山东大学学报 (工学版)

基于多尺度特征融合的马铃薯疮痂病图像语义分割方法

吴秋兰,尚素雅,张家辉,孙守鑫,张峰,周波,高峥,史文宠

2025, 55(4): 1-8. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.232

摘要 ( 213 )

PDF (9072KB) ( 74 )

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为了精确分割马铃薯疮痂病斑,提出一种名为MSFF-UNet的语义分割模型。在模型解码器向上融合的同时进行特征增强,通过进行卷积和归一化操作,增强区分不同尺寸病斑的生长状况,也可增加多维度的特征融合功能,对解码器的高层次数据强化特征提取后与低层次数据进行特征融合,以捕获不同尺度下的马铃薯或疮痂病斑的语义数据。结果表明,改进后的马铃薯疮痂病图像语义分割模型精确率、类别平均像素准确率、平均交并比分别为93.90%、93.51%、87.72%,能够较准确地分割马铃薯与疮痂病斑。

细粒度特征增强与尺寸匹配的光伏缺陷检测

索大翔,李波

2025, 55(4): 9-17. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.170

摘要 ( 206 )

PDF (6558KB) ( 28 )

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针对光伏场站无人机巡检场景中,电池面板缺陷目标成像过小导致的漏检和误检问题,提出一种针对光伏电池板的高精度缺陷检测方法。根据无人机巡检中目标尺寸的分布特征,采用细粒度特征增强与尺寸匹配相结合的策略,提高光伏缺陷小目标检测精度。与传统样本数据增强、多尺度学习和特征增强等增强小目标策略不同,引入细节保留语义信息增强模块,在保留细粒度信息的同时,挖掘相关粗粒度语义细节。引入锚点-预测头匹配多尺度检测策略,确保锚点与特征图的尺寸匹配。本研究方法在PVEL-AD数据集上均值平均精度达到59.4%,在CARPK数据集上均值平均精度达到97.6%,对比主流目标检测模型,光伏缺陷目标检测性能显著提高。

基于纹理和结构交互的人脸图像修复

周遵富,张乾,石计亮,岳诗琴

2025, 55(4): 18-28. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.047

摘要 ( 208 )

PDF (12707KB) ( 31 )

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针对基于学习的人脸图像修复方法在提取深层特征时存在丢失上下文语义信息的问题,提出一种具有高效归一化注意力机制的生成器,有效提取人脸图像中的深层特征,并在多个尺度上更好地聚合低级和高级特征。为增强生成图像的一致性,提出一种具有残差主路径转换的双级门控特征融合模块,进一步融合解码后的纹理和结构信息,并设计一种增强的上下文特征聚合块,其中改进的提示生成块使提示参数在多尺度上进行特征间的交互,指导修复网络动态调整,生成现实、可信的人脸图像。试验结果表明,在CelebA-HQ数据集上,本研究方法的峰值信噪比R_PSN、结构相似性S_SIM、平均绝对误差E_MA、Fréchet 初始距离D_FI分别为37.74 dB、0.983 0、0.24%、1.489;在LFW数据集上,本研究方法的R_PSN、S_SIM、E_MA、D_FI分别为39.19 dB、0.987 7、0.21%、3.555。与其他5种主流方法相比,本研究方法取得相当有竞争力的结果。定性和定量试验结果表明,本研究方法能有效恢复残损的人脸结构和纹理信息。

基于多粒度对齐网络的图像-文本匹配方法

王旭峰, 周迪,张风雷,宋雪萌,刘萌

2025, 55(4): 29-39. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.024

摘要 ( 190 )

PDF (4315KB) ( 32 )

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为精准匹配图像与文本数据,提出一种多粒度对齐网络(multi-granularity alignment network, MGAN)。通过对比语言-图像预训练模型和基于Transformer的双向编码器模型,分别提取图像块级、区域级和全局级3个不同粒度的信息,弥补匹配信息单一的缺陷。根据各级信息的特性,采用多级对齐机制。在区域级对齐上,结合多视角总结策略,让MGAN有效应对图像和文本之间的一对多描述问题;在图像块级对齐上,引入跨模态相似性交互建模模块,进一步增强图像与文本之间的细节交互。在Flickr30K和MS-COCO两个公开数据集上的大量试验结果表明,MGAN具有更高的匹配性能,验证了多粒度对齐网络方法的有效性。

基于自监督卷积和无参数注意力机制的工业品表面缺陷检测

周群颖,隋家成,张继,王洪元

2025, 55(4): 40-47. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.183

摘要 ( 241 )

