山东大学学报 (工学版)

一种高效且轻量的RGB单帧人脸反欺诈模型

李家春,李博文,常建波

2023, 53(6): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.132

摘要 ( 139 )

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针对在仅具有三原色(red-green-blue，RGB)摄像头的通用消费设备上部署基于深度学习的人脸反欺诈(face anti-spoofing，FAS) 算法时存在的挑战问题，提出一种高效且轻量的RGB单帧FAS(efficient and lightweight RGB frame-level face anti-spoofing，EL-FAS)模型。探索一种新的全局空间自注意力机制捕获全局上下文信息的依赖关系，以提高模型泛化能力并在受限条件下实现高检测性能；设计一种等通道像素级二元监督方法，强制模型从不同的像素中学习共享特征；采用Bottleneck模块搭建骨干网络以减少模型参数。试验结果表明，EL-FAS模型在OULU-NPU数据集的大多数协议上平均分类错误率R_ACE最低，取得较好的人脸欺诈检测效果，在SiW数据集和跨数据集测试中也取得较好的性能，并且模型轻量，参数只有1.34×10⁶个。

用于预测边界元弱奇异积分的新型樽海鞘-神经网络模型

李源,张妮,张艳娜,刘士豪,李学辉

2023, 53(6): 8-15. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.156

摘要 ( 110 )

PDF (3020KB) ( 174 )

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为解决传统奇异积分计算方案复杂、计算成本高昂的问题,提出一种构建神经网络代理模型的方法,用于在线阶段预测边界元弱奇异积分结果。从理论上探讨使用机器学习方法预测边界元奇异积分的可行性,利用离线阶段收集的边界元弱奇异积分数据作为训练样本,通过坐标空间转换法解决训练空间和预测空间不一致的问题;引入灰狼等级制位置更新方法和自适应优化策略,提出一种改进的自适应樽海鞘(improved adaptive salp swarm algorithm, IASSA)优化方法,提高神经网络模型预测精度,解决标准樽海鞘优化算法收敛速度慢、后期种群多样性差的问题。试验结果表明,基于IASSA优化的神经网络代理模型能够将预测精度提高约54.50%,IASSA的收敛速度比标准樽海鞘优化算法提高约66.67%,降低了离线阶段代理模型的训练时间。

基于提及图和显式路径的文档级关系抽取方法

郑泾飞,廖永新,王华珍,何霆

2023, 53(6): 16-25. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.127

摘要 ( 96 )

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为有效汇聚实体间信息,利用实体间路径信息判断语义关系,提出一种基于提及图和显式路径的文档级关系抽取方法。利用基于提及对类型的图构建方法,通过融合提及间天然存在的结构化信息,结合图注意力网络,实现实体间信息的汇聚;利用基于显式路径的关系推理方法,包括显式路径构建方法和启发式的路径特征融合方法两个子方法,通过显式方式构建关系推理路径,将推理路径分为句内推理路径、句间推理路径、直接推理路径,实现区分句内推理和句间推理,差异化融合路径特征,提高关系路径推理能力,增强关系抽取的准确度。在3个公开数据集上的对比试验表明,本方法在F1和Ign F1指标上较目前主流方法存在优越性,验证了基于提及图和显式路径的文档级关系抽取方法能够更有效地支持文档级关系抽取任务。

基于log鲁棒核岭回归的子空间聚类算法

张鑫,费可可

2023, 53(6): 26-34. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.284

摘要 ( 88 )

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最小二乘回归子空间聚类算法存在对数据中噪声敏感、模型对数据结构信息约束不充分、没有考虑数据非线性关系等问题。针对这些问题,提出一种基于log函数的改进算法。使用L-(2,log)范数代替Frobenius范数约束残差项,提高算法的鲁棒性;使用logdet范数代替Frobenius范数约束表达矩阵,加强表达矩阵的低秩性;利用核方法处理数据,增强算法对数据非线性关系的捕捉能力,进而提高聚类的准确率。分别在人脸、手写数字、物体3种类别的数据集上与多个经典聚类算法进行对比试验,试验结果表明,该算法在精准度、标准化互信息、纯度3个聚类评价指标上优于对比算法,具有良好的聚类效果。

