应用科学学报

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1. 基于语义分割的遥感影像建筑变化检测

尹美杰, 倪翠, 王朋, 张广渊

应用科学学报 2023, 41 (3): 448-460. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.03.007

摘要（867）

PDF（pc）（6613KB）（255）

遥感影像变化检测是利用多时相影像确定一定时间内地物或现象的变化，提供地物空间变化的定性与定量信息。传统遥感影像变化检测方法主要基于地面纹理及空间特征的方法，存在着难以精确识别遥感影像中新增建筑物的问题，为此该文提出了一种基于 UNet网络的遥感影像建筑物变化检测方法。首先，将轻量级高效通道注意力机制网络（efficientchannel attention network, ECANet），注入到原 UNet 网络模型，调整并优化网络结构，提升影像分割的准确度。然后改进 SENet 网络参数，提高遥感影像中的建筑物变化检测的精度。该文在高分辨率数据集 LIVER-CD 上进行实验，结果表明，所提方法的语义分割准确度达到99.03%，建筑变化检测准确率达到 98.62%。相比于其他方法，该方法增强了影像的有效特征，提升了遥感影像中地面建筑物的检测精度。

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2. 激光点云线性KNN算法FPGA实现及加速

陈小宇, 阳梦雪, 李常对, 赵鹏程

应用科学学报 2023, 41 (5): 831-839. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.009

摘要（174）

PDF（pc）（1729KB）（199）

针对三维激光点云线性K最近邻（K-nearest neighbor,KNN）搜索耗时长的问题，提出了一种利用多处理器片上系统（multi-processor system on chip,MPSoC）现场可编程门阵列（field-programmable gate array，FPGA）实现三维激光点云KNN快速搜索的方法。首先给出了三维激光点云KNN算法的MPSoC FPGA实现框架；然后详细阐述了每个模块的设计思路及实现过程；最后利用MZU15A开发板和天眸16线旋转机械激光雷达搭建了测试平台，完成了三维激光点云KNN算法MPSoC FPGA加速的测试验证。实验结果表明：基于MPSoC FPGA实现的三维激光点云KNN算法能在保证邻近点搜索精度的情况下，减少邻近点搜索耗时。

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3. 基于知识图谱的报文故障分析与检索

嵇文路, 邓星, 朱红勤, 赵杨, 江结林

应用科学学报 2023, 41 (3): 378-390. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.03.002

摘要（775）

PDF（pc）（1490KB）（194）

针对电网规模扩大带来的故障分析模式复杂、故障排除困难等问题，提出一种基于知识图谱的报文故障分析与检索方法。首先通过自然语言处理技术结合专家文档，完成电力调度故障知识图谱的构建。然后将专家知识以原子规则（不可分割的规则）的形式存储于图谱中，实现智能化故障分析、检索及辅助维护人员决策等目标，从而提高业务过程效率。最后结合知识图谱与日志信息，利用神经网络分析故障成因，从多个潜在解中获取最优解。实验结果表明：在真实数据和合成数据上，该方法能获得很好的故障分析与检索效果。

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4. 基于多特征卷积神经网络的哨兵二号影像地物分类

黄显培, 孟庆祥

应用科学学报 2023, 41 (5): 766-776. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.004

摘要（172）

PDF（pc）（1320KB）（187）

空间分辨率为10 m的哨兵二号影像在原始的GoogLeNet中以影像的光谱值作为输入，没有将影像中的地物视为一个整体对象，为了利用影像的面向对象特征，提出了基于多特征的Object-oriented GoogLeNet网络结构。Object-oriented GoogLeNet在原有模型的基础上，引入了面向对象的光谱特征和形状特征，充分利用了不同地物间差异的形状特征进行分类。在武汉市及其周边的无云影像制作的数据集上，Object-oriented GoogLeNet模型的分类结果总体精度在GoogLeNet基础上提升了1.773%。结果表明，引入面向对象的特征模型在哨兵二号遥感影像分类中效果更好。

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5. 面向边云协同计算的能耗感知资源调度方法

杨君, 朱颖雯

应用科学学报 2023, 41 (3): 369-377. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.03.001

摘要（734）

PDF（pc）（1627KB）（185）

边缘计算在处理大量计算复杂的任务时，可能会引发任务实时执行效果下降以及能耗高等方面的问题。为此提出一种面向边云协同计算的能耗感知资源调度方法，首先根据实时保证率将任务分流到云计算和边缘计算，然后基于弹性资源特性提出能耗感知的资源调度策略，为实时任务生成虚拟资源配置方案，最后通过仿真实验验证了所提算法的有效性，该算法可以在保证实时性的前提下降低能耗。

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6. 结合transformer多尺度实例交互的稀疏集目标检测

