应用科学学报

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2018, 36(3): 0-0.

摘要 ( 373 )

PDF (425KB) ( 177 )

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一种基于自编码器的无线传感网数据收集方案

李国瑞, 田丽, 崔浩, 陈浩波

2018, 36(3): 411-419. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.001

摘要 ( 839 )

PDF (11124KB) ( 223 )

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利用自编码器设计了一种高效的数据收集方案.该方案包括模型训练和数据收集两个阶段，在模型训练阶段利用历史监测数据进行模型训练从而获得测量矩阵和重构矩阵，在数据收集阶段首先利用测量矩阵实现分布式数据压缩，然后利用重构矩阵重构网络中的所有监测数据.实验结果表明，该方案不但具有较高的数据压缩率，而且具有较高的数据重构精度和较快的数据重构速度.

莱斯信道下多对双向大规模MIMO AF中继系统性能分析

孙小丽, 许魁, 徐友云, 马文峰

2018, 36(3): 420-430. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.002

摘要 ( 878 )

PDF (7524KB) ( 236 )

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研究了莱斯信道条件下多对双向大规模多输入多输出放大转发中继系统.多对单天线用户通过配置有大规模天线阵列的中继实现用户对内的信息交换，并对其性能进行分析.首先给出理想和非理想信道状态信息条件下中继处的迫零发送/迫零接收处理矩阵.然后分别得到这两种情况下的渐近信干噪比表达式.最后给出了当中继天线数趋近于无穷大时一般功率分配方案下的渐近频谱效率，并通过蒙特卡罗仿真结果验证理论分析的正确性.

瑞利衰落信道下与距离有关的D2D系统可靠性

刘瑾, 赵军辉, 刘云毅

2018, 36(3): 431-442. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.003

摘要 ( 934 )

PDF (7479KB) ( 225 )

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在基站的控制下，设备到设备（device-to-device，D2D）通信双方可直接进行通信而不需要经过基站的转发.为了改善系统容量、增大系统可靠性、提高分集增益，在D2D通信系统中引入了中继技术，其中所采用的中继策略包括放大转发模式和译码转发模式.考虑到中继位置对系统可靠性的影响，该文创造性地建立了距离模型，并在瑞利衰落信道条件下，推导出不同模式下系统的中断概率公式.由仿真分析可知：当系统信道目标速率较低时，使用中继技术可有效降低中断概率，且当中继节点越靠近D2D通信用户对的中点时，中断概率越低；相比于无中继的D2D通信系统，采用中继技术的D2D通信系统拥有更高的可靠性.

锗芯光纤的CO₂激光退火温场分布仿真

赵子文, 茅煜季哲, 程雪丽, 陈娜, 董艳华, 王廷云

2018, 36(3): 443-450. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.004

摘要 ( 675 )

PDF (11611KB) ( 226 )

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用有限元软件COMSOL Multiphysics对锗芯光纤的CO₂激光退火温场分布进行仿真，比较了不同的光纤轴向移动速度和激光功率对锗芯光纤加热区温场分布的影响，初步得出了在不同光纤轴向移动速度条件下对应的较合适的激光功率.对于内径和外径分别为80 μm和300 μm的锗芯光纤，当轴向移动速度为4 mm/s、8 mm/s、12 mm/s、16 mm/s、20 mm/s时，对应较合适激光功率分别为1.5 W、2.0 W、2.5 W、3.5 W、4.0 W.该仿真工作为CO₂激光退火优化锗芯光纤性能实验提供了理论依据.

LED可见光通信的抗干扰及其工程实现

苏云霞, 吴雅婷, 张雪凡

2018, 36(3): 451-460. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.005

摘要 ( 908 )

PDF (3195KB) ( 426 )

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针对LED光通信容易受到杂散灯光和灰尘等干扰问题，从多个方面提出了抗干扰措施.在频域上，采用了滤除带外噪声的抗干扰滤波器；在时域上，提出采用锁相解调方法进一步过滤掉同频率不同相位的噪声，并从理论上推导了锁相解调的表达式.在信号调制方法上，提出了LED光通信兼照明的抗干扰发射电路驱动方法；最后提出的灵敏光接收电路方案提高了信号光电转换效果.测试结果表明，该方案对杂散光具有很好的抗干扰效果，通信距离可达到20 m以上，具有实际应用价值.

