智能系统学报 /oa 用人工智能打造有温度的农机 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202209023 2022年09月05 00:00 2022年5期 859 859 498758 李德毅 水下图像增强方法研究综述 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202108022 水下图像增强是水下有人/无人设备完成深海探测任务的重要支撑技术。该技术综合应用信号处理、图像处理以及机器学习的相关理论知识以实现对水下图像的灵活增强。在简述了水下图像增强的研究背景、意义及热点问题的基础上,按照不基于成像模型、基于成像模型与基于学习3个方向对水下图像增强技术的发展进行了详细的论述,重点分析了不同方法的原理和技术特点。最后,根据水下图像增强技术的难点与目前面临的主要问题对研究方向和发展趋势进行了归纳和展望。 2022年09月05 00:00 2022年5期 860 873 4802018 严浙平<sup>1,2</sup>, 曲思瑜<sup>1,2</sup>, 邢文<sup>1,2</sup> 航空领域机器人自动钻孔研究进展及关键技术综述 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202106049 为促进航空航天领域机器人自动钻孔技术的研究,本文介绍了国内外在该领域的研究进展,概述与总结了机器人钻孔离线编程、终端执行器、系统误差补偿等关键技术所包涵的核心思想及算法,梳理了研究中存在的问题和可能的解决方案,探讨了各关键技术对机器人自动钻孔系统产生的影响,最后在总结研究成果与分析的基础上对各关键技术的发展方向做出了展望。 2022年09月05 00:00 2022年5期 874 885 6772249 付鹏强<sup>1,2</sup>, 苗宇航<sup>1,2</sup>, 王义文<sup>1,2</sup>, 姜晓灿<sup>1,2</sup>, 许成阳<sup>3</sup>, 刘立佳<sup>2,4</sup>, 周丽杰<sup>1,2</sup> 融合关系特征的半监督图像分类方法研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202109022 半监督深度学习模型具有泛化能力强,所需样本数较少等特点,经过10多年的发展,在理论和实际应用方面都取得了巨大的进步,然而建模样本内部“隐含”关系时模型缺乏解释性以及构造无监督正则化项难度较大等问题限制了半监督深度学习的进一步发展。针对上述问题,从丰富样本特征表示的角度出发,构造了一种新的半监督图像分类模型—融合关系特征的半监督分类模型(semi-supervised classification model fused with relational features,SCUTTLE),该模型在卷积神经网络模型(convolutional neural networks,CNN)基础上引入了图卷积神经网络(graph convolutional networks,GCN),尝试通过GCN模型来提取CNN模型各层的低、高级特征间的关系,使得融合模型不仅具有特征提取能力,而且具有关系表示能力。通过对SCUTTLE模型泛化性能进行分析,进一步说明了该模型在解决半监督相关问题时的有效性。数值实验结果表明,三层CNN与一层GCN的融合模型在CIFAR10、CIFAR100、SVHN 3种数据集上与CNN监督学习模型的精度相比均可提升5%~6%的精度值,在最先进的ResNet、DenseNet、WRN(wide residual networks)与GCN的融合模型上同样证明了本文所提模型的有效性。 2022年09月05 00:00 2022年5期 886 899 5505405 刘威<sup>1,2,3</sup>, 王薪予<sup>1,3</sup>, 刘光伟<sup>4</sup>, 王东<sup>4</sup>, 牛英杰<sup>1,3</sup> 非对称卷积编码器的聚类算法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107021 基于深度神经网络的非监督学习方法通过联合优化特征表示和聚类指派,大大提升了聚类任务的性能。但大量的参数降低了运行速度,另外,深度模型提取的特征的区分能力也影响聚类性能。为此,提出一种新的聚类算法(asymmetric fully-connected layers convolutional auto-encoder, AFCAE),其中卷积编码器结合非对称全连接进行无监督的特征提取,然后K-means算法对所得特征执行聚类。