基于CNN和LSTM混合模型的人体跌倒行为研究

目前深度学习模型不能较好地把监控视频中跌倒行为的空间和时序特征有效结合起来。为此,提出基于CNN（convolutional neural network）和LSTM（long-short term memory）混合模型的人体跌倒行为识别方法。该模型采用两层结构,将视频以每5帧为一组输入到网络中,CNN提取视频序列的空间特征,LSTM提取视频时间维度上的特征,最后使用softmax分类器进行识别。实验表明,该方法可以有效提高跌倒识别的准确率。     

短文本分类的ResLCNN模型

短文本分类是互联网文本数据处理中的关键任务之一.长短时记忆网络LSTM（long short-term memory）和卷积神经网络CNN（convolutional neural network）是广泛应用于短文本分类任务的两种深度学习模型.在计算机视觉和语音识别领域的深度学习研究表明,深层次的神经网络模型具有较好的表达数据特征的能力.受此启发,面向文本深度学习分类问题,提出基于3层LSTM和CNN网络结构的ResLCNN（residual-LSTM-CNN）深度学习模型.该模型有效结合LSTM获取文本序列数据的长距离依赖特征和CNN通过卷积操作获取句子局部特征的优势,同时借鉴残差模型理论,在第1层LSTM层与CNN层之间加入恒等映射,构建残差层,缓解深层模型梯度消失问题.为了探究深层短文本分类中ResLCNN模型的文本分类能力,在多种数据集上将其与LSTM、CNN及其组合模型进行对比实验.结果表明,相比于单层LSTM与CNN组合模型,ResLCNN深层模型在MR、SST-2和SST-5数据集上分别提高了1.0%、0.5%、0.47%的准确率,取得了更好的分类效果.     

基于CNN与双向LSTM的行为识别算法

针对传统行为识别依赖手工提取特征,智能化程度不高,识别精度低的问题,提出一种基于3D骨骼数据的卷积神经网络(CNN)与双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)的混合模型。使用3D骨骼数据作为网络输入,CNN提取每个时间步的3D输入数据间的空间特征,Bi-LSTM更深层地提取3D数据序列的时间特征。该混合模型自动提取特征完成分类,实现骨骼数据到识别结果的端对端学习。在UTKinect-Action3D标准数据集上,模型的识别率达到97.5%,在自制Kinect数据集上的准确率达到98.6%,实验结果表明,该网络有效提高了分类准确率,具备可用性和有效性。     

基于长-短时序特征融合的资源负载预测模型

高准确率的资源负载预测能够为实时任务调度提供依据,从而降低能源消耗。但是,针对资源负载的时间序列的预测模型,大多是通过提取时间序列的长时序依赖特性来进行短期或者长期预测,忽略了时间序列中的短时序依赖特性。为了更好地对资源负载进行长期预测,提出了一种基于长-短时序特征融合的边缘计算资源负载预测模型。首先,利用格拉姆角场（GAF）将时间序列转变为图像格式数据,以便利用卷积神经网络（CNN）来提取特征;然后,通过卷积神经网络提取空间特征和短期数据的特征,用长短期记忆（LSTM）网络来提取时间序列的长时序依赖特征;最后,将所提取的长、短时序依赖特征通过双通道进行融合,从而实现长期资源负载预测。实验结果表明,所提出的模型在阿里云集群跟踪数据集CPU资源负载预测中的平均绝对误差（MAE）为3.823,均方根误差（RMSE）为5.274,拟合度（R²）为0.815 8,相较于单通道的CNN和LSTM模型、双通道CNN+LSTM和ConvLSTM+LSTM模型,以及资源负载预测模型LSTM-ED和XGBoost,所提模型的预测准确率更高。     

基于融合模型的人体行为识别方法

可穿戴设备的人体行为识别研究通常是提取传感器数据的特征值,然后结合分类算法识别人体行为动作。针对特征提取与分类器问题,提出一种融合模型的人体行为识别方法(HBRM)。首先将加速度传感器采集的数据转换为二维张量格式,然后结合卷积神经网络(CNN)提取张量的特征,同时考虑到人体行为动作在时间序列上前后具有较强的关联性,提出利用长短期记忆(LSTM)网络进行人体行为动作的识别。由于卷积神经网络在特征提取方面具有较好的性能,且长短期记忆模型擅长处理时间序列问题,因此将这两种模型进行融合理论上具有较好的效果。在WISDM数据集上进行实验,结果表明:该方法对六种人体行为动作的平均识别率达到了96.95%。     

