当期目录

2019年 第25卷 第5期    刊出日期：2019-10-30

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无人艇

无人水面艇研究现状与发展趋势

彭艳, 葛磊, 李小毛, 钟雨轩, 张鑫

2019, 25(5):  645-654.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2041

摘要 ( 3643 )   HTML ( 394)   PDF (894KB) ( 2335 )  

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无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)是一种在水面进行自主航行的运载平台,属于海洋机器人的一个重要分支, 在军用和民用领域均有广泛的应用前景.由于海洋环境恶劣, 以及无人水面艇运动模型非常特殊(如模型高度非线性、强时滞性和时变性等), 使得较于无人车和无人机等其他无人系统,无人水面艇的研究面临着特殊的挑战.从态势感知、航行规划和导航、控制这 3 个方面总结了无人水面艇的研究现状和主要成果,得出了无人水面艇在国内外不同的发展现状和趋势.最后还对无人水面艇的应用需求进行了分析与展望.

面向障碍速度不确定性的无人艇动态避碰

瞿栋, 彭艳, 蒲华燕, 罗均, 黄承义, 柯俊

2019, 25(5):  655-667.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2164

摘要 ( 2695 )   HTML ( 2791)   PDF (16079KB) ( 234 )  

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避碰稳定性直接关乎无人艇航行安全. 传感器对障碍速度观测的不确定性会 导致避碰策略出现跳动, 严重降低避碰稳定性. 提出不确定性条件下的速度障碍(uncertain velocity obstacle, UVO)算法, 在碰撞风险评估中采用自适应阈值的最近会遇点(closest point of approach, CPA)法, 基于国际海事避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREGS)建立边界缓冲区, 从宏观上提升避碰过程的稳定性. 为了减少无人艇避碰角度的变化次数, 在无人艇的速度空间中对不确定性条件下的速度障碍(velocity obstacle, VO)区进行建模, 并采用梯度下降法在代价空间进行局部寻优, 从微观上提升避碰策略的稳定性. 在仿真平台下进行 UVO 算法和 VO 算法的对比实验, 结果表明 UVO 算法的避碰策略跳动次数、避碰成功率和最近会遇距离 3 项指标均优于 VO 算法. 在实艇海试中进行了对遇、交叉、追越等典型会遇场景的避碰实验, 无人艇均能安全避过运动目标. 实验结果证明了 UVO 算法具有较好稳定性和安全性.

基于目标候选的 USV 海上船艇检测

陈伟, 杨毅, 李小毛, 刘远, 张鑫

2019, 25(5):  668-678.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1981

摘要 ( 1882 )   HTML ( 1407)   PDF (10993KB) ( 142 )  

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海上船艇检测是无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)视觉系统最主要的任务之一. 提出了一种基于目标候选(objectproposal)的 USV 海上船艇检测算法. 首先, 基于改进的边缘框(edgebox)算法提取了图像的边缘信息,并建立"目标性"评分函数获取目标候选框; 然后,对船艇目标进行方向梯度直方图(histogram of oriented gradient,HOG)特征进行建模, 利用支持向量机(support vector machine, SVM),采用"自举法"训练分类器进行迭代; 最后,将目标候选框的特征描述子输入到分类器中, 对船艇进行检测. 此外,基于 USV 在海天环境下的运行场景,结合海天线的特性进一步提升算法的检测性能. 实验结果表明,该算法能快速、准确地检测船艇目标, 且具有较高的检测率,对尺度以及光照条件的变化也有较强的鲁棒性.

研究论文

基于显著性信息和视点合成预测的3D-HEVC编码方法

余芳, 安平, 严徐乐

2019, 25(5):  679-691.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1962

摘要 ( 1380 )   HTML ( 40)   PDF (7759KB) ( 146 )  

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传统的视频编码标准大多着重从减少信息冗余来提高率失真性能, 而忽视了人类视觉系统(human visual system, HVS)多样性对视频编码的影响. 针对目前先进的3D高效率视频编码(high efficiency video coding, HEVC)技术, 提出了一种融合人眼视觉特性的编码方法. 首先建立3D显著性模型, 根据显著性信息进行分区域编码; 然后对原有的视点合成预测算法进行改进, 避免深度块的边界效应; 最后绘制生成新视点的视频. 实验结果证明, 该方法在保证主观质量基本不变的情况下, BD-rate可下降10%左右, 绘制生成的新视点峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)可提高0.1 dB左右, 能有效提高编码效率.

