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当期目录

    2012年 第42卷 第4期 刊出日期:2012-08-20
      
    机器学习与数据挖掘
    一种适应概念漂移数据流的分类算法
    郭躬德1,2,李南1,2,陈黎飞1,2
    2012, 42(4):  1-7. 
    摘要 ( 555 )   PDF (2195KB) ( 1343 )   收藏
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    针对带有概念漂移的数据流的分类问题,提出一种新颖的能够识别并且适应概念漂移数据流的分类算法。该算法将原始数据流沿着时间轴划分为若干数据块后,选择第一块中有代表性的数据作为样本训练模型,从而减轻了噪声和边界对分类精度的影响,使得漂移检测能较为全面且对离群点不过于敏感;此后对随后的数据块进行分类,并依据分类结果动态修正当前分类模型。实验结果表明:该方法能够根据数据流的当前状况自动调整分类模型,快速适应数据流概念漂移的情况,并得到较好的分类效果。

    流形学习算法在中文文本分类中的应用
    王洪元,封磊,冯燕,程起才
    2012, 42(4):  8-12. 
    摘要 ( 770 )   PDF (1429KB) ( 1636 )   收藏
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    传统的流形学习局部线性嵌入 (locally linear embedding, LLE) 算法通过欧氏距离来选择邻域,如果数据集选自多个类别,这种距离度量方法无法得到正确的邻域关系。本研究提出一种改进的局部线性嵌入 (modified LLE,MLLE) 算法,该算法通过改进距离矩阵,使得类间的距离大、类内的距离小,从而使得邻域的选择尽量在一个类中。将MLLE算法应用到中文文本分类中,结果表明:与传统的算法比较,MLLE在分类结果可视化效果和识别率等方面都有显著提高。

    局部密度嵌入的结构单类支持向量机
    赵加敏,冯爱民*,刘学军
    2012, 42(4):  13-18. 
    摘要 ( 678 )   PDF (1260KB) ( 1283 )   收藏
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    针对现有单类分类器对目标数据先验信息考虑的不足,在结构单类支持向量机(structured one-class support vector machine,SOCSVM)中嵌入局部密度信息,提出局部密度嵌入的结构单类支持向量机(SOCSVM with local density embedding ldSOCSVM)。借助K近邻(K-nearest neighbor, KNN)揭示目标数据局部密度,并进一步诱导出权重因子作用于样本点。该算法充分利用目标数据的全局信息及局部密度信息,从而提高分类器的泛化能力。UCI数据集上的实验结果验证了ldSOCSVM的有效性。

    基于云计算平台的代价敏感集成学习算法研究
    张伶卫,万文强
    2012, 42(4):  19-23. 
    摘要 ( 614 )   PDF (1845KB) ( 1154 )   收藏
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    针对现实生活中大规模不平衡数据的分类问题,设计了一种基于云计算平台的代价敏感集成学习分类算法。Hadoop云计算平台对海量数据进行划分用于并行学习,同时结合代价敏感的思想对学习得到的基分类器进行加权集成,实现了云计算平台上的代价敏感集成学习分类模型。仿真实验表明该模型能够明显提高少数类的查全率,同时Hadoop的并行机制使得云平台坏境下的集成学习时间较集中式环境有大幅度的缩减,进一步提高了大规模不平衡数据分类问题的学习效率。

    一种分环多跳的无线传感器网络分簇路由加权算法
    鲁松1,徐文春2,杨云2
    2012, 42(4):  24-28. 
    摘要 ( 507 )   PDF (1394KB) ( 1230 )   收藏
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    针对无线传感器网络中考虑能量均衡问题,提出了一种基于分环多跳的路由加权算法(ring based multi-hop clustering routing weighting algorithm,RMCRW)。算法在簇头节点向内层转发的过程中,不仅考虑与内环簇头的距离,同时考虑内环簇头剩余能量问题,通过加入一个权值,选择最优簇头转发路径。仿真结果表明在区域范围比较大的环境下,RMCRW算法可以有效地延长网络生命周期。