基于CNN-LSTM双流融合网络的危险行为识别

针对目前人体危险行为识别过程中由于时空特征挖掘不充分导致精度不够的问题,对传统双流卷积模型进行改进,提出了一种基于CNN-LSTM的双流卷积危险行为识别模型。该模型将CNN网络与LSTM网络并联,其中CNN网络作为空间流,将人体骨架空间运动姿态分为静态与动态特征进行分别提取,两者融合作为空间流的输出;在时间流中采用改进的可滑动长短时记忆网络,以增加人体骨架时序特征的提取能力;最后将两个分支进行时空融合,利用Softmax对危险动作做出分类识别。在公开的NTU-RGB+D数据集和Kinetics数据集上的实验结果表明,改进后模型的平均跨角度（Cross view,CV）精度达到92.5%,平均跨视角（Cross subject,CS）精度为87.9%。所提方法优于改进前及其他方法,可以有效地对人体危险动作做出识别,同时对于模糊动作也有较好的区分效果。     

基于CNN-LSTM及深度学习的风电场时空组合预测模型

为了更好地预测风电场的风电功率,提取风电场相邻站点之间时空信息和潜在联系,提出了一种基于卷积神经网络（CNN）、互信息（mutual information,MI）法、长短时记忆网络（LSTM）、注意力机制（AT）和粒子群优化（PSO）的短期风电场预测模型（MI-CNN-ALSTM-PSO）。CNN用于提取不同站点的空间特征,LSTM则用于获取多个站点的风电数据的时间依赖信息,据此设计CNN-LSTM时空预测模型,并结合深度学习算法,如MI特征选择、AT注意力机制、PSO参数优化,对模型进一步改进。通过两个海岛风电场的实验数据分析可知,所提模型具有最优的统计误差,CNN-LSTM模型可以高效提取风电场时空信息并进行时间序列预测,而结合深度学习算法（MI、AT和PSO）后的组合模型能进一步提高风电功率预测精度和稳定性。     

基于长短时记忆网络的人体姿态检测方法

针对在循环神经网络（RNN）网络结构下较为遥远的历史信号无法传递至当前时刻的问题,长短时记忆（LSTM）网络作为RNN的一种变体被提出,在继承RNN对时间序列优秀的记忆能力的前提下,LSTM克服了这种时间序列的长期依赖问题,并在自然语言处理与语音识别领域有较好的表现。对于人体行为动作中也存在作为时间序列的长期依赖问题与使用传统滑窗算法采集数据时造成的无法实时检测的问题,将LSTM扩展应用到人体姿态检测,提出了基于LSTM的人体姿态检测方法。通过目前智能手机中一般都带有的加速度传感器、陀螺仪、气压计和方向传感器实时采集的时序数据,制作了包含3336条带有人工标注数据的人体姿态数据集,对行走、奔跑、上楼梯、下楼梯和平静五种日常持续性行为姿态与跌倒、起立、坐下和跳跃这四个突发行为姿态进行预测分类。对比LSTM网络与该研究领域内常用的浅层学习算法、深度学习全连接神经网络与卷积神经网络,实验结果表明,所提方法使用端对端的深度学习的方法相比基于所制作数据集的人体姿态检测算法模型的正确率提高了4.49个百分点,验证了该网络结构的泛化能力且更适合姿态检测。     

基于上下文特征融合的行为识别算法

针对LSTM网络无法充分提取短时信息导致人体行为识别率不高的问题,提出一种基于上下文特征融合的卷积长短时记忆网络联合优化架构,用于仅具有RGB数据的行为识别网络。使用3D卷积核对输入的动作序列提取其空间特征和短时时间特征,并将多通道信息进行融合,将融合后的特征送入下一级卷积神经网络和LSTM层中进行长期时间的特征学习,获取上下文的长期时空信息,最后用Softmax分类器进行人体行为的分类。实验结果表明,在人体行为识别公开数据集UCF-101上,提出的基于上下文特征融合的卷积长短时记忆网络的平均识别准确率达93.62%,相比于未进行特征融合的卷积长短时记忆网络提高了1.28%,且平均检测时间降低了37.1%。     

基于CNN-LSTM的QAR数据特征提取与预测

针对传统数据驱动的故障诊断方法难以从QAR数据中提取有效特征的问题,提出一种融合卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）与长短时记忆网络（long short-term memory,LSTM）的双通道融合模型CNN-LSTM。CNN与LSTM分别作为两个通道,通过注意力机制（attention）融合,从而使模型能同时表达数据在空间维度和时间维度上的特征,并以时间序列预测的方式验证融合模型特征提取的有效性。实验结果表明,双通道融合模型与单一的CNN、LSTM相比,能够更有效地提取数据特征,模型单步预测与多步预测误差平均降低35.3%。为基于QAR数据的故障诊断提供一种新的研究思路。     

