山东大学学报 (工学版)

基于Parameter Server框架的大数据挖掘优化算法

刘洋,刘博,王峰

2017, 47(4): 1-6. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.339

摘要 ( 1337 )

PDF (1295KB) ( 630 )

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基于大数据挖掘的实时性要求和数据样本的多样性特征,提出一种面向大数据挖掘的机器学习模型训练优化算法。分析当前算法的迭代计算过程,根据模型向量的改变量将迭代过程分为粗调和微调两个阶段,并发现在微调阶段绝大部分样本对计算结果的影响极小,因此可以在微调阶段不计算此类样本的梯度而直接采用上次迭代的计算结果,从而减小计算量,提升计算效率。试验结果表明,算法在分布式集群环境下可以减小模型训练约35%的计算量,且训练得到的模型准确度在正常范围内,可有效提高大数据挖掘的实时性。

基于单目RGB摄像机的三维人脸表情跟踪算法

黄炎辉,樊养余,苏旭辉

2017, 47(4): 7-13. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.466

摘要 ( 1660 )

PDF (4069KB) ( 728 )

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利用单目摄像机对人脸表情进行三维跟踪有两个关键问题,一是从单幅图像中重建人脸的三维模型,二是建立不同三维模型之间稠密的对应关系。针对上述问题,提出一种有效的三维人脸表情跟踪算法。对输入的各帧人脸图像进行自动特征点检测,并根据2D特征点,利用Multilinear Model重建不同表情的三维模型。通过将三维模型重投影至图像空间,计算各帧图像间的Optic Flow与Sift Flow对应。根据图像间的对应关系,利用Laplacian网格变形对三维模型进行修正,建立不同表情之间三维的稠密对应。试验表明,该方法可以重建出较为真实的三维人脸表情模型,同时可以精确跟踪连续变化的三维表情序列。

基于交替方向乘子法的图像盲复原

李真伟,崔国忠,郭从洲,虞昌浩

2017, 47(4): 14-18. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.008

摘要 ( 1494 )

PDF (1528KB) ( 591 )

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为了克服正则化理论的全变分图像盲复原模型中出现的运行效率低、效果不好等问题,提出一种基于交替方向乘子法的盲复原迭代算法。该算法通过交替迭代的方式,将复原图像与点扩散函数交替估计,同时不必更新惩罚项从而提高了运行速度和复原的质量。计算同时加入了对点扩散函数的归一化和阈值约束条件以及对图像的正定性条件。数值试验中,对不同模糊类型的图像进行了盲复原处理,并与已有的其他盲复原方法进行了比较。从主观评价能够发现,提出的算法能够改进图像的质量,提高其分辨率;通过客观指标比较,峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)最大能够提高1.2 dB,结构相似度(structural similarity index, SSIM)最大提高1%,计算时间最大节约一半左右。

基于流形排序的三维模型检索方法

牟春倩,唐雁,胡金戈

2017, 47(4): 19-24. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.382

摘要 ( 1294 )

PDF (1668KB) ( 510 )

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针对现有的基于视图的三维模型检索方法大多将二维投影视图特征直接用于表示三维模型,忽略不同视点下的二维投影视图特征的贡献度的问题,提出一种基于流形排序的三维模型检索方法,关注不同二维投影视图特征的贡献度。通过旋转三维模型获得34张不同视点的二维投影视图,采用基于尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)特征的词袋模型提取34张二维投影视图的词频向量特征,利用流形排序将同一个三维模型的34个词频向量特征聚合成一个三维模型特征。试验表明,基于流形排序的三维模型检索方法能够有效地提高检索结果的准确率。

改善式BVEDA求解多目标调度问题

裴小兵,陈慧芬,张百栈,陈孟辉

2017, 47(4): 25-30. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.256

摘要 ( 1357 )

PDF (2086KB) ( 437 )

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针对以最小化最大完工时间、最小化最大拖期和最小化总流程时间为目标的置换流水车间调度问题(permutation flow shop scheduling problem, PFSP),基于双变量分布估计法(bi-variable estimation of distribution algorithm, BVEDA)提出改善式双变量分布估计算法(Improved BVEDA, IBVEDA)进行求解。利用BVEDA中双变量概率模型进行区块构建,根据组合概率公式进行区块竞争和区块挖掘,借用高质量的区块组合人造解,提高演化过程中解的质量;针对算法多样性较差的特点,设计在组合人造解的过程中加入派工规则最短处理时间、最长处理时间和最早交货期,将上述方法并行演化,通过top10的权重适度值总和动态调整上述方法处理的解的数量,最后利用帕累托支配筛选和保存非支配解。试验使用C++代码在Taillard标准算例上测试,IBVEDA与SPGAⅡ和BVEDA比较,并绘制解的分布图证实算法的有效性。

