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专题:工业软件 自主创新
宁振波

2021 Vol. 20 (1): 1-5 [摘要]( 464 HTML (1 KB)  PDF  (1353 KB)  ( 297 )

杨 刚,李梦洁,崔朝臣,郭彦君

2021 Vol. 20 (1): 6-10 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (2603 KB)  ( 86 )

莫洪波,常 琪,熊文红,薛振泽

2021 Vol. 20 (1): 11-15 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1687 KB)  ( 86 )

盛 亮,赵德安,孙月平,周文全,潘望俊

2021 Vol. 20 (1): 16-20 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (2065 KB)  ( 68 )

王红娟,卢新明,李金龙,张善兵

2021 Vol. 20 (1): 21-25 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (3132 KB)  ( 73 )

林 伟,杨明龙,王 冲,夏永华

2021 Vol. 20 (1): 26-30 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (3357 KB)  ( 70 )

张 帆,王亚刚

2021 Vol. 20 (1): 31-35 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1753 KB)  ( 66 )

黄 静,张招君

2021 Vol. 20 (1): 36-40 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (1628 KB)  ( 74 )

滕 烁,孙首群,焦玉格

2021 Vol. 20 (1): 41-45 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3157 KB)  ( 62 )

陶明东,傅亚琴

2021 Vol. 20 (1): 46-50 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1831 KB)  ( 85 )

人工智能
耿晓斌,程云章,钟 鸣,李 帆

2021 Vol. 20 (1): 51-57 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (2228 KB)  ( 70 )

孙于成

2021 Vol. 20 (1): 58-62 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3095 KB)  ( 66 )

何 晶,沈 雷,蒋寒琼,何必锋

2021 Vol. 20 (1): 63-67 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (1836 KB)  ( 72 )

丁童心,禹素萍

2021 Vol. 20 (1): 68-71 [摘要]( 24 HTML (1 KB)  PDF  (2645 KB)  ( 71 )

卞子煜,朱伟兴

2021 Vol. 20 (1): 72-75 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (5891 KB)  ( 68 )

陈 涛,路 红

2021 Vol. 20 (1): 76-80 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1907 KB)  ( 73 )

金 宇

2021 Vol. 20 (1): 81-83 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1331 KB)  ( 69 )

张岚斌,徐国庆,李 澜

2021 Vol. 20 (1): 84-88 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1706 KB)  ( 64 )

计算机软件与理论
凌 莉,李晓晓,赵 宁

2021 Vol. 20 (1): 89-96 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (2320 KB)  ( 68 )

万 鹏,吕毅斌,王樱子,唐胜男

2021 Vol. 20 (1): 97-102 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (5444 KB)  ( 63 )

朱雨婷,田 颖

2021 Vol. 20 (1): 103-108 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1910 KB)  ( 67 )

邓 晶

2021 Vol. 20 (1): 109-112 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1482 KB)  ( 70 )

刘孝宇

2021 Vol. 20 (1): 113-116 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (2449 KB)  ( 72 )

殷福嘉

2021 Vol. 20 (1): 117-122 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2175 KB)  ( 62 )

陈 哲

2021 Vol. 20 (1): 123-127 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1632 KB)  ( 67 )

徐 超,单志勇,徐好好

2021 Vol. 20 (1): 128-131 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2128 KB)  ( 68 )

叶科淮,陈 志,王仁杰,史佳成,胡 宸

2021 Vol. 20 (1): 132-135 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (1527 KB)  ( 69 )

王志敏,沐年国

2021 Vol. 20 (1): 136-141 [摘要]( 24 HTML (1 KB)  PDF  (5608 KB)  ( 74 )

软件设计、开发与应用
孟利国,喻洪流,孟巧玲,朱文杰

2021 Vol. 20 (1): 142-147 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (3157 KB)  ( 66 )

张 驰,陶永生

2021 Vol. 20 (1): 148-152 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (2981 KB)  ( 63 )

周 斌

2021 Vol. 20 (1): 153-158 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (1343 KB)  ( 215 )

曹海军,李丕丁

2021 Vol. 20 (1): 159-163 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2140 KB)  ( 65 )

李能卡,曹建平,管 雨,朱 玺

2021 Vol. 20 (1): 164-167 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (2128 KB)  ( 70 )

蔺建强,甘 淑

2021 Vol. 20 (1): 168-173 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (4148 KB)  ( 60 )

蔡崇超,许华虎

2021 Vol. 20 (1): 174-177 [摘要]( 33 HTML (1 KB)  PDF  (1406 KB)  ( 62 )

大数据与信息处理
邓凯凯,陆向艳,阮开栋,许 欣,刘 峻

