计算机科学与应用

  • 基于软件无线电的可见光通信系统设计与实现

    陆超峰;徐智勇;赵继勇;汪井源;李建华;

    随着无线接入带宽需求的不断增长以及发光二极管的普及,可见光通信技术得到迅速发展,已成为研究热点。新的可见光通信技术在应用前通常需要进行系统性验证,然而一个新的硬件系统的设计搭建过程往往耗时长、成本高。随着技术的快速迭代,开发人员需要减少开发的时间和设计周期。文中基于软件无线电设备和GNU Radio软件平台,设计一种室内可见光通信系统。该系统具有成本低、搭建简单、设计灵活的特点,可对理论分析结果进行实时性验证。在该系统的验证过程中,搭建一个基于正交频分复用技术的可见光通信系统,通过可见光LOS链路完成对720P视频的实时有效传输。结果表明,该系统平均传输速率达到1 745 Kb/s,在接收端可以清晰流畅地播放视频数据,说明通过软件无线电设备搭建可见光通信系统具有可行性和有效性。

    2022年24期 v.45;No.623 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K]
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  • 基于过程管理的在线考试平台研究与设计

    严红红;刘力力;

    目前高校采用的在线考试平台主要是实现基于B/S或者C/S的考中环节功能,而考前的考生预约及考生信息核对环节缺失,考生考试进场的信息主要依靠教师人工核对,这不利于形成完整的学生个人学习数据图像。为此,文中提出一种与传统的在线考试平台搭建理念不同的在线考试平台,此平台设计更加注重考试全过程管理及数据采集,包括考试预约、考生信息识别、考试、成绩管理4个子系统。文中主要研究平台所需开发环境、硬件框架、系统架构、用户需求及功能实现等。考试预约及成绩管理子系统采用B/S结构,并采用ASP技术结合SQL数据库语言编写进行实现,内嵌于教学管理系统(LMS)。考试信息识别及考试子系统选择C/S架构和C#编程语言,采用ADO技术实现系统数据库连接及访问。最后,将所设计平台应用于某高校的基础英语考试中进行测试,结果表明,该平台功能及性能均可满足课程考试使用需求,具有可行性。文中的在线考试平台能够实现考试全过程管理的信息化,并显著提高在线考试过程及管理效率;同时,进行课程考试可减少任课教师负担,真正解决高校在线考试及管理过程中所存在的问题。

    2022年24期 v.45;No.623 7-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K]
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  • 一种基于加权K-means的边缘服务器部署方案

    刘乃安;张澍文;李晓辉;吕思婷;

    随着5G时代的到来,移动边缘计算(MEC)在移动网络的RAN侧提供计算、资源存储和IT服务等系统功能,实现高带宽、低时延的业务支撑和本地管理。从长远角度来看,边缘服务器的合理部署可以提高MEC的服务质量,节省运营商的成本,降低网络资源的浪费。为此,文中提出一种加权K-means算法来优化边缘服务器的部署问题。所提方案根据基站侧的日统计流量计算不同区域范围内移动终端的权值,通过目标方程和约束进行算法设计。在实验阶段,分别通过加权K-means算法、传统K-means算法和随机选择的方法得到边缘服务器的部署位置。在不考虑传输链路异常等情况下,基于不同服务器个数和测试时段,分别计算移动设备与边缘服务器的响应时延。评估结果表明,在相同的移动终端分布和资源分配的条件下,相较于传统K-means算法和随机选择方法,所提方案能够提供更好的部署位置,减少设备的响应时延。

    2022年24期 v.45;No.623 11-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K]
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  • 跨境物流企业采纳区块链技术的三群体演化博弈模型研究

    刘坤阳;张勇;

    跨境物流企业的技术采纳行为是一个复杂的长期动态变化过程,企业的行为策略与地方政府的规制行为、市场主体消费者的技术选择密切相关。为此,文中在多方博弈的背景下,使用博弈论分析工具对企业的技术采纳行为进行研究。为了更加符合实际情况,不再局限于传统的静态博弈框架,基于有限理性和生物演化思想建立跨境物流企业、地方政府、消费者之间的三群体动态演化博弈模型,并采用数学推导与仿真分析相结合的方法进行研究。三群体博弈系统存在4种可能的演化稳定策略,其余4种策略无法满足渐近稳定条件,其中最理想的演化结果是:企业采纳区块链技术,政府采取不规制措施,消费者选择接受区块链式物流服务。不同的约束条件下会出现不同的演化结果,为达到最理想的演化结果,提高企业采纳区块链技术后各类成本降低而产生的间接收益最为重要,而消费者的技术选择也会对企业产生积极影响,同时企业的直接采纳成本与技术创新的外部环境成本同等重要,政府也应主动作为,为企业提供有利的技术创新环境。