分数阶Victor-Carmen混沌系统的自适应滑模控制

毛北行,程春蕊

2017, 47(4): 31-36. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.327

摘要 ( 1305 )

PDF (1608KB) ( 341 )

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根据分数阶微积分的相关理论利用自适应滑模控制方法研究分数阶Victor-Carmen混沌系统的滑模同步控制问题,设计分数阶滑模函数并给出控制器的构造,利用Lyapunov稳定性理论给出严格的数学证明,得到系统取得滑模同步的两个充分性条件。研究结果表明:选取适当的控制律以及滑模面下,分数阶Victor-Carmen系统取得混沌同步。数值算例表明该方法有效。

一种应用于直流配电网的隔离直流变换器软启动方法

潘羿威,袁帅,陈阿莲,张承慧

2017, 47(4): 37-42. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.101

摘要 ( 1367 )

PDF (3130KB) ( 657 )

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针对广泛应用于直流配电网的双有源桥的启动电流冲击问题,提出一种简单的直流变换器软启动方法。在设定的启动时间内,输入侧H桥输出方波电压占空比从0逐渐增加到0.5,同时通过移相控制调节输出侧电压在相同的时间内从0逐渐增加到给定值。通过这两种方法的协同控制,可以有效抑制启动时电流冲击和直流电压振荡,系统具备很好的抗扰能力且不需要采用传统软启动的复杂模式切换。分析和仿真验证了软启动方法的有效性。

不连续耦合的时滞复杂动态网络的同步

张玉婷,李望,王晨光,刘友权,侍红军

2017, 47(4): 43-49. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.122

摘要 ( 1530 )

PDF (1988KB) ( 401 )

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基于李雅普诺夫稳定性理论,对不连续耦合的时滞复杂动态网络进行分析,得到网络同步的充分条件,并且给出网络实现同步时滞的上界估计。研究表明:即使网络之间的耦合是不连续的,只要时滞满足一定条件,网络也可以实现同步,且网络容许的时滞上界与耦合强度、网络代数连通性以及耦合的开关率相关。数值模拟中利用Ikeda系统作为节点动力学,采用误差函数作为网络同步性指标,给出网络同步误差演化轨迹和各状态的演化轨迹,并进一步分析控制参数对同步速度的影响,模拟结果验证了理论结果的正确性。

基于交替迭代的车辆主动悬架LQG控制器设计

于曰伟,周长城,赵雷雷,邢玉清,石沛林

2017, 47(4): 50-58. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.462

摘要 ( 1378 )

PDF (3667KB) ( 475 )

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针对主动悬架线性二次高斯控制(linear-quadratic-Gaussian control, LQG)控制器,提供一种快速确定其最佳控制加权系数及最优控制力的方法。通过车辆行驶平顺性评价指标分析,利用无量纲归一化思想建立主动悬架最优控制目标函数,给出平顺性加权系数与控制加权系数间的关系;根据主动悬架力学模型,利用Newmark-β显式积分法,建立平顺性加权系数仿真分析模型。以路面不平度作为输入激励,以轮胎动位移和悬架动挠度为约束条件,借鉴交替迭代思想建立交替迭代优化算法,建立主动悬架LQG控制加权系数及控制力的优化方法。通过与现有LQG控制器设计方法的对比分析,对本设计方法的先进性和可靠性进行仿真验证,结果表明设计的LQG控制器能够显著改善车辆的乘坐舒适性。

臭氧对甲烷/空气层流火焰传播速度影响规律

肖迪,廉静,纪少波,赵盛晋,徐怀民

2017, 47(4): 59-63. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.352

摘要 ( 1552 )

PDF (1839KB) ( 603 )

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为提高气体机稀薄燃烧时的燃烧性能,解决天然气发动机在稀薄燃烧情况下点火能量高以及火焰传播速度慢的问题,利用强氧化性的臭氧对燃料进行改质,进而提高天然气燃烧性能。通过Chemkin软件研究臭氧添加对甲烷层流火焰传播速度的影响,并对臭氧助燃的化学机理进行数值分析。试验结果表明:添加臭氧后,层流火焰传播速度增加,在稀薄混合气条件下增加量更明显。在不同温度及压力条件下,掺加臭氧均能增加层流火焰传播速度,最大可增加36%。分析表明:掺加臭氧能明显提升自由基及中间产物的生成量,进而提高甲烷层流火焰传播速度。

