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当期目录

    2012年 第42卷 第1期 刊出日期:2012-02-20
      
    机器学习与数据挖掘
    一种基于网络资本评价的关键核挖掘方法
    黄金才,成清,刘彦君,乔士东
    2012, 42(1):  1-5. 
    摘要 ( 485 )   PDF (1332KB) ( 1427 )   收藏
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    为挖掘出网络中的多个关键点,定义了网络资本和关键核。根据网络特点,确定影响函数和衰减函数来计算网络的网络资本值,以网络资本的变化来反应网络性能变化。 根据投入产出分析的思想,提出了完全相关模型对网络的关键核进行挖掘,如果节点(集)动态删除后使网络性能下降到一定程度,则节点(集)为关键核。实验结果表明:当网络性能下降到原来的30%时,动态失效方法比按序失效方法挖掘关键核的点数少。本方法在对网络关键核的挖掘上更加准确和有效。

    一种求解旅行商问题的迭代改进蚁群优化算法
    蔡荣英,王李进,吴超,钟一文*
    2012, 42(1):  6-11. 
    摘要 ( 583 )   PDF (1026KB) ( 1761 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价

    传统的蚁群优化算法每次都从头开始构造新解,无条件地接收选择的解部件,该策略削弱了算法的局部求精能力。针对该不足,提出了一种求解旅行商问题的迭代改进蚁群优化算法。在构造解的过程中,蚂蚁始终记忆一个完整的解,并且只接受能够改进解的候选城市。使用解的部分重构策略来保持种群的多样性,以避免早熟收敛。仿真结果表明迭代改进蚁群优化算法能在更少的迭代次数内获得更好的解。

    一种采用两段粒子群优化的路径规划方法
    刘彬,张仁津
    2012, 42(1):  12-18. 
    摘要 ( 571 )   PDF (1498KB) ( 1536 )   收藏
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    在路径规划中普遍采用多条短曲线拼接成一条长曲线,这种方法通常只实现了C1连续,导致相邻短曲线在连接处的二阶导数不连续。为解决这个问题,采用具有C2连续特点的三次B样条曲线作路径,并提出一种两段粒子群优化实现路径规划。在第一阶段确定B样条曲线的控制顶点数,在第二阶段搜索最优路径。为保证粒子的有效性,依据B样条曲线的特点改进了粒子的初始化方法。在适应度函数中通过弧长因子、碰撞因子分别考察路径的长度及碰撞检测,粒子通过循环逐步逼近全局最优解。实验结果表明粒子初始化采用改进的方法后更接近实际路径,采用两段粒子群优化算法能获得C2连续的路径。

    一种基于位置优化的排序学习方法
    林原,林鸿飞*,张平
    2012, 42(1):  19-24. 
    摘要 ( 638 )   PDF (960KB) ( 1981 )   收藏
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    如何设计有效的相关性排序函数是信息检索研究的一个核心问题,因为排序函数直接影响着搜索结果的质量。排序函数的好坏一般由信息检索评价方法进行评估,对其进行优化的主要困难是这些方法都依赖于结果文档的排序位置,因此对于查询的结果返回列表中相关文档的位置的研究是十分重要的。通过探索相关文档和不相关文档之间的偏序关系构造新的输入样本;该样本是由一个相关文档和一组不相关文档所构成的,它能够更加有效的区分文档的相关性;基于该输入样本,通过定义位置损失函数对排序结果进行优化。在公开数据集Letor30的上的实验结果显示该方法可以将多种排序评价方法的准确率平均提高2%,证明了所提出的方法的有效性。

    二阶广义概率的二维Otsu阈值分割
    张新明, 毛文涛, 李振云
    2012, 42(1):  25-33. 
    摘要 ( 557 )   PDF (1658KB) ( 1421 )   收藏
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    针对传统二维Otsu阈值法分割结果不够准确和普适性较差等问题,提出了一种基于二阶广义概率的二维Otsu快速图像分割方法。首先用改进的邻域模板构建二维直方图并将其对应的二元概率分布进行修改得到二阶广义概率以便提高分割性能;然后对二维直方图主对角线上的目标和背景两区域的Otsu公式中对应量准确取值,使阈值选取更准确,并通过调整广义概率的参数来提高算法的通用性;最后对二维直方图进行分析得到Otsu计算特性,利用此特性导出新型、快速的递推算法来降低计算复杂度。实验结果表明:与当前二维Otsu法相比,本文提出的方法不仅分割更准确和通用性更强,而且占用的存储空间和运行时间都更少。