网络采用3×3和2×2的小卷积核,大大减少了参数个数,降低了算法复杂性。在MNIST上AFCAE获得0.960的聚类精度,比联合训练的DEC(deep embedding clustering)方法(0.840)提高了12个百分点。在6个图像数据集上实验结果表明AFCAE网络有优异的特征表示能力,能出色完成下游的聚类任务。 2022年09月05 00:00 2022年5期 900 907 4457344 杨梦茵<sup>1,2</sup>, 陈俊芬<sup>1,2</sup>, 翟俊海<sup>1,2</sup> 基于深度强化学习的室内视觉局部路径规划 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107059 传统的机器人局部路径规划方法多为已有先验地图的情况设计,导致其在与视觉(simultaneous localization and mapping, SLAM)结合的导航中效果不佳。为此传统的机器人局部路径规划方法多为已有先验地图的情况设计,导致其在与视觉SLAM结合的导航中效果不佳。为此,本文提出一种基于深度强化学习的视觉局部路径规划策略。首先,基于视觉同时定位与建图(SLAM)技术建立周围环境的栅格地图,并使用A*算法规划全局路径;其次,综合考虑避障、机器人行走效率、位姿跟踪等问题,构建基于深度强化学习的局部路径规划策略,设计以前进、左转、右转为基本元素的离散动作空间,以及基于彩色图、深度图、特征点图等视觉观测的状态空间,利用近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)算法学习和探索最佳状态动作映射网络。Habitat仿真平台运行结果表明,所提出的局部路径规划策略能够在实时创建的地图上规划出一条最优或次优路径。相比于传统的局部路径规划算法,平均成功率提高了53.9%,位姿跟踪丢失率减小了66.5%,碰撞率减小了30.1%。 2022年09月05 00:00 2022年5期 908 918 5223223 朱少凯, 孟庆浩, 金晟, 戴旭阳 纯方位角目标跟踪及移动平台可观性控制方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107066 为了解决未知环境下的单目视觉移动机器人目标跟踪问题,提出了一种将目标状态估计与机器人可观性控制相结合的机器人同时定位、地图构建与目标跟踪方法。在状态估计方面,以机器人单目视觉同时定位与地图构建为基础,设计了扩展式卡尔曼滤波框架下的目标跟踪算法;在机器人可观性控制方面,设计了基于目标协方差阵更新最大化的优化控制方法。该方法能够实现机器人在单目视觉条件下对自身状态、环境状态、目标状态的同步估计以及目标跟随。仿真和原型样机实验验证了目标状态估计和机器人控制之间的耦合关系,证明了方法的准确性和有效性,结果表明:机器人将产生螺旋状机动运动轨迹,同时,目标跟踪和机器人定位精度与机器人机动能力成正比例关系。 2022年09月05 00:00 2022年5期 919 930 7718046 伍明<sup>1</sup>, 李广宇<sup>2</sup>, 魏振华<sup>1</sup>, 汪洪桥<sup>1</sup> 旋翼无人机在移动平台降落的控制参数自学习调节方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107040 无人机设备能够适应复杂地形,但由于电池容量等原因,无人机无法长时间执行任务。无人机与其他无人系统(无人车、无人船等)协同能够有效提升无人机的工作时间,完成既定任务,当无人机完成任务后,将无人机迅速稳定地降落至移动平台上是一项必要且具有挑战性的工作。针对降落问题,文中提出了基于矫正纠偏COACH(corrective advice communicated humans)方法的深度强化学习比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)方法,为无人机降落至移动平台提供了最优路径。首先在仿真环境中使用矫正纠偏框架对强化学习模型进行训练,然后在仿真环境和真实环境中,使用训练后的模型输出控制参数,最后利用输出参数获得无人机位置控制量。仿真结果和真实无人机实验表明,基于矫正纠偏COACH方法的深度强化学习PID方法优于传统控制方法,且能稳定完成在移动平台上的降落任务。 2022年09月05 00:00 2022年5期 931 940 5488416 张鹏鹏, 魏长赟, 张恺睿, 欧阳勇平 基于3D目标跟踪算法的机器人手眼协调研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107037 为了适应环境的复杂性和多样性,增强机器人抓取任务的鲁棒性,本文从3D目标跟踪算法出发,提出了一种实现机器人手眼协调的新方法。