阚亚亚, 张孙杰, 熊娟, 祖奕

应用科学学报 2023, 41 (5): 777-788. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.005

摘要（125）

PDF（pc）（9049KB）（185）

为改进稀疏集目标检测方法存在的特征图缺乏空间细节信息、目标特征没有做到全局上下文实例交互、全局语义信息没有得到充分学习等问题，设计了一种结合自适应特征增强和实例特征交互的稀疏集目标检测算法。自适应特征增强模块在特征提取过程中利用不同尺度的池化和卷积来丰富高级语义信息，减小低级语义信息背景噪声的干扰，降低目标错检率和漏检率。实例特征交互模块在边界框回归设计中结合transformer的多层注意力，并融合通道注意力和动态卷积网络对建议框的通道信息进行增强，改善了目标的边缘信息，提高了网络的实例特征交互效率。最后在COCO2017数据集与原始网络进行实验对比，平均精度提升了4.2%，其中在大目标上提升了4.6%，在PASCAL VOC数据集上提升了2.7%。

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7. 碳交易规制下的共享电动汽车充放电优化

李军祥, 何雯婷, 王金玲

应用科学学报 2023, 41 (5): 896-910. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.014

摘要（85）

PDF（pc）（1701KB）（184）

针对当前电网负荷压力大及调峰困难等问题，以换电模式下共享电动汽车作为研究对象，提出了参与碳交易市场和调峰辅助服务市场的电动汽车充放电优化模型。上层模型以电动汽车运营商日运营成本最小为目标对电动汽车进行充放电调度，下层则以电网负荷波动最小为目标对上层的调度结果进行优化。从电动汽车运营商和电网两个角度对比分析了该文所提的充放电方案，并且将一个运行周期内电动汽车运营商与燃油汽车运营商所产生的碳排放量进行比较。仿真结果表明：所提模型可以在满足用户出行需求的同时，降低运营商的成本，同时减小电网负荷波动。

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8. 基于压缩激励残差分组扩张卷积和密集线性门控Unet歌声分离方法

张天骐, 熊天, 吴超, 闻斌

应用科学学报 2023, 41 (5): 815-830. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.008

摘要（151）

PDF（pc）（6107KB）（175）

针对Unet频域歌声分离网络模型对语音时序信息的捕获困难以及底层特征利用率不高的问题，设计了一种相比于基线Unet网络参数量更小且歌声分离效果更好的卷积神经网络。首先设计了一种残差分组扩张卷积结合压缩激励模块，并将其引入到编码和解码阶段，该模块在参数量减少和增大网络感受野的同时自适应学习不同通道的重要特征，不但增强了有用特征，而且还抑制了无用特征。其次在传输层将线性门控单元采用密集相加连接来增强网络在特征传递过程中对时序特征的获取，并且使用扩张卷积来代替普通卷积以扩大网络的感受野。最后使用注意力门控机制来代替基线Unet中的跳跃连接以加强网络对底层特征的利用。在Ccmixter和MUSDB18数据集中进行实验，与基线网络相比，歌声分离的性能指标都有提升，并且其参数量大约只有基线网络的1/5。

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9. 融合自注意力机制与生成对抗网络的DEM空洞填充

张春森, 朱江乐, 张学芬, 刘旭东, 史书

应用科学学报 2023, 41 (5): 789-800. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.006

摘要（127）

PDF（pc）（10129KB）（168）

针对现有数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据空洞填充算法存在修复效果不连续、适用空值范围狭小以及细节重构丢失等问题，提出了一种融合自注意力机制的生成式对抗网络的DEM空洞填充方法。首先，构造自注意力机制提取DEM数据特征信息，改善DEM空洞填充结果高程值不连续和纹理细节缺失的问题。其次，在生成器中使用对称结构的卷积与反卷积网络结构，保证生成可靠度较高的数据以实现空洞区域填充，并利用判别器实现空洞填充结果的预分类。最后，结合重构损失函数进行训练，提升DEM空洞填充结果对异常值的鲁棒性，增强模型的回归能力。采用不同分辨率DEM数据进行空洞填充并与现有方法进行对比，结果表明：所提方法能够大幅提升填充精度，有效解决原始数据中存在的空洞问题。

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10. 融合Skip-gram与R-SOPMI的教育领域情感词典构建

陈俊, 席宁丽, 李佳敏, 万晓容

应用科学学报 2023, 41 (5): 870-880. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.012

