摘要:随着微型空中机器人技术的迅速发展,利用小型旋翼无人机对目标环境进行自主覆盖与探索成为当前机器人领域的研究热点.鉴于此,首先对机器人环境覆盖规划与探索规划的研究内容进行简要介绍;然后按照覆盖规划、探索规划以及同时覆盖与探索规划3个方面展开综述,详细分析不同方法的基本工作原理、优势以及局限性;最后根据研究现状总结目前研究中存在的问题与挑战,并对未来研究与发展趋势进行分析.

摘要:无人机的任意使用对公共安全和个人隐私构成了极大威胁,因此近年来反无人机已成为一个非常重要的新兴领域,越来越多的研究希望通过更精确的无人机探测跟踪技术和引进新机能、新概念技术来更好地反制无人机,从而保证国防安全、公共安全和个人隐私等.基于此,对国内外反无人机技术进展进行分析总结,首先,对基于雷达、光电、无线和声传感器以及多传感器信息融合算法的无人机检测和分类方法的研究工作进行全面的综述;然后,对现有反无人机技术体系的组成及相关系统的优缺点进行综述,讨论了现有的反无人机技术、典型的反无人机系统以及无人机集群对抗技术;最后,对反无人机领域的研究前景进行展望,为解决低空安全问题奠定基础.

摘要:生鲜电商、冷链宅配的盛行使冷链物流订单呈现出“小批量、多批次、易腐坏”的特点,进一步增大了城市冷链物流配送路径优化的必要性与难度.鉴于此,同时考虑顾客满意度和道路拥堵状况,构建最小化总成本的冷链车辆路径优化数学模型.为求解该问题,将知识型精英策略下的禁忌搜索算子和动态概率选择的知识模型融入蚁群算法,设计一种新的知识型蚁群算法.通过对模拟实例和真实实例进行仿真实验,对传统蚁群算法、基于禁忌搜索改进的蚁群算法与所提出的知识型蚁群算法进行对比分析,验证了所构模型和知识型蚁群算法的有效性.

摘要:卫星和地面观测资源利用各自搭载的载荷可以完成灾害预报、环境监测、目标发现等任务,地面观测资源可以与卫星配合共同完成观测任务, 提升任务观测效果.通过规划将众多的观测任务分配给有限的卫星、地面观测资源来执行可以让协同观测发挥作用,同时得出卫星和地面观测资源的协同任务执行方案,对任务规划提出了很高的要求.基于此,对星地协同观测规划问题(SGCOPP)进行研究,构建协同观测规划的数学模型,并根据问题特点提出一种改进的人工蜂群算法(IABC)和一种卫星-地面资源协同时间选择算法(SGRCTSA).所提出的人工蜂群算法在初始种群生成、蜂群优化、个体淘汰等过程加以改进,以提升算法的搜索优化能力.通过大量的实验验证了该改进人工蜂群算法求解星地协同观测规划问题的有效性,求解结果好于对比的基准算法.所得研究成果可以为跨域协同观测研究提供技术支持.

摘要:针对舰载机协同探测中多雷达传感器资源配置问题,提出一种多目标跟踪场景下的多传感器数据率管理与任务分配融合优化算法.在基于协方差控制的多传感器分配模型基础上,加以目标优先级和传感器效能条件约束,建立一种多传感器数据率管理与任务分配融合优化模型.将驻留时间改进因子引入序贯卡尔曼滤波算法,计算不同采样间隔下传感器组合状态估计融合协方差,求解最优采样间隔与传感器组合.仿真结果表明,所提出的融合优化算法能自适应优化数据率和雷达分配组合,提高多传感器的多目标跟踪能力,可有效节省雷达资源,与其他方法相比具有较快的收敛速度和更好的稳态精度.

摘要:针对基本状态转移算法(state transition algorithm,STA)搜索效率低和后期收敛速度慢的不足,对不同算子求解特定优化问题的效果差异性展开统计研究,提出一种带有策略自适应的状态转移算法(SaSTA).首先,定义成功率和下降率两个指标,并在3个测试函数上进行统计研究,以证明不同算子对算法搜索能力的影响,设计一种综合成功率和下降率的评价指标对最优算子进行自适应选择;然后,采用一种非线性控制参数策略平衡算法的探索和开发能力;最后,将所提出算法应用于15个基准测试函数(100 维、300维和500维).仿真结果表明,所提出算法在求解精度、收敛速度和稳定性方面均明显优于其他对比算法.

