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当期目录

    2020年 第50卷 第1期 刊出日期:2020-02-20
      
    机器学习与数据挖掘
    基于域对抗网络和BERT的跨领域文本情感分析
    蔡国永,林强,任凯琪
    2020, 50(1):  1-7,20.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.293
    摘要 ( 1940 )   HTML ( 50 )   PDF (1549KB) ( 906 )   收藏
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    跨领域文本情感分析时,为了使抽取的共享情感特征能够捕获更多的句子语义信息特征,提出域对抗和BERT(bidirectional encoder representations from transformers)的深度网络模型。利用BERT结构抽取句子语义表示向量,通过卷积神经网络抽取句子的局部特征。通过使用域对抗神经网络使得不同领域抽取的特征表示尽量不可判别,即源领域和目标领域抽取的特征具有更多的相似性;通过在有情感标签的源领域数据集上训练情感分类器,期望该分类器在源领域和目标领域均能达到较好的情感分类效果。在亚马逊产品评论数据集上的试验结果表明,该方法具有良好的性能,能够更好地实现跨领域文本情感分类。

    基于ViBe算法运动特征的关键帧提取算法
    李秋玲,邵宝民,赵磊,王振,姜雪
    2020, 50(1):  8-13.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.276
    摘要 ( 1880 )   HTML ( 30 )   PDF (4029KB) ( 646 )   收藏
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    针对视频关键帧提取算法中运动类视频运动目标特征不易提取所造成的错选和漏选问题,提出一种基于背景建模(visual background extractor, ViBe)算法的前景运动目标特征提取的关键帧提取算法。通过ViBe算法对视频序列进行前景目标检测,提取前景运动目标的尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)特征,并对相邻帧之间的特征数据进行特征点匹配,根据定义的公式计算视频帧的相似度,然后根据提出的关键帧判别方法输出视频的关键帧。试验结果表明,该算法能较好的解决运动类视频关键帧提取中出现的漏选和错选问题,与基于SIFT分布直方图的算法相比,其查准率和查全率的综合指标F1值有较好提高。因此该算法对于判别运动类视频中包含关键动作的关键帧具有较好的检测效果。

    自适应属性选择的实体对齐方法
    苏佳林,王元卓,靳小龙,程学旗
    2020, 50(1):  14-20.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.415
    摘要 ( 1880 )   HTML ( 23 )   PDF (1167KB) ( 829 )   收藏
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    现有实体对齐方法普遍存在传统方法依赖外部信息和人工构建特征,而基于表示学习的方法忽略了知识图谱中的结构信息的问题。针对上述问题,提出自适应属性选择的实体对齐方法,融合实体的语义和结构信息训练基于两个图谱联合表示学习的实体对齐模型。提出使用基于自适应属性选择的属性强约束模型,根据数据集特征自动生成最优属性类型和权重约束,提升实体对齐效果。两个实际数据集上的试验表明,该方法与传统表示学习方法相比准确率最高提升了约11%。

    基于门控循环单元与主动学习的协同过滤推荐算法
    陈德蕾,王成,陈建伟,吴以茵
    2020, 50(1):  21-27,48.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.411
    摘要 ( 1440 )   HTML ( 18 )   PDF (1435KB) ( 688 )   收藏
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    针对传统协同过滤推荐算法存在无法反映用户短时兴趣的问题,提出一种基于门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)神经网络与主动学习的协同过滤推荐算法。在采用GRU神经网络的基础上,将数据进行时序化处理,反映用户兴趣变化,并利用主动学习动态采样数据中的高质量的数据进行GRU神经网络的训练,使模型快速建立。在MovieLens1M数据集上的试验结果表明:加入主动学习的GRU模型的推荐算法比基于用户的协同过滤推荐算法(user-based collaborative filtering, UCF)、基于马尔科夫模型的协同过滤推荐算法(markov chain, MC)、基于隐语义模型的协同过滤推荐算法(latent factor model, LFM)算法有更高的短时预测率、召回率、项目覆盖率以及用户覆盖数,能够有效预测用户短时兴趣,提升精度,发掘长尾物品,且与原始GRU模型相比能够以更少的迭代次数达到相同效果。