数字正射影像镶嵌的质量评价方法

张莎莎, 王树根

2018, 36(3): 461-470. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.006

摘要 ( 910 )

PDF (20176KB) ( 223 )

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针对数字正射影像镶嵌结果的质量评价，提出了一种基于缓冲区影像的、兼顾辐射一致性和几何一致性指标的定量评价方法.首先以镶嵌线为中心建立缓冲区，分别从镶嵌线对应的左右影像中提取缓冲区影像，然后以此为基础进行质量评价指标的计算，其中辐射一致性评价采用灰度反差系数及统一亮度分布等指标，几何一致性评价采用加速鲁棒特征（speeded-up robust features，SURF）匹配点的偏移距离等指标，从而得到镶嵌质量的评价结果.分别采用德国Vaihingen地区的36幅城区正射影像和中国湖北省恩施地区的36幅山区正射影像为实验数据集，对由ArcGIS、OrthoVista和DPGrid 3种商业软件得到的影像镶嵌结果进行了质量评价，验证了该方法的有效性.

基于多尺度视觉特征组合的高分遥感影像目标检测

冯发杰, 吏军平, 丁亚洲, 朱坤, 崔卫红

2018, 36(3): 471-484. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.007

摘要 ( 913 )

PDF (42096KB) ( 203 )

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针对高空间分辨率（高分）遥感影像中目标空间结构明显、颜色丰富的特点，提出一种基于多尺度视觉特征组合的目标检测方法.首先采用两组特征描述子来表达目标的颜色与空间结构特征，其中，一组是彩色变换后的密集空间金字塔尺度不变特征变换（scale-invariantfeature transform，SIFT）描述子，另一组是多尺度方向梯度直方图（histogram of orientedgradient，HOG）与色度、饱和度、明度（hue，saturation and value，HSV）颜色模型组合的特征描述子，然后用支持向量机（support vector machine，SVM）对两组特征分别进行模型训练与目标检测，对于彩色变换密集空间金字塔SIFT描述子，采用视觉词袋空间金字塔匹配核（spatial pyramid matching kernel，SPMK）构建SVM的输入，对于HOG与HSV特征，直接将特征向量按顺序合成作为SVM的输入，最后取两组检测结果的交集作为最终检测结果.为验证方法的有效性，分别以航空影像中的建筑物和鱼排，以及高分卫星影像中的游艇为目标进行检测.结果表明，该方法的目标检测精度可达到90%以上.

Half-Art——一种基于Halftone和QArt的新型二维码艺术化算法

燕伯禹, 孙承君, 冯帆, 张金, 宫晓利

2018, 36(3): 485-494. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.008

摘要 ( 928 )

PDF (13940KB) ( 427 )

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为了提高二维码的辨识度和多样性，对Halftone算法的基本思想和优缺点进行了分析，并对其应用进行了扩展.结合Halftone和QArt的部分思想，提出了一种新型的艺术化算法——Half-Art.该算法分为数据修饰和图片处理两个阶段，分别使用了里德-所罗门码的数学特性和二值化后的图层蒙版粘贴算法将二维码向目标图片拟合.Half-Art算法综合了Halftone和QArt两种算法的优点，弥补了Halftone算法杂点过多、QArt算法拟合程度不高等缺点，优化后的二维码在通过电子渠道传播时具有良好的可读性.

基于(2D)²PCA的受限玻尔兹曼机图像分类算法及其并行化实现

宋海峰, 陈广胜, 景维鹏, 杨巍巍

2018, 36(3): 495-503. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.009

摘要 ( 540 )

PDF (2989KB) ( 351 )

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为解决受限玻尔兹曼机（restricted Boltzman machine，RBM）理论对高分辨率图像分类的时间复杂度高的问题，提出了一种基于双向二维主成分分析（two-way 2-dimension principal component analysis，（2D）²PCA）的RBM图像分类算法.该算法首先应用（2D）²PCA对待处理图像在X和Z两个方向上进行降维处理，从而提取出图像的主成分，将主成分作为RBM网络可见层的输入数据，应用对比散度算法训练构建玻尔兹曼机网络，达到对图像进行分类的目的.该算法有效解决了RBM处理高分辨率图像时网络训练速度慢，甚至整个网络训练状态无法收敛的问题.通过在Hadoop并行数据处理平台的实验表明：该算法不仅能有效提高处理高分辨率图像的速度，而且具备良好的并行性，在具有4台处理机的并行集群下，其加速比达到了3.13.

面向嵌入式系统的音视频解码与同步播放实现

张森永, 高树立, 陈为刚

2018, 36(3): 504-514. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.010

摘要 ( 1087 )

PDF (3867KB) ( 320 )

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基于ARM嵌入式系统设计并实现了MPEG-2 TS流的音视频解码和同步播放系统.在该系统中，由于ARM处理器内嵌了硬件视频解码器，为充分利用该资源，采用硬件MFC（multi-format codec）解码器对视频数据进行解码，同时采用开源的Mad （libmad）库对音频数据进行解码.进一步利用V4L2（Video for Linux 2）驱动接口和ALSA（advancedLinux sound architecture）库实现视频和音频的播放.由于视频帧播放周期和硬件处理时延不一致，系统对音视频数据操作存在时间差，从而造成音视频播放不同步.于是采用将视频播放同步到音频播放流的方法实现音视频的播放同步.测试结果表明，设计的音视频解码和同步播放系统可以实现对音视频数据进行解码与同步播放.