摘要（130）

PDF（pc）（710KB）（167）

提出一种基于特征融合的细粒度教育领域情感词典构建方法。首先构建了教育领域语料库，包含正式、非正式领域情绪特征；其次提出一种融合特征的领域情绪词典构建方法，在情绪划分基础上识别词的语言概率特征以及统计概率特征，改进情感倾向点互信息，提出用于情绪分类的情感倾向点互信息算法，实现共现多分类情绪划分；最后得到细粒度教育领域情感词典，词典扩充至39 138个情绪词。实验表明：使用所提出方法构建的教育领域情绪词典除情绪“怒”以外，各类别F1综合指标均高于78.09%，整体性能良好。与通用词典相比，宏平均准确率、宏召回率和宏F1分别提升了21.95%、2.50%和13.01%，表明该融合特征方法能有效提取领域特征进而完成细粒度领域词典构建。

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11. 基于低秩和重加权稀疏表示的红外弱小目标检测算法

杨亚东, 黄胜一, 谭毅华

应用科学学报 2023, 41 (5): 753-765. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.003

摘要（134）

PDF（pc）（2679KB）（150）

红外弱小目标检测技术是红外告警系统中的关键技术之一，但如何精确、快速、鲁棒地进行弱小目标检测依然是个难题。该文提出了基于低秩和重加权稀疏表示的红外弱小目标检测算法，设计了新的优化方程，更精确地描述了背景矩阵的秩，利用结构张量提取红外图像的局部先验信息权重，同时提取目标矩阵的自增强稀疏权重，使模型能够更好地抑制背景中的边缘干扰来提取目标。实验表明：所提算法精度优于现有的经典基线算法，速度超越了一些经典算法。从性能和时间两个方面综合考虑，所提算法有着较好的优越性，对远距离红外弱小目标告警具有积极的意义和良好的应用价值。

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12. 基于相变材料Ge₂Sb₂Te₅的光纤存储器

殷嘉悦, 程思莹, 娄存恺, 杨博智, 张羽

应用科学学报 2023, 41 (5): 727-737. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.001

摘要（146）

PDF（pc）（8717KB）（148）

光纤的典型功能是通信和传感，该文赋予光纤存储的功能，设计了一种全光纤存储器，以满足光纤通信系统智能化发展的需要。利用单模光纤（single-mode fiber,SMF）与多模光纤（multimode fiber,MMF）同轴焊接，并通过磁控溅射方法将Ge₂Sb₂Te₅（GST）材料沉积在MMF端面，端面出射的类贝塞尔光束可以切换GST的相态。MMF的长度影响端面光场，最终选择1.5 mm长的MMF以实现具有任意级别访问能力、高光学对比度、稳定重复性良好的非易失性存储器。该存储器可以实现11级存储，并能够在11个存储等级间进行任意且稳定的切换，光学对比度达到50%，重复循环至少34次。

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13. 北斗卫星导航产业发展态势的多维度预测方法

柳占杰, 孙艺新, 袁嘉琪, 刘哲, 唐雪华, 张永生, 高明哲

应用科学学报 2023, 41 (3): 500-514. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.03.011

摘要（664）

PDF（pc）（704KB）（147）

针对北斗市场发展过程中不同维度市场产值的预测需求，从整体产值、产业链、上市公司市值等 3 个不同维度构建了北斗市场产值预测模型。从整体市场产值预测需求出发，研究对比了不同预测模型的产值预测方法及精度，得到不同数据情况下的模型选择参考；基于产业链的产值发展数据，采用不同的经济预测模型，实现单一产业链或整体产值的统计预测；基于上市公司市场产值的预测方法，对特定上市公司、整体北斗市场等不同维度和层次的市场产值进行跟踪和预测。最后，通过实验验证分析了不同模型和方法的精度和可行性，分析在不同数据基础和预测需求条件下的适用方法，为满足不同维度的北斗市场产值预测提供数据和决策支持。

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14. 基于OCR和图像检测的盖章文书图像自动审核方法

曹菁, 陈康, 齐宁, 夏鹏程, 邱渝

应用科学学报 2023, 41 (6): 1058-1067. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.012

摘要（166）

PDF（pc）（2009KB）（147）

本文基于OCR和图像检测技术设计并实现了一个解决盖章文书图像审核耗时、低效、准确率无保障问题的自动审核方法。具体包括三个部分：文字识别、印章识别和表格内容审核。其中文字识别部分包括带有角度的文本检测算法SegLink以及卷积递归神经网络（convolutional recurrent neural network,CRNN）；印章识别部分包括印章识别与提取算法YOLOv3和印章内容识别方法——极坐标变换法；表格内容审核部分根据预设的规则对表格内容进行完备性和正确性检测。实验结果表明，该方法对此类盖章文书图像具有较高的审核准确率。

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15. 基于数据校验时空图的卫星网络连接计划设计

戴翠琴, 贺黎明, 罗屹

应用科学学报 2023, 41 (5): 738-752. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.002

