山东大学学报 (工学版)

DMKK-means——一种深度多核K-means聚类算法

王梅,宋凯文,刘勇,王志宝,万达

2024, 54(6): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.157

摘要 ( 189 )

PDF (1333KB) ( 76 )

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针对传统K-means的聚类效果容易受到样本分布影响,且核函数表示能力不强导致对于复杂问题的聚类效果表现不佳的问题,利用深度核的强表示性并通过多核集成方式,提出一种具有强表示能力且分布鲁棒的深度多核K-means(deep multiple kernel K-means, DMKK-means)聚类算法。构建具有强表示能力的深度多核网络架构,在新的特征空间进行K-means聚类;基于Kullback-Leibler(KL)散度的聚类损失函数衡量该算法与2种基准聚类方法的差异;将该聚类算法建模成高效的端到端学习问题,利用随机梯度下降算法更新优化深度多核网络的权重参数。在多个标准数据集上进行试验,结果表明,相比于K-means、径向基函数核K-means(radial basis function kernel K-means, RBFKKM)及其他多核K-means聚类算法,该算法在聚类精度、归一化互信息和调整兰德系数指标上均有明显提升,验证该算法的可行性与有效性。

基于双解码器的医学图像分割模型

刘全金,嵇文,胡浪涛,黄汇磊,杨瑞,李翔,高泽文,魏本征

2024, 54(6): 8-18. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.174

摘要 ( 158 )

PDF (11939KB) ( 68 )

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针对医学图像目标区域尺度不一及有标签医学图像样本少的问题,提出一种基于双解码器的医学图像分割模型(dual-decoding Swin-Unet, DDS-UNet)。DDS-UNet模型以Swin Transformer模块构建编码器,提取医学图像多尺度特征;解码器1利用Swin Transformer模块全局和远程语义特征提取优势,在上采样过程中逐级恢复并聚合编码器输出的对应尺度特征信息;解码器2利用卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)的局部特征提取优势,在上采样过程中逐级恢复医学图像空间信息;特征融合模块利用空洞卷积分解编码器输出的深层语义特征信息,并在上采样过程中协同融合双解码器输出的多尺度特征信息,重建医学图像目标区域的空间细节信息。脊柱和脑胶质瘤图像分割试验结果表明,DDS-UNet模型对目标区域具有优异的特征提取和分割能力。消融试验进一步验证DDS-UNet模型对医学图像分割的有效性。

融合FasterNet和RepVGG的安全设备佩戴检测方法

张曼,孙凯军,李翔,孙纪舟

2024, 54(6): 19-28. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.220

摘要 ( 139 )

PDF (22499KB) ( 31 )

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针对工业场景下检测模型参数量多、安全绳易与背景混淆问题,提出一种融合FasterNet和RepVGG的目标检测算法(you only look once version 5 fasternet-repvgg-cutmix-bifpn, YOLOv5s-FRCB)。通过引入轻量级网络结构FasterNet Block和RepVGG Block替换YOLOv5s部分卷积层,显著减少模型参数量和加快检测速度,满足实时性需求;通过BiFPN特征强连通性提升模型特征学习能力;改进Cutmix数据增强方法,随机将目标嵌入输入图像,更新标签,缓解标签类别不平衡问题,提高泛化性。在自建安全设备佩戴检测数据集上进行试验,结果表明:YOLOv5s-FRCB mAP值达到了96.3%,算法模型内存减少34%,是一种高效实用的安全设备佩戴检测方法;YOLOv5s-FRCB能在保证准确率的同时,进一步降低计算量。

基于跨域元学习框架的冷启动用户表示学习方法

刘玉芳,王绍卿,郑顺,张丽杰,孙福振

2024, 54(6): 29-37. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.100

摘要 ( 125 )

PDF (2174KB) ( 43 )

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为解决跨域推荐方法过度依赖重叠用户、在冷启动场景中由于数据稀疏导致泛化能力差两个问题,利用元学习快速适应数据稀疏任务的优势,提出一个基于跨域元学习框架的冷启动用户表示学习方法。设计一个多级注意力融合机制,门控循环单元(gate recurrent unit, GRU)获取用户的短期偏好,多级特征注意力融合源域中用户的长短期偏好,获取用户的广义表示。设计一个元网络训练映射函数的初始化参数,将用户在源域中的偏好转移到目标域,获得冷启动用户在目标域中的初始嵌入表示,并以此进行推荐,取得较好结果。利用亚马逊数据集构建了3个跨域推荐任务并进行广泛试验,试验结果表明,本研究模型在平均绝对误差和均方根误差评价中均优于其他基线模型。