基于算法展开的图像盲去模糊深度学习网络

王旭晴,魏伟波,杨光宇,宋金涛,吕婷,潘振宽

2023, 53(6): 35-46. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.298

摘要 ( 106 )

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针对图像盲去模糊问题,基于变分模型的迭代优化展开形式设计了相应的变分深度学习网络,有效克服了传统变分方法计算效率低和深度学习方法可解释性差的问题。设计网络包含2部分: 利用算法展开策略实现基于L₀正则化估计模糊核的子网络;基于估计的模糊核及图像恢复正则化模型的非盲去卷积子网络,该子网络充分利用了双通道的编解码网络结构。为确保模糊核估计的准确性和图像内容的一致性,损失函数由均方误差损失和结构相似性损失构成。L₀正则化的使用有助于快速准确地完成模糊核估计;图像恢复正则化模型的使用有助于边缘和图像细节的保持。在Levin数据集上的试验结果表明,所提算法在峰值信噪比上较目前先进算法至少提高了2.14 dB。

基于动态掩码和多对对比学习的序列推荐模型

郑顺,王绍卿,刘玉芳,李可可,孙福振

2023, 53(6): 47-55. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.381

摘要 ( 93 )

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为解决BERT(bidirectional encoder representations from transformers)编码器在掩码过程中人为引入噪音、掩码比例过小难以掩盖短交互序列中的项目以及掩码比例过大导致模型难以训练3个问题,提出一种更改BERT编码器掩码方式的对比学习方法,为模型提供3类学习样本,使模型在训练过程中模仿人类学习进程,从而取得较好的结果。提出的算法在3个公开数据集上进行对比试验,性能基本优于基线模型,其中,在MovieLens-1M数据集上HR@5和NDCG@5指标分别提高9.68%和10.55%。由此可见,更改BERT编码器的掩码方式以及新的对比学习方法能够有效提高BERT编码器的编码准确性,从而提高推荐的正确率。

基于注意力特征融合网络的手指静脉图像质量评价方法

迟云浩,杨璐,郭杰,郝凡昌,聂秀山

2023, 53(6): 56-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.142

摘要 ( 93 )

PDF (2609KB) ( 99 )

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为充分挖掘质量特征以提高手指静脉图像质量评价的性能,提出一种基于注意力特征融合的深度可分离卷积网络,将其用于手指静脉图像质量评价。该方法主要包括静脉纹路提取、深度质量特征提取、注意力特征融合和图像质量类别预测等四个步骤。使用深度可分离卷积代替传统卷积,减少网络参数,使网络轻量化。使用注意力特征融合代替特征串联融合,从手指静脉灰度图像和手指静脉纹路图像中挖掘更具区分性的质量特征。考虑到目前没有公开手指静脉图像质量数据库,手工标注山东大学手指静脉公开库中图像的质量标记。试验结果表明,本研究提出的方法在手工标注数据库上的图像质量分类正确率为89.67%,图像质量评价性能优于现有手指静脉图像质量评价方法。

基于相似性保持和判别性分析的快速视频哈希算法

卞小曼,王小琴,蓝如师,刘振丙,罗笑南

2023, 53(6): 63-69. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.178

摘要 ( 73 )

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针对当前视频哈希算法检索时间长、准确率低的问题,提出一种基于相似性保持和判别性分析的快速视频哈希算法。通过视频的标签信息直接得到相似性矩阵,减少视频关键帧之间相似度的计算时间。采用根据标签信息定义的码本矩阵,使同一类别的视频生成相同的哈希码。在算法优化过程中,使用迭代优化找到参数的封闭解,学习得到视频哈希函数。本研究使得相似性矩阵和码本矩阵共同作用,不仅获得了较高的准确率,还极大提高了检索效率。试验结果表明,在两个公开视频数据集HMDB51和UCF101上,在数据集设置相同的情况下,该算法和6个常用的哈希算法相比,检索的时间和空间复杂度都明显优于其他算法。

粉质黏土地层桩侧劈裂注浆参数设计与效果评价

王钰鑫,吕思忠,姚望,林春金,张明,李召峰,张健,王衍升

2023, 53(6): 70-81. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.093

摘要 ( 91 )

