当期目录

2018年 第48卷 第5期 刊出日期：2018-10-20

  

编委约稿

水资源绝对资产负债计算方法

曹升乐,于翠松

2018, 48(5):  1-8.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.272

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为全面反映区域水资源开发利用的数量、质量与效率,提出水资源绝对资产负债表的概念,提出资源系数、质量系数和效率系数的概念及其确定方法,给出水资源绝对资产与负债的计量方法。以济南市为例,计算反映水资源的数量、质量与利用效率的资源系数、质量系数和效率系数,计算出2011—2015年绝对资产值分别为0.28亿、0.37亿、0.54亿、0.26亿和0.25亿m³;绝对负债值分别为0.64亿、0.42亿、0.71亿、0.19亿和0.64亿m³。水资源绝对资产负债计算方法是在水资源相对“资产负债表”基础上的进一步创新性研究,对水资源“资产负债表”的创立和区域水资源的可持续开发利用具有重要理论意义和实用价值。

机器学习与数据挖掘

基于Delaunay三角化的二维无约束优化EMD方法

胡建平,李鑫,谢琪,李玲,张道畅

2018, 48(5):  9-15, 37.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.245

摘要 ( 1595 )   HTML ( 30 )   PDF (11187KB) ( 470 )   收藏

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提出一种改进的基于Delaunay三角化的二维无约束优化经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)方法,对二维图像极值点重新定义,利用对定义的极值点进行Delaunay三角化构建无约束的优化模型对图像进行迭代分解,能够将原始图像自适应分解为尺度从细到粗的内蕴模态图像分量和一个余量。试验结果表明:本研究提出的方法较原始的二维无约束优化EMD方法具有更强的细节获取能力,能够更好地体现原始图像的不同尺度特征。

基于LDB描述子和局部空间结构匹配的快速场景辨识

张东波,寇涛,许海霞

2018, 48(5):  16-23.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.409

摘要 ( 2160 )   HTML ( 36 )   PDF (11270KB) ( 367 )   收藏

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提出一种新的基于局部差异二值(local difference binary, LDB)描述子和局部空间结构匹配方法实现快速场景辨识,运用多重网格密集采样得到图像区域的灰度和梯度信息,比较网格间的灰度和梯度进行二值描述,继承了二值特征提取的快速和低存储的优点。通过构建特征点的局部空间分布约束,将局域内的多点匹配取代单点匹配,排除了大量错配点,提升了匹配的准确率。试验表明,本研究方法计算效率约是尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform, SIFT)的2.7倍,加速稳健特征(speeded up robust features, SURF)的1.9倍,充分验证了本研究方法的有效性和识别性能。

基于经验小波的太阳能电池缺陷图像融合

陈海永,余力,刘辉,杨佳博,胡启迪

2018, 48(5):  24-31.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.249

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为解决太阳能电池的弱缺陷检测问题,提出一种基于二维张量经验小波的多光谱图像融合算法。使用一组特定波长的光源采集太阳能电池片图像信息,对图像进行顶帽变换抑制背景噪声;使用经验小波变换对预处理图像进行分解,分别对获得的高低频子带图像采用基于极大值的显著性融合规则进行融合,将融合后的高低频子带图像进行小波反变换获得最终的融合图像。在相同的采集条件下获取五类色差电池片图像,进行算法测试试验,并从图像视觉效果和客观评价指标两方面与其他算法分析比较。试验结果表明,此算法不仅具有良好的适应性,而且在保持光谱信息和抑制噪声等方面均取得良好的效果。

自适应特征选择加权k子凸包分类

牟廉明

2018, 48(5):  32-37.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.415

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针对问题维数的增加以及不同特征对分类的作用往往不一样,导致k子凸包分类性能降低等问题,设计自适应特征选择加权k子凸包分类方法。根据传统凸包距离存在的不足引入加权k子凸包距离,在测试样本的k邻域内引入距离度量学习技术和正则化技术进行自适应的特征选择,并将自适应特征选择无缝嵌入加权k子凸包优化模型中,这样就能为不同的测试样本在不同的类别中学习自适应特征空间,得到有效的加权k子凸包距离计算方法。试验结果表明,该方法不仅能够进行降维,而且具有明显的分类性能优势。