    2022年24期 v.45;No.623 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K]
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  • 巡检机器人导航系统研究与设计

    宋明磊;谢丽蓉;安冬;

    针对渔场巡检导航出现的行驶速度慢、安全系数低等问题,文中提出一种RTK-GAN-CNN-MFAC组合导航系统。在大范围内,使用实时差分定位(RTK)获取巡检机器人的准确位置,通过无模型自适应控制(MFAC)方式控制巡检机器人运行速度并按照既定路线行驶。采用单目相机获取障碍物图片数据,通过生成式对抗网络(GAN)对图片进行处理;然后设计卷积神经网络(CNN)训练分类模型,通过模型对巡检机器人行驶中的实时图片进行分类处理,若识别到巡检机器人前方存在障碍物,则切换为GAN-CNN-MFAC视觉避障,对障碍物进行避障。实验结果表明,RTK-GAN-CNN-MFAC组合导航系统在无障碍物时运动速度较快,遇到障碍物时可以安全避开,具有良好的有效性和实时性。

    2022年24期 v.45;No.623 23-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1697K]
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  • 云计算环境下虚拟机故障预测

    王开放;姜瑛;陈威伟;

    云计算环境下,虚拟机内部会受内存、CPU、网络等各种因素影响而出现突发故障。对虚拟机故障进行合理预测,有助于提升云计算的服务质量。部分故障预测方法针对虚拟机的性能指标进行分析预测和分类,但忽略了虚拟机历史状态数据中所表现的故障规律。为此,文中提出一种基于虚拟机历史运行状态的虚拟机故障预测方法。首先,预处理虚拟机的历史运行数据;其次,计算该数据与历史故障数据、正常数据的特征差异,根据特征差异度判断虚拟机当前的故障状态;最后,根据虚拟机历史数据中蕴含的故障转移规律及当前状态预测虚拟机下一时刻的故障状态,并将虚拟机持续的运行数据加入到训练集进行继续训练,以更新训练数据集。在实际云环境中对虚拟机故障预测方法的有效性进行实验验证,并与同类方法进行比较。结果表明所提方法能够有效预测虚拟机故障。

    2022年24期 v.45;No.623 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1487K]
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  • 跨信道环境下语种识别方法的研究

    迪力扎提·伊力哈木;米吉提·阿不里米提;郑方;艾斯卡尔·艾木都拉;

    针对现有语种识别方法对跨信道环境下关注较少的问题进行研究,在实际应用场景中语音采集设备与传输信道差异使得语种识别性能急剧下降。为降低跨信道对识别性能的影响,文中提出一种基于注意力机制的BiLSTM语种识别方法,在特征提取阶段对比MFCC、FBANK、LPCC等不同语音特征的识别效果。实验证明FBANK特征在跨信道环境下的识别效果更好,引入注意力机制能够关注跨信道语音片段中与语种相关的信息,忽略非语种信息。所提方法在东方语种识别竞赛两个跨信道数据集(AP19-OLR和AP20-OLR)上进行实验,通过与基线系统X-VECTOR等语种识别方法进行对比,得出所提方法在两个数据集上的等错误率(EER)降低3.48%和5.66%。实验结果表明,基于注意力机制的BiLSTM语种识别方法能够有效提高语种识别任务中的特征提取能力,并改善跨信道环境下的语种识别性能。

    2022年24期 v.45;No.623 37-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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电子与信息器件

  • 应用于无线局域网的小型化带阻频率选择表面

    李倩南;王青;张辉;武瑞青;

    为了实现对建筑物内无线局域网(WLAN)的电磁屏蔽作用,文中将传统的十字单元结构进行曲折线设计,通过复合技术得到一种应用于无线局域网的新型双阻带频率选择表面(FSS),该表面电尺寸较小,约为0.16λ_0×0.16λ_0。然后,利用有限元法并采用ANSYS-HFSS电磁场仿真软件对所设计结构的频率响应特性进行分析。结果表明:所设计的频率选择表面具有较强的极化稳定性和角度稳定性,可以同时在无线局域网2.4 GHz和5 GHz频段范围内产生2.19~2.67 GHz和5.27~5.85 GHz两个传输禁带;且该结构在阻带范围内可以对入射电磁波产生约-70 dB的屏蔽作用,阻带范围外其他波段信号全部通过,该频率选择表面在电磁屏蔽、天线隔离、雷达隐身等领域具有较为广阔的应用前景。

    2022年24期 v.45;No.623 44-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1421K]
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  • 埋地金属管线主动磁定位探测器设计与研究

    胡寅;张文英;朱荣;