    结合对比度信息与LBP的分块人脸识别
    曹红根1,袁宝华1,朱辉生2
    2012, 42(4):  29-34. 
    摘要 ( 572 )   PDF (2260KB) ( 2392 )   收藏
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    基于局部二值模式(local binary pattern,LBP)的特征提取方法忽略了图像灰度值变化的强度。针对这一问题,提出了一种结合对比度信息和LBP进行人脸识别的方法。首先采用LBP算子、VAR方差(variance,VAR)算子分别提取分块人脸灰度图像的LBP直方图序列(local binary pattern histogram sequence,LBPHS)和VAR直方图序列(variance histogram sequence,VARHS),然后将LBPHS和VARHS串联成LBP/VARHS,最后根据最近邻原则进行人脸识别。该算法能够提取有效的人脸纹理信息,而且能够大幅度地降低训练数据量,并且数据量的维数与原始图像大小无关。在ORL和YALE标准人脸数据库上的实验表明,该方法应用于人脸识别中,具有较高的识别率。

    一种基于近似EMD的DBSCAN改进算法
    张宏兵1,陆建峰1*,汤九斌2
    2012, 42(4):  35-40. 
    摘要 ( 619 )   PDF (1186KB) ( 1759 )   收藏
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    DBSCAN(densitybased spatial clustering of applications with noise)算法是基于密度的经典聚类算法,但是该算法应用于高维数据时,常用距离函数不能很好地反映出数据点之间的关系, 从而可能导致聚类簇不够精确。如果能在高维空间中采用合适的距离度量,将会改善聚类结果。针对上述问题,提出利用近似EMD(earth mover’s distance,堆土机距离)作为距离测度,通过迭代搜索的方法找出所有直接密度可达对象实现聚类。实验结果表明:在高维文本数据的聚类中,和原来算法相比,改进算法的正确率提高了6%,两者在时间上相差不大;而对低维的Iris数据,改进算法通过EMD改善了实体间的相似性度量,减少了划分为噪声点的数据点个数,平均正确率提高了10%。实验结果表明了改进算法对高维数据的有效性,并可以改善聚类性能。

    一种基于迭代EKF的FastSLAM算法
    张丽,赵春霞*
    2012, 42(4):  41-47. 
    摘要 ( 662 )   PDF (1583KB) ( 1933 )   收藏
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    针对在传统的快速地图创建和同时定位算法(fast simultaneous location and map building, FastSLAM)中采用扩展卡尔曼滤波器(extend Kalman filter, EKF)来估计机器人位姿和地图创建所带来的线性化误差的问题,本研究提出了一种基于迭代EKF的FastSLAM2.0算法——IFastSLAM算法。该算法将迭代思想运用到EKF中,同时采用迭代EKF来估计粒子从而完成机器人地图创建和自身定位。实验结果证明,该算法提高了粒子的估计精度从而减缓粒子退化问题,并更好的维持了地图的一致性。

    控制科学与工程
    四足仿生机器人的分层实时控制系统
    马昕1,王维1,宋锐1,荣学文1,孟健1,李贻斌1,王博2
    2012, 42(4):  48-53. 
    摘要 ( 636 )   PDF (2141KB) ( 1704 )   收藏
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    针对山东大学机器人研究中心自主研发的液压驱动四足仿生机器人对控制系统的实时性和稳定性要求,设计实现了具有3层结构的分层式控制系统,包括环境感知层、控制执行层和远程控制层,给出了控制系统总体设计方案。利用基于Socket的网络通信技术及基于管道和线程的进程间通信技术,完成了系统中实时数据通信;采用命名管道技术实现了传感器驱动模块挂载,利用MySql数据库技术实现了系统运行过程中的数据备份。通过挂载激光扫描仪数据采集子进程和Trot步态控制任务实验表明,该分层式控制系统的通信实时性良好。