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针对粉质黏土地层在役桩基础承载力不足问题，采用数值模拟和现场试验相结合的方法实现在役桩基注浆加固参数设计与加固效果评价。通过浆脉施加体积应变的方法建立注浆压力传递有限元模型，研究不同注浆工况下粉质黏土地层桩侧径向压力的分布规律，提出注浆参数设计方法。土压力随距离的衰减是非线性的，在一定的土体参数下注浆压力为2.0 MPa, 注浆孔与桩侧距离为0.5 m时，传递到桩侧的径向压力较大。以京台高速改扩建现场桩基为模型，绘制不同工况下桩基承载力提升幅度等值线图，注浆加固后桩基承载力提高了30.3%~89.4%，为在役桩基加固效果提供参考。

浅埋地铁车站施工期地表变形风险预警

李鸿钊,张庆松,刘人太,陈新,辛勤,石乐乐

2023, 53(6): 82-91. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.295

摘要 ( 86 )

PDF (5331KB) ( 60 )

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为研究浅埋地铁车站主体结构风险预报预警,建立基于实测数据与贝叶斯优化的随机森林模型(random forest model based on Bayesian optimization, BA-RF)机器学习的趋势分析方法,通过研究主体结构上方地表与建筑物沉降、竖井关键点位移、拱顶沉降等实时数据的趋势,预报未来关键位移短时期达到的最大值,并与控制值进行对比,当前序实测数据的时间δ为5、15、25 d时,平均绝对误差(y_MAE)0.377、0.303和0.270,均方根误差(yRMSE)分别为0.853、0.463和0.509,实现了对结构风险的短期预报预警。研究结果表明:预报方法可以在前序实测数据宽度较小的情况下实现极小的偏移比与绝对偏移比,具备良好的预报效果,综合预报方法在实际监测过程中取得良好工程应用效果。

废旧轮胎碎片(TDA)复合填料中竖向锚定板承载特性

江健宏,舒晓锐,刘志鲲,孙杰,荆树举,张宏博

2023, 53(6): 92-99. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.258

摘要 ( 84 )

PDF (6168KB) ( 19 )

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为验证废旧轮胎碎片(tire derived aggregate, TDA)复合土作为锚拉式轻型挡土墙台背填料的可行性,使用竖向锚定板拉拔试验装置,开展20组室内拉拔模拟试验,研究不同竖向荷载和不同TDA质量分数时复合土中竖向锚定板极限承载性能。试验结果表明,TDA复合土竖向锚定板拉拔承载力-位移曲线可划分为线性递增阶段、塑性剪切破坏阶段及硬化阶段;锚定板极限承载力受竖向荷载与TDA质量分数(0~20%)的影响显著,其随竖向荷载的增大呈现非线性增大趋势,在低竖向荷载水平下,锚定板极限承载力的提升效果更明显。依据试验结果,构建适用于TDA复合土中竖向锚定板极限拉拔承载力理论模型,并对试验结果进行锚定板极限承载力的合理性验证。研究成果可为锚拉式轻型挡土墙的结构优化及工程应用提供依据。

考虑主应力偏转影响的基坑开挖应力路径

扈萍,李萌,滕越,马少坤, 张西文

2023, 53(6): 100-107. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.017

摘要 ( 99 )

PDF (6361KB) ( 65 )

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针对目前基坑开挖应力路径研究中缺乏对主应力偏转影响的考虑,引入主应力方向角的概念并推导了其计算方法,建立了p-q-α三维应力状态体系。以黏土超深基坑开挖工程为算例,采用有限元软件ABAQUS模拟基坑开挖全过程,对基坑不同区域关键位置点在开挖卸荷过程中的三维应力路径进行了研究。结果表明,坑底土体平均压应力p减小,广义剪应力q先减小后增大,主应力方向角α偏转幅度较大;坑侧土体主应力方向角α有明显偏转,但应力路径的发展与支撑的设置密切相关,基坑坡顶土体则几乎不发生主应力轴偏转。

雷暴冲击风作用下风力发电机动力响应参数

刘春城,滕庆训

2023, 53(6): 108-121. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.080

摘要 ( 128 )