    随着工程埋地金属管线服役时间增长,地质变动会导致金属管线出现悬跨、倾斜、偏移等问题,因此,定期开展埋地金属管线路由检测,掌握金属管线位置变化具有重要的现实意义。为了能够有效解决上述路由检测问题,文中基于电磁发射器产生的电磁波辐射到埋地金属管线后会在其表面产生电磁反射回波,该回波包含表征埋地金属管线位置的反射磁场强度信号,设计一种埋地金属管线主动磁定位探测器。首先建立埋地金属管线电磁反射场磁偶极子模型;其次,利用高灵敏度三轴感应式磁传感器从干扰背景噪声中提取电磁反射场强度,通过解调回波幅度包络后得出埋地金属管线所在空间位置信息。实验测试结果证明,该探测器检测信号能够准确表征埋地金属管线与测点之间的相对位置,测量误差在5%以内,可实现埋地金属管线的有效准确定位。

    2022年24期 v.45;No.623 48-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1586K]
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  • 基于物联网的游泳馆智能安全监护系统设计

    刘敏;兰晓红;潘菊;田蜜;

    为了能够实现人工智能时代的智慧场景化建设,满足游泳馆智能化管理和游泳运动者对游泳安全的需求,文中设计一种基于物联网和人工智能的智能游泳安全监管和险情报警系统。该系统以Raspberry Pi 4作为核心控制器,搭建集成多个传感器检测用户身体状态,并组建内部局域网实现摄像头、水下用户端手环和中央控制大屏的通信。系统设计主要包含监护对象端的用户状态监护和施救端的提示预警。经过实验测试,系统能够对监护对象动态情况进行有效的实时监测,对游泳者所处的危险现象进行预警,及时发现并排除安全隐患和险情。所设计系统能够对游泳潜在的风险形成预案,当风险出现时给出积极的应对措施,具有引导性、及时性、全面性、高效性的特点,可为游泳区域管理提供一个领先的安全管理手段,实现系统化、立体化、实时化、全方位、无死角的动态管控。

    2022年24期 v.45;No.623 54-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1389K]
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  • 基于概率模型的电子秤作弊序列码预测方法

    张娟;陈浩;

    目前电子秤的作弊检测手段主要依靠作弊序列码的匹配性检验,是以检验输入的作弊序列码能否激活电子秤的作弊模式来判断作弊序列码的有效性。因此,输入的作弊序列码是作弊检测的核心因素。作弊序列码的传统生成方法主要是穷举法,这种方法生成的作弊序列码完整,但命中率低、耗时长,导致检测效率低。针对此问题,文中分析电子秤的作弊序列码的定义规则,基于作弊序列码样本结构概率模型,给出作弊序列码样本预测的生成方法。首先,针对现有作弊序列码样本进行作弊序列码的结构分析,提取作弊序列码的结构模板集定义;其次,建立作弊序列码及其样本模板的概率模型;最后,结合作弊序列码模板集设计预测作弊序列码的生成规则与方法。实验结果表明,所提方法能够有效地提高电子秤作弊检测效率。

    2022年24期 v.45;No.623 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1425K]
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  • 基于STM32和云平台的中国象棋机器人实验系统

    陈义平;张海方;余炳锐;林楷;时颖;

    为解决传统单片机等课程的相关实验因普遍采用实验箱导致的趣味性不足、难以激发学生学习兴趣的问题,文中设计一种基于STM32单片机和云平台的中国象棋机器人实验系统。该系统采用霍尔元件构建棋子位置阵列,由单片机根据棋子扫描算法获取棋子位置信息并发送至主控平台;主控平台对遥控器、棋盘传来的数据进行处理,并使用华为云搭建Tomcat云端服务器,通过TCP/IP协议以get的方式将处理的数据交由云端服务器的Servlet容器;再由Servlet容器基于MTD(f)搜索算法处理得到棋子着法,通过TCP/IP协议将着法返回至控制台,由控制台控制机械手臂进行棋子移动。实验测试结果表明:所设计系统结构简单、成本较低、响应迅速、运行稳定,可较好地完成对弈任务;同时,该系统可使实验过程更具趣味性,并有效提升训练效果,具有推广使用价值。

    2022年24期 v.45;No.623 64-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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  • 气象用数字式气压计期间核查方法的研究

    刘海珍;郑树芳;温晓辉;李林蔚;马修才;