    基于衍射和透射光学模型的边沿定位法
    陶亮1,2,孙同景2,李振华2,段彬2,孙兴3
    2012, 42(4):  54-59. 
    摘要 ( 635 )   PDF (1805KB) ( 1289 )   收藏
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    给出了一种适用于光的衍射和透射双重作用下的边沿定位算法,能够准确定位曝光对象投影图像的边沿。分析了普通单色可见光的衍射模型在透射环境下的局限性,然后根据菲涅尔衍射模型和透射性光线的衰减定律,提出了衍射和透射双重作用下的光强模型,基于该模型推导了边沿定位算法。所提出的新光学模型,是单色光的菲涅尔衍射模型在透射情形下的推广,边沿定位是该模型的一个重要应用。经过使用待定系数法计算曝光对象材料的衰减系数集,使该算法独立于曝光对象的具体材质。实验结果验证了该算法的定位精度和效率均优于算子法。

    基于可变遗忘因子的改进RPCA方法及其在自适应故障监测中的应用
    孙靖杰1,赵建军2*,姚跃亭3,姚刚1
    2012, 42(4):  60-66. 
    摘要 ( 631 )   PDF (2343KB) ( 1238 )   收藏
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    针对现有监测方法对时变过程易产生误警且对微弱故障的检测能力不足等问题,提出一种基于可变遗忘因子的改进递归主元分析(recursive principal component analysis,RPCA)方法用于自适应故障监测。在主元模型的在线更新中引入一种可变遗忘因子,并为不同的模型参数设置不同的遗忘因子;在相关矩阵的递归分解中引入部分奇异值分解的思想,递归计算负荷矩阵和特征值对角矩阵;提出一种控制限递归更新方法,实现控制限的自适应更新。对某型雷达发射机工作过程的监测结果表明,改进的RPCA方法能自适应地跟踪过程的时变,有效地减少了对正常工况调整的误警和对微弱故障的漏报。

    基于VOF方法的赛艇艇型优化
    宋凯明1,于健2,丁冬升1,初少玲3,周玉强4
    2012, 42(4):  67-73. 
    摘要 ( 656 )   PDF (2398KB) ( 996 )   收藏
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    为减小赛艇行驶过程中的阻力、提高运动员的成绩,对赛艇艇型进行优化。采用RNG k-ε(renormalization group k-ε)湍流模型、VOF(volume of fluid)方法对单人赛艇的周围流场和阻力特性进行了数值计算,获得了赛艇周围的速度分布和压力分布等流场信息,实验结果证实了数值计算的可靠性。利用数值计算对赛艇艇型进行了优化,得到了赛艇阻力与艇型的关系。研究结果对于改善赛艇性能、减小赛艇阻力具有重要的参考价值和指导意义。

    有限时间收敛的滑模自适应控制器设计
    赵占山1,2, 张静3, 孙连坤1, 丁刚1
    2012, 42(4):  74-78. 
    摘要 ( 726 )   PDF (1345KB) ( 2394 )   收藏
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    针对一类非线性不确定系统不确定边界未知但有界的情况,提出一种设计滑模自适应控制器算法。利用几何齐次性理论和积分滑模面设计了滑模自适应控制器,使其能够在有限时间内镇定,并设计相应自适应律估计控制增益,利用Lyapunov理论分析证明了闭环系统能在有限时间镇定。最后,仿真实例验证了所设计的滑模自适应控制器在不确定的情况下具有鲁棒性和自适应性。

    土木工程
    膨胀性土质隧道围岩级别划分与支护对策研究
    李树忱1,徐钦健1,冯现大1,胡世权2,周强2
    2012, 42(4):  79-85. 
    摘要 ( 625 )   PDF (2240KB) ( 1765 )   收藏
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    采用统计分析结合室内试验的方法,对山西某膨胀性土质隧道的工程地质性质进行了测试分析,系统研究了隧道出口端膨胀性土质的物理力学特性,提出了具有实用参考价值的铁路土质隧道围岩级别划分的亚级细化标准,并结合地质雷达图谱提供的相关参数数据,综合室内实验土体物理力学参数,对该膨胀性土质隧道的围岩分级进行了亚级细化,从而调整了该隧道的支护参数,改良了出口端的整体支护。研究结果对膨胀性土质的特性进行了合理评价,为隧道开挖方案的确定和支护参数的优化提供了理论依据,对今后膨胀性土质隧道的安全施工具有极其重要的实践价值和理论意义。