面向人体行为识别的深度特征学习方法比较*

针对人体行为识别问题,比较了两种基于智能手机惯性加速度传感器数据的深度特征学习方法。与传统的人工特征提取方法相比,基于深度特征学习方法可以实现端到端训练,网络结构简单直观,避免了繁琐的特征工程,通过深度神经网络模型的学习自动获得特征。本文通过对比深度卷积神经网络、长短期记忆网络两种深度学习方法在公开网站UCI的机器学习知识库的人体行为识别数据集上的识别效果,论证了基于Dropout深度卷积神经网络特征学习方法的有效性。     

基于深度级联孪生网络的小样本调制识别算法

为解决传统基于深度学习的调制识别算法在小样本条件下识别准确率较低的问题,提出一种基于深度级联孪生网络的通信信号小样本调制识别算法。根据通信信号时序图的时空特性,设计由卷积神经网络和长短时记忆网络级联的特征提取模块将原始信号特征映射至特征空间,同时在孪生网络架构下对提取的特征进行距离度量并以相似性约束训练网络,避免特征提取模块在训练过程中出现过拟合现象,最终通过最近邻分类器识别待测样本的调制类别。在DeepSig公开调制数据集上的实验结果表明,与传统基于深度学习的调制识别算法相比,该算法能有效降低训练过程中所需的样本量,且在小样本条件下的识别准确率更高。     

基于无线体域网的在线人体活动识别

基于智能手机传感器的人体活动识别是普适计算领域的研究热点.为扩展可识别的活动种类,并提高准确率和实时性,提出了由智能手环和智能手机组建无线体域网通过深度神经网络在线识别人体活动的方法.首先,设计由智能手环和智能手机组成的无线体域网的总体框架;然后,对预处理后的传感信号,构造带有Inception结构的卷积神经网络和长短时记忆递归神经网络来分别提取时空域特征,并结合两类网络结构来融合多模态传感数据,离线进行神经网络模型训练;最后,对训练好的神经网络模型进行优化,并部署到智能手机上,在线实时识别人体活动.实验结果表明,本文方法无需手工设计特征,可自动融合各类异构传感数据,更加准确、高效地识别了更多种类的活动.     

一种改进的GRU-InFCN人体行为识别模型

为了克服传统机器学习方法在采用传感器数据进行人体行为识别领域上识别效果对人工特征选取依赖严重、识别准确率不高等问题,提出一种改进的全卷积神经网络和多层循环神经网络并联的深度学习模型(GRU-InFCN),并对传感器数据特征进行自动提取,实现人体动作的识别。该模型通过多尺度卷积神经网络和双层GRU网络(Gated Recurrent Unit,GRU)分别对传感器数据进行特征提取,将特征矩阵在矩阵维度上进行特征拼接再通过Softmax完成特征分类。实验结果表明,在开源人体行为识别(HAR)数据集上采用该方法进行人体行为识别,准确率达到了97.76%。该模型在取得高准确率的同时,避免了复杂的信号预处理和特征工程。     

基于融合式神经网络的微生物生长环境关系抽取

为了构建完整的微生物生长环境关系数据库,提出基于卷积神经网络-长短时记忆(CNN-LSTM)的关系抽取系统.结合卷积神经网络(CNN)和长短时记忆(LSTM),实现对隐含特征的深度学习,提取分布式词向量特征和实体位置特征作为模型的特征输入.对比实验验证加入特征后CNN-LSTM模型的优势,并将CNN模型的特征输出作为LSTM模型的特征输入.在Bio-NLP 2016共享任务发布的BB-event语料集上得到目前最好的结果.     