2021 Vol. 20 (1): 178-184 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1511 KB)  ( 70 )

仲蓓鑫,孔苏鹏,程 实,张 恒

2021 Vol. 20 (1): 185-190 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (1905 KB)  ( 65 )

计算机网络与信息安全
孙 兵

2021 Vol. 20 (1): 191-194 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2421 KB)  ( 63 )

王 宇,刘 瑜,邹雄飞,谭砚磊

2021 Vol. 20 (1): 195-198 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (1930 KB)  ( 66 )

黄锐聪,庄 毅

2021 Vol. 20 (1): 199-203 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (1502 KB)  ( 65 )

图形图像处理
周严谨

2021 Vol. 20 (1): 204-208 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (3683 KB)  ( 64 )

袁小君,李 杨,杨晓城,蒋明峰

2021 Vol. 20 (1): 209-213 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (7439 KB)  ( 123 )

宋聪莹,邵 清

2021 Vol. 20 (1): 214-218 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (3067 KB)  ( 69 )

张维国

2021 Vol. 20 (1): 219-225 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (4527 KB)  ( 69 )

研究综述
王广艺,杨 庚

2021 Vol. 20 (1): 226-233 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1415 KB)  ( 65 )

徐建国,刘泳慧,刘梦凡

2021 Vol. 20 (1): 234-237 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3846 KB)  ( 65 )

王伟宾

2021 Vol. 20 (1): 238-241 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1327 KB)  ( 63 )

卢 旭,刘 钊

2021 Vol. 20 (1): 242-244 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (1313 KB)  ( 72 )

张 璐

2021 Vol. 20 (1): 245-248 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (1474 KB)  ( 76 )

孟开元,岳宇航,曹庆年

2021 Vol. 20 (1): 249-252 [摘要]( 38 HTML (1 KB)  PDF  (1345 KB)  ( 80 )

专题:工业软件 自主创新
宁振波

随着第四次工业革命的到来,世界各国相继提出了各类数字化转型的战略规划,智能制造领域的竞争日益加剧,智能制造的关键之一是工业软件。现代制造业对工业软件的依赖愈加严重:产品初期设计、生产制造、正常运行、后期维护都离不开工业软件的核心支撑。先进的工业软件是工业乃至社会发展水平的重要标志,是未来智能工业重要基础支撑,是不能受制于人的关键核心技术。工业软件可被视为现代工业的灵魂。切实加强我国工业技术软件化能力,自主研发关键领域工业软件,加快我国工业APP发展,对于建设工业强国具有重要战略意义。阐述了工业软件的本质,对工业软件与工业技术的关系进行分析,并基于我国国情提出工业软件新分类,以期开辟世界工业软件新赛道。

2021 Vol. 20 (1): 1-5 [摘要]( 464 HTML (1 KB)  PDF  (1353 KB)  ( 297 )

杨 刚,李梦洁,崔朝臣,郭彦君

数字孪生是智能制造领域具有重要发展前景的新兴热点技术。在总结数字孪生现状的基础上,系统地界定数字孪生内涵与特征,凝练数字孪生研究和应用在信息领域面临的主要技术挑战:异构模型精确构建与融合、虚拟模型自主更新与可靠评估、多维数据一致感知和基于语义的互理解保证等。提出基于模型池滑动窗口的计算进化分离自主进化机制以应对虚拟模型自主更新挑战,并在滚动轴承故障诊断场景进行初步应用。

2021 Vol. 20 (1): 6-10 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (2603 KB)  ( 86 )

莫洪波,常 琪,熊文红,薛振泽

建设数字化、智能化和可视化的全生命周期管理平台,是解决当下设备管理问题、实现设备效能利用最优化的重要举措。采用基于J2Eede 的大数据存储框架和Vert.x技术,实现设备全生命周期数字化管理,为设备的运行状态和生命周期提供寿命统计、预测和预警平台,为设备维护管理人员提供精确维修方案选项,实现由经验性维护到预防性维护转变。

2021 Vol. 20 (1): 11-15 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1687 KB)  ( 86 )

盛 亮,赵德安,孙月平,周文全,潘望俊

针对移动式增氧机在风向、水流等干扰下,存在直线路径跟踪偏离与距离控制精度下降的问题,提出采用自抗扰控制策略优化移动式增氧机的航向控制系统。首先通过二阶跟踪微分器优化移动式增氧机航向过渡过程,跟踪输入信号及其微分信号;再通过扩张状态观测器确定移动式增氧机航向系统内部状态信息,计算误差,得到误差反馈量;最后根据扰动估计值得出最终控制量,计算距离、航向角误差,从而将复杂的路径跟踪简化为1个二阶系统,极大减轻控制器复杂度。试验结果表明,采用自抗扰技术的移动式增氧机可将路径跟踪控制距离误差控制在0.2m,航向角误差控制在0.1°,使移动式增氧机克服干扰的影响。

2021 Vol. 20 (1): 16-20 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (2065 KB)  ( 68 )

王红娟,卢新明,李金龙,张善兵

为了改善巷道三维建模算法中特殊交岔点不能相互贯通的缺点,研究基于布尔运算的巷道交岔点建模算法,以实现巷道各类交岔点的相互贯通。根据实测导线数据、断面参数及巷道属性信息,采用六元组统一方法表示断面形状,实现巷道交岔点及各断面形状的连接。实验结果表明,基于布尔运算算法的垂直巷道交岔点建模算法贯通率达到100%。该算法不仅实现了巷道交岔点的相互贯通,而且能有效修正巷道设计中存在的误差,提高巷道三维模型精度。

2021 Vol. 20 (1): 21-25 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (3132 KB)  ( 73 )

林 伟,杨明龙,王 冲,夏永华

针对传统地下管廊工程测量结果存在属性信息录入不全且不能三维可视化问题,提出一种根据点云数据创建地下管廊BIM模型的方法。首先利用三维激光扫描仪获取的点云数据进行拼接、去噪、抽稀等预处理操作,然后根据点云数据分别创建地下管廊的表皮模型和各种小部件模型,最后导入Revit中融合两类模型并录入属性信息。以昆明市广福路某段地下管廊进行实验,结果显示该方法得到的BIM模型精度较高,属性信息全面,能够为地下管廊数字化管理提供数据支撑。

2021 Vol. 20 (1): 26-30 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (3357 KB)  ( 70 )

张 帆,王亚刚

在实际工业生产过程中,常常会出现高阶时滞对象,这对于系统整体控制及控制器参数整定都非常不便。因此,得到被控对象的等价模型十分重要,常见思路是将其转换为低阶系统。在二阶纯滞后模型基础上,利用蚁群算法强大的寻优能力,引入适当的适应度函数,对频率特征点进行优化选择,有效地避免了对特征点选取的随机性和数量的局限性。利用MATLAB仿真,从被控对象模型和辨识出的模型Nyquist图可以得出本文方法辨识出的模型与原系统拟合度更高。

