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    2021年 第27卷 第3期    刊出日期:2021-06-30
    2021年 第27卷 第3期 电子期刊
    2021, 27(3):  0. 
    摘要 ( 168 )   PDF (40994KB) ( 58 )  
    相关文章 | 多维度评价
    特邀综述
    氢能与燃料电池关键科学技术: 挑战与前景
    朱明原, 刘文博, 刘杨, 齐财, 李瑛, 李文献, 张久俊
    2021, 27(3):  411-443.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2300
    摘要 ( 2094 )   HTML ( 274)   PDF (9178KB) ( 598 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    氢能是可持续的二次清洁能源, 产业链主要包括氢气的制取、储存、运输和应用等环节. 燃料电池是氢能利用的主要方式, 处于产业链的核心地位. 以氢能产业链为主线, 围绕氢能燃料电池产业化进展, 对制氢、储氢、加氢站、氢能燃料电池电堆及关键材料, 以及车用燃料电池系统关键部件的技术特征、产业化进展、发展现状及存在的挑战进行了概述, 尤其对中国燃料电池产业链的发展现状进行了重点介绍. 为了加速氢能与燃料电池真正意义上的产业化, 还提出了几点需要克服挑战的研发方向.

    研究论文
    铅酸电池多物理场建模与数值模拟
    施美华, 董李, 袁经超, 张树祥, 邵勤思, 颜蔚, 李江, 李爱军, 张久俊
    2021, 27(3):  444-453.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2144
    摘要 ( 1087 )   HTML ( 30)   PDF (1983KB) ( 206 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    探索铅酸电池的放电机理, 建立物理化学模型以模拟电池放电过程. 依据电池实验数据对模型进行验证, 证明了模型模拟结果的准确性, 并使用模型经验参数的平均值验证了模型的普适性. 利用模型对已有电池的结构参数进行分析, 并依据模拟结果对电池结构提出改进意见, 给出了一款成本更低、体积更小、重量更轻但容量更大的新型电池设计方案. 利用物理化学模型和数值模拟技术进行新型电池的研发, 能够大大减少试验开发的成本, 缩短开发时间, 加快电池的发展进程.

    一种基于深度图像的左右手同步分割改进方法
    徐正则, 张文俊
    2021, 27(3):  454-465.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2247
    摘要 ( 1171 )   HTML ( 27)   PDF (5992KB) ( 170 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于深度图像的手势识别技术是下一代数字媒体设备的主要交互手段, 从深度图像中准确定位出"干净"的手部图像显得尤为重要. 提出了一种同步进行左右手分割的改进方法, 在传统 SegNet 算法的基础上, 加入了类别权重、转置卷积、混合式空洞卷积组合和编解码器之间的拼接合并跳层连接, 使左右手的 F2-Score 相较基准方法分别提高了 7.6% 和 5.9%. 推理速度在 GPU 上达到了 20.5 ms/帧, 可以实时处理深度图像序列. 实验证明本方法对深度图像进行左右手同步分割时可以得到更加精准的分割结果.

    一种异形自适应窗口局部立体匹配算法
    刘军, 苗志勇, 张煜祺, 任建华
    2021, 27(3):  466-480.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2255
    摘要 ( 1272 )   HTML ( 30)   PDF (7728KB) ( 61 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    如何通过立体匹配提高图像景深精度一直是机器视觉研究领域的一个难点, 针对自适应窗口算法易受光照不均和窗口形状难以有效描述待匹配图像边界等问题, 提出一种异形自适应窗口局部立体匹配算法. 由于传统 Census 变换易受中心像素波动影响, 因此提出一种像素信息三维化处理技术, 并通过窗口内非中心像素间差异和窗口间中心像素的差异信息计算匹配代价; 为更好地贴合图像轮廓, 提出了由双螺旋路径法确定的异形窗口进行代价聚合, 对像素区域同时沿两条搜索路径自适应确定形状大小, 形成比传统技术更加高效多变的匹配窗口. 实验结果表明, 相比 Middlebury 平台上其他算法, 所提算法具有更为准确的图像边界描述能力, 可有效提高立体匹配精度, 同时对于光照不均的情况具有更强的鲁棒性.

