基于特殊个体的网络进化博弈群智合作激发调控

引导群体中智能行为的产生与传播是群体智能领域的重要研究方向.相互合作是自然界中常见的群体智能行为.本文建立了一种基于特殊个体的网络进化博弈模型,分析了群体激发合作水平的进化特性以及调控手段.首先通过在规则网络进化博弈模型中建立有效的干预控制体系结构,实现对群集系统的调控作用;然后通过设计基于群体智能的特殊个体控制规则,特殊个体能起到促进合作行为涌现的群智激发作用;最后利用蒙特卡罗仿真方法分析了特殊个体对群体进化特性的影响,并讨论了不同参数条件对合作水平的影响.     

人群拥挤及群集行为特性的仿真研究

公共场合中的人群聚集通常是事故发生的隐患, 人群群集拥挤度越高, 事故风险也就越大, 而且造成的人员伤亡和损失也更为严重. 本文以现有的社会力模型为基础, 考虑到行人运动的各向异性、行人对于动态阻塞区域的避让行为, 提出了一种改进模型. 并通过设置静态力作用网格和应用局部性原理, 对算法进行优化, 使得该模型能更为真实的体现人群的实际运动, 而且大大提高了运算效率. 将改进后的模型应用于人群拥挤的行为特性研究, 可用于人群拥挤状态的风险评价以及公共建筑环境的规划设计.     

具有领导者的高阶线性多运动体系统的群智汇集趋同

本文研究了具有领导者的高阶线性多运动体系统的群智汇集趋同问题.利用运动体与其邻居的信息,分别为跟随者设计了状态反馈型和输出反馈型控制协议,并利用矩阵Riccati代数方程、矩阵分析等工具,给出了系统实现领导-跟随者群智汇集趋同的充分条件.研究表明,当领导者和跟随者所组成的多运动体系统的通信拓扑交互平衡并且存在一棵生成树时,只要合理地选取满足条件的控制增益,系统在所给出的控制协议作用下可以实现领导-跟随者群智汇集趋同.特别地,当为跟随者设计输出反馈型控制协议时,借助误差系统可以将领导-跟随者群智汇集趋同问题转化为静态输出反馈问题.当系统的输入输出矩阵满足一定的秩条件时,系统在所设计的输出反馈型控制协议作用下可以实现领导-跟随者群智汇集趋同.     

基于人脸运动捕捉的表情动画仿真研究

基于运动捕捉的动画仿真技术是当前计算机动画的研究热点.基于光学式运动捕捉系统,文中提出了一种新颖的基于交叉映射的人脸表情动画重构方法.针对RBF构建静态全局映射时嘴唇上下部分光标出现的伪关联问题,文中构建了基于功能分区的RBF交叉映射方法.在模型驱动过程中,提出一种皮肤运动机理计算得出增强标记点运动,基于增强标记点实现了基于人脸分区驱动的RBF插值方法,改进了基于人脸分区模型驱动的仿真效果.此外,设计了预计算算法提升了交叉映射和动画仿真过程的实时效率.实验证明该方法能够将同一演员的运动捕捉数据应用于任意不同人脸模型,针对相应模型生成逼真的人脸表情动画.     

基于粒子滤波的部分对应点集刚体配准算法

为了解决部分对应点集之间的刚体配准问题,本文提出了一种基于粒子滤波的刚体配准算法.该方法将部分对应点集配准问题转化成相应的状态估计问题,通过采用基于配准误差驱动的运动模型及设计基于迭代最近点原理的观测模型,从而提出了基于粒子滤波的配准算法解决部分对应点集的刚体配准问题.实验结果验证了本文所提出算法的有效性.     

基于压力驱动节点配水量模型的供水管网震后水力分析

本文提出了一个基于压力驱动节点配水量模型的供水管网震后供水能力评价方法.采用Monte Carlo模拟分析得到管网震后供水满足率均值,作为管网震后供水能力评价结果;在单次模拟分析中采用随机抽样方法确定管道地震破坏状态,并形成管网震后水力模型,基于压力驱动节点配水量模型进行管网震后水力平差计算.在案例分析中,分别应用本文方法与美国Cornell大学开发的供水管网震后水力功能分析软件GIRAFFE评价某城市供水管网在不同地震烈度作用下的供水能力.结果表明,本文方法分析结果与GIRAFFE分析结果的变化规律一致,相同模拟收敛条件下本文方法所需Monte Carlo模拟运行次数少于GIRAFFE软件,本文方法进行单次Monte Carlo模拟的计算时间少于GIRAFFE软件;在基于压力驱动节点配水量模型的管网震后水力分析模型中,管道破坏造成的漏水量会同时降低该管道上游和下游节点供水满足率,与管网震害实际情况相符.     