2021 Vol. 20 (1): 31-35 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1753 KB)  ( 66 )

黄 静,张招君

针对滚动轴承故障分类准确率低的问题,提出一种利用遗传算法结合粒子群算法优化支持向量机分类器的故障诊断方法。实验通过提取滚动轴承不同故障状态下的振动信号,以转化成时域和频域组成的特征集为特征向量,利用粒子群生成二维粒子,即惩罚因子C、核函数参数G,并喂入支持向量机进行训练和交叉验证,取最优适应度对应的粒子,进而构建遗传粒子群改进支持向量机故障分类模型。实验证明,粒子群改进的支持向量机与遗传算法改进的支持向量机相比,该算法模型在滚动轴承故障分类中对时域、频域、时频域3个特征集的正确率均有明显改进。

2021 Vol. 20 (1): 36-40 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (1628 KB)  ( 74 )

滕 烁,孙首群,焦玉格

针对油气管道运输系统存在的固液两相流对管道弯头的冲蚀破坏问题,采用CFD软件Fluent中的DPM和k-ε模型模拟多相流冲蚀现象。分析弯头内流场压力流速分布和颗粒运动轨迹,找出弯头最大冲蚀率与冲蚀位置分布规律。研究表明:在弯头内45°外侧壁面区域流场压强最大;弯头内流体流速在弯头内侧45°近壁区域达到最大值,其附近有二次回流现象。弯头冲蚀率最大值出现在弯头外侧壁面40°~50°之间,且随着流体入口速度和颗粒直径的增大而增大。

2021 Vol. 20 (1): 41-45 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3157 KB)  ( 62 )

陶明东,傅亚琴

企业资产管理(EAM)已难以满足智能制造对设备维护的需求。将EAM纳入CPS技术体系,分析智能化设备维护需求,提出EAM必将向系统之系统(SoS)级CPS演化的观点,实现关键路径是建立设备数字孪生,构建故障模型和运行控制模型,使设备具备状态自感知、自评估、自决策、自执行能力,为EAM制定未来研发方向。通过CPS总线与相关运营优化系统进行信息交互,可在一定程度上实现数字化车间功能,同时为企业资产优化、安全与环保管理、运营优化提供支持,以提升企业运营效果,促进智能制造发展。

2021 Vol. 20 (1): 46-50 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1831 KB)  ( 85 )

人工智能
耿晓斌,程云章,钟 鸣,李 帆

为预测ICU患者重症监护时长并研究血糖变异对时长的影响,分别构建K最近邻、决策树、支持向量机以及随机森林4种模型,使用重症患者的血糖变异情况和基本病例信息构成实验数据集进行训练,预测患者能否在72h内转出ICU病房。训练后的4种模型在判断患者重症监护时长的准确率分别为63.94%、78.77%、81.07%和84.14%。实验结果表明,血糖变异情况对患者重症监护时长有重要影响,且随机森林模型相比其它机器学习算法能较好地预测ICU患者的重症监护时长,能帮助医生合理安排治疗计划,在提高医疗资源利用效率上具有参考意义。

2021 Vol. 20 (1): 51-57 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (2228 KB)  ( 70 )

孙于成

为了有效改善传统动作识别方法中输入数据信息单一导致的识别率偏低等问题,提出一种结合视频数据和骨骼数据的双流融合方法。基于两种不同的深度学习网络,分别对视频数据与骨骼数据进行识别并将两者输出的概率加以融合,实现信息融合效果。在公开数据集NTU RGB+D上进行测试,达到83.76%的识别精度。该方法在一定程度上实现了不同数据的信息融合,能较为准确地区分出动作类别。

2021 Vol. 20 (1): 58-62 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3095 KB)  ( 66 )

何 晶,沈 雷,蒋寒琼,何必锋

针对目前手指静脉识别算法中的局部特征提取算法在信息量上利用不充分、特征不够稳定以及静脉结构不够突出等问题,提出一种基于多尺度局部特征融合的手指静脉识别方法。首先对图像进行归一化及自适应直方图均衡(CLAHE)处理,然后应用多尺度方向模板提取一阶局部静脉方向特征,之后在方向特征基础上计算局部均值二值算子(MLBP),得到二阶局部纹理细节特征,最后采用最优权值方式融合一阶梯度上的局部静脉方向特征和二阶梯度上的局部纹理细节特征。相比其它传统局部特征提取算法,这种多阶梯度融合方式提高了特征的稳定性,对图像信息量的利用更加充分。与MMNBP和NMRT算法相比,该算法在噪声图像库中的识别率分别从40.99%、39.22%提升至51.04%,在正常图像库中的识别率分别从82.79%、84.66%提升至89.53%。

2021 Vol. 20 (1): 63-67 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (1836 KB)  ( 72 )

丁童心,禹素萍

传统图像特征提取具有较高维度缺陷,造成算法分类效率低、复杂度高、分类速度慢、计算开销大等问题。为此提出AAM算法,定位关键点提取人脸表情几何特征。将朴素贝叶斯分类器结合特征属性重要度调节高斯核函数,使用K近邻算法实现分类决策,提出一种WNBC-KNN分类方法,从降低数据维度和分类算法两方面优化人脸表情分类。在CK+数据和JAFFE数据集上实验,识别率分别达到90%和86%。与传统的朴素贝叶斯算法比较,改进后的算法识别率分别提高6%和30%。