甘肃省地区农业旱灾脆弱性评价

代永强, 王联国, 胡斌

2018, 36(3): 515-523. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.011

摘要 ( 649 )

PDF (972KB) ( 223 )

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农业旱灾脆弱性评价指标呈现多维及互不相关特性，利用混合蛙跳算法投影寻踪模型对农业旱灾脆弱性进行综合评价是一种新的研究方法.引入细菌觅食算法趋化操作至基本混合蛙跳算法中，强化了个体在解空间的精细化搜索能力，有效提高了算法优化投影寻踪模型的精度和稳定性.投影寻踪模型根据样本数据寻求最佳投影方向，进而获取指标影响权重系数，客观上降低了人为赋权对评价结果的影响.使用该方法对甘肃省14个地区主要农业旱灾脆弱性指标数据分析评价，进一步验证了其可行性与有效性.

基于云计算平台Hadoop的HKM聚类算法设计研究

张淑芬, 董岩岩, 陈学斌

2018, 36(3): 524-534. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.012

摘要 ( 907 )

PDF (1449KB) ( 333 )

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为有效解决传统K-means聚类算法在处理大规模数据集时面临的扩展性问题，提出了一种Hadoop K-means聚类算法.该算法首先根据样本密度剔除数据集中孤立点或者噪声点的影响，再利用最大化最小距离思想选取K个初始中心，使初始聚簇中心点最优化，最后用Hadoop云计算平台的MapReduce编程模型实现算法的并行化.实验结果表明，该算法不仅在聚类结果上具有较高的准确率和稳定性，而且能够很好地解决传统聚类算法在处理大规模数据时所面临的扩展性问题.

非致命激光武器雨雾传输衰减控制虚拟仪器研究

刘霞, 单宁, 王治晶

2018, 36(3): 535-541. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.013

摘要 ( 853 )

PDF (8853KB) ( 215 )

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非致命激光武器因具有优异的性能使其在反恐处突领域得到广泛应用.但是，激光传输时因受到大气环境影响而作用效果欠佳.该文研究了激光雨雾传输衰减的机理，设计了激光雨雾传输衰减的控制系统，开发了控制系统的LabVIEW虚拟仪器软件，所建立的激光雨雾传输衰减控制实验装置可用于非致命激光武器在雨雾传输时功率衰减的实时调节.仿真结果表明，该系统能够在雨雾环境中实现对激光功率的实时调节，且精度较高，软件界面友好，操作简单，成本低，具有一定的灵活性，易于扩展功能，智能化程度高.

改进烟花算法在火电厂负荷优化分配中的应用

曾德良, 邓志光, 陈彦桥

2018, 36(3): 542-552. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.014

摘要 ( 769 )

PDF (1031KB) ( 249 )

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现有的负荷分配解决办法较少考虑机组快速响应网调速率与机组少变动策略，并且没有很好地解决厂级分配中快速性与经济性的矛盾.针对这些问题，利用改进的烟花算法，通过自适应动态改变负荷边界和结合爬坡速率约束，实现对负荷变化的快速响应；同时按规定的优先顺序对机组进行排序，当机组负荷发生变化时，在满足约束条件的前提下，实现最少机组变动负荷；通过引入运行切换的方法，使最低煤耗、快速调节和少机组变动之间的矛盾得到一定解决，实现柔性优化.最后给出了厂级负荷在线优化分配的具体算法步骤，并进行了4个机组的算例分析，仿真结果对比验证了算法的有效性.

输入饱和CE150直升机模型的复合非线性反馈控制

赵平, 蒋沅

2018, 36(3): 553-566. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.03.015

摘要 ( 719 )

PDF (1546KB) ( 244 )

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针对带有输入饱和的直升机模型输出问题，提出了一种基于复合非线性反馈（composite nonlinear feedback，CNF）控制方法.为了解决输出调节问题，构建了一个观测器和一个输出反馈CNF控制器，其中CNF控制器包括线性控制律和非线性控制律两部分.该文首先提出了一个直升机模型的线性化状态方程，然后解输出方程，通过H_∞黎卡提微分方程得到反馈增益和观测器增益，构造出具有小阻尼比的线性控制部分和改善瞬态性能的非线性反馈控制部分.为了研究控制器的性能，分别在无外部干扰和有外部干扰两种情况下设计了控制器.仿真结果表明，复合非线性反馈控制器在时变信号和时不变信号下均缩小了跟踪时间和跟踪误差，提高了直升机系统的瞬态性能.

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