PDF (3772KB) ( 25 )

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目前,基于深度学习的工业品表面缺陷检测存在着负样本数据集少、样本易受复杂工业环境影响无法提取有效特征、标注数据集需要耗费大量人工成本的问题。为解决上述问题,本研究提出一个基于知识蒸馏的工业品表面缺陷检测模型,并在此模型中加入自监督预测卷积模块和无参数注意力机制。该模型将教师网络所学习到的丰富特征知识传递给学生网络,有效提高模型特征表达能力并对缺陷进行像素级定位。该模型在 MVTec-AD数据集进行试验,并与各类试验方法的结果进行对比,检测指标和定位指标在不同模型曲线下面积A_ROC上有所提升,证明该方法可以有效提高模型的检测和定位能力。

基于注意力和视图信息的单图三维模型检索

韩小凡,刁振宇,张承宇,聂慧佳,赵秀阳,牛冬梅

2025, 55(4): 48-55. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.165

摘要 ( 192 )

PDF (2783KB) ( 21 )

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为提取有效特征描述符,减小图像和三维模型巨大差异,提出一种基于注意力和视图信息的方法。该方法在模型特征提取模块引入空间注意力机制,提高模型特征描述符的有效性;将三维模型二维视图引入到查询图像特征学习过程中,缩小图像域与模型域域间差异。在 Pix3D、 Comp Cars、 Stanford Cars 3个代表性基准数据集进行试验,结果表明检索精度较现有经典方法提高约 5%。所提出方法能够使单幅图像有效检索相似三维模型,提高检索准确率。

基于生成对抗网络的知识蒸馏研究综述

杨巨成,路开奎,王嫄

2025, 55(4): 56-71. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.055

摘要 ( 195 )

PDF (3155KB) ( 42 )

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为了总结生成对抗网络在知识蒸馏中的应用,探索生成对抗网络在知识蒸馏中的协同机制与优化潜力,本研究开展基于生成对抗网络的知识蒸馏研究综述。概述基于输出层特征的知识蒸馏、基于中间层特征的知识蒸馏、基于关系特征的知识蒸馏、基于结构特征的知识蒸馏4种知识蒸馏研究进展,分析不同知识蒸馏形式的优势和缺点。详细介绍基于生成对抗网络的知识蒸馏分类和相关研究进展。针对生成对抗网络的知识蒸馏技术存在的局限性,给出未来优化方向和拓展应用方向。

基于LVI-SAM-Stereo的多传感器融合室内外建图定位

蒋风洋,程瑶,韩哲,王怀震,周风余,董磊

2025, 55(4): 72-83. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2025.004

摘要 ( 311 )

PDF (16822KB) ( 50 )

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针对机器人在室内外建图定位精度低、场景适应性差的问题,提出一种基于双目相机的紧耦合激光雷达(light detection and ranging, LiDAR)视觉惯性里程计平滑建图定位(tightly-coupled LiDAR-visual-inertial odometry via smoothing, mapping, and relocalization by stereo, LVI-SAM-Stereo)方法。采用点线和点面距离构建激光雷达惯性位姿估计模型;利用多传感器信息交互实现双目惯性里程计快速初始化,基于最小化重投影误差优化里程计位姿;提出融合Scan-Context与视觉特征的跨模态回环检测机制,有效减少错误回环;构建重定位双向优化架构,将因子图优化的里程计信息用作视觉跟踪的初始位姿估计,基于多点透视(perspective-n-point, PnP)求解视觉位姿辅助激光雷达点云配准。通过数据集和真实场景的大量试验,相较于紧耦合激光雷达惯性里程计平滑建图(tightly-coupled LiDAR inertial odometry via smoothing and mapping, LIO-SAM)方法和紧耦合激光雷达视觉惯性里程计平滑建图(tightly-coupled LiDAR-visual-inertial odometry via smoothing and mapping, LVI-SAM)方法,LVI-SAM-Stereo方法在室外场景的建图精度分别提升3.10%和5.97%,在室内场景的平均漂移分别降低72.7%和43.05%,建图精度和场景适应性显著提升。重定位满足机器人自主导航的工程需求。

非饱和土空间分布与城市地铁基坑支护设计方法

李连祥,郭龙德,王锟毅,王培琰,车秀熙,邱叶凡

2025, 55(4): 84-92. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.015

摘要 ( 173 )

PDF (7782KB) ( 21 )

