山东大学学报 (工学版)

时滞复杂动态网络的有限时间随机广义外部同步

李望,马志才,侍红军

2017, 47(3): 1-8. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.320

摘要 ( 1159 )

PDF (1559KB) ( 487 )

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基于有限时间控制技术以及开环控制技术,研究具有噪声干扰的时滞复杂动态网络的有限时间广义外部同步问题。设计新的有限时间控制器,利用随机微分方程的稳定性理论得到网络实现有限时间随机广义外部同步的充分条件。研究表明:设计的控制器对于噪声干扰具有较强的鲁棒性,且网络同步时间与控制强度密切相关。在其他条件不变的情况下,网络同步时间随着控制强度的增大而减小。数值模拟中分别选择R(¨overo)ssler-like系统和Hindmarsh-Rose系统作为驱动网络与响应网络的节点动力学,给出了网络同步误差和总同步误差的演化轨迹。数值模拟结果验证了理论结果的有效性与可行性。

基于复杂网络的癫痫脑电分类与分析

郝崇清,王志宏

2017, 47(3): 8-15. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.279

摘要 ( 1299 )

PDF (5850KB) ( 657 )

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为提取癫痫发作与间歇期脑电信号的特征,提出利用构建癫痫EEG(electroencephalogram)网络的方法来刻画脑电信号。研究各变量均可测情况下的Lorenz和Rössler混沌系统,利用其各变量的输出混沌时间序列构建复杂网络,发现构建的复杂网络拓扑图与其混沌吸引子存在形态相似性,说明由时间序列构建的复杂网络能刻画其原信号特征。对于多维系统中仅有一维可测时,多维时间序列由相空间重构得到。利用相空间重构方法对癫痫发作和间歇期脑电信号构建复杂网络进行分析。研究结果表明,癫痫发作时其网络拓扑较间歇期存在明显不同,且其平均路径长度显著增加,而递归率及其波动范围都显著降低,这些网络特性可以用来刻画脑电信号的特征,从而为癫痫疾病的自动辨识与预测提供基础。

基于图像块先验的低秩近似和维纳滤波的去噪算法

张杨,陈飞,徐海平

2017, 47(3): 16-20. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.009

摘要 ( 1284 )

PDF (1499KB) ( 664 )

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利用混合高斯模型(gaussian mixture model, GMM)学习自然图像块的纹理结构,提出一种基于图像块先验的低秩近似和维纳滤波的去噪算法。该算法能够同时利用外部图像块的先验结构信息和内部图像的自相似性,对待去噪图像进行分块聚类,并根据每类相似块的数量进行协同滤波。当相似图像块数量较多时,采用低秩近似的方法复原,有效利用图像的内部自相似性;当相似图像块数量较少时,采用维纳滤波,利用先验信息保持图像重要的纹理结构。试验结果表明此方法较适用于弧形边界和角点等存在较少相似块的自然图像,其峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)和视觉效果优于目前部分主流算法。

基于EMD和SVM的抑郁症静息态脑电信号分类研究

刘岩,李幼军,陈萌

2017, 47(3): 21-26. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.148

摘要 ( 1432 )

PDF (1886KB) ( 617 )

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以静息态脑电信号为基础,通过固有模态分解(empirical mode decomposition, EMD)算法对脑电信号进行信号去噪和特征值提取,通过支持向量机(support vector machine, SVM)算法对抑郁症患者和正常对照组人群的脑电特征值进行分类分析。通过系统化的数据采集试验,采集了20位抑郁症患者和25位健康对照组的静息态脑电信号;对静息态脑电信号进行信号的去噪和特征提取;采用SVM算法对抑郁症患者和正常人对照组脑电特征值进行二值分类,分类正确率达到93.3%。相较于传统的小波变换提取的特征值,分类准确率有明显的提高。

基于视觉中心转移的视觉显著性检测方法

胡金戈,唐雁

2017, 47(3): 27-33. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.340

摘要 ( 1197 )

PDF (3343KB) ( 306 )

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针对现有许多检测方法提取出的显著性区域不够清晰的问题,提出一种基于视觉中心偏移的视觉显著性检测方法,在对图像进行预分割的基础上,结合图像的颜色对比特征、颜色分布特征和位置特征,提取出图像显著性区域,利用视觉中心转移模拟人类视野系统的视野转移过程,对图像进行多尺度分析,融合不同尺度显著图得到最终显著图。试验结果表明,本方法较现有显著性检测方法在视觉效果和查准率召回率有明显提高,ROC曲线下的面积可达0.952。

基于LS-SVM与模糊补准则的特征选择方法

李素姝,王士同,李滔

2017, 47(3): 34-42. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.308

摘要 ( 1328 )

PDF (1576KB) ( 385 )