摘要（122）

PDF（pc）（808KB）（146）

针对低轨卫星网络中网络时空连通性和流量阻塞的问题，综合考虑了星间链路状态、卫星能效和负载状态，提出了一种基于数据校验时空图的连接计划设计（data checktime-space graph-contact plan design,DCTSG-CPD）方案。首先，构建基于电池模型的数据校验时空图（data check time-space graph,DCTSG），并以星间链路和卫星能源为约束，将连接计划设计建模为最大化吞吐量问题；其次，在DCTSG的基础上，通过对校验数据和转发数据的对比判断网络拥塞状态，根据卫星节点负载和星间链路流量阻塞状态，生成可用连接计划（contact plan,CP）；最后，设计适应度函数以评价可用CP的优劣，提出基于数据校验的遗传算法更新CP以生成吞吐量最大化的最佳CP。仿真结果表明，所提DCTSG-CPD方案不仅能够提升吞吐量，而且可以有效降低数据交付时延。

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16. 哈希算法异构可重构高能效计算系统研究

郑博文, 聂一, 柴志雷

应用科学学报 2023, 41 (6): 1031-1045. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.010

摘要（138）

PDF（pc）（829KB）（140）

针对应用场景中不同哈希算法乃至多哈希算法组合的高速计算需求,纯软件方式难以满足性能需求,基于FPGA或ASIC的硬件方式又面临灵活性不足的问题,设计了一种异构且加速端硬件可重构的哈希算法高能效计算系统。计算系统由算法硬件加速模块、数据传输模块、多线程管理模块实现,并且通过硬件的动态可重构设计提升了计算能效。实验结果表明,在Intel Stratix10 FPGA异构计算平台上,针对加解密计算,选择MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512和RIPEMD-160算法作为测试对象,所实现的系统相比Intel Core I7-10700CPU,最高可获得18.7倍的性能提升和34倍的能效提升,相比NVIDIA GTX 1650 SUPER GPU,最高可获得2倍的性能提升和5.6倍的能效提升。

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17. 基于联盟链的可搜索电子病历双重授权共享方案

马雪, 潘恒, 姚中原, 斯雪明

应用科学学报 2023, 41 (5): 881-895. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.013

摘要（129）

PDF（pc）（816KB）（134）

在云环境下检索电子病历存在安全问题和患者隐私数据泄露问题，为此提出了一种支持链上关键字密文检索的电子病历双重授权共享方案。将原始病历密文存储在云端，借助可搜索加密技术构造病历关键词索引信息并将其存储在区块链上。在获取医院检索权限的前提下，利用分布式条件下的关键字检索算法实现病历密文数据的安全检索。基于可搜索代理重加密算法提出了电子病历链上授权方法，保证了患者对所属病历的访问控制权，实现了医院和患者对共享病历的双重授权。最后，采用随机预言机模型验证了该方案在n-QBDH假设下的语义安全性，并通过实验证明了该方案在计算开销方面的优越性。

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18. 阿尔茨海默症的多模态分类方法

李伟汉, 侯北平, 胡飞阳, 朱必宏

应用科学学报 2023, 41 (6): 1004-1018. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.008

摘要（140）

PDF（pc）（3577KB）（132）

目前在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、早期轻度认知障碍患者(early mild cognitive impairment,EMCI)和正常人(normal control,NC)的分级诊断中存在着EMCI识别困难、多分类识别率低的问题。针对上述难点,提出一种脑区域特征选取方法,设计了融合残差网络的多模态AD分类模型。首先对三类脑核磁共振影像进行配准;然后采用贝叶斯方法和高斯混合模型分割脑组织,获得灰质信息进行组间差异性分析,确定脑图像选取区域;最后将脑图像与生物标志物一起输入分类模型。实验表明:与传统方法相比,本方法脑图像分类准确率提高5%以上,融合生物标志物和脑图像的多模态分类中AD&NC、AD&EMCI、AD&EMCI&NC分类准确率分别为95.5%、93.5%、86.3%,均高于任意单模态网络,验证了本方法的有效性。

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19. 基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法

苏湛, 陈学谦, 艾均, 黄忠

应用科学学报 2023, 41 (6): 940-957. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.003

摘要（145）

PDF（pc）（1238KB）（115）

邻居选择和物品的标签信息对于推荐系统进行评分预测具有重要的影响。为了解决推荐系统中存在的预测和排序准确性低及算法可拓展性不足的问题。本文基于距离模型算法,提出了基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法。首先,选取相似性大于阈值的用户作为待预测用户的邻居来应对算法可拓展性不足的问题。其次,利用物品的标签信息,将用户对物品的评分映射为用户对物品标签的评分以提高准确性。通过在两个电影数据集中利用十折验证预测用户对电影的评分。实验结果表明,基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法在准确性以及可拓展性中均获得了较大提升。

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20. 中文目录

应用科学学报 2023, 41 (5): 1-0.

摘要（87）

PDF（pc）（88KB）（114）

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