采用Transformer网络的视频序列表情识别

目的 相比于静态人脸表情图像识别,视频序列中的各帧人脸表情强度差异较大,并且含有中性表情的帧数较多,然而现有模型无法为视频序列中每帧图像分配合适的权重。为了充分利用视频序列中的时空维度信息和不同帧图像对视频表情识别的作用力差异特点,本文提出一种基于Transformer的视频序列表情识别方法。方法 首先,将一个视频序列分成含有固定帧数的短视频片段,并采用深度残差网络对视频片段中的每帧图像学习出高层次的人脸表情特征,从而生成一个固定维度的视频片段空间特征。然后,通过设计合适的长短时记忆网络（long short-term memory network,LSTM）和Transformer模型分别从该视频片段空间特征序列中进一步学习出高层次的时间维度特征和注意力特征,并进行级联输入到全连接层,从而输出该视频片段的表情分类分数值。最后,将一个视频所有片段的表情分类分数值进行最大池化,实现该视频的最终表情分类任务。结果 在公开的BAUM-1s （Bahcesehir University multimodal）和RML （Ryerson Multimedia Lab）视频情感数据集上的试验结果表明,该方法分别取得了60.72%和75.44%的正确识别率,优于其他对比方法的性能。结论 该方法采用端到端的学习方式,能够有效提升视频序列表情识别性能。     

深度学习的双人交互行为识别与预测算法研究

基于卷积神经网络的双人交互行为识别算法存在提取的深度特征无法有效表征交互行为序列特性的问题,本文将长短期记忆网络与卷积神经网络模型相结合,提出了一种基于深度学习的双人交互行为识别与预测一体化方法。该方法在训练过程中,完成对卷积神经网络和长短期记忆网络模型的参数训练。在识别与预测过程中,将不同时间比例长度的未知动作类别的视频图像分别送入已经训练好的卷积神经网络模型提取深度特征,再将卷积神经网络提取的深度特征送入长短期记忆网络模型完成对双人交互行为的识别与预测。在国际公开的UT-interaction双人交互行为数据库进行测试的结果表明,该方法在保证计算量适当的同时对交互行为的正确识别率达到了92.31%,并且也可完成对未知动作的初步预测。     

加工面点云数据深度学习的加工特征自动识别

加工特征识别是实现CAD/CAPP/CAM系统集成的关键技术.针对传统基于符号推理加工特征识别模式存在鲁棒性问题,提出一种基于加工面点云数据深度学习的加工特征自动识别方法;基于PointNet点云识别框架,构建了一个面向加工面点云数据的加工特征自动识别卷积神经网络;通过收集CAD模型中的加工特征面集和采样点云,构建了适...     

Times-series data augmentation and deep learning for construction equipment activity recognition

Automated, real-time, and reliable equipment activity recognition on construction sites can help to minimize idle time, improve operational efficiency, and reduce emissions. Previous efforts in activity recognition of construction equipment have explored different classification algorithms anm accelerometers and gyroscopes. These studies utilized pattern recognition approaches such as statistical models (e.g., hidden-Markov models); shallow neural networks (e.g., Artificial Neural Networks); and distance algorithms (e.g., K-nearest neighbor) to classify the time-series data collected from sensors mounted on the equipment. Such methods necessitate the segmentation of continuous operational data with fixed or dynamic windows to extract statistical features. This heuristic and manual feature extraction process is limited by human knowledge and can only extract human-specified shallow features. However, recent developments in deep neural networks, specifically recurrent neural network (RNN), presents new opportunities to classify sequential time-series data with recurrent lateral connections. RNN can automatically learn high-level representative features through the network instead of being manually designed, making it more suitable for complex activity recognition. However, the application of RNN requires a large training dataset which poses a practical challenge to obtain from real construction sites. Thus, this study presents a data-augmentation framework for generating synthetic time-series training data for an RNN-based deep learning network to accurately and reliably recognize equipment activities. The proposed methodology is validated by generating synthetic data from sample datasets, that were collected from two earthmoving operations in the real world. The synthetic data along with the collected data were used to train a long short-term memory (LSTM)-based RNN. The trained model was evaluated by comparing its performance with traditionally used classification algorithms for construction equipment activity recognition. The deep learning framework presented in this study outperformed the traditionally used machine learning classification algorithms for activity recognition regarding model accuracy and generalization.     

基于多模态特征学习的人体行为识别方法

由于从单一行为模态中获取的特征难以准确地表达复杂的人体动作,本文提出基于多模态特征学习的人体行为识别算法.首先采用两条通道分别提取行为视频的RGB特征和3D骨骼特征,第1条通道C3DP-LA网络由两部分组成:(1)包含时空金字塔池化(Spatial Temporal Pyramid Pooling,STPP)的改进3D CNN;(2)基于时空注意力机制的LSTM,第2条通道为时空图卷积网络(ST-GCN),然后,本文将提取到的两种特征融合使其优势互补,最后用Softmax分类器对融合特征进行分类,并在公开数据集UCF101和NTU RGB+D上验证.实验表明,本文提出的方法与现有行为识别算法相比具有较高的识别准确度.