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针对传统特征选择算法采用单一度量的方式难以兼顾泛化性能和降维性能的不足,提出新的特征选择算法(least squares support vector machines and fuzzy supplementary criterion, LS-SVM-FSC)。通过核化的最小二乘支持向量机(least squares support vector machines, LS-SVM)对每个特征的样本进行分类,使用新的模糊隶属度函数获得每个样本对其所属类的模糊隶属度,使用模糊补准则选择具有最小冗余最大相关的特征子集。试验表明:与其他10个特征选择方法与7个隶属度决定方法相比,所提算法在9个数据集上都具有很高的分类准确率和很强的降维性能,且在高维数据集中的学习速度依然很快。

基于改进ViBe算法的视频浓缩

惠开发,成科扬,詹永照

2017, 47(3): 43-48. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.306

摘要 ( 1367 )

PDF (2017KB) ( 390 )

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针对监控视频在时间上存在冗余的问题,对ViBe(visual background extractor)算法进行改进,解决了ViBe算法存在噪声和易引入鬼影的问题,通过改进后的算法对视频进行背景建模,并对得到的背景掩模提取外轮廓以确定视频帧中是否存在前景对象。将存在前景对象的视频帧写入视频流中,达到视频浓缩的目的。经过试验验证,该方法可以有效地减少视频中的冗余信息,减小视频的体积,视频中的重要信息同时也得到了完整保留,满足实时性要求。

基于Markov随机场的Student's t混合模型的脑MR图像分割

李璐,范文涛,杜吉祥

2017, 47(3): 49-55. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.310

摘要 ( 1181 )

PDF (1581KB) ( 452 )

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为解决在使用期望最大化(EM)算法求解混合模型前需要额外的计算问题,提出一种新的基于Markov随机场的Student's t混合模型,该模型能直接利用简单有效的EM算法求解。试验结果表明,该方法能有效克服噪声对图像分割的影响,获得较好的分割结果。

基于自适应流形相似性的图像显著性区域提取算法

任永峰,董学育

2017, 47(3): 56-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.305

摘要 ( 1224 )

PDF (2813KB) ( 597 )

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为了在图像显著性区域提取过程中改善算法的自适应性和精准度,提出基于自适应流形相似性的图像显著性区域检测算法。将图像分割成超像素,根据图像中显著性区域频率变化比较大的特性,生成图像显著性区域的高频节点;针对高频节点利用凸包运算寻找显著性区域的种子节点;使用流形算法在图像中对种子节点进行显著性区域信息扩散,得到图像的显著性区域。试验结果表明:利用流形算法搭建求解每个数据的邻接矩阵进行信息扩散,能够在保证信息精准分类的同时提高算法的自适应性,其结果优于同类的图像显著性区域检测算法。

基于人工标记的手术导航仪

马帅依凡,赵子健

2017, 47(3): 63-68. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.007

摘要 ( 1381 )

PDF (3588KB) ( 662 )

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针对目前光学手术导航仪抗干扰性不强、系统复杂、非多目标跟踪的不足,提出一种基于人工标记检测的手术导航仪实现方案。立足于Bumblebee2双目视觉系统,提出一种ARTag标记检测算法。基于边缘检测,通过线段检测、标记重构、标记解码多步来实现准确快速的标记检测。进一步基于双目立体视觉,对手术工具进行空间定位,且由于ARTag标记包含编码特征,可同时识别、解码、匹配多个人工标记,从而可实现多手术工具实时跟踪。试验结果表明:本研究提出算法检测精确度更高,对不同光照条件有更高鲁棒性,该导航仪解决方案具有快速、稳定、经济、能实时多目标跟踪的优点,在实际使用中具有广阔的前景。

计算机辅助外科手术中医疗机器人技术研究综述

赵子健,王芳,常发亮

2017, 47(3): 69-78. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.482

摘要 ( 1272 )

PDF (2000KB) ( 874 )

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在计算机辅助手术领域中医疗机器人技术是目前一个研究热点。介绍医疗机器人技术的概念以及在计算机辅助手术中应用的必要性;针对医疗机器人技术在计算机辅助手术领域中的国内外研究现状,从骨外科、神经外科、窥镜外科和介入治疗等四个方面,分别进行了详细综述,并介绍具有代表性的外科手术机器人系统;通过分析医疗机器人当前的研究现状,指出内窥镜外科手术机器人将是未来医疗机器人的发展方向,通过探讨内窥镜外科手术机器人所涉及的四个亟待解决的问题,指出了需要进一步研究和发展的方向。

分数阶多涡卷系统滑模控制混沌同步

毛北行,王东晓

2017, 47(3): 79-83. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.058

摘要 ( 1142 )

PDF (1449KB) ( 369 )

