应用科学学报

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2022, 40(6): 1-0.

摘要 ( 1484 )

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基于超深残差通道注意力网络的图像压缩感知重构

袁文杰, 田金鹏, 杨洁

2022, 40(6): 887-895. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.001

摘要 ( 1641 )

PDF (9927KB) ( 201 )

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提出了一种基于超深残差通道注意力网络的图像压缩感知重构算法。超深残差通道注意力网络的重构部分由多个残差组组成，每个残差组包含一个长连接和一组带有短连接的残差块。长连接结构能够有效传播丰富的低频信息，使主干网络专注于学习高频信息。在残差块中引入通道注意力机制，通过考虑通道间的相互依赖性来自适应地重新划分通道特征，从而达到强化重要特征的效果。实验表明，该算法能够有效提升图像压缩感知的重构精度。

用于Hg²⁺浓度检测的S型光纤包层SPR传感器

魏勇, 赵晓玲, 王锐, 刘春兰, 张永慧

2022, 40(6): 896-905. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.002

摘要 ( 1688 )

PDF (6185KB) ( 499 )

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光纤包层型表面等离子体共振（surface plasmon resonance,SPR）传感器不需去除包层，可用于生化传感，但该传感器存在结构种类较少的问题。为此该文提出一种基于S型光纤的新型包层SPR传感器结构，利用电熔技术制作S型光纤，在S型结构后面的包层表面镀制50nm金膜，实现纤芯中的光耦合至包层，然后与包层表面金膜接触，构成光纤包层型SPR传感器，最后实现了Hg²⁺浓度检测。在5pmol/L~5mmol/L的浓度检测范围内，SPR共振谷波长由633.03nm移动至645.09nm，检测灵敏度达1.382nm/lg(mmol/L)。S型光纤包层SPR传感器制作简单，可用于单模、多模光纤以实现包层SPR传感，尤其适用于生化检测领域。

基于AttentionU-Net的陆地卫星影像云检测

刘飞, 李欣

2022, 40(6): 906-917. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.003

摘要 ( 1700 )

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云检测是提高遥感影像利用率和应用范围的有效措施。然而，现有云检测算法大多存在以下两个问题：冰、雪等复杂下垫面与云不易区分；需要大量人工标记好的云样本对模型进行训练。为提高影像云识别精度，提出了一种基于Attention U-Net的陆地卫星影像云检测算法。首先，利用卷积操作在编码模块提取云的浅层特征；然后，利用反卷积、跳跃连接和注意力机制在解码模块进一步挖掘云特征；最后，利用少量公开的陆地卫星影像云样本数据进行训练，实现端到端的陆地卫星影像像素级云检测。实验结果表明，与传统的机器学习算法相比，所提算法的总体检测精度更高，薄云和云阴影的误检率和漏检率更低。

频控阵雷达研究进展：从系统架构到参数估计

张小飞, 王成, 李建峰, 吴启晖

2022, 40(6): 918-940. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.004

摘要 ( 1645 )

PDF (849KB) ( 186 )

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频控阵（frequency diversity array,FDA）利用发送端不同阵元间较小的频率偏移量实现目标角度和距离相关的系统模型，为波束赋形、角度与距离联合估计和干扰抑制等奠定基础。该文分析了FDA的研究背景与研究现状；给出了基于FDA的多进多出（multi-input multi-output,MIMO）雷达实现参数估计的原理以及系统模型；提出了展开互质线阵-展开互质频偏架构、虚拟互质面阵-展开互质频偏架构和合成孔径-多互质频偏架构；提出了降维求根多信号分类算法、快速收敛三线性分解算法、级联迭代算法、二级降维MUSIC算法和降维解耦合MUSIC算法；最后实验仿真验证了所提架构和算法的有效性和优越性。

基于半监督回归的高光谱土壤重金属质量浓度反演

毛耿旋, 涂彦, 崔文博, 陶超

2022, 40(6): 941-952. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.005

摘要 ( 1674 )

PDF (3260KB) ( 98 )