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为推进非饱和土理论在基坑支护设计中的应用,以济南市为例,明确济南市非饱和土厚度分布;利用基质吸力监测手段,结合非饱和土强度试验数据,建立适用于济南非饱和土的简化土-水特征曲线;基于总黏聚力法,推导了基于饱和度参数的支护结构非饱和土水平抗力系数比例系数及土压力公式,获得适合实际工程应用的非饱和土支护一般设计方法,并用地铁基坑案例证明该方法的适用性。案例分析表明:与饱和土理论相比,采用非饱和土理论计算的支护结构内力及位移大大减小,且更加接近实际监测值。研究结果显示:现行工程勘察水平下,仅需进行典型基质吸力测量便可获得城市区域简化土-水特征曲线,建立饱和度与基质吸力关系曲线,进行非饱和土基坑支护设计。

基于PFC-GBM方法的矿物组成对花岗岩单轴压缩力学特性影响

张庆豪,马瑞阳,林鹏,谢辉辉,王朝阳,亢金涛,娄彦飞

2025, 55(4): 93-107. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.271

摘要 ( 191 )

PDF (26977KB) ( 21 )

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为研究花岗岩内各类矿物的体积分数、矿物粒径大小、矿物粒径分布非均匀性3个因素对花岗岩抗压力学特性的影响规律,采用GBM(grain-based model)方法对花岗岩微观矿物组成建模,确定了各因素影响抗压力学特性的强弱,在裂纹演化的角度揭示各因素影响抗压力学特性的机理。研究结果表明: 各参数与花岗岩强度均有较高的相关性,花岗岩抗压强度随石英、长石体积分数及平均粒径的增长呈上升趋势,随云母体积分数与非均质因子的增加呈下降趋势;矿物体积分数对强度影响由强到弱为石英、长石、云母体积分数,粒径参数对强度影响次序为平均粒径、非均质因子;矿物体积分数与晶内3种接触占比增减的相关性较高,平均粒径主要影响晶内与晶间接触占比,非均质因子则会导致同种与异种晶间接触占比发生变化,这3种方式都能够在不同程度上改变模型破裂所消耗的能量和裂纹发育路径,进而影响单轴抗压强度。

冲击荷载下钢渣细骨料混凝土力学特性及本构关系

薛刚,刘秋雨,董伟,李京军

2025, 55(4): 108-117. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.025

摘要 ( 195 )

PDF (10307KB) ( 11 )

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为研究钢渣细骨料混凝土(steel slag fine aggregate concrete, SSC)在冲击荷载下的力学性能,利用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对普通混凝土和钢渣细骨料混凝土(钢渣取代混凝土中河砂的体积分数分别为10%、20%和30%)进行轴向冲击压缩试验,研究钢渣体积分数及应变率对SSC的动态抗压强度、冲击韧性、动态增强因子(dynamic increase factor, DIF)F_di及破坏形态的影响,在Z-W-T方程的基础上修正,得到适用于钢渣混凝土的动态损伤本构方程。结果表明:SSC具有明显的应变率效应,即钢渣体积分数相同时,随着应变率的提高,SSC动态抗压强度、F_di、冲击韧性和破坏程度均逐渐增加;钢渣的掺入对混凝土在冲击荷载下的力学行为产生一定影响,在应变率相似时,钢渣体积分数从0增加到30%时,SSC动态抗压强度和冲击韧性呈上升趋势,但上升幅度相对较小;掺入钢渣后,F_di明显减小;通过对试验应力-应变曲线进行拟合可知,考虑损伤演化的Z-W-T方程可很好地描述SSC的动态应力-应变关系。

渗流作用下土-结构接触面变形特性试验研究

李光,刘健,周立志,李霄汉,吕高航,解全一

2025, 55(4): 118-126. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2025.046

摘要 ( 168 )

PDF (8561KB) ( 15 )

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为了解决渗流作用下土-结构接触面变形条件难判定的问题,本研究设计了土-结构接触面渗流变形试验装置,研究渗流作用下接触面变形、土体表面变形、土体内部变形分布规律以及随水力坡降增加的演化规律,分析了不同接触面和土质对接触面渗流破坏的影响机制。结果表明:(1)试验中接触面水平方向的变形呈对称分布,垂直于接触面方向上的土体内部变形随距离增加呈现非线性减小的趋势;(2)土-结构接触面渗流破坏过程分为稳定、过渡和破坏3个阶段,接触面变形、接触面渗透系数在3个阶段分别呈现线性增大、非线性增大和激增的趋势;(3)砂土-结构接触面渗流破坏时的应变普遍为9.0%左右,粉土-结构接触面渗流破坏时的应变为7.9%~9.1%,低液限黏土-结构接触面渗流破坏时的应变为5.2%~6.5%。

