应用科学学报

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2018, 36(5): 0-0.

摘要 ( 344 )

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微结构光纤SPR传感器进展

魏勇, 苏于东, 刘春兰, 张羽, 刘志海, 苑立波

2018, 36(5): 723-747. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.001

摘要 ( 771 )

PDF (54744KB) ( 501 )

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光纤表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）传感器是未来SPR传感技术发展和系统微型化的自然延伸，但光纤型SPR传感器无法有效解决灵敏度低以及实现多通道测量困难两大瓶颈问题.近年来，该课题组借鉴微结构光纤构建微缩集成SPR传感器的思路，对微结构光纤SPR传感器技术进行了初步探索，其目的是既提高SPR传感器探测灵敏度，同时又解决生物化学传感的多通道测量这两个关键问题.利用微结构光纤实现SPR传感器，可极大地缩小SPR系统的体积，更易于光学器件在光纤中的集成，因而具有广阔的应用前景.

石墨烯/金复合薄膜微纳光纤集成光控波导

李钦友, 周爱, 郭东来

2018, 36(5): 748-755. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.002

摘要 ( 583 )

PDF (10127KB) ( 242 )

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设计并制作了一种具有微纳光纤、石墨烯/金复合薄膜、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）三明治结构的光波导.由于石墨烯/金薄膜保持了平面形态，该光波导表现出很强的光学偏振和可饱和吸收特性.金膜在限制光波导表面倏逝场的同时，增强了倏逝场与石墨烯的相互作用.实验结果表明，微纳光纤光波导中的两种相互垂直的偏振模式（P和S偏振模式）在1 550 nm波长处的消光比可达42.3 dB；由于S偏振模式的光与石墨烯相互作用更强，使用S偏振模式的泵浦光进行光调制特性研究可进一步提高光场能量的利用效率.当980 nm泵浦光能量为130 mW时，信号光强度的调制深度达41.3 dB，信号光的3 dB和10 dB调制对应的泵浦光功率分别为2.8 mW和5.6 mW.

移动与定点扫描结合的室内点云数据获取方法

莫悠, 钟若飞, 张振鑫

2018, 36(5): 756-764. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.003

摘要 ( 894 )

PDF (16225KB) ( 184 )

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针对室内移动测图系统在数据获取过程中出现的部分区域密度不足及缺失的问题，提出一种室内移动与地面定点激光扫描技术相结合的室内精细点云数据获取方法.首先以里程计与惯性导航结合的室内定位技术为基础，集成室内移动测图系统并快速获取室内三维数据；再结合地面定点激光扫描技术在点云数据密度获取上的优势，增补点云稀疏及缺失区域的数据，并进一步完成两种不同扫描方式点云数据的配准；最后通过三维建模和误差分析实验验证该方法有效可行.结果表明，室内移动测图系统能快速且高精度地获取室内三维数据；通过室内移动与地面定点两种扫描方式的结合，在一定程度上解决了数据密度不足及缺失的问题，从而提高了建筑物室内精细点云建模的可靠性与完整性.

一种基于多参数模糊逻辑的车载通信资源协同优化方法

张玉婷, 赵海涛, 唐紫浩, 朱洪波

2018, 36(5): 765-773. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.004

摘要 ( 628 )

PDF (6362KB) ( 181 )

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车载自组织网络（vehicular ad hoc networks，VANETs）中存在大量文本、音频、视频等资源，但网络的高动态性和本地服务器的存储限制了资源的使用，不仅会导致用户请求资源失败，而且因传输无效零散数据而浪费带宽和存储.为解决这个问题，改进了一种基于模糊逻辑的资源管理（fuzzy logic resource management，FLRM）方法——多参数模糊逻辑资源管理（multi-parameter fuzzy logic resource management，MP-FLRM）.首先基于V2I通信模式收集并记录每种资源的请求时间、下载时间、上传时间，然后根据多参数的去模糊化运算得到每种资源的存在时间以实时更新资源列表.对比仿真与现有的多种资源管理方案，结果显示MP-FLRM能够提高系统的吞吐量，有效改善系统性能.

