and reduced the subjectivity of manual methods. 3) Despite these achievements, challenges such as the need for effective data preprocessing, acquisition of high-quality annotated datasets, and achieving model generalization across different geological conditions remain. Future research should therefore focus on developing more complex network architectures and innovative training strategies to refine fault identification performance further. Our findings confirm the transformative potential of deep learning, particularly CNN like the U-Net 3D model, in geosciences, advocating for its broader integration to revolutionize geological exploration and seismic analysis. 展开更多
关键词 Deep Learning Convolutional neural networks (cnn) Seismic Fault Identification U-Net 3D Model Geological Exploration
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Detection of Omicron Caused Pneumonia from Radiology Images Using Convolution Neural Network(CNN)
6
作者 Arfat Ahmad Khan Malik Muhammad Ali Shahid +4 位作者 Rab Nawaz Bashir Salman Iqbal Arshad Shehzad Ahmad Shahid Javeria Maqbool Chitapong Wechtaisong 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2023年第2期3743-3761,共19页
COVID-19 disease caused by the SARS-CoV-2 virus has created social and economic disruption across theworld.The ability of the COVID-19 virus to quickly mutate and transfer has created serious concerns across the world... COVID-19 disease caused by the SARS-CoV-2 virus has created social and economic disruption across theworld.The ability of the COVID-19 virus to quickly mutate and transfer has created serious concerns across the world.It is essential to detectCOVID-19 infection caused by different variants to take preventive measures accordingly.The existing method of detection of infections caused by COVID-19 and its variants is costly and time-consuming.The impacts of theCOVID-19 pandemic in developing countries are very drastic due to the unavailability of medical facilities and infrastructure to handle the pandemic.Pneumonia is the major symptom of COVID-19 infection.The radiology of the lungs in varies in the case of bacterial pneumonia as compared to COVID-19-caused pneumonia.The pattern of pneumonia in lungs in radiology images can also be used to identify the cause associated with pneumonia.In this paper,we propose the methodology of identifying the cause(either due to COVID-19 or other types of infections)of pneumonia from radiology images.Furthermore,because different variants of COVID-19 lead to different patterns of pneumonia,the proposed methodology identifies pneumonia,the COVID-19 caused pneumonia,and Omicron caused pneumonia from the radiology images.To fulfill the above-mentioned tasks,we have used three Convolution Neural Networks(CNNs)at each stage of the proposed methodology.The results unveil that the proposed step-by-step solution enhances the accuracy of pneumonia detection along with finding its cause,despite having a limited dataset. 展开更多