    透水性混凝土桩减压减震耦合抗震机理研究
    崔新壮1,2,王聪1,2,周亚旭1,2,张娜1,2,高智珺1,2
    2012, 42(4):  86-91. 
    摘要 ( 717 )   PDF (2434KB) ( 1078 )   收藏
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    透水性混凝土桩兼具散体桩和刚性桩的优点,特别适用于地基抗震。为研究其抗震机理,对地震过程中地基的加速度响应和超静孔隙水压力的长消规律等进行了数值模拟,并与碎石桩、素混凝土桩等的动力行为进行了比较分析。研究发现:透水性混凝土桩复合地基表面加速度放大系数明显小于碎石桩和素混凝土桩复合地基,而且其卓越周期仅为碎石桩和素混凝土桩复合地基的1/2,更有利于抑制上部建筑共振的发生;透水性混凝土桩除具有显著的减震效应外,还具有明显的减压效应,其高透水性使地震引起的超静孔隙水压力能快速消散,抑制了地基液化的发生。透水性混凝土桩的减压减震耦合效应还能有效协调地震期间土体的变形。

    基于微波与磁铁耦合发热效应的融雪除冰技术
    郭德栋1,2,沙爱民3
    2012, 42(4):  92-97. 
    摘要 ( 742 )   PDF (1858KB) ( 1285 )   收藏
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    为提高道路的融雪除冰效率,实现冬季道路雪后快速畅通,对基于微波与磁铁耦合效应的融雪除冰技术进行了试验研究。首先测定了磁铁矿集料的技术性质和磁铁矿沥青混凝土的路用性能;其次通过微波发热试验对比分析了普通集料和含磁铁集料的微波发热效率;最后通过室内除冰试验分析了磁铁矿沥青混凝土的微波除冰效率。结果表明:磁铁矿沥青混凝土路用性能能够满足规范要求;磁铁矿集料的微波发热效率约为普通集料的20倍;磁铁矿沥青混凝土的微波除冰效率约为普通沥青混凝土的10~30倍。

    机械工程
    漂浮式海浪发电装置主浮体结构的有限元分析
    刘延俊1, 郑波2,孙兴旺1
    2012, 42(4):  98-102. 
    摘要 ( 664 )   PDF (1667KB) ( 1602 )   收藏
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    应用线性波理论与Morison方程,计算出漂浮式海浪发电装置主浮体在极端海浪条件下受到的海浪冲击力。利用三维软件建立海浪发电装置及其主浮体模型。利用ANSYS Workbench软件与三维软件的接口,建立主浮体的有限元模型,求解其在海浪冲击作用力下的位移及应力响应。仿真结果表明:主浮体在极端风浪的冲击作用下,应力响应与位移响应均在振型处达到最大值,但处于所规定的安全范围之内。

    坐姿下人体振动特性建模及实验分析
    刘菲菲,李建平,陈国强,罗斯特,李增勇*
    2012, 42(4):  103-107. 
    摘要 ( 732 )   PDF (1380KB) ( 1565 )   收藏
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    为客观评价垂直振动条件下人体生物力学响应,依据多体动力学原理建立了七自由度无靠背坐姿下人体振动模型。根据不同频率下人体振动实验数据,采用最小二乘参数识别法以及加权计算得到人体动力学参数,根据识别出的参数进行人体振动特性分析,得到了特定频率下人体头部振动加速度响应特性。应用近红外光谱法无创检测脑部组织血氧参量,分析了不同频率下血氧参数变化。实验结果表明:该模型有较高的预测精度,可为动态环境下人机界面设计提供重要参考,对于客观评价人体坐姿舒适性,提高汽车人机界面设计宜人性有指导意义。

    化学与环境
    离子色谱技术在海相地层钻井中的应用研究
    叶应贵1,杨兰玲2,许爱华3*,赵旭4,黄强1,闫继昱2
    2012, 42(4):  108-113. 
    摘要 ( 575 )   PDF (1672KB) ( 1093 )   收藏
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    建立了1种离子色谱抑制电导法测定气井实钻过程中钻井液中Cl-、SO2-4、Ca2+、Na+4种关键离子质量浓度的方法。通过分析4种离子质量浓度在不同井深的变化规律,初步建立起四川盆地海相地层及流体识别解释标准,可以准确识别碳酸盐岩地层所含流体性质,判断是否钻遇气层或水层,还能通过所识别出的地层水类型来推断地下构造开放程度,确定气藏的保存条件。该方法灵敏度高、准确度好,有效丰富了地质勘探的检测手段,为四川盆地天然气钻探提供科学的依据。