    融合免疫机制的协同进化模型
    严宣辉,曾庆盛*,舒才良
    2012, 42(1):  34-44. 
    摘要 ( 559 )   PDF (1931KB) ( 1323 )   收藏
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    针对传统进化算法在计算效能方面存在的一些问题,借鉴协同进化算法的思想,提出了一种融合免疫机制的协同进化模型。该模型通过多个子种群各自分别进化以保持整个种群的多样性。在每次迭代进化过程中,各个子种群分别选择精英抗体并进行免疫记忆。随后各个子种群分别以不同的算法进行变异。若变异后抗体的适应度降低,则利用精英抗体对其进行引导操作。群体间的协作包括子种群间若干个抗体的随机交叉和子种群间的大规模迁移。最终进行免疫代谢,去除群中的弱适应度个体。算法反复迭代进行以上操作,直至达到既定目标或预定的循环迭代次数。通过对13个标准测试函数进行的仿真实验显示,该模型在搜索最优解或满意解时均优于传统的进化算法,同时在寻优效率上有较大的提升。

    控制科学与工程
    一种基于旋转矩阵分解的视觉伺服控制算法
    李国栋,赵威,田国会*,薛英花
    2012, 42(1):  45-50. 
    摘要 ( 643 )   PDF (1975KB) ( 2708 )   收藏
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    针对传统视觉伺服控制算法易使目标物品脱离摄像机视野而致伺服失败的缺点,从表征当前摄像机坐标系与期望摄像机坐标系姿态关系的旋转矩阵中分解出了等效转轴和等效转角,利用它们构造了一种可以有效控制摄像机朝向的任务函数矢量,并推导出了表征任务函数矢量变化量与摄像机运动速度间非线性映射关系的雅可比矩阵。然后构造了任务函数,并根据李雅普诺夫第二方法设计了解耦的视觉伺服控制律,最后对所设计的控制律进行了实验验证。实验结果表明,使用旋转矩阵分解方法构造的任务函数矢量来控制摄像机朝向,可使目标物体始终位于摄像机的视野之内,从而有效避免伺服失败。

    面向医院病房巡视的机器人图像采集与传输系统
    张凯,田国会*,周风余,宋保业
    2012, 42(1):  51-58. 
    摘要 ( 746 )   PDF (3099KB) ( 1270 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价

    针对医院病房巡视机器人对图像信息采集及传输的要求,设计并实现了一种基于无线局域网的图像采集及传输系统。为了降低机器人的计算负担,提出了一种嵌入式设备与工控机相结合的方法,嵌入式设备负责图像采集、压缩,工控机负责图像传输。采用JPEG图像压缩算法,有效地减少了网络带宽的使用。设计了一种基于UDP的网络通讯协议,使图像在无线局域网中快速、稳定的传输。利用多线程技术,改进并行传输图像的方式,提高了图像传输的实时性。实验结果表明:该系统工作稳定、实时性好,能够满足巡视机器人病房巡视过程中图像信息的采集和传输的任务要求。

    基于定长实数路径编码机制的移动机器人路径规划
    严宣辉, 肖国宝*
    2012, 42(1):  59-65. 
    摘要 ( 756 )   PDF (1489KB) ( 1208 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价

    针对移动机器人路径规划问题,提出一种新的定长实数路径编码机制。首先进行环境地图建模,通过坐标变换在路径的起点和终点之间建立新地图,然后用定长的实数编码机制使得机器人在不断靠近目标点的趋势上,寻找一条最优的路径。为了进一步提高效率,根据障碍物的位置规划出机器人的“有效区域”,缩小搜索空间。采用免疫进化与模拟退火相结合的免疫模拟退火算法求解最优路径。仿真实验表明,该算法具有较强的全局和局部搜索能力,能够使得机器人快速地找到一条较优的路径。