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基于分数阶微积分理论以及滑膜控制研究方法,研究具有确定参数和不确定参数两种情形下分数阶多涡卷系统的滑模混沌同步问题。给出两种情形下切换函数的构造,设计出控制器,并给出系统取得同步的两个充分性条件。研究结果表明:在适当的选取控制律以及自适应控制律下,多涡卷误差系统取得滑模混沌同步。

分数阶情绪模型的终端滑模控制混沌同步

李庆宾,王晓东

2017, 47(3): 84-88. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.342

摘要 ( 1247 )

PDF (1083KB) ( 312 )

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应用驱动-响应同步方法,研究一类分数阶情绪模型的终端滑模混沌同步问题。基于Lyapunov稳定性理论和分数阶微积分的相关知识,构造一种非奇异的终端滑模面,通过设计连续的终端滑模控制器,给出主从系统在有限时间内快速实现混沌同步的设计方案。理论分析和仿真计算结果证明了这种控制方法的有效性。

基于改进EMD和数据分箱的轴承内圈故障特征提取方法

于青民,李晓磊,翟勇

2017, 47(3): 89-95. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.270

摘要 ( 1371 )

PDF (3335KB) ( 504 )

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为解决直驱风力发电机主轴后轴承内圈轻微损伤故障诊断问题,针对实际工程中振动信号的复杂特性,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和数据分箱的特征提取算法。将信号进行改进经验模态分解,得到一系列平稳的本征模函数(intrinsic mode function, IMF)。对分解后的信号提取均值、方差等幅域参数特征,并根据参数有效性选择部分参数组成特征矩阵。选用等宽分箱方法,用箱内数据均值代替箱体数据,将特征矩阵进行平滑处理。经验证,该方法能准确提取实际工程信号中的有效特征,并从特征选择的角度较好解决了分类器代价敏感问题,减少了机器学习模型的过拟合现象。

基于分数阶滑模观测器的BLDCM无位置传感器控制

梁秋实,赵志诚

2017, 47(3): 96-101. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.298

摘要 ( 1260 )

PDF (4397KB) ( 528 )

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为解决传统滑模观测器存在的抖振和相位延迟问题,将分数阶思想引入滑模观测器设计中,利用其传递能量缓慢的特点,结合无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)线电压方程,设计出分数阶滑模观测器,避免了传统整数阶观测器中因低通滤波器的存在引起观测值相位滞后,同时可以得到光滑的线反电动势估计值曲线,进而获得实时准确的换相信号和估算转速。仿真结果表明:本研究提出的方法,可以准确观测BLDCM线反电动势,实现其无位置传感器控制。

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

刘纪峰,杨欢欢

2017, 47(3): 102-111. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.276

摘要 ( 1137 )

PDF (5066KB) ( 363 )

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为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。

基于钢筋锈蚀的RC桥墩抗震性能

赵建锋,李洪一,刘苏文

2017, 47(3): 112-118. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.356

摘要 ( 1453 )

PDF (3096KB) ( 495 )

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为研究氯离子侵蚀效应引起的钢筋锈蚀对在役桥墩抗震性能的影响,以圆柱形桥墩为例,通过概率方法确定钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率,进而建立钢筋直径及屈服强度的退化模型;采用ABAQUS软件建立非线性动力分析模型,针对单方面考虑纵筋锈蚀或箍筋锈蚀以及同时考虑两者锈蚀3种情况,分析材料劣化引起桥墩抗震性能的变化。结果表明:同时考虑箍筋、纵筋锈蚀比只考虑纵筋锈蚀时桥墩的抗震性能退化明显;纵筋锈蚀严重影响钢筋混凝土桥墩的抗弯性能;箍筋锈蚀严重影响RC(reinforced concrete)桥墩的延性性能。

浆液性质对注浆压力及扩散方式的影响规律

彭蓉蓉,俞文生

2017, 47(3): 119-124. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.383

摘要 ( 1462 )

PDF (1980KB) ( 640 )

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为研究浆液性质对于注浆压力及浆液扩散模式的影响规律,设计了注浆扩散模拟试验系统。该系统通过采用整体填土压实,相比常规人工分层填土压实,可有效避免土体内部层间界面的产生,从而避免层间界面对于浆液扩散的影响。通过上述注浆扩散模拟试验系统开展了羧甲基纤维素钠浆液(模拟渗透注浆)、水泥单液及水泥-水玻璃浆液的土体注浆试验,分析注浆压力及浆液扩散特征,并针对注浆压力进行理论分析验证。研究结果表明:浆液性质对于注浆压力增长及劈裂特征点具有显著影响,通过分析注浆压力增长趋势及劈裂特征点特征可判定浆液扩散模式。

三轴应力条件下粉砂质泥岩分级松弛特性

陈方明,胡泉光,宁光忠

2017, 47(3): 125-129. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.099

摘要 ( 1384 )