    羧甲基-β-环糊精插层水滑石膜的制备及其对外消旋色氨酸选择性吸附的研究
    赵静,刘晓磊
    2012, 42(4):  120-125. 
    摘要 ( 721 )   PDF (1687KB) ( 1244 )   收藏
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    采用原位生长技术制备了羧甲基-β-环糊精插层水滑石薄膜,并采用XRD和红外光谱对其进行了结构表征。在XRD图中发现环糊精插层后,水滑石的001峰向小角度移动,表明水滑石层间距增大;在红外光谱分析中发现,插层产物在1596cm-1处出现了羧基的特征红外吸收峰,这均证实了环糊精插层进了水滑石层间。进一步研究了该水滑石膜在不同初始浓度下对外消旋色氨酸溶液的吸附情况,发现吸附后的滤液旋光度为正,表明该薄膜优先吸附L色氨酸。得到了吸附等温线,发现该吸附具有饱和性,这是因为选择性吸附是由于水滑石层间环糊精对L-色氨酸的选择性包合产生的,层间环糊精的量是确定的,所以选择性吸附具有饱和性。

    其他
    XLPE电缆局部放电在线监测系统研究
    随慧斌1,李靖强2,杨晓娟2,张存明2,徐斌2,颜彦2,刘长征2,徐文2
    2012, 42(4):  126-131. 
    摘要 ( 705 )   PDF (2496KB) ( 1756 )   收藏
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    交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电力电缆的局部放电严重影响电缆和电网的运行可靠性。在基于电流互感器测量原理的基础上,提出了一种利用Rogowski线圈测量的XLPE电力电缆局部放电在线监测系统。首先研究了高频电磁耦合传感器的设计,确定了与测量灵敏度相关的参数,并通过实验确定了用于XLPE电力电缆局部放电测量的罗氏线圈参数;设计了监测XLPE电力电缆局部放电的设备和基于光纤通讯的电缆局部放电在线监测系统的整体结构,最后对某变电站运行中的电缆进行了局部放电测试,对监测数据进行分析,结果表明了基于高频罗氏线圈及光纤传输的电缆局部放电在线监测系统的有效性。

    新型弹性管束固有振动特性实验及数值模拟
    姜波1,田茂诚2*,郝卫东1, 刘福国1
    2012, 42(4):  132-136. 
    摘要 ( 534 )   PDF (2543KB) ( 1201 )   收藏
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    结合原弹性管束的结构及工作特点,提出了弹性管束的优化结构。理论推导了弹性管束的端部受力特性,并采用实验与数值模拟相结合的方法对管束振动特性进行研究,得到了其面外、面内振动的振型、固有频率。实验结果表明,与原弹性管束相比,新型弹性管束端部截面所受弯矩不足原管束的1/6,安全性能有了较大提高;固有频率较原管束低,更易于在外流的激励下产生振动;单位容积的传热面积相应增加24.7%。

    简谐正弦磁压力对电磁发射轨道的瞬态响应
    刘文,刘峰,张博阳,张晶静,张慧
    2012, 42(4):  137-142. 
    摘要 ( 822 )   PDF (1767KB) ( 1298 )   收藏
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    为解决电磁发射轨道发射精度不够高及炮筒使用年限不够长的难题,将电磁炮发射轨道模拟为移动载荷作用下弹性基础上的简支梁,利用欧拉梁理论建立了梁的力学模型;借助积分变换及逆变换和计算留数等方法,推导出简谐压力作用下轨道梁瞬态响应解析解;借助MATLAB软件分析了粘滞外阻尼系数、摩擦阻尼系数、弹性系数对梁的瞬态动力响应的影响。计算分析表明:轨道梁的挠度随黏滞外阻尼系数的增大而减小;随着材料应变阻尼系数的增大而增大;而弹性系数对挠度的影响不太明显,挠度曲线随着弹性系数的增加而呈下降的趋势。