    控制科学与工程
    基于空间隐患分布与运动意图解析的危险评估方法
    赵越男,陈桂友,孙琛,卢宁,廖立伟
    2020, 50(1):  28-34.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.179
    摘要 ( 1140 )   HTML ( 9 )   PDF (7769KB) ( 331 )   收藏
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    针对智能监控领域中存在的目标检测速度慢、安全性分析缺失等问题,提出一种基于空间隐患分布与运动意图解析的危险评估方法。使用k-means++及背景消除法增强YOLO(you only look once)v3算法的目标检测能力,完成人体目标和危险物的识别及定位;利用卡尔曼滤波预测人体目标的移动轨迹,以移动偏向角及人体目标与危险物的距离构建人的运动模式;建立危险度评估模型,依据不同的运动行为模式评估其危险程度。试验结果显示,增强YOLOv3算法在测试集上对各类目标的检测精准度与召回率均超过95%,交并比(intersection over union, IOU)提升7%,帧率达31.3帧/s,满足系统的实时性要求;本研究提出的危险度评估方法能够较好拟合多种运动模式的风险递变规律,危险度评估结果融合了看护目标的运动意图,使得对不同运动模式的安全性评估更加合理。

    一类非仿射非线性大系统的结构在线扩展
    曹小洁,李小华,刘辉
    2020, 50(1):  35-48.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.039
    摘要 ( 1257 )   HTML ( 7 )   PDF (1687KB) ( 407 )   收藏
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    研究一类非仿射非线性互联大系统的结构在线扩展问题。基于backstepping技术提出一种大系统在线结构扩展的自适应神经分散关联镇定控制方法。在原结构系统控制器保持不变的前提下,利用神经网络自适应技术设计新加入子系统的分散控制律和自适应律,将新加入子系统后原结构系统产生的互联部分放在新子系统的控制器中处理,从而获得新扩展子系统的自适应分散关联镇定控制器。该控制器可以保证新加入的闭环非仿射非线性子系统及整个扩展后的闭环大系统中所有信号是一致最终关联有界的。仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

    GPRS监管的多协议异构现场总线控制系统
    侯鹏飞,孙竹梅,王琦,白建云
    2020, 50(1):  49-55.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.228
    摘要 ( 1275 )   HTML ( 6 )   PDF (3417KB) ( 315 )   收藏
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    目前现场总线控制系统通常只支持一种或两种现场总线协议。针对现场总线协议标准与总线设备种类众多的现状,以支持多种协议为目的,构建由监控级、控制级与现场设备级3层结构的多协议异构兼容的现场总线控制系统。通过网关配置解决PROFIBUS-DP与PROFIBUS-PA、HART、Modbus、DeviceNet和GPRS等异构现场总线的通信问题,建成以西门子PCS7作为上位监控系统,由异构控制器作为现场控制系统的现场总线监控系统,通过GPRS实现移动终端对现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)和现场总线智能仪表无线、实时的嵌入式远程监控功能。试验结果表明,监控级能够远程实时地监管和控制多种协议的异构现场总线设备,实现了对现场总线设备的远程管理和启停控制。本系统可作为多协议异构兼容的FCS的可行性验证。

    电气工程
    能源消费发展及预测方法综述
    杨明,杜萍静,刘凤全,郝旭鹏,孛一凡
    2020, 50(1):  56-62,71.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.180
    摘要 ( 2052 )   HTML ( 967 )   PDF (2290KB) ( 1048 )   收藏
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    针对能源规划、发展对能源需求预测依赖度的增加和能源需求预测难度上升的问题,对各种能源预测方法与能源发展方向进行了探讨。从近年来全球能源需求发展的方向入手分析当前能源发展格局对能源预测方法的需求现状;对现有的主要能源预测方法进行归纳、对比,总结现有研究方法的利弊和适用场合;结合能源发展的新方向,对未来的能源预测发展方向进行探讨与展望,并应用LEAP模型对非洲地区进行能源需求预测分析,分析区域互补效应以及“电能替代”对能源需求发展的作用。