关键词 COVID-19 PNEUMONIA radiology images omicron convolution neural network(cnn) microscopy
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Coupled Cross-correlation Neural Network Algorithm for Principal Singular Triplet Extraction of a Cross-covariance Matrix 被引量:2
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作者 Xiaowei Feng Xiangyu Kong Hongguang Ma 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI 2016年第2期149-156,共8页
This paper proposes a novel coupled neural network learning algorithm to extract the principal singular triplet (PST) of a cross-correlation matrix between two high-dimensional data streams. We firstly introduce a nov... This paper proposes a novel coupled neural network learning algorithm to extract the principal singular triplet (PST) of a cross-correlation matrix between two high-dimensional data streams. We firstly introduce a novel information criterion (NIC), in which the stationary points are singular triplet of the crosscorrelation matrix. Then, based on Newton's method, we obtain a coupled system of ordinary differential equations (ODEs) from the NIC. The ODEs have the same equilibria as the gradient of NIC, however, only the first PST of the system is stable (which is also the desired solution), and all others are (unstable) saddle points. Based on the system, we finally obtain a fast and stable algorithm for PST extraction. The proposed algorithm can solve the speed-stability problem that plagues most noncoupled learning rules. Moreover, the proposed algorithm can also be used to extract multiple PSTs effectively by using sequential method. © 2014 Chinese Association of Automation. 展开更多
关键词 Clustering algorithms Covariance matrix Data mining Differential equations EXTRACTION Learning algorithms Negative impedance converters Newton Raphson method Ordinary differential equations Singular value decomposition
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基于CNN-LSTM的大坝变形组合预测模型研究 被引量:2
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作者 王润英 林思雨 +1 位作者 方卫华 赵凯文 《水力发电》 CAS 2024年第1期37-41,52,共6页