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针对如何利用少量有标记样本和大量无标记样本训练出鲁棒性的土壤重金属质量浓度反演模型的问题，以土壤中重金属镉（Cd）为研究对象，选取4个不同地区（衡阳-郴州，原平-保定）的光谱数据分两组进行实验验证。在通过迁移成分分析方法缩小不同区域的光谱分布差异后，提出一种基于半监督回归的高光谱土壤重金属质量浓度反演模型。实验结果显示，与传统的全监督建模方法相比，在第1组衡阳-郴州的实验中，所提的半监督方法能够将可决系数R²提升至0.75，相对分析误差(relative predictive deviation,RPD)提升至2.15；在第2组原平-保定的实验中，R²提升至0.70，RPD提升至1.61。实验表明，在较少标记样本情况下，通过引入大量的未标记样本进行半监督回归分析可有效提升模型反演精度。

融合北斗及LiDAR移动测量的电力工程道路横断面自动获取方法

孙艺新, 柳占杰, 刘哲, 唐雪华, 曾晓东, 李静

2022, 40(6): 953-963. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.006

摘要 ( 1639 )

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传统的电力工程道路横断面测量方法通过接触式测量，对横断面上的各个测量点逐个进行测定，内、外业工作人工劳动强度大。现有基于LiDAR的测量方法虽然解决了外业数据的获取效率问题，但是内业数据处理依然采用手工方式，数据处理效率非常低。针对现有方法的内业处理瓶颈问题，提出了一种融合北斗定位技术和LiDAR移动测量的道路横断面自动获取方法。通过移动载体上的激光扫描数据采集端，获取高精度的道路环境三维激光点云数据；利用北斗定位及惯性测量单元提供的瞬时位姿信息，将点云数据拼接为整体环境点云；根据道路横断面截面所在位置，自动提取待测位置的激光点云，自动提取道路横断面点云数据和生成横断面的标准化格式文件。与现有方法相比，所提方法在内业处理中仅需要设置道路设计要素和横断面的测量间距等信息，可实时获取道路横断面的成果数据，极大地提高了自动化程度和工作效率。

一种改进的激光雷达点云公路断面生产方法

郑亮, 张志艺, 琚宝林, 李圣明

2022, 40(6): 964-972. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.007

摘要 ( 1657 )

PDF (1556KB) ( 73 )

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传统点云断面提取是在3D产品基础上进行的，需要先对点云滤波获得地面点，再采样得到断面信息，这一过程处理数据量大、工作效率低而且断面成果质量难以保证，需要大量手工精化工作。该文针对公路断面专题制作的生产需求，提出了一种新的生产流程及方法，首先基于数字表面模型数据提取断面，对断面的点云集合进行二维投影，得到二维点阵列；再基于偏度平衡的滤波算法对点云阵列进行滤波；最后进行保留特征的断面点云抽稀。实验表明，新流程减少了数据处理量，有效提高了断面生产的效率和精度。

基于时频分析与深度学习的高分辨距离像雷达目标识别

聂江华, 肖永生, 黄丽贞, 贺丰收

2022, 40(6): 973-983. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.008

摘要 ( 1671 )

PDF (2799KB) ( 116 )

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传统的基于高分辨距离像（high resolution range profile,HRRP）雷达目标识别方法易受噪声影响，为此提出一种基于时频分析与深度学习的HRRP雷达目标识别方法。首先使用生成模型对低信噪比的HRRP数据进行处理，以提高数据的信噪比，生成模型采用深度卷积生成对抗网络（deep convolutional generative adversarial network,DCGAN）和所提出的约束朴素最小二乘生成对抗网络（constrained naive leasts quares generative adversarial network,CN-LSGAN）；其次将处理后的数据分别进行短时傅里叶变换（short-time Fourier transform,STFT）和小波变换（wavelet transform,WT），得到二维时频数据；最后利用卷积神经网络（convolutional neuralnetwork,CNN）进行识别。实验结果表明，CN-LSGAN相对DCGAN能够更好地提高信噪比，WT相比STFT得到的数据更能获取HRRP特征信息，因而基于CN-LSGAN,WT与CNN的HRRP雷达目标识别方法具有更好的识别效果。

使用随机邻域分析的地面激光扫描点云采样间隔估算

陈茂霖, 张昕怡, 刘祥江, 姬翠翠, 赵立都

2022, 40(6): 984-995. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.009

摘要 ( 1626 )