基于IGM和深度感知的立体图像质量评价

朱芸, 王永芳, 帅源

2019, 25(5):  692-700.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1964

摘要 ( 1326 )   HTML ( 41)   PDF (1434KB) ( 198 )  

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根据人类视觉系统的特点, 提出了一种基于内在推理机制(internal generative mecha-nism, IGM)和深度感知的半参考立体图像质量评价(stereoscopic image quality assessment, SIQA)方法, 用图像质量和深度感知质量2个因素来评估立体图像的体验质量(quality of experience, QoE). 首先, 对于图像质量, 根据大脑的内在推理机制将左右视点分别分解成可预测部分和不确定部分, 用基于灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrices, GLCM)和基于视觉信息量的质量评价方法计算这2个部分的质量; 然后, 对于深度感知质量, 采用一种改进的自然场景统计(natural scene statistics, NSS)模型来预测这部分质量; 最后, 将图像质量和深度感知质量融合为立体图像体验质量. 实验结果表明, 该算法在常用视频库上的结果优于现有的评价方法, 且与主观感知具有较高一致性.

基于改进高斯滤波与加权环境参数自适应估计的定位方法

杨晔晨, 胡越黎, 徐杰, 承文龙, 郁怀波

2019, 25(5):  701-711.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1990

摘要 ( 1536 )   HTML ( 39)   PDF (5937KB) ( 108 )  

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基于接收信号强度指示(received signal strength indication, RSSI)测距的定位技术是一种成本比较低廉的定位技术. 为了能够有效降低 RSSI 值因环境因素的影响而产生的误差, 提出了一种改进的加权高斯滤波算法对 RSSI 值进行处理; 并建立了一种加权环境参数自适应估计算法对当前待定位的移动节点所处位置 的环境参数进行估计; 然后根据估计所得的环境参数确定移动节点所在位置的路径损耗模型; 最后根据该模型估计移动节点的位置. 实验结果表明, 该方法能够有效提高系统的定位精度.

基于 BING-casDPM 的快速行人检测算法

胡燕伟, 徐美华, 郭爱英

2019, 25(5):  712-721.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1988

摘要 ( 1374 )   HTML ( 36)   PDF (14691KB) ( 63 )  

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行人检测是计算机视觉技术中一个热门的研究热点, 在汽车辅助驾驶和视频监控等方面具有重要作用. 由于传统的可变形部件模型(deformable part model, DPM)采用滑动窗口检测方式, 在背景区域花费大量检测时间会导致检测速度降低, 因此提出了一种基于 BING-casDPM 的快速行人检测算法. 首先基于二进制化梯度范数特征(binarized normed gradient, BING)训练一个二级支持向量机(support vector machine, SVM)分类器, 通过该分类器快速标定出所测图像中包含各类物体的候选区域; 然后根据候选区域窗口的特点进一步提取待检测框; 最后将待检测框作为输入, 使用级联 DPM(cascade DPM, casDPM)模型进行精确检测, 并将结果返回至原图. 实验结果表明, 该算法在基本不降低检测率的情况下, 其检测速度比经典 DPM 模型检测速度提高了约 16 倍, 比 casDPM 模型提高了约40%.

矩形积分双谱和半监督鉴别分析下的通信辐射源识别

韩国川, 张金艺, 李科, 何利康, 姜玉稀, 王涛

2019, 25(5):  722-732.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1991

摘要 ( 1439 )   HTML ( 48)   PDF (9214KB) ( 162 )  

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针对传统同类通信辐射源识别方法中存在的指纹特征难以提取, 以及在先验标签信息较少时识别精度不高的问题, 以指纹特征差异微小的同厂、同批、同型号的通信辐射源为对象, 提出了一种基于矩形积分双谱和半监督鉴别分析的通信辐射源识别方法. 该方法采用矩形积分双谱算法提取通信辐射源双谱特征, 并将其作为指纹特征, 以表征所属通信辐射源; 同时, 采用半监督鉴别分析算法, 根据双谱特征数据的部分标签信息和非线性流形信息, 将高维双谱特征数据映射到低维子空间后进行分类识别, 来提升通信辐射源识别性能. 为验证该方法的有效性, 采用同厂、同批、同型号的FM电台作为同类通信辐射源的代表进行电台识别实验. 实验结果表明, 在FM电台训练样本中有先验标签信息的样本较少时, 该方法对电台测试样本的识别率最高达87.6%, 证明该方法在同类通信辐射源识别中指纹特征提取和识别精度方面具有优势.