    气象用数字式气压计在两次检定或校准间隔之间,由于元器件的老化、使用中的磨损、使用或保存环境的变化等因素,都可能导致其性能发生变化。为了确保气象用数字式气压计在两次检定或校准间隔之间保持其原有状态的持续可信,文中提出一种气象用数字式气压计期间核查方案。该方案包括核查标准的选择、核查参数的选择、核查方法的设计、核查频次的确定以及核查结论的判定五个方面。以型号为XDY-06的0.01级数字式气压计作为核查对象,以芬兰维萨拉公司型号为PTB220的气压传感器作为核查标准,对所提核查方案的有效性与可行性进行验证。结果表明,气象用数字式气压计期间核查方案能够实现对设备通用性能和计量性能的核查,以及每次核查数据的对比,确保设备的计量性能在两次检定或校准间隔之间可得到持续有效的控制。

    2022年24期 v.45;No.623 70-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1304K]
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  • 基于STM32和CPLD的新型全自动量热仪研究与设计

    魏丽君;

    针对当前量热仪通信不够稳定、控制方式复杂、温度采样不精准、主期时间太长等问题,文中提出一种基于STM32硬件平台的新型自动量热仪的设计方案。整体设计时将下位机主控板和人机交互部分分开设计,简化控制方式;再采用SPI方式通信,提升通信的稳定度,采用高精密传感器PT1000进行采集温度,并对内外筒温度进行基线修正补偿,提高温度采用的精密度;最后,设计完善的A/D转换电路和微弱信号处理电路,最大限度地提高信噪比。另外,设计液晶显示模块和结果打印模块,以使人机交互界面更加友好。初期、主期、末期温度采集以及C值的算法严格按照国家标准执行,对设备按照瑞方法和国标法进行试验测试。结果表明:所设计自动量热仪主期时间控制到7 min,较之前水平提升近2 min;热容量相对标准差为0.06%,极差为15.42 J/K,发热量相对标准差为0.08%,极差为53.12 J/g。新型全自动量热仪人机交互更友好,主期时间缩短10.8%,试验效率得到极大提升,热容量、发热量相对标准差和极差的测试结果优于国家标准,说明该产品可量化试产。

    2022年24期 v.45;No.623 74-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1877K]
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  • 基于直流微网的固态变压器及其VSG控制

    王庆喜;袁至;王维庆;何山;

    为解决可再生能源发电经电力电子器件并网导致的惯性低、阻尼差问题,以及直流微网中光伏、风力发电功率的随机性与不确定性导致的固态变压器隔离级低压侧直流母线电压波动问题,文中针对风光储在MMC型固态变压器隔离级低压侧直流母线并网架构,提出一种输入级、输出级、直流微网储能端口VSG联合控制的MMC型固态变压器。该变压器兼顾惯性与阻尼,MMC输入级虚拟同步电机控制能够实现与配电网的柔性互联,输出级虚拟同发电步机控制能够实现良好的带负载能力,直流微网储能端口虚拟直流发电机控制的引入能够实现可再生能源发电的柔性接入,从而进一步提升固态变压器隔离级低压侧直流母线电压的稳定性。仿真结果表明,基于MMC-SST直流微网并网架构中所提控制策略具有可行性与有效性。

    2022年24期 v.45;No.623 80-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1686K]
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  • 用于手车式中压断路器限位开关的视频检测控制系统软件设计与实现

    曹瀚仁;葛其运;王鑫;

    针对手车式中压断路器判断限位开关状态可能存在的误判问题,文中采用C++语言设计一种基于OpenCV和Qt的跨平台限位开关视频检测上位机软件,以辅助判断限位开关的状态。该软件依托OpenCV开源软件库和Qt图形界面开发软件,首先对相机采集到的图像进行预处理和形态学降噪,然后利用findContours函数以及drawContours函数框定并画出限位开关的轮廓,再采用contourArea函数计算图像中限位开关轮廓的面积值,判断限位开关是否闭合。文中创新性地将限位开关是否闭合的问题转换为判断上位机软件处理后的图像面积与预设值的大小问题,在模拟限位开关闭合的实验环境下,视频检测控制系统具有较好的检测精度和实时性,可以起到辅助判断限位开关是否闭合的作用。实验结果表明,所设计软件操作简单、可跨平台使用、检测准确率高,具有较好的应用价值。

    2022年24期 v.45;No.623 86-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1442K]
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  • 基于FPGA的8方向Sobel自适应阈值边缘检测系统设计与实现

    柯青林;张文涛;余英铨;方博闻;

    针对传统Sobel边缘检测算法需要人为设定阈值,且对图像复杂纹理的识别能力较弱等问题,文中提出一种图像自适应阈值及3×3算子的8方向Sobel边缘检测算法,并在现场可编程门阵列(FPGA)上通过流水线设计和乒乓操作加速实现。基于Xilinx公司的Spartan6系列FPGA硬件平台,将OV5640摄像头采集到的图像数据流缓存于SDRAM;再利用移位寄存器将图像数据传输至图像算法模块,经过图像中值滤波及8方向Sobel边缘检测算法进行处理;最后,通过驱动VGA实时显示视频图像的边缘信息。实验结果表明:利用文中算法并基于FPGA输出的图像,在有效降噪的同时能够较好地滤除虚假边缘并保留真实的边缘信息;相较于传统算法,利用所提算法处理后的图像边缘清晰度有明显提高,且系统具有良好的准确性和鲁棒性。