基于GB-RAR技术的特大跨径桥梁动态变形规律监测

张国建,付连龙,张庆松,桑文刚,李建强,周鲁,付涛,刘胜震

2025, 55(4): 127-137. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.315

摘要 ( 204 )

PDF (12535KB) ( 18 )

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随着桥梁跨径的增大,桥梁柔性增强,桥梁动态挠度变形成为衡量桥梁是否健康运营的重要指标。传感器、测量机器人和GPS等常规监测技术由于自身的局限性,无法实现大跨径桥梁的无接触、高频和整体动态变形监测。本研究以黄河凤凰大桥为研究对象,采用GB-RAR技术监测车辆动荷载作用下的桥梁整体变形规律,并利用小波函数提升数据质量。研究成果表明,经小波去噪后,GB-RAR技术的测量中误差为0.016 5 mm,能够满足变形监测精度的要求。在车辆动荷载作用下,桥梁变形呈Wave-Sin-sqr模型演化,在跨中产生131.61 mm的最大挠度变形量,小于《公路桥涵设计通用规范》中桥梁变形容许值。本研究成果为黄河凤凰大桥等特大跨径桥梁的安全监测和加固设计提供了技术支持和数据支撑。

基于多维效益评价的工农协同发展模式研究现状及展望

刘浩,姜钰湛,王庆松,李子杨,董运龙,张宇杰,张慧斌

2025, 55(4): 138-148. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.344

摘要 ( 186 )

PDF (2505KB) ( 20 )

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当前基于多维效益评价协同模式的研究缺乏系统评估和前沿梳理,限制了效益评价视角下对该模式的全面了解。通过对工农协同低碳发展模式进行界定,基于文献调研、聚类分析等方法对当前协同路径、研究方法、效果评价等方面成果进行梳理,归纳了各研究维度的不足并进行展望。研究表明,多维效益视角下工农协同模式具有“多路径、高潜力、低风险”的特点,存在路径构建单一、研究过程整合弱及效果评价动态性弱等不足。从3个层面提出针对性的发展对策和建议,即在路径构建层面应构建多层次立体协同路径、研究方法层面应开展分阶段全周期研究、效果评价层面应构建动态评价体系。本研究可为该领域及相似领域的研究进一步深化和拓展提供有益的学术参考。

液体循环式热回收系统的模型建立及节能分析

鲁家彤,张超旭,董晓菲,赵红霞,柏超

2025, 55(4): 149-159. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.068

摘要 ( 180 )

PDF (4022KB) ( 27 )

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为降低新风负荷,基于平直翅片圆管式换热器,构建了2种液体循环式热回收系统的数学模型。根据青岛全年8 760 h的室外气象参数,将该模型按温度、湿度划分为多个处理区域,并逐时计算各系统的节能效果。研究结果表明,在低湿工况下,三盘管与两盘管热回收系统的性能相近;在高湿工况下,三盘管系统具有显著优势,其回收能量是两盘管系统的3.86倍;相较于无热回收系统,两盘管系统年节能率约为25.78%,而三盘管系统年节能率则高达约42.02%;三盘管热回收系统不仅能预冷或预热新风,还能满足夏季除湿后的再热需求,因此全年热回收效果更稳定,节能效果显著。本研究为组合式空调箱热回收系统改造提供理论依据,对绿色建筑与可持续发展具有重要意义。

济南市市民血清中PFASs暴露水平与血压的关联研究

张浩钰,徐菲,刘铱,侯程曦,丁磊

2025, 55(4): 160-172. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.297

摘要 ( 166 )

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人群暴露于全氟和多氟烷基物质(per- and polyfluoroalkyl substances, PFASs)可能增加高血压发病率。为了评估单体PFAS和PFAS混合物与血压水平和高血压风险之间的关联,使用超高效液相色谱串联轨道肼质谱系统分析了来自中国济南326个空腹血清样本中的18种PFASs。采用多元线性回归模型和逻辑回归模型,分别分析了单体PFAS与收缩压、舒张压及高血压风险之间的关联。为评估PFAS混合物的总体效应,使用了分位数g计算模型和贝叶斯核机器回归模型。所有模型均显示全氟癸酸质量浓度与舒张压正相关,全氟十二酸质量浓度与舒张压负相关,全氟十一酸质量浓度与高血压风险正相关。研究结果表明,随着PFAS混合物质量浓度百分位数增加,研究人群的舒张压和高血压风险均有所升高。

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