    基于物理不可克隆函数的电网NB-IoT端到端安全加密方案
    刘冬兰,刘新,陈剑飞,王文婷,张昊,马雷,李冬
    2020, 50(1):  63-71.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.034
    摘要 ( 1461 )   HTML ( 21 )   PDF (3224KB) ( 740 )   收藏
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    为提高电网数据传输的高安全性,提出一种基于物理不可克隆函数和国密算法SM3的电网NB-IoT(narrow band internet of things, NB-IoT)端到端安全加密方案。引入国产密码算法SM3,设计一个自主可控的NB-IoT应用层安全架构,对LTE现有的密钥派生结构进行扩展,并结合物理不可克隆函数确保NB-IoT终端和电网业务平台间加密密钥的生成。分析和试验表明:所提出的方案实现了物联网设备与终端之间的安全数据传输和双向身份认证,并具有兼容性高、通信开销小、轻量化和灵活更新的特点。此外,该方案在密钥协商时还支持电网业务平台对NB-IoT设备的认证,进一步增强电网业务系统的安全性。

    中央空调紧急控制应对受端电网直流闭锁故障研究
    刘萌,程定一,张文,张恒旭,李宽,张国辉,苏建军
    2020, 50(1):  72-81.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.201
    摘要 ( 1188 )   HTML ( 6 )   PDF (5590KB) ( 1295 )   收藏
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    介绍中央空调的基本工作原理,提出中央空调主机、冷冻水进出水温度变化、风机盘管冷冻水与末端房间热量交换、室内平均温度变化以及处于开状态末端房间占比的数学模型;提出中央空调主机断电直切和柔性恢复的紧急控制策略,并分别探讨中央空调紧急控制在受端电网高压直流闭锁后响应稳控以及低频/低压切负荷信号的可行性;通过算例仿真中央空调的紧急控制特性,并模拟山东电网直流闭锁情况下中央空调参与紧急控制,当中央空调占总负荷的1%时,可提升频率0.04Hz,验证了中央空调紧急控制应对大受端电网直流闭锁故障的可行性。

    风电爬坡事件的非精确条件概率预测
    王勃,汪步惟,杨明,赵元春,朱文立
    2020, 50(1):  82-94.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.178
    摘要 ( 1285 )   HTML ( 7 )   PDF (2669KB) ( 805 )   收藏
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    风电爬坡事件(wind power ramp events, WPRE)易破坏电力系统的有功功率平衡,劣化频率稳定性及电能质量,威胁电网的安全稳定运行。由此,提出一种基于信度网络(credal network, CN)的WPRE非精确条件概率预测方法,对WPRE各状态发生概率的区间范围进行预测。运用贪婪搜索算法挖掘WPRE与多个气象变量之间的相依性关系,并搭建CN结构以抽象表达;在超参数设置方面对非精确狄利克雷模型(imprecise Dirichlet model, IDM)进行了拓展,使用拓展后的IDM对变量间的条件相依性关系进行不确定性量化,完成CN的参数估计;基于建立的CN模型,在获取气象预测信息的条件下,结合CN概率推断算法对多状态WPRE的分布进行非精确概率推断;采用宁夏某风电场的实测数据对本方法进行测试,验证了该方法在观测样本不充足的预测情景下优异的预测性能。

    化学与环境
    济南城区大气PM2.5、PM1.0的污染特征及大气传输
    黄琦,杨凌霄,李岩岩,姜盼,高颖,王文兴
    2020, 50(1):  95-100, 108.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.001
    摘要 ( 1229 )   HTML ( 5 )   PDF (3561KB) ( 420 )   收藏
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    为研究华北平原PM2.5、PM1.0的污染特征,于2014年10月至2016年6月在济南城区使用中流量采样器对大气颗粒物样品进行采集,利用离子色谱、碳气溶胶分析仪测定了颗粒物中的水溶性无机离子成分和碳组分。结果表明:济南城区冬季大气细颗粒污染较重,二次离子SO42-、NO3-和NH4+是PM2.5、PM1.0最主要的水溶性无机离子,且更易富集在PM1.0中。有机碳和元素碳的质量浓度表现为春夏低,秋冬高;二次有机碳的质量浓度在冬季明显升高,且大多分布在粒径>1 μm的颗粒物中。72 h后向气流轨迹表明,来自河北、内蒙古的长距离传输与山东地区的局地传输对济南大气中PM2.5和PM1.0的离子质量浓度有重要影响。济南冬季的消光系数高达789.13 Mm-1, PM2.5中的二次粒子NH4+、SO42-和NO3-与消光系数的相关性较高,是使大气能见度降低的主要因素。