    2022年24期 v.45;No.623 92-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1746K]
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  • 民用飞机RNP AR 0.1系统垂直方向误差分配方法研究

    王青;宗军耀;

    RNP AR功能主要用于高原/高高原机场,是由多个不同的子系统组成的复杂系统,对各子系统有严苛的误差要求。RNP AR总系统误差指标分配包括飞行技术误差、导航系统误差和航迹定义误差。RNP AR值越小,代表对系统的导航精度要求越高,则其误差指标也就需要越小。在民用飞机设计中,RNP AR系统误差指标的分配和确定非常复杂,需要从系统工程的角度来分析和实现。目前,国内越来越多的高原/高高原机场因为实际地形需要运行RNP AR 0.1,但相关适航文件对垂直方向上系统的误差指标尚未发布明确的规定及要求,未对航空器相关系统/设备提出具体的误差指标要求。为此,文中通过分析计算,提出一种适用于民用飞机RNP AR 0.1系统在垂直方向上的误差指标分配方法,对影响RNP AR垂向精度的相关系统/设备提出具体的误差要求,并基于波音B737-800飞机模型进行仿真验证。结果表明,所提方法具备正确性、合理性和工程可实现性,适用于民用飞机RNP AR 0.1系统的设计研发及验证。

    2022年24期 v.45;No.623 98-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
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能源技术

  • 基于改进SVM与WSN的变电站柜内线缆寿命预测模型设计

    翁一潇;邹沉;余皓;鲁敏;朱俊;李挺;

    针对现有的大多数人工智能模型难以适用于变电站柜内电力线缆寿命预测的问题,文中设计一种基于WSN与改进SVM算法的变电站柜内线缆寿命预测模型。该模型利用无线传感网络构建包含同步相量测量单元的变电站柜内环境数据采集传输系统,并将采集到的数据上传至系统管理中心做进一步分析。同时,采用Rao算法对支持向量机算法加以改进,并将改进后的算法用于预测变电站柜内线缆的寿命。通过对比预测值与安全阈值的数据得到最终识别结果,实现了电缆状态的异常识别,从而辅助工作人员采取相应的措施。基于搭建的测试平台对所提模型进行了实验测试,分析所得到的数据可知,预测结果的ME、RMSE和MAPE值分别为78 h,52 h及2.263%,能够准确地预测变电站柜内线缆的寿命。

    2022年24期 v.45;No.623 103-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K]
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  • 基于配电物联云边协同的换相开关控制策略

    舒晨良;王维庆;王海云;

    为有效降低配电网线路损耗,提升配电台区电能质量,深度优化低压配电三相不平衡等问题,文中提出一种基于配电物联网云边协同的智能换相开关自动控制策略。基于配电物联网云边协同网络架构,分别搭建合适的云端负荷预测模型与边端换相寻优算法模型,充分利用云边两方不同的计算能力对换相开关进行协同控制;然后对比本地化监测环境数据与气象数据,分别结合长短期记忆神经网络对台区用户负荷进行短期预测,得出使用本地化数据可以有效提高云端负荷预测的准确度。最后,结合算例并使用遗传算法,对比基于预测结果的换相开关寻优模型控制与常规换相开关控制方式对短期内台区负荷的三相平衡预测。通过实物仿真实验对理论计算结果进行验证得出,所提控制策略具有可行性。

    2022年24期 v.45;No.623 108-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K]
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  • 基于DSP的电气设备运行状态远程监控系统设计

    仲楠;崔凤新;

    电气设备是电力系统中输送电力的装置,因在运行过程中易受谐波成分影响,导致电压、电流数值监控结果不精准。为此,文中设计一种基于DSP的电气设备运行状态远程监控系统。该系统以DSP为核心,通过对DSP进行电复位,将全部数据信息存储到BOOT RAM中;通过访问周边扩展器件,改善系统抗干扰性;利用控制系统摄像机压缩数字图像,设计远程监控系统控制电路,实现云台与透镜执行动作同步控制;使用基于时间抽取的快速傅里叶变换算法并结合蝶形运算,计算信道谐波成分,通过矢量运算获取电压、电流值,分析测量点温度和较热温度的相对温差,判断电气设备运行状态。测试结果表明,所设计系统监控区域在实际监控区域范围内,且电压、电流监控值与异常值基本一致,最大误差为0.3 V和0.2 A。