2021 Vol. 20 (1): 68-71 [摘要]( 24 HTML (1 KB)  PDF  (2645 KB)  ( 71 )

卞子煜,朱伟兴

计算机视觉技术越来越多地应用于生猪饮水等行为识别中,以判断生猪健康状况。现有的饮水识别方法主要依赖目标轮廓,而传统的阈值分割方式受光照、噪点等因素影响较大,提取的轮廓不够精确。提出一种基于深度学习目标检测算法YOLO(You Only Look Once,YOLO)的生猪行为识别方法,根据生猪位置与饮水区的关系以及是否处于静止状态综合判断其饮水行为。该方法不依赖目标轮廓,且无复杂的手动特征提取过程。在深度学习框架tensorflow上进行群养猪检测、定位以及饮水行为识别。实验证明,该算法比基于轮廓的饮水识别算法精度提高3%,达到94.0%。

2021 Vol. 20 (1): 72-75 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (5891 KB)  ( 68 )

陈 涛,路 红

行人检测一直是视频分析领域的研究热点和难点,在无人驾驶、道路监控、智慧城市等方面具有广泛应用。介绍基于深度学习的行人检测技术,全面分析目标检测技术发展现状,研究行人检测关键技术及其处理流程,并基于YOLO v3进行了软件系统实现与验证。实验结果表明,深度学习技术能够在准确度和实时性方面满足行人检测要求。最后,探讨了行人检测技术未来发展和进一步研究方向。

2021 Vol. 20 (1): 76-80 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1907 KB)  ( 73 )

金 宇

为了解决关键点检测精度不均和整体关键点检测精度不高等问题,基于级联特征网络,通过构建主体网络多分支、多阶段、多分辨率的方式从输入图像中提取丰富特征,并通过微调网络中的级联和在线关键点挖掘以提高整体关键点检测精度。采用自顶向下的方法在MPII数据集上与目前先进方法进行对比实验,分别使用20 000张图像进行训练,5 000张图像进行测试。实验结果表明,基于级联特征网络的人体姿态估计方法具有更高的多人姿态估计准确率,平均精度达80.4%,且一些不易识别的关键点检测精度更高。

2021 Vol. 20 (1): 81-83 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1331 KB)  ( 69 )

张岚斌,徐国庆,李 澜

针对古漆器漆膜数据类间不平衡、样本规模小,以及传统机器学习算法分类效果较差的问题,提出一种改进SMOTE的过采样方法改变漆器漆膜数据样本分布,使其达到平衡。该方法通过比较各类样本间的欧式距离,删除了人工样本中的噪声数据,然后运用集成学习中的随机森林算法进行分类,提高了少数类的分类准确率。UCI数据集上的实验结果表明,改进的过采样方法性能更优,评价指标F1-score与AUC值分别得到2%、5%以上的提升。结合改进的过采样方法与机器学习算法进行对比实验,结果证明,随机森林算法精度更高,在对古漆器年代的判别中,随机森林算法的F1-score与AUC值高达87.76%、89.34%。

2021 Vol. 20 (1): 84-88 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1706 KB)  ( 64 )

计算机软件与理论
凌 莉,李晓晓,赵 宁

目前基于无人机的物联网信息与能量同传优化研究大都只考虑了单无人机且部署固定高度的情形,针对这一局限性,设计一个多无人机辅助的信息与能量同传系统,并提出一个联合优化设备关联关系、无人机位置、无人机发射功率和设备功率分割比的多变量固定交替迭代优化算法,以实现设备最小采集能量最大化。在每次迭代中,首先根据信号强度确定关联关系,并利用基于禁忌搜索的无人机位置优化算法,确定无人机位置;其次利用一阶泰勒展开式将非凸问题近似为凸问题,求解无人机发射功率和设备功率分割比。仿真实验表明,相比于多个基准对比方案,所提算法和策略能够获得更优的最小采集能量。

2021 Vol. 20 (1): 89-96 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (2320 KB)  ( 68 )

万 鹏,吕毅斌,王樱子,唐胜男

针对基于模拟电荷法的数值保角变换计算法在复杂边界求解模拟电荷点电荷量时不精确及不稳定问题,提出一种基于(k,j)-Padé 迭代法改进的SSOR方法并用于求解电荷点电荷量。首先通过模拟电荷法将数值保角变换的逼近问题转换为理论上较为成熟的共轭调和函数逼近问题;然后根据边界条件、正则化条件、约束条件和柯西条件构造出约束方程组,使用改进算法计算电荷点电荷量;最后利用电荷点电荷量计算出数值保角变换函数。实验结果表明, 该方法能很好地保持映射前后角度之间的关系。与原方法相比,在橙形区域中最大精度提升率约为11.2%, 在椭圆区域中最大精度提升率为5.4%,且比原方法稳定性高。

2021 Vol. 20 (1): 97-102 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (5444 KB)  ( 63 )

朱雨婷,田 颖

针对工业生产过程中的时变性问题,提出贝叶斯网络框架下的自适应质量变量预测建模方法。采用改进的即时学习策略,将数据库分成若干局部数据子集,快速选择与待测样本相似度较高的一组数据作为训练样本, 再利用主成分分析对训练样本过程变量进行特征提取,借此作为网络模型输入变量。利用基于改进Figueiredo-Jain算法的EM算法估计高斯混合模型参数,构建高斯混合模型逼近贝叶斯网络联合概率密度,训练得到贝叶斯网络下的自适应质量变量预测模型。基于田纳西伊斯曼(TE)仿真过程获得的数据,利用该方法对成分XG进行预测并与传统PCA-BN模型对比。结果证实该方法最大误差下降14.4%,均方根误差下降7.5%,相对误差下降8.3%,验证了该方法解决时变性问题的有效性。