一种改进的悲观多粒度粗糙集粒度约简算法

谢立,叶军,赖鹏飞,卢岚,周浩岩,李兆彬

2024, 54(6): 38-48. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.198

摘要 ( 135 )

PDF (2537KB) ( 46 )

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针对以粒度内部重要度和粒度外部重要度不能有效度量非核粒度的重要度,无法获得有效启发信息使约简过早收敛的问题,提出以正域变化度量核粒度的重要度、以边界集变化度量非核粒度的重要度。新的度量方法不仅能度量核粒度的重要度,而且能度量非核粒度的重要度。以新的粒度重要度为依据,提出一种改进的悲观多粒度约简算法,与样本选择的启发式属性约简算法、信息熵的模糊ε-近似约简算法、粒度加速求解约简算法和邻域区分指数的特征选择算法相比,新算法可以减少迭代次数,能更有效地找到粒度约简子集。通过加州大学欧文分校(University of California Irvine, UCI)数据集进行试验,验证了算法的有效性和实用性。

基于空间注意力及条件增强的文本生成图像方法

马军,车进,贺愉婷,马鹏森

2024, 54(6): 49-56. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.113

摘要 ( 134 )

PDF (7208KB) ( 76 )

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针对文本生成图像语义不一致、训练不稳定、生成图像单一等问题,在一种简单有效的文本生成图像基准模型上提出基于空间注意力及条件增强的文本生成图像模型。为提高训练过程的稳定性、增加生成图像的多样性,在原有模型基础上增加条件增强模型;从文本分布出发拟合图像分布,增加视觉特征的多样性,扩大表现空间,在原有的DF-Block模块中增加一层Affine仿射块。在判别器中加入空间注意力模型,提高文本与合成图像的语义一致性。试验结果表明,在CUB和Oxford-102数据集上,初始得分分别提高了2.05%和2.63%;在CUB和COCO数据集上,特征空间距离分别降低了20.73%和9.25%。本研究提出的模型生成的图像更具多样性且更接近真实图像。

基于智能合约的电商社区式问答服务平台设计

李港龙,林培光,李金玉,王倩

2024, 54(6): 57-71. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.003

摘要 ( 80 )

PDF (5013KB) ( 33 )

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传统社区式问答平台中问答数据不仅透明度低而且容易被内部员工或外部攻击者篡改,导致客户无法信任问答平台信息的真实性,同时,因激励机制的缺乏也让已购买客户没有动力回答其他消费者的提问。为了改善现状,提出并设计一种基于区块链智能合约的社区式问答服务平台,此平台引入了随机邀请、积分激励和声誉激励机制。该平台主要由6个智能合约协同工作,完成用户注册、产品上架以及交易、授权、提问、回答和评分等功能,同时在链下使用基于Minhash和Jaccard算法的文本相似度检测方案,提升用户回答的多样性。在以太坊私链环境中对Solidity语言编写的智能合约进行测试和分析,试验结果证明了代码的正确性和方案的有效性。

高能激光辐照参数对岩石穿孔特性影响及效能分析

胡瑶瑶,徐彬,马川义,黄新杰,张波,李彪

2024, 54(6): 72-81. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.196

摘要 ( 110 )

PDF (7133KB) ( 27 )

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为探究激光参数对破岩效果的影响,开展激光辐照岩石穿孔效应研究。借助MATLAB软件获取熔蚀坑孔洞周围热裂纹宏观拓展形貌,揭示激光破岩参数对岩石热裂解特性影响。分析激光耗能与熔蚀坑孔洞体积间的定量关系,阐明激光参数对穿孔比能、切口比能和钻进速度的影响规律。结果表明:激光辐照岩石过程中首先在辐照点周围生成熔蚀坑孔洞,随后孔洞周围的热致微裂纹扩展发育形成辐射性宏观热裂纹;随着激光功率和辐照时间的增加,岩石热裂纹累积总面积及累积总长度增加,熔蚀坑孔洞体积也逐渐增大;兼顾熔蚀坑孔洞体积、宏观热裂纹形成条件以及破岩效能,建议激光功率不小于4 kW,同时辐照时间不超过5 s。

泥水盾构隧道用新型环保泥浆及流变性质

孙腾云,丁万涛,王承震,于文端,王志成,郭文静

2024, 54(6): 82-88. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.323

摘要 ( 119 )