鸽群运动模型稳定性及聚集特性分析

鸽群运动模型参数对鸽群一致行为产生不同的稳定性和收敛性影响.本文通过分析鸽群群体运动的动力学模型特性,研究时延参数对群体同步特性的影响作用.基于鸽群运动模型,采用适合分析群体运动的模型描述方法和性能参数表达,并对比了不同运动形态下鸽群运动的不同特点.采用李雅普诺夫函数以及拉格朗日乘子法,对鸽群聚集运动的约束局部极小能量特性进行理论分析.利用李雅普诺夫理论、代数矩阵理论以及图论的相关工具,给出了鸽群运动聚集时的时延参数的稳定参数边界,以及收敛条件.以计算机数字仿真为手段,研究了不同参数情况下鸽群运动模式行为,分析了拓扑网络以及吸引-排斥函数对鸽群聚集-分离性能的影响.     

基于传递熵和有效信息存储的隐鹮信息传递过程研究

作为以线性编队进行迁徙的鸟类,隐鹮编队飞行时个体间领航-跟随关系频繁的互换可延长群体飞行时间.为分析隐鹮群体内部隐含的协调合作机理,本文基于信息论理论检测和量化集体迁徙的隐鹮群体中个体层面的信息传递动态.首先采用局部传递熵来量化隐鹮迁徙过程中在空间和时间上的局部动态信息传递过程,分析隐鹮个体间信息传递的规则,理解隐鹮个体如何通过信息传递影响群体决策,实现一致的群体运动状态.然后采用局部有效信息存储来表征隐鹮的群体记忆,通过计算隐鹮过去状态序列与下一时刻状态之间的互信息,得到群体行为一致性与群体记忆的关系.最后根据隐鹮的动态信息传递以及群体记忆与群体行为一致性之间的关系,得到隐鹮转向过程中群体行为的激发以及汇聚模式与熵值的变化间的关系.     

Vicsek模型的连通与同步

多个体系统的集体行为是复杂系统研究的重要切入点，而Vicsek模型是研究多个体系统的一个基本模型，它具备了复杂系统的一些关键特征，如动态行为、局部相互作用和变化的邻居关系等．该模型看起来简单，但模型中的非线性耦合关系使得问题的完整理论分析非常困难．Jadbabaie等人对模型中的线性化的角度更新方程进行了分析，并证明了如果由所有个体的位置形成的邻居图满足某种连通性条件时，系统最终会同步．该文引起了大量相关问题的后续研究，但一个未解决的关键问题是：系统究竟在什么条件下才具有这种连通性？文中将给出一个保证Vicsek模型同步的充分条件，该条件完全加在系统参数上．进一步，将通过反例说明当初始角度的范围为[0，2π）时，邻居图的连通性不再是动态Vicsek模型同步的充分条件，从而揭示了Vicsek模型与其线性化模型之间的根本差别．     

可变翼型动态失速气动模型研究

可变翼型在提高升力、减振降噪、延缓动态失速等方面具有显著效果,已受到越来越多的关注.但是,目前还缺乏准确高效的可变翼型动态失速气动模型.本文将动态失速引起的环量加入到二维诱导流模型,并根据可变翼型的构型对ONERA动态失速模型进行改进,建立了可变翼型动态失速气动模型.该模型克服了现有方法在动态失速状态下计算精度不高、未知状态量过多及计算复杂等缺点.采用该模型,计算了后缘小翼作简谐偏转运动的可变翼型在翼型无变距运动和翼型有变距运动两种情况下的气动载荷,并把计算结果与实验结果及ONERA模型计算结果比较,验证了本文建立的可变翼型动态失速气动模型的准确性.     