2021 Vol. 20 (1): 103-108 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1910 KB)  ( 67 )

邓 晶

为了避免股票市场中因子之间复杂非线性关系引起的多因子选股模型过拟合现象,基于因子偏离度对股票因子数据进行分析,筛选影响股票收益率的有效因子,通过梯度提升树对股票影响因子的权值进行不断调整和分析,建立一个DEV-GBDT量化选股模型,再根据基于因子偏离度的GBDT多因子选股模型的预测结果进行模拟交易,以沪深300指数成分股2010年1月1日—2019年7月31日数据为例进行实证分析。实验结果表明,DEV-GBDT选股模型的年化收益率达26.14%,比传统GBDT选股模型提高8.61%。基于因子偏离度的GBDT多因子选股模型能有效识别股市影响因子,提高股票预测准确度,帮助投资者获得超额收益。

2021 Vol. 20 (1): 109-112 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1482 KB)  ( 70 )

刘孝宇

使用时域有限差分法对四态非厄米系统的耦合模理论进行验证。基于耦合模式方程,给出此系统传输系数公式,计算得出系统的透射谱与反射谱。在CST软件中用开口谐振环设计四态非厄米系统,基于CST软件的时域有限差分法仿真得到系统传输系数并进行验证。计算与仿真得到的传输系数结果一致,表明利用耦合模理论处理四态非厄米系统可行。

2021 Vol. 20 (1): 113-116 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (2449 KB)  ( 72 )

殷福嘉

针对电动汽车动力锂电池,提出一种能够在恒流及变流放电工况下修正SOC估算误差的方法。首先以双阻容并联网络RC作为锂电池等效电路模型,采用最小二乘法对模型参数进行估计,再依据模型及实验数据构建锂电池非线性状态方程,对锂电池开路电压与SOC的关系进行拟合,最后结合EKF算法与安时积分算法估算锂电池SOC,并采用脉冲放电实验进行验证。实验结果表明,该算法能够在恒流脉冲放电工况下有效修正SOC估算误差,并控制精度在1%以内,且在变流工况下仍可修正SOC初始误差。

2021 Vol. 20 (1): 117-122 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2175 KB)  ( 62 )

陈 哲

异常检测能够检测出数据中的异常情况,为各类系统正常运转提供重要支撑。提出一种基于变分自编码器的异常检测算法,该算法使用变分自编码器对输入数据进行特征提取,结合深度支持向量网络,压缩特征空间,并寻找最小超球体分离正常数据和异常数据,通过计算数据特征到超球体中心的欧式距离衡量数据的异常分数,并以此进行异常检测。在基准数据集MNIST和Fashion-MNIST上评估该算法,平均AUC分别达0.954和0.935,优于其它优秀算法。实验结果表明,该算法取得较好异常检测效果。

2021 Vol. 20 (1): 123-127 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (1632 KB)  ( 67 )

徐 超,单志勇,徐好好

针对粒子群算法(PSO)在优化高维多极值问题时容易陷入局部极值的问题,结合分层进化与动态学习策略,提出一种具有动态学习能力的分层进化粒子群优化算法(DHEPSO)。该算法首先根据粒子适应度值将粒子划分为不同层级,对不同层级粒子采取不同的进化策略,避免迭代后期种群多样性快速消失;然后根据粒子所属层级的不同动态调整粒子学习能力,在保证算法收敛精度情况下提高算法收敛速度;最后将算法在4个典型函数进行测试,结果表明DHEPSO与传统粒子群算法相比,除病态函数外均能快速达到全局最优。同时,问题维数提升对算法的全局收敛能力影响较小,证明该算法具有良好的稳定性。

2021 Vol. 20 (1): 128-131 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2128 KB)  ( 68 )

叶科淮,陈 志,王仁杰,史佳成,胡 宸

为了解决动态时间规整算法在时间序列长度较长、两段时间序列长度相当时计算效率较低等问题,对动态时间规整增加约束条件,并从压缩时间序列、优化全局约束及修改约束条件等方面进行改进。通过实验,将算法应用于较长的时间序列中。实验结果表明,两段时间序列长度越接近,动态时间规整的时间复杂度越趋于线性,在完全相等时,时间复杂度从传统算法的O(nm)优化至O(n),优化效率最高可达到99%。修改约束条件后的动态规整算法可识别实验中所有经过慢放处理的时间序列。经过优化的动态时间规整算法可在一定条件下提高效率,并且能快速识别相同的时间序列。

2021 Vol. 20 (1): 132-135 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (1527 KB)  ( 69 )

王志敏,沐年国

高频金融数据下对资产价格波动的研究越来越受到人们的关注,而随着对数据行为解析能力的提高,噪音也会随着采样频率的提高而增加,从而导致已实现波动率的估计偏差。为了降低高频数据中噪音对波动率估计的影响,在HAR-RV模型基础上使用EEMD结合小波分析的方法提高估计的有效性。实证研究发现,仅使用EEMD进行降噪预测并不能很好地预测股票市场的实际变动趋势,而在EEMD分解后的高频部分中使用小波方法进行处理,发现降噪后构建模型的均方误差(MSE)与平均绝对误差(MAE)分别下降了93.92%及76.94%,能够满足对股票市场实际序列变动的预测要求。