    基于顺序拣选策略的压缩动态虚拟视窗算法
    吴颖颖,吴耀华*,沈长鹏
    2012, 42(1):  66-71. 
    摘要 ( 718 )   PDF (2167KB) ( 1343 )   收藏
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    为缩短虚拟容器长度、减少订单拣选总时间,改进了拣选设备,提出了压缩动态虚拟视窗算法。该方法为每台拣选机设置一个重力缓存区及挡板,拣选时先将货物弹射至到重力缓存区,在缓存区内压缩货物间距;再把货物从重力缓存区合并至皮带输送机,实现货物的密集排列和虚拟容器长度的缩短。基于货物的顺序拣选策略,建立了压缩动态虚拟视窗算法的数学模型。以某地市卷烟配送中心的3批订单数据为例进行了仿真,结果表明该方法将拣选时间缩短了87.45%~87.77%,并且拣选时间随着拣选机弹射速度和重力缓存区货物合并速度的增加而减少。

    并行节约算法的自适应邻域选择策略
    付连宁1, 崔文2, 曾华1
    2012, 42(1):  72-80. 
    摘要 ( 641 )   PDF (1472KB) ( 2204 )   收藏
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    为了提高并行节约算法的运算效率,需要运用合理的邻域选择策略和数据结构来降低算法的空间和时间复杂度。以车辆路径问题(vehicle routing problem, VRP)的数据规模和客户点的分布情况为切入点,综合考虑客户点的邻域范围与距离、规模、分布情况的关系,提出一种基于自适应思想的邻域选择策略,提高邻域选择的合理性,通过进一步优化数据存储结构降低存储空间。多组仿真测试证实,与其他邻域选择策略相比,自适应策略可以在保证运算质量的前提下,大幅度提高节约算法的运算速度,降低存储空间,且针对客户点较为集中的VRP具有明显的优势,其中rl5915表现最为突出,运算时间只需要其他邻域选择策略的50%左右。理论研究和实验结果证实自适应邻域选择策略可以有效提高节约算法的运算速率。

    土木工程
    高风险岩溶隧道突水突泥灾害前兆规律与应用研究
    解东升1,2,石少帅3,陈士林4,李利平3,5,周宗青3,胡聪3
    2012, 42(1):  81-86. 
    摘要 ( 670 )   PDF (1597KB) ( 1566 )   收藏
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    隧道突水突泥会对工程建设带来巨大的安全隐患和经济损失,逐渐成为高风险岩溶隧道施工急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理大量岩溶隧道突水突泥实例的基础上,总结出包括地下水、岩组、地质结构面、岩层产状、沉积期古剥蚀面、地形地貌和降雨等7大主要地质影响因素,研究了岩溶水体和不良地质体在地球物理场上表现出的响应特征,即在地震波、电磁场的传播过程中,遇到该类介质时某种特殊的前兆信号信息,解译岩溶水体和不良地质体在地球物信息场上的响应特征,辨识导致灾变的前兆信息,并在实际隧道工程施工中得到了成功的应用,对建立突水突泥预测预报方法具有非常重要的理论价值和工程指导意义。

    强夯加固废弃铁矿渣路基的动应力扩散规律实验研究
    孟祥彬1,姚凯2*,吴庆东3,刘吉山3,窦志刚2
    2012, 42(1):  87-92. 
    摘要 ( 687 )   PDF (1943KB) ( 1589 )   收藏
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    结合青临高速公路强夯加固废弃铁矿渣高填方路基工程,在实验段埋设48个土压力计,采用不同夯击能(2000、2250、2500、2800kN·m)对设计夯点进行多次夯击,通过采集仪得到的数据,分析强夯时动应力的扩散规律。实验结果表明:强夯加固废弃铁矿渣路基的效果比较明显,强夯引起的动应力也很明显;锤底动应力的消散速度极快,加上余波仅有05s左右的时间;不同夯击能引起的动应力不同,夯击能越大,动应力值也越大;动应力在竖向的影响距离远大于径向,锤底8m仍有10kPa以上的动应力;有效加固深度的临界动应力值为20kPa;动应力在径向的衰减速度快于竖向,有效加固宽度约3m;随着夯击次数的增加,在有效加固范围内动应力的增加比较明显,但在3击后基本保持稳定。实验结果可为今后相似条件下强夯加固工程施工参数的设计提供参考。