基于优选典型相关分量的跨媒体检索模型

李广丽,刘斌,朱涛,殷依,张红斌

2018, 48(5):  38-46.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.552

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在跨媒体检索中,准确利用异构媒体间的语义相关性是制约检索性能优劣的关键因素之一。提出改进的核典型相关分析(modified kernel canonical correlation analysis, MKCCA)模型,以改善跨媒体检索性能:抽取图像的尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)与描述灰度纹理的空间包络特征(GIST),抽取文本的词频(term frequency, TF)特征;精选映射核,把图像、文本特征映射到高维可分空间中,生成核矩阵;基于典型相关分析(canonical correlation analysis, CCA)方法挖掘图像、文本核矩阵间的非线性语义相关性;设置语义相关度阈值,降低语义噪声干扰并优选核心典型相关分量,更准确、鲁棒地刻画图像与文本间的语义关联。试验表明:SIFT-TF特征组合整体表现最好,而MKCCA模型与高斯核(gauss kernel)配合可获取最优跨媒体检索性能,其图像检索文本与文本检索图像的平均精度均值(mean average precision, MAP)较次优指标分别提升3.06%和1.18%。

基于特征融合和集成学习的建议语句分类模型

张璞,刘畅,王永

2018, 48(5):  47-54.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.207

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建议挖掘作为一项新兴研究任务近年来逐渐受到了研究者的关注。与英文相比,中文的建议表达形式更为丰富,呈现出许多不同特点,因此有必要在中文环境下开展建议挖掘研究。针对建议挖掘中的建议语句检测这一核心任务,提出一种综合应用Stacking和Bagging方法的集成学习模型来进行建议语句分类。使用Stacking组合分类器来构建概率特征空间,分别使用卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和段落向量模型(paragraph vector, PV)构建评论文本的CNN特征空间和段落向量特征空间,对上述特征进行融合,并训练Bagging分类器来对建议语句分类。在中文数据集上的试验结果验证了本研究模型的有效性。

基于彩色伪随机编码结构光特征提取方法

王国新,陈凤东,刘国栋

2018, 48(5):  55-60.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.246

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为增强三维重建过程中弱纹理目标的特征信息,提出一种基于彩色方格伪随机编码结构光的特征提取方法。设计一幅由五种彩色方格组成的伪随机编码结构光图案并将其投影到目标物体上。建立一种梯度算子模板对降采样图像中角点进行粗定位,然后进行局部非极大值抑制。将Harris算法推广到彩色多通道图像,对原图像粗定位区域进行角点检测,进而确定彩色图像中角点的精确位置。试验结果表明,在被测物体表面颜色和纹理结构均不丰富的条件下,提出的方法依然能够有效地保证特征提取的精度,具有较强的鲁棒性。

主从Cucker-Smale系统的有限时间蜂拥行为

刘友权,王晨光,侍红军

2018, 48(5):  61-68.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.031

摘要 ( 1498 )   HTML ( 23 )   PDF (2039KB) ( 323 )   收藏

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基于有限时间稳定性理论,研究主从Cucker-Smale系统的有限时间蜂拥行为。通过李雅普诺夫函数方法,得到蜂拥在有限时间发生所需的条件。研究结果表明:收敛时间和种群规模以及智能体与领导者之间的耦合强度有关。收敛时间随种群规模和耦合强度的增大而减小。在数值模拟中,速度和速度差的演化曲线证实了理论结果的可靠性。

基于单目摄像头的主动式驾驶行为分析算法

吴晨谋,方志军,黄正能

2018, 48(5):  69-76.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.424

摘要 ( 1959 )   HTML ( 17 )   PDF (9086KB) ( 609 )   收藏

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为了预防事故发生,提出一种以人体三维姿态估计对驾驶员行为进行识别监测的算法。利用单目摄像头获取运动中驾驶员的视频流,提取每帧图像的二维轮廓特征,与预先建立的三维人体模型的二维投影进行匹配,实时估计驾驶员上半身的姿态。根据获取驾驶员的8个骨骼节点的三维坐标,对驾驶员的行为识别分析。试验模拟驾驶员正常、单手、接听电话和疲劳/醉酒驾驶4种驾驶状态,通过骨骼节点的坐标变化,实现检测和识别驾驶员的姿态行为并给予提醒。在光线较好的情况下,与PRECLOSE(percent eye closure)算法相比,该算法的误检率降低了24.24%。