摘要:电流传感器是光伏系统中用于系统控制和状态监测的重要元件,然而受运行环境影响,电流传感器易出现性能退化,影响系统运行安全.为了准确检测和估计出电流传感器微小故障,提出基于瞬时幅值的传感器微小故障检测和估计方法.首先,建立基于瞬时幅值的电流传感器微小故障模型 ,利用Hilbert变换(HT)估计相电流瞬时幅值将测量的三相正弦电流转换为相互独立的三维直流信号分量;其次,利用快速移动窗主成分分析(FWMPCA)对三维直流信号组成的数据矩阵进行特征提取,获得主元和残差子空间向量的概率密度分布函数;然后,利用Kullback-Leibler(KL)距离定量度量实际运行数据相对于无故障运行数据的微小变化,在此基础上,设置故障检测阈值,构建故障幅值估计模型,实现电流传感器微小故障检测和估计;最后,利用RT-LAB实验平台验证所提方法的有效性.

摘要:为实现不确定环境下无人机对远程超视距目标的精确指示,考虑空中移动和静止障碍物,提出基于观测优化的双机协同控制与避障算法,从而增加测量信息,减小目标状态估计的不确定度.以费舍尔信息矩阵(FIM)表征所获取的目标信息,理论推导出三维空间中双机最优观测的指标函数,并设计无人机协同控制律,得到优化的无人机观测航迹,增强无人机协同估计目标位置的能力.采用基于相对速度空间的避障算法,同时考虑转弯角速度和传感器探测距离限制的因素,提出保持观测优化的避碰策略,并设计避障控制律,实现对静止和移动障碍物的规避.最后,通过仿真实验验证所提控制方法的有效性和实用性,仿真结果表明,所提出的控制算法能够引导无人机处于优化的观测位置,同时完成对移动和静止障碍物的规避.

摘要:陆战场防御作战场景中的多阶段武器协同火力分配问题是典型的约束组合优化问题,其目的是生成合理有效的火力分配方案.为了更接近实际作战情况,引入双方对抗过程,建立包含敌方作战单元战场剩余价值、作战资源消耗、作战单元战场价值损失的武器火力分配模型.针对多阶段武器协同火力分配问题,在非支配排序遗传算法III(non-dominated sorting genetic algorithm III,NSGA-III)的基础上提出一种改进的智能算法(D-NSGA- GKM).首先,引入基于优势度矩阵的非支配排序算法,减少排序过程中的冗余操作,以提高非支配排序效率;然后,在遗传操作阶段引入修复算子,对不可行解进行修复;最后,引入遗传K均值聚类算法对初始参考点进行自动聚类,用聚类质心替代原参考点,在环境选择阶段引入基于惩罚的边界相交距离替代垂直距离,以提高算法的收敛性.实验结果表明,D-NSGA-GKM算法在多阶段武器协同火力分配问题上具有较好的时间性能和收敛性能.

摘要:考虑到发酵过程的动态特征对阶段划分的影响,为提高模型预测精度,提出一种基于注意力LSTM的多阶段发酵过程质量预测方法.首先,将原始三维数据沿批次展开,对每个时间片矩阵进行偏最小二乘(PLS)分析得到表征过程变量的得分矩阵和表征质量变量的得分矩阵,采用仿射传播(AP)聚类算法将联合得分矩阵进行聚类,实现第1步划分;然后,采用encoder-decoder模型将表征过程动态性的动态特征提取出来,采用AP算法对其进行第2步划分;最后,综合分析两步划分结果,将生产过程划分为不同的稳定阶段和过渡阶段,对划分后的各个阶段分别建立注意力长短期记忆(LSTM)集成质量预测模型.将该方法应用到青霉素发酵仿真数据和大肠杆菌实际生产数据进行验证,结果表明了所提出方法的可行性和有效性.