    毛细水作用对粉土路基稳定性的影响
    朱登元1,2,管延华1*
    2012, 42(1):  93-98. 
    摘要 ( 674 )   PDF (2248KB) ( 1467 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价

    为了探索毛细水对粉土路基稳定性的影响,通过实验研究了粉土毛细水作用高度与含水量、含水量与回弹模量的关系,进而拟合了毛细水作用高度与压实粉土回弹模量的关系式。实验研究了含水量与压实粉土抗剪强度的关系,研究表明毛细水对粉土路基的刚度和抗剪强度的衰减影响显著。应用Abaqus 6.10有限元分析软件模拟计算不同水位下毛细水对粉土路基稳定性的影响,采用强度折减法计算不同水位粉土路基在标准轴载作用下的安全系数,得到毛细水作用高度与粉土路基稳定性的规律,为粉土路基的设计与施工提供了依据。

    有障碍物地基瑞利波频散曲线的特征研究
    卞鹏1, 王媛2,王笃强2
    2012, 42(1):  99-103. 
    摘要 ( 490 )   PDF (1755KB) ( 1106 )   收藏
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    针对有障碍物地基瑞利波频散曲线难以准确识别的困难,采用有限元方法计算得到半空间地基中位移时域曲线,并将其转化为瑞利波的频散曲线,分析了半空间地基存在污水管道情况的瑞利波频散曲线特征。结果表明,位于障碍物前面的接收信号有反射波,而障碍物后面则基本没有反射波存在;传感器的位置和间距对计算的结果有较大影响。研究成果可为频散曲线的确定及地下障碍物的探测方法研究提供参考。

    废黏土砖粉混凝土的性能研究
    葛智1,王昊2*,郑丽1,毛洪录1
    2012, 42(1):  104-105. 
    摘要 ( 660 )   PDF (1394KB) ( 2139 )   收藏
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    研究了废黏土砖粉部分取代水泥对混凝土性能的影响,包括抗压强度、抗折强度和收缩等性能。掺加砖粉的再生混凝土强度与普通混凝土相差不大,甚至高于纯水泥混凝土。废黏土砖粉对混凝土的收缩性能也有一定的改善。试验结果表明,废黏土砖粉可以作为混凝土掺量部分替代水泥而不降低混凝土的性能。

    塑料砂浆的性能研究
    葛智1,王昊2,张堃1,李鹏承1
    2012, 42(1):  106-108. 
    摘要 ( 624 )   PDF (1391KB) ( 892 )   收藏
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    采用废旧PET塑料瓶作胶结料来制备塑料砂浆。研究了不同的PET与砂的比例、养生时间以及少量沥青的添加对塑料砂浆的物理和力学性质的影响。试验结果表明,塑料砂浆具备吸水率低,强度增长迅速的特性。随着塑料砂浆中含砂量的增加,其抗压强度与抗折强度增大。在室温条件下,塑料砂浆养生3h即可达到最终强度的90%以上;养生24h可达到最终强度。在塑料砂浆中加入少量的沥青,能够有效提高塑料砂浆的抗弯拉性能。

    机械工程
    轴承淬硬钢硬车残余应力有限元仿真分析及实验验证
    王中秋1,3,周珊2,李剑峰3,孙杰3
    2012, 42(1):  109-114. 
    摘要 ( 481 )   PDF (2874KB) ( 1709 )   收藏
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    高速、小余量、硬车削是轴承淬硬钢加工的重要发展方向。为了研究小进给条件下轴承淬硬钢硬车加工后表层残余应力的分布问题,采用二维有限元方法对轴承淬硬钢AISI 52100硬车加工过程进行了仿真,获得了加工后材料表层残余应力。基于KontiCut用户子程序对稳态切削过程进行建模,并对加工后的表面残余应力进行了预测。通过不同加工参数下的残余应力仿真与实验对比,得出仿真与实验预测趋势基本一致的结论,在工件表层0.02~0.06mm以上形成了较大数值的残余压应力。