    基于改进 YOLOv3 算法的水下小目标分类与识别
    邵慧翔, 曾丹
    2021, 27(3):  481-491.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2279
    摘要 ( 1616 )   HTML ( 41)   PDF (1186KB) ( 187 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对声纳图像中小目标检测识别率低、虚警率高的问题, 提出一种改进的 YOLOv3 算法. 改进的 YOLOv3 网络在原始 YOLOv3 的基础上进行优化, 改变网络的层级连接, 融合更浅层的特征与深层特征, 形成新的更大尺度的检测层, 提高了网络对水下小目标检测的能力; 同时, 使用线性缩放的 $K$-means 聚类算法优化计算先验框个数和宽高比, 提高了先验框与 ground truth box 之间的匹配度, 较原始 YOLOv3 算法均值平均精度提高了 7%. 实验结果表明, 所提出的改进 YOLOv3 算法能够有效分类与识别小目标且有更高的准确率和更低的虚警率, 同时保持了原始 YOLOv3 算法的实时性.

    基于频率权重耦合模型的多层复杂网络爆发式同步
    金彦亮, 姚林, 王雪, 罗雪涛
    2021, 27(3):  492-502.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2131
    摘要 ( 823 )   HTML ( 25)   PDF (875KB) ( 120 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    同步现象是复杂网络和系统中普遍存在的一种动力学行为. 针对多层复杂网络上产生爆发式同步的临界耦合强度问题, 提出一种多层频率权重耦合的 Kuramoto 模型, 通过平均场思想和自洽理论分析求出多层复杂网络上产生爆发式同步时的临界耦合强度值, 并进行了仿真验证. 理论分析和仿真结果表明, 该临界值与层间相互作用强度和网络平均度相关, 层与层之间的相互作用增强会阻碍爆发式同步的产生, 而网络平均度增大会促进爆发式同步的产生. 这一结果对复杂网络和复杂系统的研究具有重要意义.

    传输线中高速信号反射建模分析与优化
    陈章进, 王文磊, 季渊, 黄舒平
    2021, 27(3):  503-513.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2171
    摘要 ( 1062 )   HTML ( 1401)   PDF (1939KB) ( 118 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    单向点对点传输线是目前应用最广泛也是最基本的传输线类型. 传统单一建模分析方法已不能完全满足对高速信号的分析. 对传输线中高速信号反射现象结合集总模型与分布式模型进行建模, 分析了线长、过孔对信号反射的影响; 对解决信号反射的阻抗匹配方案进行建模仿真, 分析匹配电阻、分支线长、过孔以及端接电压对信号反射的影响, 通过理论分析与仿真验证证明设计方案的可行性与实用性. 所提出的分析设计方案已应用到多个产品的设计中.

    基于去趋势波动分析的不同特征音乐刺激下脑电特性
    朱嘉诚, 李颖洁
    2021, 27(3):  514-524.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2163
    摘要 ( 1010 )   HTML ( 22)   PDF (2115KB) ( 145 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    旨在研究受试者对不同特征音乐的心理生理反应, 探索脑电长程关联特性. 招募 10 名在校学生作为受试者, 参与 4 种具有不同物理特征的音乐聆听任务, 并完成自我情绪评价, 同步采集受试者任务期间的头皮脑电信号. 针对音乐刺激脑电的非平稳非线性特性, 使用一种检测非平稳时间序列的长程相关性非线性方法——去趋势波动分析, 通过计算脑电信号分频段序列的标度指数分析脑电信号长程相关性, 并结合行为学数据, 探究不同音乐特征对情绪加工的影响. 实验结果显示, 升调版欢快乐曲诱发的积极情绪感受会显著降低, 而无论升调还是降调都会显著降低悲伤音乐诱发的悲伤情绪效应; 在不同音调特征的音乐刺激诱发下, 受试者在 alpha, beta 频段上还表现出明显大脑偏侧化特点, 左半球脑动力表现更活跃. 所应用的标度指数可以反映不同音乐刺激下脑电的特异性.

    基于类属特征的多标签流形学习分类方法
    亢浏越, 黄睿, 孙广玲
    2021, 27(3):  525-534.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2132
    摘要 ( 939 )   HTML ( 28)   PDF (727KB) ( 70 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    多标签流形学习(multi-label manifold learning, ML$^{2}$)基于特征流形构建标签流形, 将标签逻辑值转换为实数值, 能更好地反映标签相关性, 提高分类性能. 但是, ML$^{2}$ 与多数多标签分类方法一样, 是基于数据的全部特征进行标签预测, 没有考虑不同特征对不同类别标签的鉴别能力. 因此, 提出一种基于类属特征的多标签流形学习分类(label specific feature based multi-label manifold learning, LSF-ML$^{2}$)方法. 首先, 利用标签数据优化类属特征重要度矩阵, 确定类属特征子集; 再将子集的特征流形映射到标签空间, 使标签从离散型变为数值型; 最后, 通过多输出回归实现分类. 实验结果表明, 所提方法性能优于多种多标签分类方法.