摘要:针对存在有界扰动的非线性无人驾驶车辆避障过程中最优路径规划跟踪问题,提出一种基于预测时域内系统输入输出收缩约束(PIOCC)的模型预测控制(MPC)方法.首先在构建目标函数时,为扩大可行性解的范围引入软约束思想,将最优规划路径的跟随问题转化为对模型预测控制优化问题的求解;其次为避免短预测时域造成闭环系统发散而导致在约束条件限定下出现无可行性解的情况,采用预测时域内系统输入输出收缩约束的方法,设计模型预测控制器;再次基于Lyapunov稳定性理论证明所设计的模型预测闭环控制系统是渐近稳定的;最后通过仿真实例验证了所提出基于PIOCC的控制策略在解决扩大可行解范围和避免闭环系统发散问题时的有效性,实现了无人驾驶车辆在路径跟踪时具有良好的快速性和稳定性.

摘要:针对水体对光的吸收与散射作用,导致水下拍摄图像存在雾化现象、色彩失真等问题,提出一种基于复原结构与增强纹理融合的水下图像清晰化算法.首先,通过相对总变差模型将图像分解为结构层与纹理层;其次,基于背景光的高亮度与平坦特性及颜色信息计算背景光值,利用红色暗通道先验优化透射率,通过逆求解成像模型得到复原结构层;然后,提出将梯度平滑方法用于纹理层,在抑制噪声的同时有效增强纹理细节;最后,融合复原结构层与增强纹理层,得到清晰的水下图像.实验结果表明,所提出算法将复原与增强技术相结合,清晰化处理后的图像较好地去除了雾化现象,且色彩鲜明、细节丰富.相对于各比较算法,水下彩色图像质量评价指标提高16.09%,为水下机器人等工程实践提供了可行的参考.

摘要:针对交通流预测模型中路网空间结构刻画和交通流时空特性挖掘不充分的问题,构建一种新型的有向时空图,通过定义节点相对临近度来表征路网结构关系,通过学习邻域节点对预测节点的影响权重来表征节点间时空维度的作用关系,从而能更好表达交通流的时空特性.将时空图作为预测模型的输入,采用图卷积获取交通流数据空间依赖关系,采用门控循环神经网络获取交通流数据的时空依赖关系,建立一种基于时空图卷积循环神经网络的交通流预测模型(STG-CRNN).在美国公路交通数据集上对模型预测效果进行验证,其结果表明:STG-CRNN模型的预测结果在平均绝对误差、均方根误差和平均绝对百分误差方面,均优于自回归移动平均模型、门控循环单元模型,以及扩散卷积循环神经网络模型.

摘要:以单摆系统为例,研究一类多电机驱动系统的一致性控制问题.针对一个由6个直流电动机驱动的单摆系统,提出一种基于比例积分观测器的一致性协议控制设计方法.利用H_∞技术,所提观测器可以在估计系统状态的同时,得到未知输入和可测噪声的有效估计,在此基础上构建分布式一致性控制协议,并将求解观测器增益矩阵和一致性增益矩阵转化为求解线性矩阵不等式的问题.最后,对某给定参数的多电动机驱动的单摆系统进行Matlab仿真,结果表明所提方法是正确且有效的.

摘要:针对回声状态网络(ESN)的结构设计问题,提出增量式正则化回声状态网络(IRESN).该网络由相互独立的子储备池模块构成,首先,子储备池根据奇异值分解方法生成,且可以保证每个子储备池权值矩阵的奇异值都小于1;其次,利用问题复杂度或者残差,将网络中逐一添加子储备池,直至满足预设的终止条件,在生成IRESN的过程中,回声状态特性能够得以保证,并不需要缩放储备池权值矩阵;然后,为了解决不适定问题,在网络增量式学习过程中,利用正则化方法训练输出权值,并利用留一交叉验证方法选择正则化参数.仿真结果表明,与其他ESNs相比较,所得网络具有紧凑的结构和较高的预测精度.

摘要:针对常用航拍图像拼接算法在处理存在视差的复杂图像时会出现鬼影、失真、不自然的问题,在APAP (as-projective-as-possible)算法的基础上,添加全局相似性和直线结构保护约束,提出一种基于直线特征约束网格变形的航拍图像拼接方法.首先,在图像重叠区域检测点、直线特征,并估计单应性扭曲;然后,使用网格将图像划分成多个局部图像块,建立网格优化模型,根据网格顶点坐标集定义一个包含图像扭曲不同特征的总能量函数,在APAP算法提供的局部单应性保证重叠区域对齐的前提下,对非重叠区域借鉴NISwGSP算法的全局相似性约束思想,并辅以直线结构约束提高拼接自然度;最后,在稀疏线性系统中求解能量误差最小化问题,得到最优网格顶点集,指导网格变形并完成航拍图像拼接.实验结果表明,所提出的变形方法能够减少重叠区域鬼影和非重叠区域失真问题,相比AutoStitch、APAP、AANAP、SPHP等经典算法拼接效果更自然,更能适应大视角的航拍图像拼接任务.