PDF (4713KB) ( 22 )

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针对泥水盾构传统添加剂羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose, CMC)降解困难这一问题,提出一种以亚麻籽胶(天然绿色植物胶)作为添加剂的环保泥浆。采用流变仪分析亚麻籽胶对膨润土泥浆流变曲线的影响,研究不同亚麻籽胶质量分数下屈服应力和表观黏度的变化规律,并与CMC和现有环保添加剂瓜尔胶的效果进行对比,揭示各添加剂在泥浆中的作用机理。结果表明,上述3种添加剂均可以提高泥浆的流变性质,各泥浆的流体动力学行为可用Herschel-Bulkley模型较好地描述,且表观黏度μ、屈服应力τ₀、稠度系数k与添加剂质量分数C呈正相关,而流变指数n与质量分数C呈负相关。当添加剂质量分数一定时,亚麻籽胶对膨润土泥浆流变性质的提高效果与CMC相近并高于瓜尔胶,可代替二者作为环保泥浆的添加剂。

基于图像数据和碎石集料级配与用量的碎石集料空隙率快速检测方法

鲁志恒,霍延强,韩汶,杜聪,刘轶鹏,张宏博

2024, 54(6): 89-99. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.134

摘要 ( 99 )

PDF (6595KB) ( 14 )

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为解决传统碎石集料检测方法中存在的破坏性检测、代表性不足、人工操作误差、费时费力及检测不连续等问题,提出一种连续、无损、快速且准确的碎石集料空隙率检测新方法。使用摄像设备采集振实后的碎石集料表面图像,并利用图像处理技术提取碎石集料的表面图像数据;分析提取到的图像信息,建立体现碎石集料表面特征的图像指标体系;使用提取到的图像指标、集料用量和级配信息作为输入数据,采用随机森林方法对碎石集料的空隙率进行预测;设计室内压实模拟试验方案,收集65组不同用量和级配的碎石集料空隙率测定结果,构建用于机器学习模型训练的数据集。结果显示,所提议方法在测试集上的平均绝对百分比误差为1.69%、平均绝对值误差为0.589、均方根误差为0.914、相关指数为0.974、预测精度达到98.31%,可实现连续、无损、快速、准确的碎石集料空隙率实时检测。

循环管道加热桥面融雪效能数值模拟

陈文举, 陈俐企, 包春波, 朱启银, 惠冰, 庄培芝

2024, 54(6): 100-110. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.212

摘要 ( 125 )

PDF (9581KB) ( 26 )

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为了优化桥面流体加热系统的结构布设及运行参数设计,进一步提高融雪效能,基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真平台,以相变过程表征桥面雪层融化成水的过程,构建循环管道加热桥面融雪效能分析的三维计算模型。通过文献试验数据对新建数值模型的准确性进行验证,采用该模型模拟分析管道进口流体温度、地热管埋深、管间距、管直径、积雪层厚度以及流体温度沿程损失等因素对桥面无雪率、融雪速率和温度场分布的影响规律。模拟结果表明积雪层厚度超过0.04 m会显著降低热管融雪系统的融雪速率,管道进口流体温度的提升使得融雪速率的增长率逐渐减小,管内流体与桥面结构在热量传递过程中温差不断减小,表现出一种非线性的温度衰减效应。研究结果可为相关桥面流体加热系统的效能分析和优化设计提供数据支撑和技术参考。

基于正交设计的废食用油组分基沥青再生剂性能

万贵稳,潘军凯,陈美祝,王雪霞,张吉哲,苏衍岭

2024, 54(6): 111-120. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.299

摘要 ( 126 )

PDF (3916KB) ( 41 )

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针对废食用油来源和质量不稳定等问题,进行基于废食用油组分分离、多组分复合改性沥青再生剂设计与性能调控。采用相对分子量分级技术将废食用油过滤、精馏,获取不同相对分子量的3种组分,并添加增塑剂、增黏树脂、抗老化剂制备废食用油组分基沥青再生剂,通过正交试验确定不同黏度水平再生剂的最优材料配比。对再生剂热稳定性和微观性能及再生沥青的流变性能进行综合分析,结果表明:相对分子量等级是影响再生剂活化能的主要因素,随着相对分子量增大,再生剂热稳定性增强;再生剂的红外特征峰位置一致,峰强度存在一定差异,轻质组分和中质组分再生剂的芳香分特征峰面积是重质组分再生剂的2倍;最佳质量分数下再生沥青的复数模量大于基质沥青,相位角小于基质沥青,再生沥青的流变性能优于基质沥青;再生沥青的低温连续分级温度低于基质沥青,低温连续分级温度随废食用油组分相对分子量的增大而升高。