2021 Vol. 20 (1): 136-141 [摘要]( 24 HTML (1 KB)  PDF  (5608 KB)  ( 74 )

软件设计、开发与应用
孟利国,喻洪流,孟巧玲,朱文杰

为了更好地帮助下肢功能障碍者进行居家下肢康复训练,重获行动能力,走向独立生活,设计一种基于轮椅的智能多姿态下肢康复训练设备控制系统。该系统选用STM32F103系列单片机作为主控芯片,采用模块化设计思想,对人机交互模块、运动控制模块、姿态变换与下肢康复训练模块的软硬件进行设计。实验结果表明,人机交互摇杆按键控制姿态变换成功率能达到97.5%,语音和手机平板APP的控制成功率也能分别达到92.5%和95.3%。控制系统运行稳定,为进一步完善智能多姿态下肢康复训练设备奠定了基础。

2021 Vol. 20 (1): 142-147 [摘要]( 26 HTML (1 KB)  PDF  (3157 KB)  ( 66 )

张 驰,陶永生

为解决超小型水下机器人成本高、操作不灵活等不足,提出一种便携式小型水下机器人系统设计方案。系统分为水下机器人本体、水面通信浮标和控制终端3部分。通过搭建局域网方法,在本体中嵌入一个B/S架构的Web服务器,使用基于TCP协议的Socket编程完成数据传输,并将所有信号共用同一链路同时传输,最终通过以太网连接水下机器人实现控制。实验结果表明:系统控制信号传输正常,通信延迟稳定,相比传统的平台成本更低灵活性更强,可用于水下拍摄和监测工作。

2021 Vol. 20 (1): 148-152 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (2981 KB)  ( 63 )

周 斌

目前,许多高校招生部门为新生提供各类便利化服务,由此形成的招生数据中常包含学籍分配约束性因素。传统教务管理系统仅根据新生专业生成学籍的模式已无法满足新需求。为此,通过分析招生数据中与专业字段组合后对学籍分配构成约束性影响的字段特性,基于招生数据结构构建以专业为单位的学生与约束因素组合数据集,根据各专业新生人数和预设的班级人数生成班级信息,将同专业内约束因素的值按其所关联的人数排序,在序列中重复采取首尾元素结合方式将各元素对应的学生匹配到各班级,从而生成学籍信息。通过约束因素下学籍自适应生成模块设计,解决教务系统与新招生数据对接问题,实现学籍自适应生成。

2021 Vol. 20 (1): 153-158 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (1343 KB)  ( 215 )

曹海军,李丕丁

铁磁性物质对磁共振成像质量、设备安全和相关人员人身安全有着巨大威胁。传统金属检测仪敏感度不同,容易变化且不能分辨被测物是否为铁磁性。国外专用铁磁探测系统性能优异但技术保密严格且价格昂贵,而国内检测产品在灵敏度方面与之相比不占优势。基于FPGA的铁磁物质探测系统设计根据磁通门传感器测磁原理,采用平行式线圈结构,通过基于数字正交锁相放大的二次谐波法对采集的信号进行数字信号处理并对其进行自适应滤波算法处理以提高系统整体性能。实验测试结果表明,该系统较模拟式信号处理抗干扰能力强且使得铁磁性物质探测的灵敏度提高10.3%,实际探测距离由0.5m提高到1m。

2021 Vol. 20 (1): 159-163 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2140 KB)  ( 65 )

李能卡,曹建平,管 雨,朱 玺

为实现计算机监控系统的跨平台使用,以Chromium Embedded Framework (CEF3)作为主程序框架,前端利用HTML5实现跨平台的人机交互界面,后台沿用原系统中的C++基础库及服务程序,借助CEF3实现HTML5页面与后台程序之间的通信,成功研发出一款跨Windows、Linux及Mac OX平台的计算机监控系统。将该系统实地部署在某水电站,并应用于Windows/国产Linux交叉场景,如今已安全、稳定运行1万小时以上。经过验证,该系统不仅完全兼容原监控平台,可满足工业领域水电力行业监控系统的性能要求,而且得益于网页前端开发带来丰富的人力、技术资源,使得该方案在跨平台开发维护成本、迭代速度、灵活性等方面具有明显优势。

2021 Vol. 20 (1): 164-167 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (2128 KB)  ( 70 )

蔺建强,甘 淑

无人机倾斜摄影技术已成功应用于各项国民经济建设,如地籍测量、大面积区域测量等,但大多采用价格昂贵的固定翼和多镜头的旋翼无人机,针对带状地形图的应用研究较少。鉴于此,采用消费级大疆精灵4无人机和ContextCapture三维建模软件,通过外业数据采集和内业数据处理,生成三维模型、DOM、DSM、三维点云数据,利用清华山维(EPS)采集数据、CASS7.1进行编辑。获得数字线划图(DLG),并将其与利用RTK测量的地形图进行对比分析,通过对3类主要地物的精度比对,得出道路精度为0.042m,满足1∶500带状地形图测图要求。

2021 Vol. 20 (1): 168-173 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (4148 KB)  ( 60 )

蔡崇超,许华虎

随着大数据、移动互联网的快速发展,推荐系统成为解决网络信息过载的有力工具。为解决传统推荐系统由于没有将社交网络中用户关系考虑进去而导致的稀疏矩阵、冷启动等问题,提出一种基于矩阵分解技术的电影推荐系统算法MFMRS。该算法充分考虑到社交网络中用户之间的关系对推荐结果的影响,通过设置特征参数、损失函数、随机梯度下降等方法对推荐系统的精度进行改进。结果表明,通过应用该算法,Douban数据集的精度提升62%,Netflix数据集的精度提升51%。

