山东大学学报 (工学版)

一种新的血流建模方法及其在红外人脸识别中的应用

谢志华

2013, 43(5): 1-5.

摘要 ( 621 )

PDF (1396KB) ( 1308 )

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为了从时延红外人脸图像中提取出更加稳定的血流特征,提出1种新的基于生物热传模型的人脸血流图建模方法,并应用于人脸识别。基于生物热传模型中经典的Pennes生物传热方程通过离散化建模,得到对应的血流图。然后,基于红外人脸图像低分辨率的特点,对得到的血流图采用经典主成分分析PCA(principal component analysis, PCA)+Fisher线性鉴别分析(Fisher linear discriminant analysis, FLD)的方法进行人脸识别。实验结果表明:本研究提出的血流计算方法充分考虑到血流之间的关联性,可以得到更加稳定的血流特征, 用于人脸识别,在不同环境温度的情况下(对于时延数据)具有较强的鲁棒性。

决策表中属性的重排

高峰1,迟春梅2

2013, 43(5): 6-12.

摘要 ( 660 )

PDF (841KB) ( 1169 )

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研究决策表中属性的重排。对同一个决策表,把其中不同的属性分别指定为结论属性,借助决策表中属性之间的约简和冗余关系判别哪种重排可以导致粗糙集以及哪种属性重排导致非粗糙集。提出了属性重排粗糙度的概念,基于属性重排粗糙度提出了属性最佳逻辑流向、最佳逻辑属性等概念。分析并指出不同属性重排所对应的粗糙度和属性最佳逻辑流向反映了决策表中不同属性之间的因果蕴含关系。数值算例表明,利用决策表的属性重排可以有效地对缺失数据进行插补。

基于GraphLab的分布式近邻传播聚类算法

陈文强1,林琛1,2,陈珂3,陈锦秀1,邹权1,2*

2013, 43(5): 13-18.

摘要 ( 756 )

PDF (1394KB) ( 2926 )

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为有效实现海量数据的非线性聚类,提出基于GraphLab的分布式流式近邻传播算法——GStrAP(GraphLab based stream affinity propagation)。该算法将数据抽象为有向无环图模型,采用“Gather-Apply-Scatter”的模式完成数据同步和算法迭代。在人工合成流形数据3D Clusters、Aggregation、Flame和Pathbased数据集上分别采用不同数据规模以及与传统K-means的聚类性能做对比,实验表明:基于GraphLab的近邻传播算法对数据规模具有良好的拓展性,在保持算法聚类效果的同时,有效降低时间复杂度。

基于改进Canny算子的坯料挤压变形边缘提取

潘晟旻1,2,钟毅1*,王建华2

2013, 43(5): 19-23.

摘要 ( 605 )

PDF (2184KB) ( 1356 )

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为了研究塑性加工过程中金属坯料的流动行为,提出了一种边缘检测算法。先运用灰度增强与形态学膨胀、腐蚀相结合进行图像预处理,再通过双阀值约束的Canny算子进行坯料变形轮廓提取,避免了孤立灰度阶跃点对边缘判断的干扰。在等量椒盐噪声下,本算法的峰值信噪比高于其他典型算法。实验结果表明,该算法所提取的变形区边缘能够满足量化分析金属流动特征的需求。

基于人脸色温的拼接图像篡改检测

杨健梅1,黄添强1,2*,江伟坚1

2013, 43(5): 24-30.

摘要 ( 762 )

PDF (2139KB) ( 1468 )

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针对人脸拼接篡改图像,提出一种判断人脸合成的图像篡改检测方法。以人脸作为检测目标,利用目标检测技术,对图像中的人脸进行定位后估计人脸色温,然后估计参考色温,计算人脸色温与参考色温的色温距离,找出色温异常的检测目标视为篡改目标,并用该算法定位出篡改目标的精确位置。实验结果验证了该算法具有的有效性。

基于可变基函数和GentleAdaBoost的小波神经网络研究

李翔1,朱全银1,王尊2

2013, 43(5): 31-38.

摘要 ( 725 )

PDF (2735KB) ( 1192 )

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针对传统小波神经网络(wavelet neural network, WNN)受隐含层节点数影响大、网络误差易陷入局部极小、预测结果不稳定的问题,提出使用GentleAdaBoost和小波神经网络相结合的方法,提高网络预测精度和泛化能力。该方法首先对样本数据进行预处理并初始化测试数据分布权值;然后通过选取不同的隐含层节点数、小波基函数构造出不同类型的小波神经网络弱预测器序列并对样本数据进行反复训练;最后使用GentleAdaBoost算法将得到的多个小波神经网络弱预测器组成新的强预测器并进行回归预测。对UCI数据库中数据集进行仿真实验,结果表明,本方法比传统小波神经网络预测平均误差减少40％以上,有效地提高了神经网络预测精度,为小波神经网络应用提供借鉴。

基于阻抗匹配的小型风电系统功率输出优化方法

荆业飞1,张承慧1*,徐蓓蓓2，李珂1,褚晓广1

2013, 43(5): 39-43.