    2022年24期 v.45;No.623 113-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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人工智能

  • 机器人辅助作业轨迹跟踪控制方法研究

    周奕甫;袁杰;

    机器人辅助作业过程中具有不确定外部力干扰情况下的交互控制问题,为此,文中提出一种基于误差的PD协同滑模阻抗控制模型的上肢康复机器人交互控制策略,以实现人机系统较好的轨迹跟踪精度与柔顺性。首先,对欠自由度上肢康复训练机器人完成运动学与动力学建模,以保证机器人可以跟踪预设轨迹;其次,针对滑模阻抗控制模型人机系统阻尼特性较好,但轨迹跟踪精度较差的问题,设计基于误差的PD协同阻抗控制模型。将交互过程中人施加的外部力视为干扰,在外力迫使机器人运动误差较小的情况下,采用PD控制模型减小康复训练过程中误差;而在外力迫使机器人产生较大误差时,采用滑模阻抗控制模型,保持系统良好的柔顺性。最后,通过仿真分析较大的外部干扰对系统的影响,并验证所提策略的有效性。结果表明,所提策略可以实现人机系统较高的轨迹跟踪精度与良好的柔顺性,与滑模阻抗控制策略相比,在外界力突变情况下,轨迹跟踪精度提升15.5%,关节力误差降低4.1%。

    2022年24期 v.45;No.623 118-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1477K]
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  • 海参捕捞机器人关键部件设计与水动力学分析

    葛安亮;唐昊;王新宝;邵绪新;李相坤;

    人工捕捞海参不仅劳动强度大,而且作业危险系数极高,高昂的捕捞成本导致海参的市场推广范围较小。采用水下机器人代替人工进行海参捕捞作业已成为研究热点,但受限于海参捕捞效率低、参体损伤大、机器人运动控制精度要求高等因素,目前市场上还没有成熟的海参捕捞机器人。基于此,文中设计一种以海参为主要捕捞对象的履带式水下机器人,根据海参捕捞作业的要求,通过理论计算和数值模拟方法详细设计机器人的吸捕机构、耐压控制舱、推进系统三大关键部件。然后,通过分析与流体的相互作用,创建简化后的机器人有限元模型,对其在流场内水平直航和水平斜航时的水动力学性能进行分析。文中研究工作对机器人的样机制作和成熟推广具有重要的参考价值。

    2022年24期 v.45;No.623 123-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1726K]
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  • 基于蝗虫优化算法的壁面爬行机器人导航避障方法

    张新华;

    由于壁面爬行机器人导航避障的过程中,无法准确判定障碍物节点所处的位置,导致避障效果较差。为此,文中提出一种基于蝗虫优化算法的壁面爬行机器人导航避障方法。首先,基于对蝗虫优化算法个体对象的表示构建障碍物节点的目标函数,并对目标函数进行求解,获取的解即为局部搜索的障碍物节点,以此判定障碍物所处的位置;然后,分析壁面爬行机器人的运动行为,建立壁面爬行机器人的运动学模型,对机器人运动行为的坐标进行转换后,根据障碍物所处的位置对壁面爬行机器人的导航行进路线进行规划。实验结果表明,所提方法的壁面爬行机器人在单位运动区域内的避障有效性超过95%,可以准确躲避障碍物节点,能够有效提升机器人运动避障能力。

    2022年24期 v.45;No.623 131-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1644K]
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  • 面向动物机器人的新型可充电表面肌电信号采集系统设计与应用

    常铭;许孟华;杨建宏;槐瑞托;杨俊卿;常辉;汪慧;

    面向动物机器人运动控制机制研究,设计一种新型可充电便携式双通道表面肌电采集系统。该系统体积小,实验时可背在机器人鸽身上,并且可以通过TP4055芯片重复为4.2 V锂电池充电,由升压变换器SX1308将电压升至5 V,通过AMS1117芯片将5 V转为3.3 V为单片机供电。该系统可实现表面肌电信号采集,并将采集到的数据传至上位机进行实时显示。用电刺激鸽运动中枢中脑导水管周围灰质,该系统能成功同步实时采集鸽子胸大肌和腿部肌肉肌电信号。系统可连续工作5 h,适用于自由运动的动物机器人。增加导水管刺激电压,采集到的肌电放电幅度及频率均增大,表明肌肉收缩强度和频率都增加,证明中脑导水管在鸽子运动控制中发挥了重要作用。

    2022年24期 v.45;No.623 136-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1617K]
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前沿交叉科学

  • 基于深度融合卷积神经网络的图像边缘检测

    石昌友;孙强;卢建平;周静;