    切削法构建铝合金Al7050-T7451材料流动应力本构模型
    王虹入1,王中秋1, 3*, 张倩2,李剑峰3, 孙杰3
    2012, 42(1):  115-120. 
    摘要 ( 562 )   PDF (1877KB) ( 1816 )   收藏
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    基于Oxley滑移线理论,采用正交切削实验的反求方法,构建了能够描述铝合金Al7050-T7451切削加工过程的Johnson-Cook流动应力本构模型。该模型的应变范围为0.61~1.12,应变率范围为10263~69941,温度范围为95~248;在与模型构建相同的切削实验参数区间内,采用该模型进行有限元仿真预测的切削力误差小于15%,切削热最大值误差小于11%。

    材料科学与工程
    蝶翅二维光子晶体结构Y2O3:Eu3+的仿生制备
    于奎龙,范同祥*
    2012, 42(1):  121-126. 
    摘要 ( 588 )   PDF (2536KB) ( 2712 )   收藏
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    以自然界中多种多样、复杂精细的生物结构为模板,即通过生物模板法,可制备出具有类似结构的人工材料以提高材料性能或探索材料新的性质。本研究以具有精细二维光子晶体结构的绿斑德凤蝶(Papilio epiphorbas)鳞片为模板,采用以水溶胶凝胶为前驱体的生物模板法成功制备出具有精细二维光子晶体结构的Y2O3:Eu3+荧光体。场发射扫描电镜对仿生Y2O3:Eu3+进行了结构表征,证明仿生Y2O3:Eu3+可以完好地复制蝴蝶鳞片的二维光子晶体结构;采用激光共聚焦显微拉曼光谱仪对仿生Y2O3:Eu3+进行了光致发光测试,证明Eu3+充分掺杂使荧光体产生了特征荧光。通过水溶胶前驱体工艺和水溶液前驱体工艺的对比研究,证明了以水溶胶为前驱体的生物模板法在制备精细结构材料上的优势,对精细结构材料的生物模板法制备具有重要参考价值。

    其它
    大黄素/Mg-Zn-Al-LDHs纳米杂化物的制备及缓释性能研究
    戴肖南,王其鹏*,朱正,段冉冉
    2012, 42(1):  127-132. 
    摘要 ( 507 )   PDF (1654KB) ( 1338 )   收藏
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    为克服大黄素循环周期短、毒副作用大等缺点,本研究以Mg-Zn-Al型层状双金属氢氧化物(Mg-Zn-Al-LDHs)为前驱体, 采用二次组装法将大黄素分子成功插入到Mg-Zn-Al-LDHs层间, 并探讨了反应温度和原料配比等因素对该纳米杂化物载药量的影响。 XRD结果显示, 随样品载药量增加,Mg-Zn-Al-LDHs粒子层间距由0.48nm增大到3-42nm。分别在pH4.8和pH7.5的缓冲溶液中测定了大黄素/LDHs的缓释性能,结果表明大黄素/LDHs的药品释放速率明显低于二者的物理混合物中的药品释放速率。本研究还探讨了大黄素/LDHs的释放机理,实验数据表明:在pH7.5时, 大黄素的释放行为受扩散过程控制;在pH4.8时,层间药物主要通过载体的溶解释放出来。

    分布式天线系统中信道时延扩展的统计分析
    石海东,胡冬梅,王晓东
    2012, 42(1):  133-142. 
    摘要 ( 543 )   PDF (2552KB) ( 1552 )   收藏
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    从理论上分析了复合衰落下两支路分布式天线系统信道时延扩展的统计特性,同时作为特例,分析了仅考虑单一尺度衰落时的相关特性。最后在城市环境典型参数下,基于蒙特卡洛仿真对所导出的解析结果进行了验证,仿真结果验证了解析结果的正确性。由于均方根时延扩展的统计特性所依赖的参数多,在实际应用,必须按照实际场景固定某些参数来考察某一参数的影响。