摘要 ( 639 )

PDF (1675KB) ( 1411 )

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为解决现有小型风力发电系统风能利用率偏低的问题,提出一种新型的基于阻抗匹配的系统功率输出优化方法。通过建立和分析小型风力发电系统数学模型,指出在发电机与整流器间串联阻抗后风电系统稳定运行点会发生变化,若阻抗参数设置合理则可提高系统的功率输出;基于该原理,采用粒子群优化算法,结合风速以及蓄电池电压的概率分布情况,以发电机一段时间内输出能量最大为优化目标,确定阻抗参数。仿真结果表明,选择合适的电抗器参数可以有效提高风力发电机能量输出,优化后平均输出功率增加了约21％。

基于模式搜索的风能最大功率跟踪控制

荆业飞1,徐蓓蓓2,张承慧1*,李珂1,褚晓广1

2013, 43(5): 44-48.

摘要 ( 549 )

PDF (1774KB) ( 1316 )

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针对传统风能最大功率跟踪控制方法难以实现实际输出功率最大化或无法兼顾跟踪速度和精度等问题,提出了一种新的跟踪控制方法。依据当前风速以及风力机特性曲线,采用叶尖速比控制实现风能捕获最大化,利用模式搜索法搜索并获得系统最大输出功率点,通过设计模糊PID控制器实现系统对给定参考转速的快速跟踪。该方法将模式搜索法与叶尖速比控制法有机结合,既具有叶尖速比控制原理简单、容易实现的特点,又具有模式搜索法收敛快、精度高等优点。仿真和试验结果表明,该方法可实现输出功率的最大化,有效提高了系统的风能利用率。以风速为6.7m·s-1时为例,系统输出功率相比于单纯采用叶尖速比控制时提高了约4.8％。

基于多传感器信息融合的人体姿态解算算法

李景辉,杨立才*

2013, 43(5): 49-54.

摘要 ( 695 )

PDF (1801KB) ( 2956 )

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针对传统人体姿态解算算法中存在的稳定性差和解算精度低等问题,提出一种基于多传感器信息融合的姿态解算算法。利用四元数计算人体的姿态变化,将惯性测量模块的姿态测量值与观测值之间的偏差通过PI调节进行控制;采用互补滤波对多传感器数据进行融合,求取人体实时姿态。实验表明,该算法能够实现稳定地输出高精度姿态数据。

一类控制系数未知非线性参数化系统的
输出反馈实际跟踪控制

王飞飞1,闫雪华2*,刘允刚3

2013, 43(5): 55-67.

摘要 ( 423 )

PDF (1156KB) ( 1341 )

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研究了一类控制系数未知的非线性参数化系统的输出反馈实际跟踪控制问题。通过引入适当的坐标变换，将原始系统转换成不带有控制系数的新系统。为新系统设计了合理的高增益观测器，进而利用反推技术，设计了输出反馈跟踪控制器。仿真结果表明，通过选择合适的设计参数，所设计的输出反馈跟踪控制器可以保证系统所有的状态全局有界，并且当时间足够大时，跟踪误差收敛到零点的既定小领域内。

路基容许不均匀沉降控制指标的理论分析

弋晓明1,2,王松根2,宋修广1*,臧亚囡1

2013, 43(5): 68-73.

摘要 ( 698 )

PDF (1371KB) ( 1486 )

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为了研究路基不均匀沉降的控制指标,利用数值计算的方法,研究路基不均匀沉降的沉降梯度对基层底部附加应力的影响;并基于双层弹性连续体系,求解不均匀沉降在半刚性基层底部产生的弯拉应力,最后利用麦克劳林展开式进行简化。研究结果表明:利用沉降梯度作为路基不均匀沉降的控制指标,具有一定的局限性;而沉降梯度与沉降距离的比值,即一阶梯度,与弯拉应力之间存在一一对应的关系,可作为容许不均匀沉降的控制指标。对于我国典型的半刚性路面结构来说,不考虑车辆荷载时,路基不均匀沉降的容许一阶梯度可取为0.000161m-1。

混凝土渗透性的原位测试与评价

王甲春1,张照华2,苏宁3

2013, 43(5): 74-79.

摘要 ( 683 )

PDF (1828KB) ( 1228 )

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利用离子迁移实验和混凝土表面电阻率两种实验方法原位测试5种钢筋混凝土箱梁保护层混凝土的氯离子扩散系数和混凝土表面电阻率,讨论原位测试结果与实验室里ASTM C1202电通量测量值的相关性,建立保护层混凝土氯离子扩散系数与混凝土表面电阻率之间的数学关系式,利用原位测试的氯离子扩散系数评价了钢筋混凝土箱梁在海洋环境条件中的使用寿命。研究结果表明,在稳态下混凝土结构表面保护层混凝土的氯离子扩散系数和混凝土表面电阻率与6h电通量具有较好的相关性,可以采用离子迁移实验和混凝土表面电阻率两种实验方法进行在原位测试和评价混凝土的渗透性,混凝土表面电阻率在工程应用上更为简便。

轨枕路基疲劳试验机加载反力架设计与优化

李建明,王汉鹏*,李术才,张庆贺

2013, 43(5): 80-86.