2021 Vol. 20 (1): 174-177 [摘要]( 33 HTML (1 KB)  PDF  (1406 KB)  ( 62 )

大数据与信息处理
邓凯凯,陆向艳,阮开栋,许 欣,刘 峻

针对当前基于LDA模型扩展的文本情感分析方法未能考虑同一词语在不同语境下其情感极性的差异及非特征情感词对微博文本情感极性的影响这两个问题,提出一种基于语境分类和遗传算法的微博情感分析方法。该方法首先利用LDA模型构造微博主题集及微博主题词集,然后用微博标签数据逐一对各微博主题词集应用遗传算法自动迭代计算得出词集中词语的情感值,最后利用词集词语的情感值计算微博文本情感极性。实验结果表明,该方法精确度比LDA提升3.12%,召回率达87.32%,F1达73.79%,能够从语境和非特征情感词获取微博情感信息,有效提高情感分类准确率。

2021 Vol. 20 (1): 178-184 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (1511 KB)  ( 70 )

仲蓓鑫,孔苏鹏,程 实,张 恒

大学生助学金资助精准识别与认定是实际操作中的难题,无法实现资助定量分析,而定性分析目前又较模糊,缺乏科学性。鉴于此,对大学资助对象进行建模,实现定量和定性分析相结合,以达到精准识别目的。创造性地利用校园网已建的“互联网+”、“大数据”平台收集学生日常消费习惯、日常行动轨迹等数据,通过建立精确预测模型对学生在校生活水平进行定量和定性分析。实际操作效果表明,该分析模型实操性强,能够实现精准资助。

2021 Vol. 20 (1): 185-190 [摘要]( 36 HTML (1 KB)  PDF  (1905 KB)  ( 65 )

计算机网络与信息安全
孙 兵

随着Internet的不断发展,基于IP网络承载丰富多彩的电信级业务是未来发展趋势。传统的IP网络作为电信业务基础平台进行商用,存在QoS问题、安全问题、管理问题、价值链问题。业界提出RSVP的IntServ模型和DiffServ模型、IETF的MPLS流量工程技术,试图解决上述问题,但不能实现对业务的质量保证。为此,提出IP电信网的概念和架构,目标是基于已有IP网络,进行层次化网络架构(物理层、逻辑层、控制层、业务层)构建,进行业务质量敏感的电信级业务承载,通过网络资源集中管控,与传统的Internet上网业务从资源分配上进行分离,对现有IP网络作适当改造,支持对传统PSTN业务、数据专线业务的承载,支持电信级服务质量保证(毫秒级时延抖动、网络带宽预留),该方案相对传统电信业务专网或专线方案,成本可以降低50%以上。

2021 Vol. 20 (1): 191-194 [摘要]( 28 HTML (1 KB)  PDF  (2421 KB)  ( 63 )

王 宇,刘 瑜,邹雄飞,谭砚磊

目前针对无线传播特性在机载方面的研究相对较少。为研究校园特定场景信道特性,对校园宽阔地带与树木茂盛地带两种场景进行实地测量并采集数据。不同场景的信道衰减不同,采用参数估计方法,使用最小二乘法对路径损耗因子以及原点处路径损耗进行估计,从而实现两种场景下无线信道建模。经过实验可得校园宽阔地带路径损耗因子为2.664,有树木遮挡的林荫道场景路径损耗为2.812。实验结果表明,两种场景下的大尺度信道衰落模型可以很好地反映机载天线无线传播特性。

2021 Vol. 20 (1): 195-198 [摘要]( 25 HTML (1 KB)  PDF  (1930 KB)  ( 66 )

黄锐聪,庄 毅

安卓应用恶意泄露隐私最常使用的手段是基于HTTP协议的网络通信,通过该方法进行隐私泄露比例高达96.2%。针对安卓系统隐私泄露检测需求,提出基于HTTP数据包分析的安卓隐私泄露检测机制,捕获与过滤安卓应用程序运行中产生的网络流量,使用键值对提取及隐私信息匹配等方法判断该应用是否泄露隐私数据。实验结果表明,该方法比已有方法检测准确率更高,误报率更低。

2021 Vol. 20 (1): 199-203 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (1502 KB)  ( 65 )

图形图像处理
周严谨

由于亮度的相似性,带病灶眼底图像的视盘分割通常会受到亮病灶干扰。现有的视盘分割方法对正常的视网膜眼底图像具有较好的分割效果,但是在带病灶的眼底图像中表现不佳。在医学图像数据样本有限的情况下,U-Net网络能实现少样本训练生成较好的分割结果。提出一种将残差结构与U-Net网络融合的视盘分割方法。残差模块的跳跃连接能将浅层特征传递给更深一层网络,实现浅层特征的重复使用,增强了图像细节学习。将该方法在两个公开数据集Messidor和Kaggle上进行验证,在干扰较多的Kaggle数据集上,其AUC和MAP分别达到0.952 1和0.838 8,证明该方法可同时学习图像细节特征和全局结构特征,能更好地区分眼底视盘与亮病灶。

2021 Vol. 20 (1): 204-208 [摘要]( 30 HTML (1 KB)  PDF  (3683 KB)  ( 64 )

袁小君,李 杨,杨晓城,蒋明峰

为了克服磁共振图像重构精度低的问题,方便医生诊断与治疗,提出一种将组稀疏残差去噪和近似消息传递相结合的磁共振图像重构算法。在基于迭代软阈值的去噪近似消息传递(D-AMP)重构算法中,滤波的去噪算法将使用基于组稀疏残差约束(GSRC)的图像去噪实现。实验结果表明,基于组稀疏残差去噪的磁共振图像重建算法可有效缓解重建图像局部细节信息损失量大的问题,提高了图像重建性能,具有良好的鲁棒性。