    图像边缘检测是数字图像分析领域的一项重要研究内容。受图像拍摄条件、图像内容自身复杂性、图像内容与背景接近程度等多种因素的影响,图像的边缘线检测容易发生漏检、误检。针对此问题,文中提出一种卷积神经网络结构算法,以提升图像边缘检测效果和质量。首先,对输入图像提取出五类不同层次水平、尺度的卷积特征;然后,按照相邻尺度将每三类卷积特征分成一组,通过逐步转置的方式依次尺寸对齐再融合;再对三组融合结果特征进行二次深度融合;最后,基于融合卷积特征并运用卷积操作实现边缘线检测,采用指标Optimal Dataset Scale(ODS)、Optimal Image Scale(OIS)、Average Precision(AP)度量图像边缘检测的质量。结果表明:在BSDS500数据集上,ODS、OIS、AP三个指标的得分分别为0.815,0.832,0.851;在NYUD数据集上,得分分别为0.762 0,0.770 0,0.781 9。与其他同类算法相比,所提算法指标分值更高,能够提升图像边缘检测质量。

    2022年24期 v.45;No.623 141-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K]
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  • 基于小样本学习的语音端点检测

    单蒙;米吉提·阿不里米提;艾斯卡尔·艾木都拉;

    语音端点检测作为语音信号处理前端处理部分的一个重要环节,是各种语音任务的基础。基于深度神经网络的语音端点检测在数据支撑上需要对语音进行大量帧级别的标注,针对此问题,文中提出一种基于原型网络(ProtoNet)的小样本学习(Few-shot Learning)的语音端点检测算法,进一步减少在语音端点检测算法过程中因帧级别数据标注带来的繁琐工作。该算法利用所给出的标签计算出一个分类中心,通过计算查询点到分类中心的距离将未给出标签的查询点归类到分类中心,得到一个原型中心;在测试集上,计算测试集中的查询点与原型中心的距离并进行测试。实验语料基于MUSAN语音库,使用该语音库自带的噪声库进行加噪。实验结果表明,在各种环境噪声下,基于小样本学习的语音端点检测算法的性能优于基于深度神经网络的语音端点检测算法,而且该算法能够显著减少语音端点检测算法的数据准备工作量与系统数据量。

    2022年24期 v.45;No.623 145-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1408K]
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  • 基于优化聚类算法的多源大数据跨源调度系统设计

    陈利锋;

    由于多源大数据来源广、数量多,不同数据源之间跨源难度大,使得跨源调度模式单一,数据完整性较差、调度时间较长。为此,文中设计一种基于优化聚类算法的多源大数据跨源调度系统。在硬件采集器中引入Mifare RC522芯片,存储器内部同时加入原始数据存储模块和异常筛选数据存储模块,选用RR调度器完成状态分析;然后,计算多源数据节点度,分析数据源的精密度并确定数据集聚类中心,在优化聚类矩阵的基础上引入裁切系数,得到闭包关系矩阵,判断聚类关系后建立调度模型;最后,根据调度模型建立调度程序,通过优化聚类计算调度数据库,加入莫兰指数得到调度函数,在聚类循环模式下确定调度数据值。实验结果表明,所设计系统在顺向调度和逆向调度模式下,多源调度数据完整性都高于95%,调度时间分别为6.84 s和6.17 s,能够有效解决调度模式单一问题,提高调度效率。

    2022年24期 v.45;No.623 151-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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  • 基于改进S/Key系统的多因素身份认证方案

    刘永辉;赵丽;

    针对传统S/Key协议容易遭受伪服务器攻击和小数攻击等安全隐患,文中基于低计算复杂度的DES和MD5算法,提出一种具备抵抗多种安全攻击能力的多因素身份认证方案。首先,分析传统S/Key认证协议的具体流程,并阐明其在网络数据交互过程中的不足;再基于此,利用随机数生成器、DES算法和MD5算法改变用户隐私信息的传输方法,深度改进S/Key协议的用户注册和服务器认证方法,实现数据交互中用户和服务器之间的双向认证,有效地增强身份认证系统的保护机制与安全性能。相关仿真及安全性分析结果表明,与传统S/Key协议相比,基于改进S/Key协议的身份认证方案能够抵抗伪服务器攻击和小数攻击,具备更加优异的安全性能和算法执行效率。

    2022年24期 v.45;No.623 156-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1462K]
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  • APP软件用户反馈分析方法技术研究与实现

    罗压琼;