新闻文本中事件语义表示

王先传, 刘宗田

2019, 25(5):  733-741.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1989

摘要 ( 1431 )   HTML ( 44)   PDF (1370KB) ( 186 )  

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事件是比"概念"粒度更大的知识表示单元, 更符合人类的认识过程. 事件作为新闻文本的知识单元, 结合新戴维森事件语义和 6 要素事件模型, 给出了一个新的事件形式化表示方法; 扩展不同的操作算子给出了修饰事件要素的模糊信息、对象、时态与环境的形式化表示方法; 使用描述逻辑方法描述了事件对象要素中的概念, 给出了新闻文本中 事件关系形式化的表示方法. 实例表明, 该方法能够较好地表示新闻文本中的事件语义.

三值光学处理器三模冗余表决系统设计与实验

彭聪, 沈云付

2019, 25(5):  742-753.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1960

摘要 ( 1361 )   HTML ( 36)   PDF (16331KB) ( 112 )  

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计算机处理器的可靠性设计非常重要. 设计了三值光学处理器(ternary optical processor, TOP)三模冗余(triple module redundancy, TMR)光电表决系统, 针对三值光学处理器运算单元设计了光电表决器, 提出了在三值光学处理器上构建表决系统架构的具体步骤. 对于一位的三值光学处理器, 设计并测试了 108 个表决实验用例, 并对 $m$ 位的重构运算器的可靠性进行了简要分析. 实验结果与可靠性分析表明, 针对三值光学处理器进行三模冗余表决的 方案, 能有效提高系统的可靠性及运行效率.

光聚 Rayleigh 粒子射流

牛振宇, 周哲玮, 黄凯, 张金松, 张建华, 王志亮

2019, 25(5):  754-766.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1954

摘要 ( 1241 )   HTML ( 37)   PDF (11338KB) ( 108 )  

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对激光作用下Rayleigh 粒子射流的动态汇聚和流动稳定性进行了研究. 激光技术在微纳尺度微粒操作方面应用广泛, 如光镊.而激光对颗粒群体作用的研究则主要集中在对颗粒群体行为特征的光学映射和测量, 对激光影响颗粒群体动力学行为的研究还比较鲜见. 基于颗粒动力学模拟及流动稳定性理论分析, 考察了稀薄射流(点源)与颗粒射流2 种情况. 对于点源模拟, 通过与经典真空蒸镀沉积理论对比发现,激光对于稀薄颗粒气体的运动确实进行了有效的诱导, 使得颗粒在空间的分布更为集中; 对于纳米颗粒射流, 模拟和理论分析同时表明, 光场力会抑制颗粒射流界面长波与短波的失稳, 具有广谱致稳特征, 可以有效地对颗粒射流进行收束.

一种新型磁性生物贴片的性质

杨凯, 裴宁, 王琦鑫, 蔡兰兰

2019, 25(5):  767-775.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1961

摘要 ( 1077 )   HTML ( 36)   PDF (16124KB) ( 42 )  

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针对可植入性磁靶向治疗, 设计并制备出了一种新型的、无毒的磁性生物贴片, 并对贴片的结构、性质进行了研究. 体外实验研究发现, 当磁性生物贴片置于匀强磁场中时, 磁性生物贴片能有效地将氧化铁颗粒吸附在贴片的周围. 针对磁性生物贴片距流体的距离以及外加磁场的磁感应强度对贴片吸附氧化铁颗粒的影响规律进行了实验测试, 发现磁性生物贴片吸附氧化铁颗粒的量, 随贴片与流体间的距离的增加而减少, 随外加磁场的磁感应强度的增大呈现先增多后减少的规律. 最后, Ansys软件模拟的计算结果对实验规律给出了合理解释.