服役后16Mn管材应变时效的自动球压痕测试

杨炎,王威强,潘路,宋明大

2017, 47(4): 64-69. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.467

摘要 ( 1284 )

PDF (1581KB) ( 858 )

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针对在役和不可取样的设备应变时效价难问题,以服役后16Mn管材为研究对象,通过自动球压痕和常规力学试验,对比应变时效前后材料的屈服强度、抗拉强度、冲击吸收能和断裂韧度,并深入探讨自动球压痕试验在材料应变时效上的应用。试验结果表明,自动球压痕可以准确测定材料发生应变时效后的力学性能值,因此可以定期通过自动球压痕技术对在役设备进行力学性能测试,并根据实际测试力学性能来调整运行压力或更换设备,不但可以有利于设备的安全运行,同时可以延长设备的使用寿命。

Urea-SCR系统尿素结晶现象分析及解决方案

白凤月,温邦耀,白书战

2017, 47(4): 70-76. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.047

摘要 ( 2248 )

PDF (2743KB) ( 942 )

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通过利用热重-红外联用(thermo-gravimeter-fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR)技术检测尿素沉积物成分及利用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)技术模拟排气系统中气流运动,分析尿素选择性催化还原(urea selective catalytic reduction, urea-SCR)系统中的尿素结晶现象。针对尿素喷雾碰壁问题及雾化不良问题,根据CFD仿真结果提出一体式喷嘴座结构和集成式喷嘴座封装结构,然后利用柴油机台架试验优化尿素启喷温度和喷射速率。试验结果表明:当尿素启喷温度为272 ℃或喷射速率为5 g/min时,两种优化结构中均无尿素沉积物生成,解决尿素结晶结石问题,为柴油机SCR系统优化设计提供依据。

基于机器视觉刀具几何参数检测算法与误差分析

侯秋林,孙杰,皇攀凌,孙超,牟文平

2017, 47(4): 77-82. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.064

摘要 ( 1521 )

PDF (1926KB) ( 696 )

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为解决航空整体结构件数控加工过程中因换刀频繁而导致刀具出错的问题,提出一种连通域外接矩形的刀具几何参数检测算法,开发基于机器视觉的刀具几何参数在位快速检测系统。采用工业相机、双远心镜头等采集刀具图像,利用MATLAB软件对刀具图像进行灰度变换、二值化等预处理,详细分析连通域标记算法和外接矩形算法的处理过程。结果表明,基于机器视觉的刀具几何参数在位快速检测系统的直径误差小于0.01 mm,悬长误差小于0.08 mm、响应速度快、测量精度高和抗噪性强。

平衡线圈式高精度金属检测算法

白树忠,董春阳

2017, 47(4): 83-88. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.112

摘要 ( 1837 )

PDF (1807KB) ( 1676 )

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金属检测广泛应用于食品安全和工业生产中,为克服单一幅度信息无法解决产品效应的问题,提出基于幅度和相位的双通道数字检测算法,建立基于平衡线圈式检测的数学模型,深入分析金属信号的特点。通过坐标定位准确提取出金属信号的幅度和相位信息,产品学习和聚类算法有效地分离金属信号和产品效应信号。试验结果表明:相位信息可有效区分不同材质的金属,配合幅度信息的双通道检测可准确提取金属信号,实现在强产品效应下金属的检测。

输电线路参数与运行方式的相关性分析

侯广松,高军,吴衍达,张欣,邓影,李常刚,张亚萍

2017, 47(4): 89-95. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.422

摘要 ( 1613 )

PDF (1879KB) ( 1173 )

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为解决实际运行状态下输电线路参数与参数库中存在差异的问题,基于同步相量测量数据的输电线路参数辨识模型,对线路参数进行了辨识。基于实测数据,分析线路参数与线路电压、电流之间的相关性。分析结果表明:输电线路的电抗参数与线路电流之间的相关性较强,不同线路电抗与电流之间的相关性存在差异。研究结果对提升输电线路参数库的准确度具有重要意义。

基于阶次分析的风电机组在线模态参数识别与故障诊断

李静立,王谦,张军,李磊磊

2017, 47(4): 96-102. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.394

摘要 ( 1453 )

PDF (1759KB) ( 706 )

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针对风电机组的健康监测和预警评估,将基于环境荷载激励的模态参数识别和计算阶次分析方法应用于风电机组齿轮箱系统的在线模态分析。设计并构建了风电机组在线模态参数识别与故障诊断系统,通过试验模态与在线模态识别参数以及不同环境荷载激励条件下的在线模态识别参数的测试结果对比,证明在线模态参数识别方法的可行性和实时性,系统运行稳定,数据可靠,为风电机组在线模态实测,多种环境荷载激励作用下动态特性以及故障诊断研究积累了大量数据。