含高比例风电的送端电网两阶段式暂态电压安全预防控制

何成明,万忠杨,单体华,梁永亮

2024, 54(6): 121-129. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.182

摘要 ( 112 )

PDF (6635KB) ( 68 )

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为提升风电消纳能力和电压支撑能力,面向含高比例风电场的送端电网研究风机和储能协调的两阶段式暂态电压安全控制策略。第一阶段以储能和风机的功率控制代价最小为目标,构建电网稳态阶段潮流优化模型,运用内点法进行模型优化求解,确定最优稳态运行点;第二阶段考虑电网暂态电压安全约束,以偏离稳态优化后的潮流运行点程度最小为目标,建立暂态电压安全预防控制优化模型,应用灰狼优化算法求解,进行潮流运行点的优化校正。通过对修改后的Nordic含高比例风电场的送端电网进行仿真,验证所提两阶段式预防控制策略能够有效提高风电消纳能力和暂态电压安全预防控制水平。

兰新高铁大风区减档距防舞器有效性分析

李彦哲,周成熙,赵珊鹏,杨义盟

2024, 54(6): 130-138. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.209

摘要 ( 95 )

PDF (14030KB) ( 9 )

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为解决兰新高铁大风区段接触网正馈线在大风天气下发生剧烈舞动问题及线夹运动致金具磨损问题,提出一种减档距防舞器。建立正馈线有限元模型,施以导线自重荷载及风速22.14 m/s(9级风)的气动荷载,获得安装减档距绝缘子前后正馈线舞动响应。分析表明,9级风速下,未安装防舞器前,正馈线舞动强劲,垂直、水平位移峰值分别为3.061、2.468 m;安装减档距长度3.0 m的防舞器后,导线舞动抑制效果最佳,垂直、水平位移峰值分别为1.940、1.541 m,分别降低36.62%、37.56%,安装后的正馈线最大张力由113.042 kN降至导线设计破坏张力之下,张力波动减小。线夹运动最大磨损角从40.53°降至防舞器安装后的8.23°。研究结果表明,减档距长度3.0 m的防舞器能够有效抑制导线舞动,减小线夹运动磨损。

基于实时阻抗辨识的跟网型变换器同步稳定性量化评估方法

蒋哲,田浩,朱元振,邢法财,王延团,叶华,牟倩颖

2024, 54(6): 139-146. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.270

摘要 ( 96 )

PDF (3173KB) ( 38 )

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针对跟网型变换器同步稳定性量化评估通常模拟电网电压跌落故障但未考虑短路故障,导致电网等效阻抗变化的问题,提出基于实时阻抗辨识的跟网型变换器同步稳定性量化评估方法。基于所建立的跟网型变换器并网系统同步稳定分析模型,说明电网等效阻抗对系统的同步稳定性有重要影响。考虑故障期间电网等效阻抗的变化,提出一种实时阻抗辨识方法,以迅速、准确地辨识出电网的等效阻抗。将实时阻抗辨识结果应用于构造的李雅普诺夫函数,对跟网型变换器的同步稳定性进行量化评估。在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,对发生短路故障时跟网型变换器并网系统的同步稳定性进行量化评估,验证了该方法的正确性与有效性。

基于AMSChOA的MPRM电路面积优化

张梦雨,何振学,赵晓君,王浩然,肖利民,王翔

2024, 54(6): 147-155. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.210

摘要 ( 119 )

PDF (2871KB) ( 51 )

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为解决现有基于同或/或(XNOR/OR)的混合极性Reed-Muller(mixed polarity Reed-Muller, MPRM)电路面积优化方法中存在的收敛速度较慢、不容易跳出局部最优等问题,提出一种基于自适应多策略选择黑猩猩优化算法(adaptive multi-strategy selection chimp optimization algorithm, AMSChOA)的MPRM电路面积优化方法。AMSChOA使用柯西变异、螺旋搜索、随机搜索和翻筋斗策略在4个最优黑猩猩附近进行搜索,扩大算法的搜索范围。针对其他黑猩猩个体加入动态学习因子策略,动态学习4个最优黑猩猩位置,加快算法跳出局部最优。利用提出的AMSChOA对基于XNOR/OR的MPRM电路进行面积优化,搜索电路面积最小时对应的MPRM电路。基于北卡罗来纳微电子中心(Microelectronics Center of North Carolina, MCNC)基准测试电路的试验结果表明,本研究提出的方法有效,与基于传统黑猩猩优化算法、粒子群算法、改进粒子群算法的MPRM电路面积优化方法相比,最高面积优化率为68.09%,平均优化率为41.24%。