    基于组合神经网络的中文事件抽取
    季忠祥, 吴悦
    2021, 27(3):  535-543.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2223
    摘要 ( 972 )   HTML ( 28)   PDF (1524KB) ( 38 )  
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    中文事件抽取通常使用循环神经网络(recurrent neural network, RNN)来进行事件和事件要素的抽取, 但 RNN 在处理长度较长的词语时容易丢失重要信息, 为此提出一种组合卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)与双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory, Bi-LSTM)网络的中文事件抽取模型 CNN-Bi-LSTM-CRF, 其中 CRF (conditional random field) 为条件随机场. 采用基于注意力机制和语义特征生成的字词联合向量, 使用 CNN 和 Bi-LSTM 模型对字词联合向量进行处理, 以获取其隐含表示, 最后通过 CRF 得出预测结果. 实验结果表明, 所提出的方法与其他现有的中文事件抽取方法相比, 准确率有明显提升.

    基于关键 $n$-grams 和门控循环神经网络的文本分类模型
    赵倩, 吴悦, 刘宗田
    2021, 27(3):  544-552.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2158
    摘要 ( 851 )   HTML ( 21)   PDF (1153KB) ( 60 )  
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    提出一种基于关键 $n$-grams 和门控循环神经网络的文本分类模型. 模型采用更为简单高效的池化层替代传统的卷积层来提取关键的 $n$-grams 作为重要语义特征, 同时构建双向门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)获取输入文本的全局依赖特征, 最后将两种特征的融合模型应用于文本分类任务. 在多个公开数据集上评估模型的质量, 包括情感分类和主题分类. 与传统模型的实验对比结果表明: 所提出的文本分类模型可有效改进文本分类的性能, 在语料库 20newsgroup 上准确率提高约 1.95%, 在语料库 Rotton Tomatoes 上准确率提高约 1.55%.

    基于改进单神经元梯度学习的无线网络主动队列管理
    戚爱春, 徐磊
    2021, 27(3):  553-562.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2172
    摘要 ( 836 )   HTML ( 19)   PDF (1424KB) ( 63 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    考虑传统网络拥塞控制忽略了网络拥塞的持续状态, 引入将数据包到达链路速率作为控制器输入的方案, 得到一种改进单神经元梯度学习(improves single neuron gradient learning, ISNGL)的主动队列管理算法. ISNGL 算法采用梯度学习动态调整网络参数, 并在此基础上对收敛速度和稳定性加以改进, 提出带有位移参数的新激活函数和带有权值调整的动量项的改进方法, 最后通过 NS2 网络仿真软件在无线网络的拓扑模型上进行仿真分析, 结果表明 ISNGL 算法在无线网络环境下拥有良好的拥塞控制能力.

    MEK5$\alpha $ 和 MEK5$\beta $ 调控 ${\bf Beclin}$ 1 启动子
    刘晓芸, 王雷斌, 王庆, 张沙沙, 赵微苗, 贺林, 朱洪新
    2021, 27(3):  563-572.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2142
    摘要 ( 930 )   HTML ( 21)   PDF (2156KB) ( 32 )  
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    Beclin 1是哺乳动物自噬相关基因, 调控自噬起始和自噬体成熟. 在肌肉分化过程中, Beclin 1 基因表达上调, 自噬增加; 此外 MEK5-ERK5 信号活化并调控成肌细胞分化. 因此, 在肌肉分化过程中, MEK5-ERK5 信号通路可能调控 Beclin 1 基因表达. 目的是阐明 MEK5 对成肌细胞 Beclin 1 基因启动子活性的调控. 将不同长度 Beclin 1 启动子片段克隆至荧光素酶报告基因载体pGL3-Basic并转染成肌细胞C2C12. 双荧光素酶报告基因检测实验结果显示, 含 Beclin 1 基因起始密码子上游 586 碱基对 DNA 片段的载体(p-354)具有强荧光素酶活性. MEK5$\alpha $显著增加 p-354 荧光素酶活性, 并有剂量依赖性; 而 MEK5$\beta $ 显著降低 p-354 荧光素酶活性. MEK5$\beta $能够拮抗 MEK5$\alpha $对 p-354 荧光素酶活性的调控. 与 MEK5 对 Beclin 1 基因启动子调控结果一致, MEK5$\alpha $CA 上调细胞Beclin 1 mRNA 表达, MEK5$\beta $DD 下调 Beclin 1 mRNA 表达, 并且 MEK5$\beta $DD 抑制 MEK5$\alpha $CA 对 Beclin 1 mRNA 表达的促进作用. 此外, 转录因子 CREB 家族成员 CREB3, CREBP 和 CREBL1 能够显著上调 p-354 荧光素酶活性. CREB3 呈剂量依赖性显著上调 p-354 荧光素酶活性, 并与 MEK5$\alpha $ 具有协同效应. MEK5$\alpha $ 和 MEK5$\beta $ 对 Beclin 1 启动子具有不同调控作用, CREB 可能是其下游效应因子.