控制科学与工程

基于PSO-ConvK卷积神经网络的肺部肿瘤图像识别

梁蒙蒙,周涛,夏勇,张飞飞,杨健

2018, 48(5):  77-84.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.191

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针对卷积核随机初始化以及梯度下降法训练卷积神经网络易陷入局部最值问题,提出粒子群算法优化卷积核(particle swarm optimization-convolution kernel, PSO-ConvK)的图像识别方法。使用参数迁移法构造卷积神经网络,并提取卷积核,利用PSO不断更新粒子的速度和位置,寻找全局最优值以初始化卷积核,将其传递到卷积神经网络,用肺部肿瘤数据训练卷积神经网络,结合梯度下降法修正网络权重,使得PSO算法的全局优化能力与梯度下降法的局部搜索能力相结合。试验通过批次大小、迭代次数以及网络层数3个角度验证方法的有效性,并与高斯函数优化卷积核进行对比。结果显示, PSO优化卷积核的识别率始终高于随机化卷积核和高斯卷积核,识别率最终达到98.3%,具有一定的可行性和优越性。

具有纠缠项的分数阶五维混沌系统滑模同步的两种方法

王东晓

2018, 48(5):  85-90.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.139

摘要 ( 1454 )   HTML ( 2 )   PDF (1637KB) ( 382 )   收藏

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根据滑模和积分滑模两种方法研究具有3个纠缠项的分数阶五维混沌系统的滑模同步,给出滑模面和控制器的两种设计方法,得到纠缠混沌系统取得滑模同步的2个充分条件。研究表明:一定条件下,分数阶五维纠缠混沌系统取得滑模同步。通过数值仿真,验证了控制器的正确定性和有效性。

基于降阶方法的分数阶多涡卷混沌系统的同步控制

王春彦,邸金红

2018, 48(5):  91-94, 123.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.614

摘要 ( 1443 )   HTML ( 6 )   PDF (1037KB) ( 307 )   收藏

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基于降阶方法研究整数阶分数阶多涡卷混沌系统的同步问题,将三阶分数阶多涡卷混沌系统转化为一阶系统,利用分数阶微积分给出了驱动-响应系统取得混沌同步的充分条件,给出严格的数学证明和推理过程,仿真例子验证了方法的有效性。

基于集成深度神经网络的室内无线定位

沈冬冬,周风余,栗梦媛,王淑倩,郭仁和

2018, 48(5):  95-102.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.169

摘要 ( 1935 )   HTML ( 29 )   PDF (6449KB) ( 367 )   收藏

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针对传统无线定位模型对指纹数据库容错性低、抗噪能力弱等问题,提出一种基于数据融合的集成深度神经网络无线定位方法,从原始指纹数据库中按照一定比例随机取样生成各基学习器的训练数据,能够有效克服异常样本与有噪数据对无线定位系统带来的干扰;在指纹数据库构建过程中,提出Gauss-Occupied (G-O)数据扩充方法以解决无线指纹数据库样本容量小的局限,大幅度降低人工采集的成本,进一步提高样本空间的表征范围。试验结果表明:提出的模型不仅能够有效提高无线定位系统的平均定位精度与抗噪能力,而且能够明显降低定位过程中出现的单点最大误差。

基于Kinect的配电作业机器人智能人机交互方法

张冕,黄颖,梅海艺,郭毓

2018, 48(5):  103-108.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.228

摘要 ( 1586 )   HTML ( 7 )   PDF (3940KB) ( 504 )   收藏

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为实现操作人员与配电作业机器人的自然交互,提出一种基于Kinect手势识别的配电作业机器人智能人机交互方法。通过Kinect的深度信息及骨骼信息对操作人员的手势进行分割,选取几何不变矩Hu矩作为手势特征,采用支持向量机(support vector machine, SVM)的机器学习方法分类识别操作人员的手势。将手势映射为机器人的运动,通过手势对机器人进行运动控制。试验结果验证了本研究所提的配电作业机器人智能人机交互方法的可行性。