PDF (1731KB) ( 77 )

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面向采样间隔未知的地面激光扫描点云数据，提出了一种使用随机邻域分析的采样间隔估算方法。在扫描数据中随机选取n个中心点并构建k邻域，计算每个中心点光束与相应邻域点光束的水平和竖直方向夹角；以区间宽度△统计水平和竖直夹角数目并构建直方图，取点数第2多的区间内的夹角均值作为当前△下的水平和竖直采样间隔；在此基础上，以多个△参数得到的采样间隔中位数作为最终估算结果。该文在不同扫描仪采集的数据上进行多组实验，并在MathWorks平台上共享实验代码。实验结果表明，所提方法的估算误差小于0.002°，对不同地物类型和参数设置具有很好的稳定性。

基于广度残差与像素点注意力的图像去模糊模型

况发, 熊邦书, 欧巧凤, 余磊

2022, 40(6): 996-1005. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.010

摘要 ( 1550 )

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针对现有方法难以快速从模糊图像中恢复高质量清晰图像的问题，提出了基于广度残差与像素点注意力的图像去模糊模型。该模型以编解码网络为基础，采用广度卷积与多阶残差方法，构建广度残差模块，提高了模型处理速度；同时，采用局部平均与矩阵叉乘，构建像素点注意力模块，增强了模型去模糊质量。在GOPRO数据集上进行的实验结果表明，在模型大小仅为22.24MB情况下，结构相似度为0.9223，峰值信噪比为31.74dB，平均运行时间为0.37s。所提出方法与尺度循环网络方法相比，其峰值信噪比提高了4%，并且性能优于现有其他去模糊方法。

面向移动云服务的分级访问控制的认证协议

王捷, 李晶, 罗影

2022, 40(6): 1006-1018. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.011

摘要 ( 1555 )

PDF (1138KB) ( 115 )

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针对移动云计算服务环境中终端设备资源有限的问题，在现有支持分级访问的认证协议基础上，基于签密技术和多服务器认证技术设计了一个高效的、具有分级访问控制和隐私保护的认证协议。新协议支持单点注册，认证过程无需与可信第三方通信，且移动终端未使用计算复杂度高的双线性对运算。性能分析结果显示，与现有的具有分级访问的认证协议相比，该改进协议在移动终端的计算效率提升约34%，提高了云服务的访问效率，具有一定的实用价值。

基于区块链的双线性对外包支付协议

杨丹玲, 任艳丽

2022, 40(6): 1019-1033. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.012

摘要 ( 1523 )

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为解决现有的双线性对外包支付协议依赖可信第三方，没有实现参与双方的公平性等问题，提出基于区块链系统的协议以实现去中心化，通过对原始数据进行盲化处理实现数据隐私，对恶意参与方实施扣除押金惩罚来保证公平支付。当用户质疑外包结果的正确性时,区块链利用用户提供的随机数据和随机向量即可快速验证，从而提高了支付效率。在以太坊中进行模拟实验，结果表明用户计算量大幅减少，用户能有效验证外包结果的正确性且实现支付公平性。与已有协议相比，用户和服务器在支付阶段效率都是最高的。

倾转四旋翼无人机固定时间位姿一体化控制

熊航, 李波, 秦轲, 巩文全

2022, 40(6): 1034-1046. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.013

摘要 ( 1563 )

PDF (1496KB) ( 136 )

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针对存在参数不确定性和外部干扰的倾转四旋翼无人机位姿一体化控制问题，提出一种新颖的基于非奇异终端滑模和对偶四元数原理的固定时间控制方法。首先，针对倾转四旋翼无人机跟踪控制系统设计了一种基于对偶四元数的非奇异终端滑模面。然后，考虑到无人机受到外部干扰和参数不确定性的影响，设计了一个基于浸入与不变流形原理的自适应律来估计不确定参数，解决了估计值偏离真实值的问题，进而提出一种固定时间控制律实现无人机轨迹跟踪控制。数值仿真结果验证了所提控制方案的可行性和有效性，该方案对外部干扰和参数不确定性具有较强的鲁棒性。

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