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为了研究移动雷暴冲击风的时域特征及其作用下风力发电机动力响应参数的特点, 利用谐波叠加法模拟得到移动雷暴冲击风的风速时程; 建立考虑叶片和塔筒耦合作用的风机结构有限元模型, 得到沿塔筒高度方向加速度、位移、截面应力、剪力的响应分布规律; 考虑风机停机状态下不同叶片的停摆角度, 进一步分析叶片及塔筒的加速度、位移响应; 考虑不同风向角对风机影响, 分析动力响应的频域特性, 给出振型参与系数、塔顶位移及加速度和塔底弯矩的幅值随频率的变化规律。研究表明, 移动雷暴冲击风的风速时程包括2个明显的波峰(0~T/3、T/3~T/2), 不同叶片停摆角下位移响应峰值的变化与所在位置高度密切相关, 雷暴冲击风荷载频率和一阶主频(0.230 Hz左右)对结构位移和截面弯矩幅值影响明显。

基于图像识别与CAE仿真技术的输变电塔一体化分析

张亚平,马唯婧,张宸硕,肖辉,张一鸣

2023, 53(6): 122-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.418

摘要 ( 111 )

PDF (8386KB) ( 35 )

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利用图像识别技术弥补输变电塔精细化建模中的难点,更精准地分析输变电塔受力情况。本研究提出一种基于二维图像扫描构建三维数值模型的方法,自动建立映射关系,完成输变电塔景观模型到数值三维模型的转换。结合计算机辅助工程仿真技术模拟多种环境因素下的输变电塔的动力响应,模拟结果表明输变电塔模型的静力计算结果贴合实际。研究结果可以为电网建设及维护提供技术指导和思路。

混合级联高压直流输电系统受端典型交直流故障特性分析

杨大业,孙圣亚,孙媛媛,王姗姗,赵兵,尹睿,孙凯祺,田春义

2023, 53(6): 131-142. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.330

摘要 ( 73 )

PDF (8643KB) ( 49 )

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以白鹤滩-江苏特高压混合级联直流输电工程为例,从理论和仿真两方面分析混合级联直流输电系统受端典型交直流故障对其稳定运行的影响。针对受端直流故障,分析直流线路接地故障及不同工况下,多组并联的模块化多电平换流器(modular multileve converter, MMC)闭锁故障后关键电气量的响应过程及暂态故障特性,并给出故障穿越方法。针对受端交流故障,分析受端电网换相换流器(line commutated converter, LCC)交流母线三相短路故障后LCC换相失败的故障特性,研究并联MMC运行方式对LCC换相能力的影响。为混合级联直流电网的安全稳定运行提供理论基础与技术支撑。

基于弧长参数的自由曲线实时误差估计算法

路勇良,张伟,赵军,张振,张自健

2023, 53(6): 143-151. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.009

摘要 ( 87 )

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PDF (5463KB) ( 127 )

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针对复杂型面零件加工精度要求提高以及在自由曲线跟随任务中实时精确计算轮廓误差难度较大等问题，提出一种基于弧长参数的自由曲线实时误差估计算法。在MATLAB/Simulink中利用非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline, NURBS)插补对椭圆轨迹和双纽线轨迹进行规划，将基于弧长参数的自由曲线实时误差估计算法与切线法、圆近似法、平均速度法和三点圆法的轮廓误差估算精度与执行时间等性能评价指标进行对比分析。仿真试验结果表明，基于弧长参数的自由曲线实时误差估计算法较现有常用的轮廓误差估计算法具有更好的轮廓误差估算精度，并且适用于大曲率自由曲线的情况。利用该方法可以更进一步设计出先进的交叉耦合控制(cross-coupled control, CCC)运动控制方案。

磨煤机前圆形风道新型均流装置的设计

孙立刚,程鹏,李官鹏,祁金胜,辛公明,季万祥

2023, 53(6): 152-156. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.114

摘要 ( 82 )

PDF (6921KB) ( 104 )

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针对电厂大型风道中冷热风混合后的速度不均、流速流量测量难度较大的问题,采用计算流体力学的方法,分析电厂磨煤机前冷热风混合风道的流动特性,提出一种对开扇叶的均流装置设计。结果表明,传统孔板式均流装置具有较好的均流能力,但是会导致风道压降过大,对开扇叶结构简单,每对相向的扇叶形成的渐缩口具有一定阻力,使速度较高的气流向速度较低的区域流动,具有较好的均流效果。经过对比分析,对开扇叶的夹角为30°时,兼有流速均匀和压降小的优点。

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