摘要:研究并得到多源多汇网络的极限范围与运行边界.首先,定义临界流,现有研究的最大流和堵塞流是临界流的一部分;其次,得到多源多汇网络的所有临界流,并绘制成临界流曲线,完整刻画网络传输流量能力的极限范围,最大流流量位于曲线最高点、最小流流量位于曲线最低点;再次,利用临界流确定网络流的运行边界,边界内部和边界上均为可行流,边界外均为不可行流,同时提出多源多汇网络临界流、临界流曲线和运行边界的数学定义及求解方法;最后,给出临界流曲线和运行边界在规划和运行领域中的用途,多源多汇网络模型更接近于实际网络,其临界流曲线和运行边界的发现能帮助人们更深入了解实际网络运行的极限范围.

摘要:复杂设备常会经历自然磨损和外力影响,外力致使磨损量突然增大.在工程实践中,很多高可靠性、长寿命的设备,由于不易获得足量的失效数据,须使用专家的经验数据来评估设备的寿命分布和可靠性指标.然而,专家的经验数据往往不是精确的常数,而是一个限定范围.为了处理这种人为认知引起的不确定性,引入不确定理论,用不确定变量刻画专家的经验数据,同时分布函数中的参数也具有不确定性,并用不确定变量描述.在参数为不确定变量情形下,利用不确定理论的方法计算.设备经历了相依竞争失效过程的确信可靠度,系统的确信可靠度高于参数为常数的情形,并用微电子机械系统为例验证了模型的有效性.

摘要:随着线上线下融合的全渠道零售兴起,线上购买线下自提(buy online and pickup in store,BOPS)模式成为供应链管理领域的热点问题.针对由制造商与具有销售努力行为的线下零售商构成的提供BOPS服务的全渠道供应链,构建BOPS销量计入线上渠道和BOPS销量计入线下渠道整合模型,探讨不同BOPS销量整合模式下供应链的定价及销售努力策略,进一步分析基于销售努力成本共担机制实现全渠道供应链的协调问题.研究结果表明:基准情形下的集中决策有助于提高销售努力水平并提升供应链整体绩效;分散决策中BOPS销量计入线上渠道能让供应链系统获利更多.在满足参与约束的前提下,不同BOPS销量整合模型中成本共担契约的实施均能够缓解双重边际化效应,激励零售商提高销售努力水平,实现供应链系统收益的帕累托改进.

摘要:为研究零售商存在资金约束和库存错放时,供应链成员采用无线射频识别(radio frequency identification, RFID)技术及融资决策的均衡问题,以单制造商和单资金约束零售商组成的两级供应链为研究对象,基于报童模型构建供应链成员采用RFID技术前后零售商是否融资4种情景下的收益模型,求解出相应的最优解并探讨供应链成员RFID采用决策与零售商的融资策略.研究发现:当零售商的自有资金适中时,供应链成员采用RFID技术一定程度上能够缓解零售商的资金约束;零售商选择融资时,供应链及其成员能够承担更高的RFID成本;零售商分摊RFID固定成本的比例对制造商、零售商和供应链能够承担的RFID标签成本阈值有决定性的影响.

摘要:针对具有多个客户订单的比例流水车间调度问题,在考虑有交货期及提前和拖期惩罚下,以客户支出成本为优化指标,在客户通过合作结成联盟的方式下,以联盟内成员进行重新调度所获得的最大成本节省为联盟的价值,建立合作博弈模型.该合作博弈是具有无外部性的平衡博弈,从而有非空核.考虑到客户对提前加工和延迟加工的迫切程度不同,提出基于提前及拖期惩罚的beta规则分配方法,该方法能得到带有交货期的比例流水车间调度合作博弈的一个核分配.通过混合差分进化算法求解最优调度顺序,实验结果验证了基于合作博弈模型的调度方法及成本分配方法的有效性.