土木工程

水化学条件对高岭土压缩性的影响机理

王者超,王心语,韦昌富,李崴,段广平,李帅,张春雨

2018, 48(5):  109-117.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.442

摘要 ( 1815 )   HTML ( 7 )   PDF (4513KB) ( 428 )   收藏

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研究在不同水化学条件下高岭土的压缩特性，开展了不同化学溶液饱和条件下高岭土的一维固结试验。试验结果表明：在较低压力水平下，Na+或Ca²⁺明显降低了高岭土的压缩性，但随着离子浓度的增加，高岭土的压缩性又有提高的趋势，而高应力水平下离子浓度对高岭土压缩性的影响不明显；同一浓度下，Ca²⁺对试样压缩性的影响比Na⁺更明显；在酸性或碱性条件下高岭土压缩性均较中性条件下有所提高；回弹曲线同样受到水化学条件的影响。试验结果的作用机理为:水化学条件变化对高岭土压缩性的影响以物理-化学机制为主导，阳离子交替吸附作用与溶蚀、沉淀作用是改变土体压缩性的重要因素。为进一步揭示水-土化学作用的力学效应机理提供了依据。

废旧轮胎片体-风化料混合物压实特性的试验研究

张磊,肖溟,王磊,崔新壮,孙连勇,黄丹,苏俊伟

2018, 48(5):  118-123.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.487

摘要 ( 1451 )   HTML ( 8 )   PDF (1140KB) ( 319 )   收藏

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为了推进废旧轮胎在土木工程中的应用，选择废旧轮胎片体(tire derived aggregates, TDA)与分布广且价格低的风化料混合形成混合料，并用TDA在混合料中以0~60%的掺量，通过大尺寸击实设备开展重型击实试验，研究废旧轮胎片体-风化料混合物的压实特性。试验结果表明，混合料的击实曲线与纯风化料的击实曲线有明显差异，增加废旧轮胎片体的掺量能够有效减小混合料的最大干密度，能减小混合料的最优含水率，废旧轮胎片体-风化料混合物是一种性能优良的轻质填料。根据室内试验结果，TDA掺量为20%时，混合料的最大干密度和最优含水率分别为1.865 g/cm³和6.25%；TDA掺量为40%时，混合料的最大干密度和最优含水率分别为1.600 g/cm³和4.90%，给出了不同掺量混合料击实指标建议值供设计参考。

电气工程

基于连续小波变换的风光发电资源多尺度评估

王飞,宋士瞻,曹永吉,谢红涛,张新华,张健,肖天,赵雅文

2018, 48(5):  124-130.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.172

摘要 ( 1476 )   HTML ( 3 )   PDF (1849KB) ( 317 )   收藏

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针对区域风光发电资源评估问题,提出一种基于连续小波变换的多尺度评估方法。从美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)中获取风速和光照强度再分析数据,并利用虚拟发电系统模型预处理为发电容量系数。综合考虑储量、波动性和互补性等资源属性,构建量化指标对区域风光发电资源进行分析,以时间和空间两个角度挖掘区域资源的分布特征。利用连续小波变换方法提取不同尺度上的风光波动性和互补性特征,评估风光互补发电对出力波动的平抑作用,并探究最佳的互补尺度。以枣庄市为例,对提出方法的有效性进行验证。算例分析表明:风光资源具有波动性和互补性,在最佳尺度上规划互补发电系统能够有效平抑功率波动。

基于时序生产模拟的配电网光伏装机容量规划

宋士瞻,王传勇,康文文,张健,闫红华,李鹏

2018, 48(5):  131-136.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.270

摘要 ( 1495 )   HTML ( 13 )   PDF (3797KB) ( 537 )   收藏

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基于时序生产模拟方法,对含风电与光伏的配电网,建立光伏发电装机容量规划模型,针对不同的弃风弃光率场景对光伏最优装机容量的影响,优化配电网最大光伏接入容量。仿真表明,通过允许一定水平的弃风弃光率,本研究所提规划方法能够在保证风电/光伏合理收益的前提下,最大化接入光伏发电,提高新能源发电利用水平。