该方法采用改进的基于区域的位姿追踪算法同时跟踪机械臂夹持器和目标物体的位姿,根据二者的相对位置关系引导机械臂运动。对基于区域的位姿跟踪算法,本文提出根据局部区域分割线构建分割模型并改进模型颜色似然的线性更新方式,使得算法能够准确跟踪机械臂夹持器与目标物体。基于ROS平台搭建了一套仿真实验环境,并分别在仿真环境和真实环境下验证了此手眼协调系统的有效性和鲁棒性。这种方式不仅不需要手眼标定,更接近于人类“Sensor-Actor”带反馈的闭环控制方式,同时赋予了机器人足够的灵活性来应对弹性的任务和多变的环境。 2022年09月05 00:00 2022年5期 941 950 7416853 段肖, 马钢, 危辉 采用智能算法参数整定的磁流变减摆自抗扰控制 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202109012 为了提高飞机起飞和降落过程中的稳定性及安全性,采用磁流变阻尼器进行飞机前轮摆振控制。本文描绘了改进的Bouc-wen模型磁流变阻尼器的力学特性,并将之用于一个三自由度的飞机前起落架模型中,而后为此设计了减摆自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC);然后采用混沌分数阶天牛群算法整定优化自抗扰控制器的参数。最后,仿真结果显示经智能算法优化参数后的减摆自抗扰控制器能够较好地控制摆振现象,并且其性能具有一定的鲁棒性。 2022年09月05 00:00 2022年5期 951 959 6283992 董磊<sup>1</sup>, 陈增强<sup>1,2</sup>, 孙明玮<sup>1</sup>, 孙青林<sup>1</sup>, 黄朝阳<sup>1</sup> 用于成对PPI网络比对的分治与整合算法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202106001 生物网络比对是分析不同生物间进化关系的重要手段,它可以揭示不同物种间的保守功能并为物种间的注释转移提供重要信息。网络比对与子图同构类似,是一个NP-hard问题。本文提出了一种新的分治与整合策略的生物网络比对算法。首先进行模块划分,并根据已有的比对信息计算模块相似性;然后根据模块间结点的子比对获取候选结果集,最终通过超图匹配获得比对结果。使用已有的比对信息的集体行为预估模块间的相似性,大大提高了模块匹配的效率。基于路径和结点的得分函数保证了模块内结点的相似性。对于不同网络间结点的相似性,分别从结点自身和结点间的差异进行相似性判断。与现有算法相比,本文算法在生物和拓扑指标上均表现最佳。 2022年09月05 00:00 2022年5期 960 968 4582225 刘晓<sup>1</sup>, 陈璟<sup>1,2</sup>, 王子祥<sup>1</sup> 基于云模型和组合权重的SCADA系统安全风险评估研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107005 当前数据采集与监控系统(supervisory control and data acquisition, SCADA)系统面临着巨大的安全威胁,对其风险状况进行监测和评估是一项有效的应对措施。为有效处理评估过程中存在的模糊性和随机性问题,将云模型理论引入SCADA系统安全风险评估中,提出了一种基于云模型和组合权重的安全风险评估模型。该模型从SCADA系统的资产、威胁、脆弱性、安全措施4方面构建安全风险评估指标体系,采用最小二乘法求出评估指标的最优组合权重,借助云发生器得到评估指标的云模型数字特征和SCADA系统的综合评估云,然后基于黄金分割率构建标准评估云,同时结合改进的云相似度计算方法得出最终评估结果,最后通过实验验证了模型的有效性和可行性。研究结果表明,该模型能够得到准确的评估结果,与模糊综合评价等方法相比,该评估方法具备更高的可信性,评价效果更好。该方法不仅有助识别SCADA系统的安全风险威胁,而且为其他领域的安全风险评估提供了一定的参考。 2022年09月05 00:00 2022年5期 969 979 6163691 杨力, 秦红梅, 苏华文 融合外部知识的输电线路多金具解耦检测方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107026 为了有效解决输电线路多金具检测过程中存在的目标密集和目标间相互遮挡的问题,提出了融合外部知识的多目标解耦检测方法(external knowledge decoupling R-CNN, EKD R-CNN)。