摘要 ( 648 )

PDF (1953KB) ( 1120 )

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针对目前动力加载反力框架刚度过小、结构形式不合理和材料用量过大等不足,系统地进行反力架的设计与优化。通过SOLIDWORKS建立4种不同结构形式加载反力框架的三维模型,使用ANSYS和ABAQUS静力分析了不同结构反力框架的刚度、强度大小及分布范围,并对比用钢量、力学性能指标,选出鱼腹梁结构形式进行优化设计。针对鱼腹梁反力架,通过 ANSYS的模态分析得到其固有频率及振型,发生第一次垂向振动的频率为25.6Hz,满足10Hz作动器加载不引起共振的要求。通过瞬态分析模拟了10Hz作动器试验时,反力框架的振动响应情况,最大位移为1.128mm,但5s后逐渐稳定在0.720mm,满足动载荷精度和刚度要求。研究表明,相比于其他3种结构形式,鱼腹梁结构刚度最大、最经济,既满足动载荷刚度要求也节省了钢材。

SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响

王建明,裴信超,樊现行,刘伟,曹雁超

2013, 43(5): 87-92.

摘要 ( 593 )

PDF (1927KB) ( 1800 )

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为消除有限元法(finite element method, FEM)处理切屑分离及大变形问题的局限,使用光滑粒子流体动力学法(smooth particle hydrodynamics, SPH)耦合FEM模拟此类问题。工件使用SPH建模,弹丸使用FEM建模,二者通过接触算法实现耦合，通过仿真实验研究锐边弹丸在不同入射条件下撞击工件时,弹丸的翻转效应对工件表面弹坑深度、切屑堆积高度的影响。结果表明:当前倾角较大时,弹丸向前翻转,对工件表面产生碾压作用,形成尖锐的弹坑,切屑堆积在弹坑前部边缘不与工件分离;当前倾角较小时,弹丸向后翻转,对工件表面产生铲削作用,切屑与工件分离,弹坑横截面光滑而平缓。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型及结果的正确性,为锐边弹丸侵蚀工件表面的仿真研究提供新的手段。

振荡翼捕获能量系统的流体动力性能

逯建伟,王勇*,谢玉东

2013, 43(5): 93-97.

摘要 ( 637 )

PDF (1615KB) ( 1123 )

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采用Fluent求解绕二维振荡翼层流流场的非定常、不可压缩Navier-Stokes方程,将域动网格策略用在滑移交界面内流体域,使之与翼一起运动,该方法可保证核心区域网格质量。研究了Re=1100、θ0=76.33°、y0=5、k=0.88时,俯仰轴位置对NACA0015振荡翼气动特性和能量捕获性能的影响,以及升沉——俯仰相位差和俯仰轴位置对系统的耦合影响。结果表明,俯仰轴位置会影响振荡翼的升力特性、俯仰力矩特性及能量捕获性能,当系统因俯仰轴位置偏离平均压力中心而造成能量捕获性能下降时,改变升沉——俯仰相位差可改善系统的能量捕获性能。

侧风对冷却塔性能影响的特异性定量分析方法

张磊,孙奉仲*,高明

2013, 43(5): 98-103.

摘要 ( 582 )

PDF (1546KB) ( 1198 )

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基于换热平衡方程和空气动力方程的耦合关系,建立无侧风条件下,自然通风湿式冷却塔的热力性能计算模型,并利用MATLAB程序,通过迭代运算方法,对两方程进行联立求解,从而获得与现场测试相同的气象和运行条件下,剔除侧风影响后冷却塔通风量和冷却数的应达值,然后结合现场测试得到的实际通风量和冷却数,提出了可以特异地反映侧风对冷却塔性能影响的新指标。某3500m2冷却塔的计算结果表明,在模型散热量和实测散热量相同的条件下,侧风影响会使得冷却塔的通风量最大减少38.5％,此时体积分数为33.9％的填料没有得到有效利用,侧风还会增加冷却塔的冷却任务,相应的,需要冷却塔具有更好的冷却性能,这对于了解侧风对冷却塔性能的影响以及指导冷却塔的设计与改造有重要意义。

翼片诱导纵向涡强化层流对流传热数值模拟

车翠翠,田茂诚*,冷学礼

2013, 43(5): 104-110.

摘要 ( 542 )

PDF (2225KB) ( 1499 )

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利用三维数值模拟,分析了圆管内添加翼片后流体的流动结构和对流传热特性。模拟中,翼片与壁面呈45°倾斜放置,选取包含1个翼片的1／6通道进行研究。结果表明,翼片可在下游诱导产生2个旋转方向相反的纵向涡,形成对称的涡偶,涡偶外侧为背壁流,内侧为向壁流。纵向涡结构提高了流体在径向上的速度波动,在翼片下游靠近管壁处,最大速度可达到主流平均速度的80％,增强了对速度边界层的扰动。流场的改善使通道内的温度场分布更加均匀,与光滑通道相比,壁面附近的温度梯度可提高接近1个数量级。流体对壁面的冲刷作用使对流传热得到强化,相对于光滑通道,壁面局部Nu数可提高近50倍。纵向涡对通道内流体的强化传热作用随Re的增加而显著提高。

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