2021 Vol. 20 (1): 209-213 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (7439 KB)  ( 123 )

宋聪莹,邵 清

针对雾霾天气下有雾图像能见度水平低、在低光照条件下无法有效获得图像细节信息等问题,提出一种基于暗通道先验的Retinex去雾算法。首先采用改进的暗通道先验算法对有雾图像进行初步处理,得到初步复原图像;其次,在得到的去雾图像上进行Retinex图像增强,利用引导滤波对照度分量进行平滑处理,求出反射分量;之后利用S型曲线对反射分量进行增强,以增强图像细节信息,并采用全局自适应与改进的Gamma函数对对比度及亮度进行拉伸调整;最后,运用颜色恢复函数还原色彩。实验结果表明,该算法在平均亮度和对比度方面都得到一定程度的提高,分别至少提高了1.79%和1.07%,平均梯度和信息熵分别至少提高了4.80%和4.79%。

2021 Vol. 20 (1): 214-218 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (3067 KB)  ( 69 )

张维国

为去除常出现在图像采集和日常摄影中的摩尔纹噪声,提出一种由样条小波生成的紧框架下的稀疏信号恢复算法。该算法利用摩尔纹噪声的频域特性确定受影响的傅里叶频谱区域;利用图像在给定紧框架下的稀疏性,根据压缩感知理论实现数据在傅里叶频谱上的非线性插值。实验结果表明,相比传统频域滤波算法,该算法恢复图像的峰值信噪比更高,更符合人的视觉审美,在去除摩尔纹噪声的同时,还可有效保留图像边缘信息。

2021 Vol. 20 (1): 219-225 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (4527 KB)  ( 69 )

研究综述
王广艺,杨 庚

本地差分隐私(LDP)频率估计是数据挖掘领域的一个重要组成部分,目的是在满足LDP的前提下计算特定数据项出现的频率。在基于云服务的应用中,LDP频率估计实现了数据采集过程与数据分析过程的隐私保护,可应用于频繁模式挖掘、恶意攻击检测等。但是LDP频率估计存在随机化噪声较多、依赖数据量较大、高维数据分析准确性较低等缺点。介绍LDP频率估计过程及其存在的性能分析问题,详细讨论LDP频率估计算法,主要包括单值频率估计方法、泛化频率估计方法、集合数据频率估计方法,并对下一步研究方向提出建议。

2021 Vol. 20 (1): 226-233 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1415 KB)  ( 65 )

徐建国,刘泳慧,刘梦凡

为了探究国内深度学习领域的研究进展和热点前沿,综合利用CiteSpace和VOSviewer两款软件对中国知网数据库中2005-2019年深度学习领域相关文献进行科学知识图谱分析,绘制关键词时区图谱、突变检测图谱以及关键词共现权重图谱。通过对所绘知识图谱的分析,可知国内自2014年开始对深度学习领域进行集中研究,理论模型研究热点为卷积神经网络和循环神经网络,应用领域研究热点为计算机视觉、自然语言处理等。其中,深度置信网络应用广泛,至今仍是研究重点。

2021 Vol. 20 (1): 234-237 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (3846 KB)  ( 65 )

王伟宾

随着大数据时代的到来,构建大数据下的机器学习系统会更加复杂和困难。开源机器学习工具的使用成为学术界和产业界关注的热点。对当前国内外主流机器学习工具进行研究和分析,总结各机器学习工具优缺点,为机器学习研究者和开发人员提供参考。

2021 Vol. 20 (1): 238-241 [摘要]( 29 HTML (1 KB)  PDF  (1327 KB)  ( 63 )

卢 旭,刘 钊

图像分割是计算机视觉领域的一个重要方向,是图像处理的核心环节。伴随深度学习技术的发展,结合深度学习的图像分割技术在精确度上远超传统图像分割方法。卷积神经网络(CNN)与全卷积神经网络(FCN)的提出极大促进了图像语义分割技术发展,研究人员提出了很多新型网络模型,分割精准度大幅度提升。从传统语义分割方法、深度学习与传统方法相结合的图像语义分割、基于深度学习的语义分割3个方面阐述图像语义分割技术研究进展,为基于深度学习的图像语义分割技术研究提供参考。

2021 Vol. 20 (1): 242-244 [摘要]( 27 HTML (1 KB)  PDF  (1313 KB)  ( 72 )

张 璐

移动设备的普及为基于位置的服务应用带来新的发展机遇,但在使用LBS时造成的轨迹隐私泄露问题成为LBS普及的隐患。轨迹泛化法是一种轨迹隐私保护技术,在保护轨迹隐私的同时还可提高服务质量。基于组的轨迹隐私保护技术特点,对不考虑移动趋势的轨迹泛化法进行分析,总结基于移动趋势的轨迹隐私保护方法并对未来研究方向进行展望。

2021 Vol. 20 (1): 245-248 [摘要]( 31 HTML (1 KB)  PDF  (1474 KB)  ( 76 )

孟开元,岳宇航,曹庆年

通过网络阅读新闻已经成为一种广泛流行的阅读方式,随着网络新闻资源的日益普及,在海量的新闻中,用户很容易被一些偏离自己兴趣爱好的信息所淹没,这种现状促进了新闻推荐系统的发展,其旨在帮助用户在巨大的动态新闻空间发现心仪的新闻,提高用户满意度。分析新闻推荐系统研究过程和现状,对新闻推荐系统的4个关键技术进行重点分析,并比较其优缺点。此外,从准确度和非准确度两个方面论述新闻推荐系统的效用评价标准,并分析了目前新闻推荐系统面临的挑战,指出了未来新闻推荐系统的研究重点。

2021 Vol. 20 (1): 249-252 [摘要]( 38 HTML (1 KB)  PDF  (1345 KB)  ( 80 )

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