为了提高大坝变形预测模型精度和泛化能力,建立了一种基于卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)与深度学习长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)神经网络的组合预测模型CNN-LSTM。该模型先利用CNN提取大坝变形监测时间... 为了提高大坝变形预测模型精度和泛化能力,建立了一种基于卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)与深度学习长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)神经网络的组合预测模型CNN-LSTM。该模型先利用CNN提取大坝变形监测时间序列的特征,再利用LSTM生成特征描述,该模型精度高、泛化能力强。以柏叶口水库混凝土面板堆石坝为例,经过CNN-LSTM模型计算,将模型变形预测值与原型监测资料进行对比,再与LSTM模型及CNN模型的预测结果进行对比。结果表明,CNN-LSTM模型预测值最接近监测资料实测结果。 展开更多
关键词 大坝变形 卷积神经网络 LSTM神经网络 变形预测 预测精度 柏叶口水库
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基于CNN-GRU-ISSA-XGBoost的短期光伏功率预测 被引量:1
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作者 岳有军 吴明沅 +1 位作者 王红君 赵辉 《南京信息工程大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期231-238,共8页
针对光伏功率随机性及波动性大,单一预测模型往往难以准确分析历史数据波动规律,从而导致预测精度不高的问题,提出一种基于卷积神经网络-门控循环单元(CNN-GRU)和改进麻雀搜索算法(ISSA)优化的极限梯度提升(XGBoost)模型的短期光伏功率... 针对光伏功率随机性及波动性大,单一预测模型往往难以准确分析历史数据波动规律,从而导致预测精度不高的问题,提出一种基于卷积神经网络-门控循环单元(CNN-GRU)和改进麻雀搜索算法(ISSA)优化的极限梯度提升(XGBoost)模型的短期光伏功率预测组合模型.首先去除历史数据中的异常值并对其进行归一化处理,利用主成分分析法(PCA)进行特征选取,以便更好地识别影响光伏功率的关键因素.然后采用CNN网络提取数据的空间特征,再经过GRU网络提取时间特征,针对XGBoost模型手动配置参数困难、随机性大的问题,利用ISSA对模型超参数寻优.最后对两种方法预测的结果用误差倒数法减小误差的同时对权重进行更新,得到新的预测值,从而完成对光伏功率的预测.实验结果表明,所提出的CNN-GRU-ISSA-XGBoost组合模型具有更强的适应性和更高的精度. 展开更多
关键词 光伏功率预测 改进麻雀搜索算法 卷积神经网络 门控循环单元 XGBoost模型
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基于GRU-CNN双网络输出构建BP模型的径流预测方法 被引量:1
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作者 张玥 姜中清 +2 位作者 周伊 周静姝 王宇露 《水力发电》 CAS 2024年第6期17-22,共6页
提高径流预测精度是避免洪水灾害发生的重要手段,由于预测阶段并无已知有效样本,给预测工作带来难度,因此,提出以双网络输出为预测阶段提供数据参考,结合训练阶段双网络输出与真实值之间的关系,对预测阶段采用二次多变量建模实现径流预... 提高径流预测精度是避免洪水灾害发生的重要手段,由于预测阶段并无已知有效样本,给预测工作带来难度,因此,提出以双网络输出为预测阶段提供数据参考,结合训练阶段双网络输出与真实值之间的关系,对预测阶段采用二次多变量建模实现径流预测。首先,构建GRU和CNN深度学习网络,同步输出2条径流预测序列;其次,在已知时段内,构建2条预测结果与实测值之间的多变量BP模型;最后,基于双网络输出预测值,通过确定的BP模型输出径流预测结果。经测试,该方法给预测时段提供了可靠的先验样本,高效学习了网络输出与真实值之间关系,预测精度显著提升。 展开更多
关键词 洪水预报 径流预测 双网络输出 GRU cnn BP神经网络
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融合Inception V1-CBAM-CNN的轴承剩余寿命预测模型 被引量:2
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作者 余江鸿 彭雄露 +2 位作者 刘涛 杨文 叶帅 《机电工程》 北大核心 2024年第1期107-114,共8页
针对现有的滚动轴承剩余寿命(RUL)预测方法精度低、轴承健康指标(HI)构建困难等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)并融合Inception V1模块和卷积注意力机制模块(CBAM)的滚动轴承RUL预测模型。首先,在CNN中添加了CBAM机制,并进行了... 针对现有的滚动轴承剩余寿命(RUL)预测方法精度低、轴承健康指标(HI)构建困难等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)并融合Inception V1模块和卷积注意力机制模块(CBAM)的滚动轴承RUL预测模型。首先,在CNN中添加了CBAM机制,并进行了加权处理,在通道和空间维度对重要特征进行了强化,对次要特征进行了抑制,通过添加改进的InceptionV1模块,提高了CNN通道间信息交互水平,全面提取了退化特征;然后,进行了网络优化,采用全局最大池化(GMP)方法对模型进行了简化,采用Dropout和批量归一化(BN)方法,避免了过拟合,提高了精度,且克服了训练时出现的梯度消失问题;最后,对数据进行了处理,将降噪后的信号重组为三维张量,将其作为HI,构建了退化标签,引入了评价指标,采用PHM2012轴承数据集进行了实验验证,在3种工况下将其与深度神经网络(DNN)、CNN方法、结合注意力机制的残差网络方法(ResNet)进行了对比。研究结果表明:该方法在变负载条件下的平均RMSE为0.033,较其他方法的RMSE值分别降低了86%、78%和69%,在预测精度和泛化能力方面具有明显优势。 展开更多