三维场景非平稳MIMO信道构建及参数演进方法

江凯丽, 陈小敏, 朱秋明, 胡续俊, 陈兵

2018, 36(5): 774-786. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.005

摘要 ( 615 )

PDF (11464KB) ( 195 )

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在移动通信系统中，收发端散射环境变化将导致无线信道呈现非平稳特性，针对基站-移动台之间的三维传播场景，构建了一种非平稳多输入多输出信道模型，该模型考虑了衰落相位的连续性，从而保证输出信道多普勒频率的准确性.提出了一种针对该模型的信道参数更新算法，该算法考虑了传播路径的生灭、时延、功率、出发角和到达角分布等参数随时间变化的演进过程.数值仿真结果表明，所构建的信道模型能够直观地复现无线信道的非平稳特性，输出的各子信道衰落的时变自相关和互相关特性均与理论值吻合，提出的非平稳信道模型的平稳间隔与实测数据相符，可用于三维移动场景下无线通信系统的方案设计、性能优化和系统验证等领域.

三相无锁相环单次谐波检测法

李文娟, 邵学信, 包汉, 徐伟

2018, 36(5): 787-797. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.006

摘要 ( 753 )

PDF (12106KB) ( 135 )

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传统的单次谐波检测法存在计算精度过分依赖锁相环锁相性能的问题，当电网电压出现畸变时，锁相环就会得到错误的相位，为此提出了一种三相无锁相环单次谐波检测法.该方法通过数学分析得到电源电压的正序分量，进而得到正确的电压相位信息，代替并优化了锁相环的功能，并在原理分析的基础上验证了改进的单次谐波检测法在三相电压畸变情况下的可行性.利用PSCAD/EMTDC仿真平台，对三相无锁相环单次谐波检测法的检测精度进行了验证.在理论分析和仿真研究的基础上搭建了实验平台，实验结果进一步证明了该检测方法的可靠性.

海南城市发展进程遥感监测分析与模拟

王恒, 张丽, 毕森, 韩瑞丹

2018, 36(5): 798-807. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.007

摘要 ( 900 )

PDF (10404KB) ( 144 )

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基于混合像元分解模型与CLUE-S模型相结合的方法，对海南省三亚市和海口市两个不同类型城市在2000–2015年期间的城市化进程进行了监测，模拟分析了两个城市2020年城市土地利用分布格局及异同.结果表明，海口市和三亚市在15年来均存在大幅度城市扩张情况，其中三亚市扩张了3.4倍，扩张程度更为巨大.实验表明，所采用的混合像元分解模型与CLUE-S模型相结合的方法能够提供更加精细的城市发展过程信息，有助于城市规划与国土资源决策.

MRI的脑部肿瘤分割及其三维重建

侯东奥, 鲁宇明, 汪宇玲, 刘武

2018, 36(5): 808-818. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.008

摘要 ( 1129 )

PDF (14784KB) ( 281 )

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脑部肿瘤精确分割和三维重建的研究对脑部肿瘤疾病的诊断具有重要意义.提出一种全自动的脑肿瘤分割方法，该方法首先利用人脑结构信息的对称性，通过区域生长法实现脑肿瘤的粗略分割，然后将粗分割区域作为初始水平集轮廓，利用改进的测地线活动轮廓（geodesic active contours，GAC）模型进一步精确分割.经实验分析可知，该模型具有良好的分割灰度不均匀的弱边缘能力.最后对分割出的脑部肿瘤序列图像进行面绘制重建及其可视化，以此为脑肿瘤研究提供更多维度的信息.

非对称失真的空域自适应隐写

王子驰, 张新鹏, 秦川

2018, 36(5): 819-825. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.009

摘要 ( 611 )

PDF (6004KB) ( 279 )

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提出一种用于空域自适应隐写的区分加减——失真代价的通用方法，首先利用像素灰度值本身的失真代价值优化原始失真代价函数.然后通过迭代，多次根据修改情况进一步调整失真代价.经过调整的失真代价能最大程度地聚集修改方向，使含密图像具有更好的抗检测性.实验表明，优化后的失真代价函数能显著提高空域自适应隐写方法的安全性.