钠离子电池正极材料β-NaMnO₂的容量衰减机制

刘晨子, 胡业旻, 李文献, 刘杨, 胡鹏飞, 金红明, 朱明原, 李瑛

2019, 25(5):  776-785.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1959

摘要 ( 1928 )   HTML ( 1167)   PDF (11338KB) ( 267 )  

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$\beta $-NaMnO$_{2}$理论容量高、制备简单, 是一种极具应用前景的钠离子电池正极材料. 但是由于存在前几次循环容量衰减快的问题, 故目前对其容量衰减机制的研究较少. 采用传统固相法制备了层状$\beta $-NaMnO$_{2}$钠离子电池正极材料, 在10 mA/g的电流密度下$\beta $-NaMnO$_{2}$的初始放电比容高达184 mA$\cdot$h/g; 10次循环后, 容量保持率为73%. 为探讨容量衰减原因, 用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)、高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopy, HRTEM)、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscope, XPS)等手段对材料的成分及结构进行表征. XRD结果显示, 在前3次充放电过程中均出现了Na$_{0.91}$MnO$_{2}$和Na$_{0.7}$MnO$_{2}$的相, 而NaMnO$_{2}$的相消失不见. 在充电以后, 样品的HRTEM图像上也出现了许多不同取向的纳米晶, 伴随着点缺陷和面缺陷的存在. 通过XPS进一步检测, 发现在充放电过程中Mn的价态发生了变化.

任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲

杨骁, 钱程, 钱雪薇

2019, 25(5):  786-795.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1974

摘要 ( 1273 )   HTML ( 47)   PDF (9141KB) ( 200 )  

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研究边界弹性支承任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形, 利用Heaviside函数给出了在横向载荷作用下阶梯型截面Timoshenko梁弯曲挠度和转角的解析闭合解, 避免了经典解析方法应用分段函数导致的繁琐. 在此基础上, 数值分析了固支和悬臂单、双阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形, 考察了变截面位置、截面大小、梁高跨比以及边界支承刚度等对Timoshenko梁弯曲的影响. 结果表明, 阶梯型截面Timoshenko梁的挠度和转角与等截面Timoshenko梁的挠度和转角有较大的差异, 虽然阶梯型截面Timoshenko梁挠度光滑, 但在截面变化位置处, 阶梯型截面Timoshenko梁转角斜率存在明显的跳跃.

高强格室和格栅格室加筋地基的试验对比

戴治恒, 张孟喜, 侯娟, 李家正

2019, 25(5):  796-806.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1975

摘要 ( 1444 )   HTML ( 42)   PDF (17459KB) ( 67 )  

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分别对纯砂地基、整体插接式高强土工格室加筋地基和格栅格室加筋地基进行了室内模型试验. 通过对比荷载-沉降曲线、地表位移曲线、格室变形以及破裂面的滑移等, 研究了整体插接式高强土工格室和格栅格室对加筋地基受力性能的影响, 初步分析了2种格室加筋地基的加固机理和破坏模式. 试验结果表明, 与纯砂地基相比, 整体插接式高强土工格室和格栅格室均能有效提高加筋地基承载力, 减小地表位移, 均化地基中的应力分布, 其中格室的最优加筋宽度约在4倍基础宽度. 对整体插接式高强土工格室和格栅格室加筋地基进行对比发现, 格栅格室组成的筋土复合结构的整体性更好, 刚度更大, 能更好地约束砂土的侧向滑移, 延缓地基中破裂面的出现, 进而能更好地提高地基承载力, 减小沉降. 虽然整体插接式高强土工格室条带的强度较大, 但容易在节点处出现沿次要受力方向上的撕裂性破坏, 因此需要进一步加强节点强度, 改进节点形式.

基于生命周期学习的动态库存与定价集成决策

高峻峻, 陈煜

2019, 25(5):  807-816.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1995

摘要 ( 1369 )   HTML ( 32)   PDF (6049KB) ( 226 )  

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将生命周期学习引入流行品需求管理, 构建了动态定价与库存的集成决策模型. 首先, 假定某零售商在销售季节前依据生命周期预测结果来决策订货量, 在销售过程中实时进行生命周期学习, 根据学习结果来确定补货时间点、补货量以及在关键时间点零售价调整的方案; 然后, 将该模型应用于某鞋品供应链, 并对初始销量和价格弹性系数进行敏感性分析. 计算结果表明, 基于生命周期学习的动态定价与动态库存集成决策是解决流行品供应链高需求波动的有效方案.