无人机群协同跟踪地面多目标导引方法研究

多机协同目标跟踪是无人机系统的典型任务之一.由于军事任务的集群性,在实际中常需要跟踪多个不同的目标.如何使用尽量少的无人机对多个目标实施有效跟踪,以提高系统鲁棒性和定位精度,是一个重要的研究课题.本文针对复杂环境下无人机群协同跟踪地面多目标过程中的关键问题进行研究,设计了复杂环境下无人机群协同跟踪多目标系统架构,提出了考虑遮蔽区域机群跟踪多目标动态分组算法、自适应多模型无迹卡尔曼粒子滤波融合算法和障碍条件下机群协同目标跟踪运动快速导引方法.通过仿真试验和飞行试验,验证了本文方法的有效性.最后,对该领域的下一步研究方向进行了展望.     

基于鸽群智能行为的大规模无人机集群聚类优化算法

未来空中战场,大规模无人机集群系统将成为主导力量.而对大规模无人机集群系统进行分组聚类是完成作战任务规划的必要步骤.在实际战场中无人机受到有限通信约束,无法得到全面而有效的全局作战信息.因此本文提出一种基于鸽群智能行为的大规模无人机集群聚类优化算法.根据聚类模型设计鸽群优化算法,研究分析导航能力优异的鸽群智能行为,将鸽群飞行过程中的层级网络机制映射到鸽群优化算法中,解决有限交互环境下的信息不完整问题.一方面,依据鸽群在飞行过程中来自临近个体的引导更为有效直接,因而在有限交互环境下,基本鸽群优化算法中的全局最优信息由交互范围内的最优个体信息替代;另一方面,鸽群的中心位置更新包括三部分:增量惯性部分、模仿部分、环境影响部分.为验证改进后鸽群优化算法在有限交互范围下的有效性,本文采用三种算法针对三个数据集进行聚类分组,仿真结果表明改进后的鸽群优化算法在最优解与平均最优解上均有改善,为实际作战环境下的无人机集群系统聚类分组提供了有效的解决方法.     

大型地下洞室群地质信息三维可视化分析与应用

提出采用三维地质建模技术进行大型地下洞室群地质信息可视化分析的研究方法，构建了模拟真实地质形态的地下洞室群地质三维可视化模型，直观准确地描述了工程所处的地质条件和地质环境。基于所建立的地质模型，可实现与地下洞室群相关的多项地质信息的三维可视化分析。工程应用表明该方法可为应对复杂地质条件下地下洞室群设计与施工中的地质问题提供一种有效的分析手段。     

开放环境中基于自适应分布控制的群体机器人多目标搜索方法

多目标搜索问题是群体机器人一个重要的研究方向.现有工作多集中在带边界空间内的多目标搜索问题,而在开放环境中,探索机制会导致群体分散性过强而减弱探索能力.本文通过引入自适应扩散回归策略,在带有假目标的开放环境中,提出了具有高鲁棒性和适应性的群体机器人多目标搜索算法.文中首先从初始状态和处理假目标两方面对现有的主流群体机器人多目标搜索算法进行优化;基于机器人分布控制,本文对自适应群体机器人粒子群优化算法进行优化,提出基于自适应分布控制的群体机器人粒子群优化算法;其次,基于概率有限状态机搜索算法(PFSMS)对开放环境中的多目标搜索算法进行进一步的探索,本文以搜索时间为切入点,在PFSMS原有三种状态的基础上,添加回归状态作为附加状态,提出了基于自适应分布控制的概率有限状态机搜索算法(DPFSMS).当智能体的探索时间超过阈值时,智能体的速度由回归分量和扩散/搜索分量构成. DPFSMS算法给出了在无边界开放环境中的搜索策略,通过限制群体的扩散速度来自适应地调整智能体在无适应度值区域的运动随机性.最后,本文将DPFSMS算法与现有方法进行了对比,在对比实验中DPFSMS算法取得了目前最好的效...     

电流型IPT系统广义状态空间平均法建模与分析

针对目前关于感应电能传输(IPT)系统建模存在的不足,采用广义状态空间平均法建立了电流型IPT系统的线性定常平均模型.基于该模型,根据线性系统理论方法,分析了系统状态变量的运动规律.此外,还分析了等效负载变化时的稳定性和对副边输出电压的影响,以及不同互感参数及副边电感下的传输功率和效率.结果表明,本文的建模方法和分析结果对于电流型IPT系统的实际运动行为有较强的理论指导意义及对系统的设计具有一定的参考价值.     