不同土壤分层结构下接地网性能的差异计算

陶亚光,李天娇,田野,王兆军,程法民,李清泉

2017, 47(4): 103-109. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.100

摘要 ( 1355 )

PDF (4293KB) ( 825 )

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为了尽可能量化不同土壤结构下变电站接地网安全性能的差异大小,基于所得土壤电阻率测量试验数据,对比分析了山地、沿海、丘陵3类地区垂直分层土壤结构和水平分层土壤结构下的变电站接地网接触电压和跨步电压等安全指标,并以两者间的偏差百分比来衡量不同土壤结构与不同地区间差异。结果表明:使用现有的电流分布、电磁场、接地和土壤结构分布(current distribution, electromagnetic field and soil analysis, CDEGS)软件可以比较准确地计算出土壤水平分层和垂直分层结构;各地区两种土壤分层结构下的接触电压和跨步电压的对比说明了考虑土壤垂直分层的必要性;在同一地区垂直分层结构下,靠近土壤分界面部分的接触电压和跨步电压偏差百分比较高;最大值偏差百分比的计算结果说明,土壤电阻率越大, 这种不同土壤分层结构所带来的差异越明显。

海上风电机组低电压穿越远端检测

谢才科,姜自民,刘玉田,王春义

2017, 47(4): 110-116. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.218

摘要 ( 1494 )

PDF (3760KB) ( 772 )

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为解决长距离输电海缆对海上风电机组低电压穿越远端检测的影响问题,根据基于风力发电机出口端发展和制定的低电压穿越(LVRT)测试技术和标准,建立了低电压穿越分析模型,提出海上风电机组低电压穿越远端检测方法。按照现有检测方法分析了稳态、暂态情况下远端检测和近端检测的区别,得出远端检测中导致风机切机的外部原因为限流电抗与输电海缆的相互影响使机端电压升高、暂态过程延长、机端电压谐波含量增加。提出利用电力电子开关替代传统检测设备中的断路器,以便能精确控制电抗的动作时间。改进阻抗的动作时序,使短路电抗和限流电抗投入或退出电路的时间间隔最短,以避免限流电抗与输电海缆的相互作用对远端检测的影响。仿真验证了改进检测方法的有效性,为远端检测设备的研制提供了借鉴。

Fe₃O₄磁性石墨烯分散固相萃取水中的有机氯污染物

王明雨,苏丽清,张少君,汪昱

2017, 47(4): 117-123. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.002

摘要 ( 1158 )

PDF (1772KB) ( 648 )

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开发负载胶束的磁性Fe₃O₄纳米微粒修饰的石墨烯作为新型分散固相萃取材料,并用于水中有机氯的检测。磁性石墨烯由氧化石墨烯和Fe²⁺通过氧化还原法一步合成,负载阳离子表面活性剂CTAB形成纳米混合胶束作为提取系统。应用本方法分析水中的29种有机氯,检测限达到1.5~5.0 ng/L,样品加标回收率范围在75.22%~97.15%。复重性的相对标准偏差小于9.995%,与传统的固相萃取法相比,方法的灵敏度提高了50~113倍。该方法快速、灵敏、准确,可以同时测定水中多种有机氯农残,适合于大批量样品的测定。

有机碳源缺乏对成熟好氧颗粒污泥性能的影响

袁莎莎,于海波,高明明,王新华

2017, 47(4): 124-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.050

摘要 ( 1359 )

PDF (2027KB) ( 716 )

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通过探究有机碳源缺乏废水对成熟好氧颗粒污泥物化特性、细菌活性、胞外聚合物(extracelluler polymer substances, EPS)及结构稳定性的影响,研究实际污水处理过程中缺乏有机碳源对好氧颗粒污泥稳定性及硝化活性的影响,进而检测实际污水处理中好氧颗粒污泥的耐冲击能力。结果表明:在有机碳源缺乏的条件下,成熟颗粒污泥中氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)和硝化细菌(nitrite oxidation bacteria, NOB)活性升高,60 d左右可实现较高的硝化活性;成熟好氧颗粒污泥粒径减小,丝状菌消失,球菌增多,颗粒污泥更加密实;EPS质量浓度及多糖(polysaccharide, PS)与蛋白质(proteins, PN)质量比升高;在有机碳源缺乏的条件下,成熟好氧颗粒污泥并未完全解体,具有较强的耐冲击能力。本研究证实了好氧颗粒污泥处理缺乏有机碳源废水的潜力,为好氧颗粒污泥的实际应用提供了理论基础。

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