基于精细化运行模拟的源-网-储协同短期扩展规划

陈吟枫,肖晋宇,侯金鸣,江涵,赵小令,施啸寒

2024, 54(6): 156-166. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.259

摘要 ( 117 )

PDF (5168KB) ( 18 )

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针对高比例新能源电力系统运行方式复杂多变特征,提出一种基于精细化运行模拟的短期扩展规划方法,实现源-网-储协同优化配置,通过运行过程精细化模拟支撑运行关联指标准确计算,保证规划方案性能指标与规划目标的一致性。构建综合初始投资与运行性能的电力系统源-网-储协同扩展模型;基于模型特征分析将扩展规划问题分解为规划-运行双层优化问题,在运行层面嵌入精细化运行模拟,保证运行指标准确计算;结合双层规划问题特征,融合第二代非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ)架构设计求解算法,实现兼顾初始投资与运行性能的方案优选。基于IEEE-30节点系统的算例分析表明,所提扩展规划方法可避免基于典型场景规划方法偏离规划目标的问题,将系统投资与运行总费用降低约2%。

海洋温差循环满液式换热器传热计算方法及试验研究

张天旭, 刘延俊, 陈云, 薛钢, 王一铭

2024, 54(6): 167-175. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.235

摘要 ( 106 )

PDF (6673KB) ( 82 )

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为解决海洋温差能发电中换热器的计算问题,基于MATLAB软件,提出一种应用于海洋温差能发电(ocean thermal energy conversion, OTEC)满液式换热器沸腾传热与凝结传热的传热计算方法,并建立海洋温差能满液式换热器数学模型。在此模型的基础上,针对表层25~30 ℃温海水、深层4~6 ℃冷海水的OTEC循环工况,分析不同循环工况下换热器传热系数的变化情况;针对进水温度、进水流量、壳程压力对换热效率的影响进行数值计算,得出OTEC循环工况下不同因素对满液式换热器传热系数的影响。研究表明,OTEC循环工况下蒸发器传热系数与温海水的进水温度、流量、壳程压力呈正相关;冷凝器传热系数与冷海水的流量呈正相关,与进水温度、壳程压力呈负相关。通过海洋温差循环试验平台进行试验,将试验结果与数学模型相对比,验证了数学模型的准确性。

全柔性隔振系统的有限元功率流可视化研究

李旭,杨斌,刘昌斌,牛军川

2024, 54(6): 176-181. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.213

摘要 ( 85 )

PDF (5148KB) ( 17 )

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为充分考虑船舰等大型复杂隔振系统的基础和机器柔性、隔振器质量、隔振器布置形式等对振动传递的影响,克服传统建模方法不适用于大型复杂结构的建模和分析问题。分别将柔性的机器和基础视为形状不规则的板结构,隔振器用空间梁模拟,建立考虑机器、基础和隔振器柔性的隔振系统模型。将有限元方法引入隔振系统的振动计算,避免计算机器和基础机械导纳的复杂过程,给出柔性隔振系统的传递功率流表达式。将系统的振动传递进行可视化处理,得到结构的能量分布及功率流传递路径。

重型车桥十字轴-齿轮转动副传动特性

刘迪,纪建奕,孙建英,江京亮,高玉飞

2024, 54(6): 182-190. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.215

摘要 ( 99 )

PDF (5753KB) ( 48 )

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为了解决车桥产品十字轴-齿轮转动副随车辆里程增加容易磨损的难题,从十字轴-齿轮转动副传动特性出发,基于阿克曼转向原理,建立重型汽车差速器十字轴-行星齿轮相对转速、理论扭矩计算模型;基于理论扭矩建立十字轴-齿轮赫兹接触模型;在MATLAB中分析十字轴轴颈表面局部磨损和均匀磨损产生的曲率变化对赫兹接触应力的影响。结果表明,在整个赫兹接触区域,均匀磨损下赫兹接触应力分布更集中,增加了轴颈进一步磨损的可能性;局部磨损下赫兹接触分布更均匀。

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