    考虑产品特征属性的替代性需求预测方法
    高峻峻, 倪子玥
    2021, 27(3):  573-582.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2173
    摘要 ( 847 )   HTML ( 18)   PDF (1171KB) ( 73 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    随着电商销售业务的高速发展, 对用户需求进行快速准确预测已成为重要的研究方向. 产品间的替代性对需求有一定影响作用, 且此方面的应用研究在不断深入. 为了提升需求预测精度, 基于畅销预测属性值排序, 利用邻近替代率估计方法, 并结合 Adaboost 预测模型, 构建出一种更优的考虑产品特征属性的替代性需求预测方法, 并通过实验证明该方法行之有效.

    晶体塑性有限元分析开孔对多晶板材力学性能的影响
    胡晓郁, 都亚鹏, 楚海建
    2021, 27(3):  583-593.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2159
    摘要 ( 1150 )   HTML ( 26)   PDF (4671KB) ( 288 )  
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    基于 ABAQUS 子程序 VUMAT 二次开发平台, 将位错和孪晶的演化过程引入晶体塑性有限元方法(crystal plastic finite element method, CPFEM)中, 实现了多晶塑性材料力学行为的有限元模拟, 并通过试验和模拟结果的对比, 验证了所提出方法和二次开发程序的有效性. 应用含孪晶效应的晶体塑性有限元方法 模拟分析了孔洞对于板材开孔问题的影响, 结果表明: ① 当孔径小于板宽一半时, 强度损失采用线性近似估算值是偏于安全的, 而超过板宽一半时, 不宜采用线性估算值; ② 当孔距较小时, 孔径排布方式对开孔板材的韧性以及极限承载力有重要影响, 排布方式可分弱影响区、强影响区和过渡区 3 种模式. 对于承受单向拉伸荷载的板材, 开孔时应选择沿轴线排布的方式.

    温控表面等离子共振系统及其应用
    王少鹏, 张洪艳, 黄怀湘
    2021, 27(3):  594-600.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2180
    摘要 ( 1094 )   HTML ( 17)   PDF (1066KB) ( 117 )  
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    表面等离子共振 (surface plasmon resonance, SPR) 传感技术被广泛应用于生物医学、药物筛选、临床诊断、食品安全及环境污染等领域. 在实际应用中, SPR 系统对温度敏感, 亟待开发适用于温控实验的 SPR 装置. 基于角度调制型 SPR, 设计开发温控 SPR 系统, 灵敏度达到 497.8$^{\circ}$/RIU(refractive index unit, 单位折射率), 温控范围在 18$\sim $42 ℃, 控温精度为0.1 ℃, 可用于不同浓度液晶分子 (4$^\prime$-正戊基-4-氰基联苯即 5CB) 乙醇溶液的温变过程检测. 实验结果表明, 在浓度固定情况下, 25$\sim $41 ℃ 范围内 SPR 信号与温度有良好的线性关系, 相关系数均在 0.98 以上.

    基于非对称拉普拉斯分布的混合分位数回归参数估计
    张发赶, 何幼桦
    2021, 27(3):  601-610.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2125
    摘要 ( 1098 )   HTML ( 27)   PDF (1247KB) ( 128 )  
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    利用非对称拉普拉斯分布提出一种新的混合分位数回归模型. 传统模型仅考虑位置参数, 而所提出模型同时考虑了位置参数和尺度参数, 并利用期望最大化(expectation maximization, EM)算法对模型参数进行估计. 数值分析结果表明, 参数估计的精度在各个 分位 数上均较为理想, 并且估计精度随着样本量的增加而提高. 最后运用所提出模 型及其算法对城市房价数据进行分析.