PDF (2071KB) ( 358 )

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为研究软岩的应力松弛特性,采用分级荷载的方式对粉砂质泥岩进行三轴条件下的松弛试验。通过对不同围压条件下泥质粉砂松弛特性的分析,发现Burgers模型能够很好的反映出泥质粉砂岩不同应力条件下的松弛特性。研究应力松弛度随各级荷载初始应力水平的演化规律,结果表明:发现各级荷载初始应力较低时,应力松弛度随着各级荷载初始应力的升高而指数型降低;各级荷载初始应力较高时,部分岩样的应力松弛度呈现出略微升高的趋势。

基于本体的机床设备资源共享机制

李庆冬,骆伟超,叶瑛歆,张承瑞,胡天亮

2017, 47(3): 130-138. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.405

摘要 ( 1202 )

PDF (4241KB) ( 354 )

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为解决机床资源共享中资源表述、存储及与加工任务匹配等关键问题, 提出基于本体的机床资源共享机制。采用本体对机床资源进行语义化表述,增强其人机可读性。采用分布式数据库HBase对机床本体信息进行存储,以高效存取为目的设计HBase表格,实现对机床本体信息的存储及高效查询。提出基于加工任务的机床资源查询策略,实现加工任务与共享资源的有效匹配。在存储大量机床实例至数据库的条件下,以车削加工任务为例进行验证,通过提交该任务至该资源共享平台,获得适合该任务的车床列表。结果表明,建立的机床本体模型及提出的资源信息存储方案和资源查询策略能够满足资源共享的需求,验证共享机制的可行性和有效性。

酸蚀时间对喷砂后TC4钛合金表面形貌及抗腐蚀性的影响

任冰,万熠,王桂森,王滕

2017, 47(3): 139-142. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.003

摘要 ( 1837 )

PDF (2464KB) ( 1008 )

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为研究喷砂酸蚀表面改性方法中酸蚀时间对喷砂后TC4钛合金表面形貌和抗腐蚀性的影响,采用220目的Al₂O₃颗粒对钛合金表面进行喷砂处理,然后对喷砂后的样品在HCl/H₂SO₄混合酸液中分别酸蚀不同的时间(0.5、1、2、3 h),并以抛光组为对照。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)和3D共聚焦显微镜对各组钛片的表面形貌进行表征和表面粗糙度测量。然后运用电化学工作站对各组样品进行耐腐蚀性试验,以评价各组样品的腐蚀行为。试验结果表明,随酸蚀时间的延长,钛合金表面形貌由杂乱趋于均匀化,粗糙度呈现先升后降趋势。2 h时粗糙度达到峰值,表面微孔比例最高,界面扩展面积比达222%。在抗腐蚀性能方面,所有喷砂酸蚀组抗腐蚀性均优于抛光组,表明喷砂酸蚀处理有助于生成腐蚀保护作用更强的氧化膜,且随时间延长,腐蚀倾向减小,3 h时最优。

用于降低接触热阻的复合黏结材料的制备优化

董震,杨永鲁,熊国栋,赖艳华,吕明新

2017, 47(3): 143-150. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.030

摘要 ( 1257 )

PDF (2024KB) ( 367 )

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基于提高吸附床的导热性能,研制一种可涂于吸附床与吸附剂之间降低接触热阻的耐高温耐腐蚀的高导热复合黏结材料。通过稳态试验研究导热填料、稀释剂与偶联剂等因素对复合黏结材料热导率的影响,采用正交试验方法优化复合黏结材料的配制方案。研究结果表明:复合黏结材料的导热性能随着Al₂O₃导热填料的质量分数的增加而提高,采用10 μm Al₂O₃导热填料粒子的导热性能略高于采用35 μm Al₂O₃导热填料粒子的复合黏结材料,10 μm Al₂O₃导热填料粒子用质量分数8%的偶联剂处理,复合黏结材料的热导率最高。采用适当配比的导热填料、稀释剂与偶联剂能显著提高复合黏结材料的热导率。

基于Markov链的锅炉热负荷预测方法

路昌海

2017, 47(3): 151-158. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.129

摘要 ( 1269 )

PDF (1399KB) ( 333 )

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基于Markov链的锅炉热负荷预测方法,提出多参数预测调控模型。根据室外温度,对日均供水温度进行Markov链预测,结合日均燃煤量、鼓风机频率、引风机频率等参数的状态空间,进行复合概率预测。具体应用时,将调控量的大概率最低值作为起点,根据监测量变化,优化调节。试验结果表明:在居民室温达标范围内,日均煤耗量较模型应用前降低约8%;日均供水温度降低约7%,燃煤投放准确率及调控精确率有效提升实现了锅炉热负荷的精细调控。

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