    仅从用户评论或APP操作行为角度分析软件用户反馈,所得结果较片面,难以令广大用户有较高的可信度。为了获取全面、综合的APP软件用户使用反馈,为开发人员提供真实有效的改进建议,文中针对APP软件用户评论与操作行为数据进行综合分析。首先,针对APP软件用户评论与操作行为数据进行预处理;然后,引入APP软件简介,通过语义相似度计算、查找用户评论与操作行为数据之间的关联关系;最后,基于二者之间的关联关系,使用数理统计的思想进行情感倾向相互验证。多批不同实验数据验证结果表明,APP软件用户评论与操作行为的关联准确率为83.03%,综合分析结果准确率为79%,能够满足实验预期的要求。通过APP软件用户评论与操作行为数据综合分析并查找二者之间的关联关系,能够得出全面、综合的APP软件使用反馈。

    2022年24期 v.45;No.623 161-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1364K]
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  • 多用户交互式遗传算法在室内布局可视化设计中的应用

    李明洋;王建英;

    为避免室内景观摆放位置偏离预设坐标轴,在保证场景美观性的同时,设计满足可视化需求的室内布局环境,文中针对多用户交互式遗传算法在室内布局可视化设计中的应用进行研究。根据多用户交互式遗传算法应用原则,确定室内布局所需的辅助设计工具;再分析室内场景的基本布局特征,完成室内布局可视化设计的相关工作准备。利用室内布局框架提取场景信息,通过坐标转换的方式实现对布局节点的可视化处理与融合,完成基于多用户交互式遗传算法室内布局可视化设计。实验结果表明,应用多用户交互式遗传算法的室内景观真实摆放位置与预设坐标轴之间的偏离程度平均值为19%,能够较好地满足室内场景布局的可视化设计需求。

    2022年24期 v.45;No.623 166-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 1466K]
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  • 虚拟会议中基于行为树的智能角色行为建模

    赵志稳;战荫伟;

    为优化用户在虚拟会议中的体验,便于用户在虚拟环境中进行交互和更好地开展会议,文中在虚拟场景中设计智能角色的视觉和听觉感知模型以及寻找行为、对话行为等,分析行为树中不同类型的节点,并利用行为树技术描述整个智能角色的行为逻辑,对其进行行为建模,最终得到可信的智能角色的控制行为树。在笔者开发的虚拟会议原型系统上对智能角色的行为模型进行仿真测试,通过所构建的智能角色的感知模型,驱动用户之间关于会议帮助的对话,让用户更好地了解整个会议,寻找在场景中发生的可疑声源并及时采取相应操作。结果表明,智能角色能够有效地感知和响应外部虚拟环境的变化,并做出相对应的行为决策,可为用户在虚拟会议场景中提供更多的便利和帮助。

    2022年24期 v.45;No.623 171-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1406K]
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  • 基于Hough变换的指针仪表特征提取

    王艺达;肖遥;余慧敏;

    指针仪表有着广泛的应用,但由于指针仪表数据记录大都由人工手抄,人工读数精度较低、劳动强度大,且受到光照、气候以及工作人员疲劳等因素影响,会产生一些安全隐患。为了避免人工判读带来的误差,降低人员工作强度,提高指针式仪表读数的客观性,文中采用基于霍夫变换提取指针仪表读数,围绕指针仪表的自动读数,对数字图像处理、图像特征提取、Hough变换、示值判读等一系列技术进行详细的研究。采用基于阈值分割和基于边缘分割相结合的方法,先降低图像的复杂度,再对图像进行边缘检测,提取仪表骨架的直线特征,将指针直线提取出来。最后测量指针直线相对于竖直方向的偏移角度,并利用角度法计算出仪表的数值。通过Matlab软件对设计方案进行仿真,成功提取到指针仪表图像的特征,得到指针仪表中的指针直线。

    2022年24期 v.45;No.623 176-180页 [查看摘要][在线阅读][下载 1418K]
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  • 面向联合试验环境的柔性中间件设计与实现

    李培宁;李宁;

    联合试验是指一个或多个试验主体完成某项试验任务。联合试验任务环境要求各试验基地场区的半实物模拟资源、全数字仿真资源、各类试验辅助设备等资源能够进行高效稳定的数据交互。为满足联合试验任务需求,实现各参试节点之间的互联、互通、互操作,文中设计一种柔性试验中间件系统。该系统基于Protobuf实现对待传输的对象模型信息进行自动编解码,提高中间件对各类型参试节点的数据兼容性。同时,系统预设面向不同类型数据传输要求及网络环境的服务质量策略可在任务过程中自适应调整。为满足联合试验平台运行中免编译的需求,系统采用基于模板的自动代码生成技术,为参试节点中的业务组件自动生成中间件代理可执行文件,即插即用。系统参与实际联合试验任务的验证结果表明,所设计柔性试验中间件功能正确,中间件信息处理时延小于1 ms,传输丢包率小于2%,性能符合联合试验任务需求。

    2022年24期 v.45;No.623 181-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1636K]
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