顾及高程平面及视差约束的最小二乘影像匹配算法

张春森, 牟岩, 朱师欢, 郭丙轩, 仇振国

2018, 36(5): 826-836. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.010

摘要 ( 810 )

PDF (10030KB) ( 232 )

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针对传统最小二乘影像匹配受影像质量和初值条件限制的问题，结合铅垂线轨迹法（vertical line locus，VLL）与基于共线条件约束的多片最小二乘匹配算法（multiphoto geometrically constrained matching，MPGC）的特点，提出了一种顾及高程平面及视差约束的最小二乘影像匹配算法.该算法基于高程平面约束匹配，在匹配过程中顾及视差约束进行搜索匹配.视差偏移量可为最小二乘匹配提供可靠稳定的初值条件，能够实现影像的高精度匹配.为验证算法的有效性，分别采用铅垂线轨迹法、基于共线条件约束的多片最小二乘匹配算法与该算法进行对比分析实验.结果表明，该算法在匹配准确性以及后续空中三角测量解算方面比上述两种算法更有优势.

改进卷积神经网络的语音情感识别方法

曾润华, 张树群

2018, 36(5): 837-844. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.011

摘要 ( 995 )

PDF (1084KB) ( 247 )

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研究了基于卷积神经网络的语音情感识别算法，改进了传统卷积神经网络训练过程中的卷积核权值的更新算法，使卷积核权值的更新算法与迭代次数有关联；同时为了增加情感语音之间的特征差异性，将语音信号经过预处理后得到的梅尔频率倒谱系数特征数据矩阵进行变换，提高卷积神经网络的表达能力.实验表明，改进后的语音情感识别算法的错误识别率比传统算法的错误识别率约减少7%.

基于编码标志的无人机电力巡检自主定位方法

许忠雄, 邵瑰玮, 谢予星, 吴亮, 季铮

2018, 36(5): 845-858. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.012

摘要 ( 817 )

PDF (31217KB) ( 171 )

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为了实现无人机在变电站巡检时自主避障，提出一种利用编码标志作为控制点的无人机自主定位方法.首先讨论编码标志的设计与解码，然后利用灰度方向直方图（histogram of oriented gradient，HOG）特征和支持向量机（support vector machine，SVM）检测并跟踪图像中的编码标志，以提高算法运行效率，最后根据编码标志在电塔上的位置及其在图像上的对应坐标，由物点与像点的透视关系解算无人机位置.实验表明：HOG+SVM组合检测图像中的编码标志召回率为99%；解码算法在编码标志模糊、变形等极端条件下依然保持强鲁棒性，解码错误率仅为0.05%；无人机定位误差不超过±0.03 m，算法运行速度达10帧/s，可用于变电站的实际巡检.

变时滞不确定复杂动态网络的指数同步控制

罗毅平, 舒黎, 周笔锋

2018, 36(5): 859-869. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.013

摘要 ( 574 )

PDF (2102KB) ( 224 )

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针对一类具有变时滞非线性耦合的不确定复杂动态网络，研究其指数同步问题.同时考虑复杂网络模型中变时滞和网络的不确定性，在节点的动态变化及节点间的耦合均为非线性条件下，假设不确定项满足匹配条件，变时滞未知但有界，通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，利用线性矩阵不等式等分析方法设计了合适的反馈控制器，得到一类具有变时滞的不确定复杂动态网络指数同步的新判据.最后，通过仿真验证了所提出控制设计的有效性.

基于TSA的非线性神经网络预测控制

姜雪莹, 施惠元, 苏成利, 李平

2018, 36(5): 870-878. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2018.05.014

摘要 ( 785 )

PDF (5320KB) ( 195 )

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针对现有非线性预测控制方法在线递推控制律时求解非线性方程的困难，提出一种基于树和种子算法（tree and seed algorithm，TSA）的非线性神经网络预测控制算法.该算法采用径向基函数（radical basis function，RBF）神经网络建立非线性系统的过程模型，并将该模型作为预测模型，可以有效逼近系统的过程特性.在此基础上，通过该模型递推非线性系统的预测输出值，并设计具有约束的二次型性能指标.利用TSA优化该性能指标，不断在线搜索非线性预测控制系统的最优控制律，避免采用直接递推的方式求解复杂非线性优化问题，减轻了系统的计算负担.生化发酵过程仿真对比结果表明，该算法具有很强的跟踪和抗干扰能力.

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