首先通过深入分析金具数据集的领域规则和图像信息,提取出共现和空间知识;然后使用图神经网络方法建立共现和空间知识推理模型,将外部知识进行实例化表达;最后使用解耦模块将金具检测任务以非耦合的方式进行训练和学习。在实验阶段,对具有14类金具的数据集,进行多种定性和定量实验。对比实验表明,EKD R-CNN的检测效果优于其他先进目标检测模型,与原有基线模型相比,准确率提高6.6%;定性实验表明算法能够解决目标遮挡的问题,实现密集目标的检测;消融实验表明,每种模块对模型的检测效果均有一定的提升。 2022年09月05 00:00 2022年5期 980 989 6405554 翟永杰<sup>1</sup>, 王乾铭<sup>1</sup>, 杨旭<sup>1</sup>, 赵振兵<sup>2</sup>, 赵文清<sup>1</sup> 因素空间与可拓学的互补性分析及问题处理融合模型 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202106016 问题智能处理是人工智能领域具有挑战性和交叉性的课题。大数据与人工智能技术背景下,为了给具有较高普遍性的开放性问题求解提供新的理论支撑,对因素空间与可拓学做了对比分析,发现两者具有共同的数学基础,在问题智能处理等研究方向有交叉性和互补性。以面向问题处理的融合模型为例,论证了可拓学与因素空间交叉研究的基本路径及其可行性,提出了两者交叉研究的主要方向,阐明了实际应用的潜在优势及适用范围。该研究将有助于进一步提高问题处理的系统性、智能化水平,提高解决问题从不确定性、偶然性到必然性的程度,并将推动为智能科学服务的智能数学的发展。 2022年09月05 00:00 2022年5期 990 998 4362915 李兴森<sup>1</sup>, 许立波<sup>2</sup>, 刘海涛<sup>3</sup>, 汪培庄<sup>3</sup> 基于混合身份搜索黏菌优化的模糊C-均值聚类算法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202107011 针对模糊C-均值聚类算法(fuzzy C-means clustering, FCM)对于初始化聚类中心敏感、收敛速度慢,聚类效果不稳定且容易陷入局部最优等问题,提出了一种将黏菌(SMA)与青少年身份搜索(AISA)相融合的自适应优化模糊C-均值算法(AISA-SMA-FCM)。该算法首先通过引入AISA算法中的青少年社会机制,改善SMA算法中的全局搜索和局部开发性能。克服了SMA对于高维数据及部分混峰数据不敏感的缺陷,通过标准测试函数验证改进后的混合AISA-SMA算法寻优求解性能更为优秀;其次此算法用于FCM聚类算法的迭代机制中,通过将AISA-SMA聚类环节加入FCM算法聚类中心迭代过程中,使FCM算法获得自适应优化算法相同的特性,即算法在每次迭代中都将具有探索和开发两个过程,并依据循环迭代次数调节比重,求解聚类结果;最后通过UCI标准数据集仿真测试,利用适应度平均值与聚类正确率评价所提算法的稳定性与有效性,结果表明,AISA-SMA算法用于FCM聚类问题效果较好,AISA-SMA-FCM算法较其他聚类方式和相应的优化技术具有收敛速度快、求解精度高的优点。 2022年09月05 00:00 2022年5期 999 1011 5090126 贾鹤鸣<sup>1</sup>, 张棕淇<sup>2</sup>, 姜子超<sup>2</sup>, 冯榆淇<sup>2</sup> 人和人工智能系统的概念形成过程研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202104002 概念的形成是实现人工智能的基础,为研究人工智能系统中概念的形成过程,从人对事物形成概念的过程出发进行了研究。比较人和人工智能系统的概念形成过程得到了如下特点:人的优势在于能自主地确定对象表象和对象功能中的各种特征和划分等,能在对象、描述性定义和功能性定义对应关系不完备情况下通过思维和联想建立概念;人工智能系统的优势在于丰富的对象表象感知能力,对象的各种特征和划分的长期存储、运算和分析能力;而人工智能的概念形成过程存在的缺点基本与人的概念形成过程的优点对应。因此本文认为人工智能的概念形成过程必须关注因素的智能识别、功能的系统实践和人经验知识的有师学习。现有技术在缺乏人经验知识的情况下,人工智能系统不能自主建立概念和知识库,不能实现智能过程。 