    废水处理过程的典型相关分析建模方法研究
    刘鸿斌,宋留
    2020, 50(1):  101-108.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.552
    摘要 ( 1189 )   HTML ( 10 )   PDF (7972KB) ( 439 )   收藏
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    随着公众环保意识的增强,废水达标排放成为工业生产中至关重要的一步。传统的污水出水水质预测模型是基于静态数据模型,这样不仅忽略了过程变量中的动态有效信息,还影响了模型预测的精度,降低了模型的泛化能力。在考虑了过程变量的时变与动态特性的基础上,将时间差分方法嵌入到典型相关分析模型中,分析了时间差分阶数变化对模型预测精度的影响。与传统的典型相关分析建模方法相比,基于时间差分的典型相关分析模型对出水化学需氧量的预测均方根误差由1.502 8下降至0.564 5,相关系数由0.422 7提高到0.847 0;对于出水总氮,其均方根误差由2.344 0下降到1.192 6,相关系数由0.405 9提高到0.793 6。模型的预测精度与泛化能力均得到提高。

    钛盐混凝剂的研究进展
    高宝玉,黄鑫,姚广平,岳钦艳
    2020, 50(1):  109-114.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.359
    摘要 ( 1532 )   HTML ( 50 )   PDF (1129KB) ( 925 )   收藏
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    对钛盐混凝剂的发展历程及其在水处理中的应用研究进行了综合评述,包括简单的低分子钛盐混凝剂及高分子聚合钛盐混凝剂的研究、单一的钛盐混凝剂及复合钛盐混凝剂的研究以及钛盐混凝剂的研究现状与其未来发展趋势,为其在水处理领域的进一步研究发展提供了指导和参考。

    其他
    基于数字测量技术的桥梁监测及预警系统
    于承新,张国建,赵永谦,刘晓东,丁新华,赵同龙
    2020, 50(1):  115-122.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.063
    摘要 ( 1383 )   HTML ( 15 )   PDF (3123KB) ( 564 )   收藏
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    为了弥补传统测量手段在监测桥梁整体变形和长期实时监测的不足,克服基于单目视觉的数字摄影技术无法监测桥梁三维变形的缺陷,提出图像匹配-时间基线视差法。在适当位置布设观测站,架设数码相机,在距离数码相机不远处布设参考点组成参考平面,使得参考平面与摄影方向垂直,在桥梁上布设观测点。根据图像匹配-时间基线视差法求得变形点在物平面上的二维变形值,再利用三维变形监测原理将物平面上的水平变形分解到沿桥梁方向和垂直于桥梁方向,从而求得桥梁的三维变形。结果表明:桥梁变形点的监测精度在物平面上的X方向上为0.72 mm,在Z方向上为1.16 mm,能够满足变形监测的精度要求。凤凰山路桥在X, Y, Z以及综合方向上都表现出较好的弹性,且最大的正负挠度的绝对值之和为7.57 mm≈(1/8)×(L/1000)(桥梁挠度的容许变形),桥梁的健康状态良好。桥梁监测及预警系统能够实现数据获取、传输、存储、处理,以及结果展示一体化,且变形曲线图能够直观展示桥梁结构的变形走向,有效的预警潜在的危险。

    Al65Bi28Cu7偏晶合金的液-液相分离及凝固行为
    张娜,于延军,王玉青,赵德刚
    2020, 50(1):  123-128.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.002
    摘要 ( 1315 )   HTML ( 8 )   PDF (7510KB) ( 419 )   收藏
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    利用电阻率法研究铜模冷却条件下Al65Bi28Cu7偏晶合金的液-液相分离过程,并分析Al65Bi28Cu7偏晶合金核壳结构的形成机理。研究结果表明,电阻率与温度关系曲线(ρ-T曲线)的异常变化证实了Al65Bi28Cu7偏晶合金熔体的凝固先后经历了液-液相分离、偏晶反应和共晶反应,在偏晶反应温度以上ρ-T曲线出现的非线性变化主要来源于熔体内的浓度起伏。Al65Bi28Cu7偏晶合金能够形成富Bi相包裹富Al相的核壳结构。