关键词 滚动轴承 剩余使用寿命 Inception V1模块 卷积注意力机制模块 卷积神经网络 全局最大池化 批量归一化
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融合CNN和ViT的声信号轴承故障诊断方法 被引量:3
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作者 宁方立 王珂 郝明阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期158-163,170,共7页
针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点,提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先,利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次,将时频图像... 针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点,提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先,利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次,将时频图像作为卷积神经网络的输入,用于隐式提取图像的深层特征,其输出作为视觉转换器的输入。视觉转换器用于提取信号的时间序列信息。并在输出层利用Softmax函数实现故障模式的识别。试验结果表明,该方法对于轴承故障诊断准确率较高。为了更好解释和优化提出的轴承故障诊断方法,利用t-分布领域嵌入算法对分类特征进行了可视化展示。 展开更多
关键词 短时傅里叶变换 卷积神经网络 视觉转换器 t-分布领域嵌入算法
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基于注意力机制的CNN-BiLSTM的IGBT剩余使用寿命预测 被引量:2
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作者 张金萍 薛治伦 +3 位作者 陈航 孙培奇 高策 段宜征 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第4期373-379,共7页
针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性问题,提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆(BiLSTM)网络和注意力机制的剩余使用寿命(RUL)预测模型,可用于IGBT的寿命预测。模型中使用CNN提取特征参数,BiLSTM提取时序信息,注意力机制... 针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性问题,提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆(BiLSTM)网络和注意力机制的剩余使用寿命(RUL)预测模型,可用于IGBT的寿命预测。模型中使用CNN提取特征参数,BiLSTM提取时序信息,注意力机制加权处理特征参数。使用IGBT加速老化数据集对提出的模型进行验证。结果表明,对比自回归差分移动平均(ARIMA)、长短期记忆(LSTM)、多层LSTM(Multi-LSTM)、 BiLSTM预测模型,在均方根误差和决定系数等评价指标方面该模型的性能最优。验证了提出的寿命预测模型对IGBT失效预测是有效的。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 失效预测 加速老化 长短期记忆(LSTM) 注意力机制 卷积神经网络(cnn)
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基于多源信息融合和WOA-CNN-LSTM的外脚手架隐患分类预警研究 被引量:1
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作者 赵江平 张雪莹 侯刚 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期933-942,共10页
面对施工现场外脚手架隐患信息的多样性,传统的基于传感器监测的单一信号预警研究存在容错力不佳、含有信息有限等问题。针对施工现场外脚手架“图像+监测”数据,提出一种基于数据层和特征层信息融合的脚手架隐患分类预警方法。首先,利... 面对施工现场外脚手架隐患信息的多样性,传统的基于传感器监测的单一信号预警研究存在容错力不佳、含有信息有限等问题。针对施工现场外脚手架“图像+监测”数据,提出一种基于数据层和特征层信息融合的脚手架隐患分类预警方法。首先,利用Revit三维建模软件建立外脚手架实体模型,对不同初始隐患下的外脚手架进行有限元分析,划分隐患预警等级;其次,利用无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF)及卷积长短时记忆网络(Convolutional Neural Network-Long Short Term Memory Network,CNN-LSTM)实现脚手架同类信息数据层融合及异类信息特征层融合;最后,通过实时收集西安市某在建项目落地式双排扣件式钢管脚手架隐患信息,对其进行分类预警,并使用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)对CNN-LSTM网络进行参数优化,发现隐藏节点个数为30、学习率为0.0072、正则化系数为1×10^(-4)时分类效果最佳,优化后预警精度达到了91.4526%。通过可视化WOA-CNN-LSTM、CNN-LSTM、CNN-SVM(Support Vector Machine,支持向量机)及CNN-GRU(Gate Recurrent Unit,门控循环单元)分类预警结果,证实了优化后的CNN-LSTM网络在脚手架分类预警方面的优越性。 展开更多