摘要:针对车辆边缘计算系统中的计算资源管理问题,提出一种基于李雅普诺夫随机优化的计算卸载与资源分配方案.构建在保证任务量及长期能耗约束下的车辆用户服务时延最小化优化问题,利用李雅普诺夫随机优化理论将优化问题分解.在本地计算资源分配子问题中,通过求解线性问题的方法,得到最优本地计算CPU频率;在计算卸载子问题中,利用数值优化求解得到最优发射功率.借助李雅普诺夫随机优化中的漂移惩罚方法,设计一种低复杂度的联合计算卸载与资源分配算法,通过同时控制卸载决策、本地计算 CPU 频率和计算卸载的发射功率,实现整个车辆边缘计算系统中车辆用户的服务时延最小,提高车辆边缘计算服务质量.仿真结果验证了所提出算法的有效性.

摘要:研究属性权重已知、专家权重未知条件下的概率犹豫模糊多属性群决策问题.首先,针对传统概率犹豫模糊距离测度的不足,提出改进的新型距离测度,并对其有效性和合理性进行数学证明;其次,在属性权重向量已知的前提下,通过加权算术平均的方式实现单个专家视角下的概率犹豫模糊信息初次集结,并基于分差最大化准则构建专家权重向量求解模型,采用解析的方法给出最优解;再次,在专家权重向量求解的基础上,基于TODIM方法实现群体专家视角下的概率犹豫模糊信息二次集结,并实现基于综合感知价值的多个备选方案优劣排序;最后,以信息化战争条件下陆军部队作战方案模糊优选为例,验证所提出交互式多属性群决策方法的可行性和有效性.

摘要:作为以人为中心的赛汝生产系统,如何合理地配置多能工是系统构建的主要问题.针对赛汝生产系统构建的基本问题,考虑工人技能组合的可选择性和工人技能水平的差异性,以最小化最大完工时间和最小化工人工作时间差异为目标,建立赛汝生产系统多能工配置的多目标优化模型.针对模型和解空间的特征,开发并采用基于NSGA-II的多目标优化算法进行求解.通过数值实验验证模型和算法的准确性和有效性,并分析工人标准工序数与工人效率系数的差异对系统最大完工时间、工人工作时间差异、工人人均掌握技能数和构建单元数量的影响.

摘要:针对存在参数不确定、输入电压波动以及负载变化等未知动态的Buck型变换器系统,提出一种基于未知系统动态估计器的快速固定时间控制方法.首先,设计基于一阶低通滤波器的估计器,实现对系统未知动态的前馈补偿.在此基础上,基于输出电压误差和未知动态估计值设计固定时间滑模面和反馈控制器,保证输出电压快速收敛至参考电压附近邻域内,且控制器具有较好的抗干扰能力.同时,构造基于反余切型函数的增强型趋近律,能够提高滑模变量的收敛速度和有效减小控制器抖振.最后, 给出仿真和实验结果验证所提出方法的有效性.

摘要:研究一类不确定离散时间系统的有限时间鲁棒预见控制问题.与以往对误差信号和系统方程取差分不同,通过引入辅助变量,并用系统状态向量及输入向量与相应辅助变量之差代替通常的状态差分,避免对时变的系数矩阵取差分,使得扩大误差系统的构造成为可能.另外,所推导的扩大误差系统不再包含误差向量,这不仅能降低系统的阶数而且能推广适用对象.针对所求得的不确定系统的扩大误差系统,分别引入状态反馈和静态输出反馈,并利用Lyapunov函数方法导出闭环系统渐近稳定的充分条件,该条件可以通过求解一个LMI问题而实现.所得控制器回到原系统即可得到带有预见作用的预见控制器.数值仿真验证了研究结果的有效性.

摘要:为进一步提升第四方物流(4PL)对多第三方物流(3PL)协同配送网络的适应能力,提出考虑3PL承载能力时变的4PL协同路径定制问题,建立允许货物在节点等待的非线性数学模型,设计基于蚁群和人工蜂群的两阶段混合智能算法(ACO-ABC).算法中:第1阶段选择路径,使用蚁群算法得到问题的满意解;第2阶段选择优势路段的3PL,利用人工蜂群算法搜索问题的最优解.数值实验中,通过ACO-ABC与启发式算法和其他智能算法的比较,验证算法的优势.实验分析表明,允许货物等待不仅能够发挥出4PL在协同路径定制中整合资源的作用,还可以节省总费用.