2022年09月05 00:00 2022年5期 1012 1020 3336654 崔铁军<sup>1</sup>, 李莎莎<sup>2</sup> 基于公理模糊集与粒计算的人脸语义提取方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202108023 在人脸检索和验证领域,人类更倾向于通过描述对象特征的“语义”或“概念”来对人脸进行相似性判别,而传统的图像检索已无法满足这一需求。因此,本文提出了一种基于公理模糊集(axiomatic fuzzy sets, AFS)与信息粒的人脸语义提取方法(IAFSGD)。首先,对人脸图像进行校正并检测人脸关键点,进而基于关键点提取人脸特征;然后,对人脸面部特征样本进行聚类,构建类中心,在AFS框架下求取每类的信息粒,并通过得到的信息粒对人脸图像再次进行分类,从而得到最终的聚类结果和具有可解释性的面部语义描述;最后,将本文提出的算法在Multi-PIE、AR、FEI人脸数据库进行实验验证。实验结果表明,与FCM(fuzzy c-means)、CAN(clustering with adaptive neighbors)、FCMGD、AFSGD、KTM(K-means tree)算法相比,本文提出的语义提取方法可以获得与人类感知更为接近的聚类结果,且结果具备很好的可解释性。 2022年09月05 00:00 2022年5期 1021 1031 3948065 任艳<sup>1</sup>, 张茜<sup>2</sup> 基于场景图谱的室内移动机器人目标搜索 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202109011 在移动机器人执行日常家庭任务时,首先需要其能够在环境中避开障碍物,自主地寻找到房间中的物体。针对移动机器人如何有效在室内环境下对目标物体进行搜索的问题,提出了一种基于场景图谱的室内移动机器人目标搜索,其框架结合了导航地图、语义地图和语义关系图谱。在导航地图的基础上建立了包含地标物体位置信息的语义地图,机器人可以轻松对地标物体进行寻找。对于动态的物体,机器人根据语义关系图中物体之间的并发关系,优先到关系强度比较高的地标物体旁寻找。通过物理实验展示了机器人在语义地图和语义关系图的帮助下可以实现在室内环境下有效地寻找到目标,并显著地减少了搜索的路径长度,证明了该方法的有效性。 2022年09月05 00:00 2022年5期 1032 1038 5397750 周方波<sup>1</sup>, 赵怀林<sup>1</sup>, 刘华平<sup>2,3</sup> 心理学视角下的自动表情识别 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202112056 自动表情识别是心理学与计算机科学等深度交叉的前沿领域。情绪心理学、模式识别、情感计算等领域的研究者发展表情识别相关的理论、数据库和算法,极大地推动了自动表情识别技术的进步。文章基于心理学视角,结合我们前期开展的相关工作,首先梳理自动表情识别的心理学基础、情绪的面部表达方式、表情数据的演化、表情样本的标注等方面的理论观点与实践进展,然后分析指出自动表情识别面临的主要问题,最后基于预测加工理论的建构观点,提出注重交互过程中的表情“理解”,有望进一步提高自动表情识别的有效性,并预期这可能是自动表情识别研究的未来发展方向。 2022年09月05 00:00 2022年5期 1039 1053 5177864 颜文靖<sup>1</sup>, 蒋柯<sup>1</sup>, 傅小兰<sup>2,3</sup> 面向跨被试RSVP的多特征低维子空间嵌入的ERP检测 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202111059 基于快速序列视觉呈现(rapid serial visual presentation, RSVP)范式的目标图像检索借助于人脑在看到目标图像时产生的事件相关电位(event-related potentials, ERP)来完成复杂目标图像检索。在应用RSVP范式进行复杂目标图像检索时存在跨时段甚至跨被试的问题。对此,本文提出了一种面向跨被试RSVP的多特征低维子空间嵌入的ERP检测方法,首先采用迁移学习方法中的欧式空间对齐对不同被试的数据进行对齐,其次将来自不同空间的特征分别进行有监督降维、重构。最终采用留一被试法作为检验方法、平衡准确率作为评价指标,在PhysioNetRSVP数据集以及清华RSVP数据集下共计14个长度分段中,有12个长度分段达到最优分类结果。结果表明本文提出的多特征低维子空间嵌入方法能够有效提升ERP检测时的稳定性。 2022年09月05 00:00 2022年5期 1054 1061 5754768 章杭奎<sup>1,2</sup>, 刘栋军<sup>1,2</sup>, 孔万增<sup>1,2</sup>