关键词 安全工程 多源信息融合 鲸鱼优化算法 卷积长短时记忆网络 可视化
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面向边缘计算的可重构CNN协处理器研究与设计
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作者 李伟 陈億 +2 位作者 陈韬 南龙梅 杜怡然 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1499-1512,共14页
随着深度学习技术的发展,卷积神经网络模型的参数量和计算量急剧增加,极大提高了卷积神经网络算法在边缘侧设备的部署成本。因此,为了降低卷积神经网络算法在边缘侧设备上的部署难度,减小推理时延和能耗开销,该文提出一种面向边缘计算... 随着深度学习技术的发展,卷积神经网络模型的参数量和计算量急剧增加,极大提高了卷积神经网络算法在边缘侧设备的部署成本。因此,为了降低卷积神经网络算法在边缘侧设备上的部署难度,减小推理时延和能耗开销,该文提出一种面向边缘计算的可重构CNN协处理器结构。基于按通道处理的数据流模式,提出的两级分布式存储方案解决了片上大规模的数据搬移和重构运算时PE单元间的大量数据移动导致的功耗开销和性能下降的问题;为了避免加速阵列中复杂的数据互联网络传播机制,降低控制的复杂度,该文提出一种灵活的本地访存机制和基于地址转换的填充机制,使得协处理器能够灵活实现任意规格的常规卷积、深度可分离卷积、池化和全连接运算,提升了硬件架构的灵活性。本文提出的协处理器包含256个PE运算单元和176 kB的片上私有存储器,在55 nm TT Corner(25°C,1.2 V)的CMOS工艺下进行逻辑综合和布局布线,最高时钟频率能够达到328 MHz,实现面积为4.41 mm^(2)。在320 MHz的工作频率下,该协处理器峰值运算性能为163.8 GOPs,面积效率为37.14GOPs/mm^(2),完成LeNet-5和MobileNet网络的能效分别为210.7 GOPs/W和340.08 GOPs/W,能够满足边缘智能计算场景下的能效和性能需求。 展开更多
关键词 硬件加速 卷积神经网络 可重构 ASIC
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基于CNN-LSTM的水泥熟料f-CaO预测模型
16
作者 郑涛 刘辉 +3 位作者 陈薇 杨恺 张建飞 褚彪 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第7期1263-1271,共9页
水泥熟料中游离氧化钙(f-CaO)含量的传统人工离线检测缺乏时效性,不利于生产指导。针对离线检测的滞后问题和软测量模型中f-CaO含量与辅助变量的时序匹配问题,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记... 水泥熟料中游离氧化钙(f-CaO)含量的传统人工离线检测缺乏时效性,不利于生产指导。针对离线检测的滞后问题和软测量模型中f-CaO含量与辅助变量的时序匹配问题,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络的f-CaO含量预测模型。首先,利用滑动窗口截取辅助变量的区间数据;然后,采用CNN提取区间数据的时序特征;之后,构建LSTM神经网络模型;最后,控制截取辅助变量的延迟时间和间隔时间,根据模型预测拟合度提取辅助变量的最优时序特征。仿真结果表明,所提模型提高了水泥熟料中f-CaO含量的预测精度。 展开更多
关键词 时序特征 滑动窗口 cnn LSTM神经网络 最优时序特征 预测精度
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Transformer-CNN特征跨注意力融合学习的行人重识别
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作者 项俊 张金城 +1 位作者 江小平 侯建华 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第16期94-104,共11页
卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)关注局部特征,难以获得全局结构信息,Transformer网络建模长距离的特征依赖,但易忽略局部特征细节。提出了一种跨注意力融合学习的行人重识别算法,利用CNN和Transformer特征学习网络的特... 卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)关注局部特征,难以获得全局结构信息,Transformer网络建模长距离的特征依赖,但易忽略局部特征细节。提出了一种跨注意力融合学习的行人重识别算法,利用CNN和Transformer特征学习网络的特点,在丰富行人局部特征的同时改善特征的全局表达能力。该模型由三个部分构成:CNN分支主要提取局部细节信息;Transformer分支侧重于关注全局特征信息;跨注意力融合分支通过自注意力机制计算上述两个分支特征的相关性,进而实现特征融合,最终提高模型的表征能力。剥离实验以及在Market1501和DukeMTMC-reID数据集的实验结果证明了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 行人重识别 卷积神经网络(cnn) TRANSFORMER 跨注意力融合学习