劳动力迁移影响因素的实证研究------以上海市为例

魏晨, 镇璐, 陈强远

2019, 25(5):  817-825.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1992

摘要 ( 1660 )   HTML ( 33)   PDF (1468KB) ( 236 )  

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劳动力向大中城市大规模流入是当下劳动力迁移的一种普遍现象, 上海市是中国经济发展最具代表性的城市之一. 结合经济学中有关劳动力迁移的3阶段研究建立了适用于一线城市的劳动力迁移模型, 该模型从个体特征、家庭特征、流入省特征的角度出发, 利用Probit进行了回归分析. 分析结果表明, 劳动力个体特征(受教育程度、民族、是否懂外语、个人收入)和家庭特征(家庭成员数、家庭消费年总支出)对劳动力迁移决策具有显著影响. 重视劳动力的个体特征、家庭特征及流入省特征的差异, 对促进劳动力在全社会范围内的合理移动, 推动各地区劳动力资源的优化配置具有重要意义.

基于演化博弈的大学生创新创业促进机制

皇甫洋, 于丽英

2019, 25(5):  826-835.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1986

摘要 ( 1278 )   HTML ( 40)   PDF (7265KB) ( 58 )  

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在大学生的创新创业过程中政府和高校是 2 个重要的利益相关者. 在信息不对称以及有限理性的条件下, 构建了政府、高校以及大学生的演化博弈模型, 研究了这 3 者在大学生创业过程中的策略选择问题, 并用 Matlab 软件仿真演示了不同参数变化时模型的演化均衡策略. 研究结果表明: 政府对于大学生创新创业的扶持仅仅做到高投入是不够的, 还必须考虑到大学生创新创业的效率问题, 只有调动各方的积极性, 才能最终促成创新创业机制的形成; 高校必须明确责任, 完善考核、监督机制, 才能真正发挥其作为创新创业教育主体的作用; 此外, 选择创新创业的大学生群体规模越大, 越有利于创新创业机制的形成.

基于作业负荷均衡的金融押运车辆调度问题

李明琨, 柏高帅, 蒋欣颖

2019, 25(5):  836-850.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1993

摘要 ( 1668 )   HTML ( 33)   PDF (11688KB) ( 89 )  

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针对金融押运成本高且各押运线路工作量不均衡等问题, 提出一个综合优化目标和解决方案, 建立以押运成本最优化和押运线路工作量均衡为目标的多目标优化模型. 选取上海保安押运有限公司在青浦区的早送晚接业务数据建立实际算例, 以 Solomon 插入节约算法获取初始解, 并采用基于模拟退火算法的 LocalSolver 和带精英保留策略的非支配排序遗传算法 (non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ)对问题分别进行优化求解. 实验设计考虑车辆恒速和早晚高峰影响车辆行驶速度的不同情况, 比较不同算法的结果, 以获取资源合理配置的解决方案.

石墨烯量子点的光热和光动力效应在杀菌中的应用

吴颖, 郭昱良, 章泽飞, 桂馨

2019, 25(5):  851-858.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1965

摘要 ( 1829 )   HTML ( 40)   PDF (16718KB) ( 296 )  

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石墨烯及其衍生物作为一类较好的抗菌性材料, 在相关领域内受到关注. 而石墨烯量子点(graphene quantum dots, GQDs)作为石墨烯家族的重要一员, 目前在生物医学领域中的应用侧重于药物输送、肿瘤治疗和生物检测. 以石墨粉为原料合成了 GQDs, 在 655 nm 激光诱导下, 该 GQDs 迅速将光能转换为热能, 同时产生活性氧. 可以发现, 0.6 mg/mL 的 GQDs 在低功率密度的 655 nm 激光照射 15 min 的情况下, 可将大肠杆菌完全杀灭, 而单独激光照射和单独 GQDs 处理不影响细菌活性. GQDs 因具有较大的比表面积而可以装载可观的抗菌药物, 且其生物相容性、溶解性和稳定性都十分优秀, 是一种未来有潜力的抗菌材料.