摩托车声品质评价的神经网络方法

针对声品质评价过程中线性回归模型评价结果的不足,采用BP神经网络对人的主观评价结果进行预测.采集摩托车在不同发动机转速下驾驶员耳旁的声信号样本,采用分组成对比较法进行主观评价试验,选取了响度、尖锐度、粗糙度作为神经网络模型输入参数,结合主观评价结果对模型进行训练与检验,并与线性回归模型输出结果进行比较.结果表明,选取驾驶员双耳响度、尖锐度、粗糙度作为模型输入能够较为准确地反映人耳对摩托车噪声的主观感觉.     

基于多尺度特征注意力网络的施工安全预警方法

安全管理是建筑施工过程中的重要工作之一,设计自动化的安全预警方法对保障工人安全、减少施工事故有着重要作用.本文提出一种基于多尺度特征注意力网络的施工安全预警方法.首先,设计融合多尺度特征注意力机制的施工现场实例分割网络,使用具有丰富语义信息的高维特征指导网络对低维特征的学习,从而增强网络对施工设备专有特征的聚焦能力,实现复杂环境下施工设备与工人的精准分割;其次,提出基于位姿估计的三维边界框重构方法,利用神经网络提取到施工设备在三维空间上的朝向,并结合二维边界框所反映的几何约束实现对施工设备三维约束的重构;最后,设计施工现场动态预警方法,根据生产安全要求将施工现场划分为危险区、预警区与安全区,并对施工现场的设备与工人进行实时追踪与三维约束重构,当工人进入危险区及预警区时及时发出警告.实验结果显示,本文所提方法在MOCS公共数据集上取得超过90%分类准确率与59%的分割mAP,优于其他融合特征注意力机制的深度学习算法;从施工现场安全预警案例可知,本文所提方法能够对工人的安全状态进行准确判断.     

结合加权马尔可夫链与GM(1,1)模型的两阶段小水电群发电能力预测方法

小水电富集地区在汛期或集中来水情况下普遍存在外送电量受阻问题,小水电发电能力预测的不准确性,进一步加大了与其他外送电源的协调难度.为此,本文提出结合加权马尔可夫链与GM(1,1)模型的两阶段预报方法,以提高小水电发电能力预测水平.该方法依据小水电特点与预测难点,以地区小水电群为研究对象,通过大小水电相关性分析,选择具有参考性的大水电站;以大水电区间流量为数据,结合加权马尔可夫链动态生成小水电群运行数据的季节指数;在此基础上,采用季节指数改进的GM(1,1)模型进行小水电群发电能力预测.云南大理漾濞县小水电群实例表明该方法预测精度能满足实际工程需求,是一种可行的小水电发电能力预测方法.     

两种金属热电子发电模型的分析

热电子发射指加热金属使其中更多的电子克服表面势垒而逸出的现象,易见逸出的电子和丢失电子的金属会存在电势.基于这一原理,本文提出了金属-势垒-金属的热电子发电模型,采用量子理论将金属中电子运动近似为索末非自由电子气模型.针对势垒宽度的不同,提出了两种近似模型.第一种模型假设金属间势垒宽度足够大,电子运动以越过势垒为主;第二种模型假设金属间势垒宽度足够小,电子运动以隧道效应遂穿势垒为主.对第一种模型进行了详细的理论分析和推导,包括模型建立,开路电压计算,绘制伏安特性曲线等.对第二种模型进行了简略的理论分析.最后,本文在理论上指出了热电子发电的可行性,可以为金属热电子发电实物研制中材料的选择,温度的设置提供指导.     

非视距传播环境下单站定位—圆拟合虚拟观测站法

文中提出了在非视距传播环境下,采用具有机动性的单观测站来实现对被测目标的定位.由不同的观测点计算得到的伪目标轨迹点,具有圆周运动的特性利用该运动特性,并采用圆拟合算法估计散射体的位置和散射距离,从而将单站定位问题转化为多站定位的问题,最后采用成熟的多站式定位方法来获得被测目标位置的估计.仿真结果验证了该算法的有效性.