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基于Transformer和CNN交错混合的肺结节分割网络
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作者 吴骏 侯宪哲 +2 位作者 王健 肖志涛 王雯 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期74-81,共8页
针对肺结节尺寸多样、形状异质化高等问题,提出基于Transformer和卷积神经网络(CNN)交错混合(IMTC)的肺结节分割网络,该网络是一个对称的层次连接网络,具有很强的多尺度特征提取能力。该网络通过集成2种方案分别解决肺结节多尺寸与形状... 针对肺结节尺寸多样、形状异质化高等问题,提出基于Transformer和卷积神经网络(CNN)交错混合(IMTC)的肺结节分割网络,该网络是一个对称的层次连接网络,具有很强的多尺度特征提取能力。该网络通过集成2种方案分别解决肺结节多尺寸与形状异质化问题:(1)采用感知注意力模块(inception attention module,IAM),通过并联多个不同大小的卷积核来增加浅层网络的感受野组合,以此捕获更为丰富的浅层特征;(2)为获取更具表示能力的高级语义特征,利用由Transformer和CNN组成的基本骨干网络交错提取结节特征,使得全局特征与局部特征充分融合,从而提高结节特征表示的泛化能力和鲁棒性。实验结果表明:本文模型可以准确分割直径较小以及边缘复杂的肺结节,在LUNA16公开数据集上分割性能良好,Dice和IOU分别达到86.15%和76.10%。 展开更多
关键词 肺结节 TRANSFORMER 卷积神经网络(cnn) 感知注意力模块(IAM) 交错混合
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GNSS拒止时基于并行CNN-BiLSTM回归和残差补偿的UAV导航误差校正方法
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作者 韩宾 邵一涵 +3 位作者 罗颖 田杰 曾闵 江虹 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期57-69,共13页
全球导航卫星系统(GNSS)拒止时,GNSS/惯性导航系统(INS)组合导航系统的性能严重下降,导致无人机集群导航误差快速发散.目前,利用神经网络预测位置与速度代替GNSS导航信息可校正无人机INS误差,但该方法仍存在定位误差较高且在轨迹突变时... 全球导航卫星系统(GNSS)拒止时,GNSS/惯性导航系统(INS)组合导航系统的性能严重下降,导致无人机集群导航误差快速发散.目前,利用神经网络预测位置与速度代替GNSS导航信息可校正无人机INS误差,但该方法仍存在定位误差较高且在轨迹突变时预测精度急剧下降的问题.因此,提出了一种基于卷积-双向长短时记忆网络联合残差补偿的位置与速度预测方法,用于提高位置与速度预测精度.首先,针对GNSS拒止后GNSS/INS组合导航系统定位误差较高的问题,提出卷积神经网络(CNN)与双向长短时记忆网络(BiLSTM)的融合模型,该模型可建立惯性测量单元(IMU)动力学测量数据与GNSS导航信息之间的关系,实现较准确的位置和速度预测.其次,针对轨迹突变时预测效果急剧下降的问题,提出并行CNNBiLSTM回归架构,在预测位置与速度的同时,挖掘IMU动力学测量数据、预测值与预测残差之间的关系,预测并补偿预测残差,增强模型在轨迹突变时的预测精度.仿真结果表明,所提模型在预测准确性、有效性和稳定性方面都优于CNN-LSTM、LSTM网络模型. 展开更多
关键词 全球导航卫星系统拒止 卷积神经网络 双向长短时记忆网络 残差补偿 自适应卡尔曼滤波
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基于双流CNN-BiLSTM的毫米波雷达人体动作识别方法
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作者 吴哲夫 闫鑫悦 +2 位作者 施汉银 龚树凤 方路平 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1754-1763,共10页
目前基于雷达的人体动作识别方法,大多是先对人体动作的回波信号进行多维快速傅里叶变换(FFT)得到距离、多普勒和角度等信息,构造各种数据谱图后再输入到神经网络中进行分类识别,数据预处理过程较为复杂。提出了一种双流卷积神经网络(C... 目前基于雷达的人体动作识别方法,大多是先对人体动作的回波信号进行多维快速傅里叶变换(FFT)得到距离、多普勒和角度等信息,构造各种数据谱图后再输入到神经网络中进行分类识别,数据预处理过程较为复杂。提出了一种双流卷积神经网络(CNN)与双向长短时记忆网络(BiLSTM)串联的毫米波雷达人体动作识别方法。首先对原始的雷达回波信号复数采样数据(I/Q)进行帧差处理,以消除静态干扰,并将其转换为幅度/相位(A/P)的数据格式;然后将帧差后的I/Q和A/P数据分别输入单流的CNN-BiLSTM网络,提取人体动作的空间和时间特征,最后进行双流网络的融合以增强特征的交互性,提高识别准确率。实验结果表明,该方法数据预处理简单,并充分利用了动作数据的帧间相关性,模型收敛快,识别准确率可以达到99%,是一种快速有效的人体动作识别方法。 展开更多
关键词 雷达目标识别 人体动作识别 卷积神经网络 双向长短时记忆网络
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