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（1122）

PDF（pc）（6613KB）（466）

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. 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（397）

PDF（pc）（1320KB）（455）

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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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（940）

PDF（pc）（1490KB）（454）

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. 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（393）

PDF（pc）（3577KB）（446）

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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5. 数字图像隐写分析综述

王子驰, 李斌, 冯国瑞, 张新鹏

应用科学学报 2024, 42 (5): 723-732. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2024.05.001

摘要（391）

PDF（pc）（2695KB）（438）

数字隐写是机密信息安全传递的重要方式，将机密信息隐藏于普通多媒体数据（图像或视音频）中可以实现隐蔽传输。而发现机密信息的隐蔽传输可采用隐写分析技术，隐写分析根据隐写引起的载体数据统计异常来判断多媒体数据是否含有秘密信息。近年来，隐写与隐写分析在相互对抗中不断进步与发展。随着社交网络的兴起，数字图像已成为社交媒介之一并广泛传播。本文以数字图像为例，梳理了近十余年数字图像隐写分析研究的发展现状；综述了传统隐写分析与深度学习隐写分析；探讨了各类方法面临的挑战，并展望了隐写分析的发展趋势。

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6. 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（303）

PDF（pc）（10129KB）（417）

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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7. 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（869）

PDF（pc）（1627KB）（415）

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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8. 跨通道交互注意力机制驱动的双流网络跨模态行人重识别

何磊, 栗风永, 秦川

应用科学学报 2024, 42 (5): 884-892. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2024.05.014

摘要（197）

PDF（pc）（4390KB）（391）

现有的跨模态行人重识别方法不能同时兼顾模态间与模态内的目标行人差异，很难提升检索准确度。为解决这一问题，引入跨通道交互的注意力机制，增强行人特征的鲁棒提取能力，有效抑制冗余特征的提取并获得更具辨别力的特征表达。进一步，联合异质中心三元组损失、三元组损失和身份损失进行监督学习，有效结合了行人特征的跨模态类间差异和类内差异。实验证明了所提方法的有效性。与7个已有的经典方法相比，所提方法在两个标准数据集RegDB与SYSU-MM01上都取得了较好的性能效果。

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9. 基于信誉和聚类的动态拜占庭容错算法

巫光福, 杨子, 黄宝珠

应用科学学报 2023, 41 (6): 1046-1057. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.011

摘要（335）

PDF（pc）（1143KB）（390）

针对目前实用拜占庭容错共识算法主节点选取随意，节点加入或退出没有良好的响应机制以及节点较多时共识效率会降低等问题，提出了一种基于信誉和聚类的动态拜占庭容错算法。根据改进聚类算法将节点分为K个共识区域，提高了较多节点参与共识时的效率；根据信誉评估算法中节点奖罚机制对节点的共识行为进行信誉值评估，然后根据高信誉值选取可靠代理节点，同时剔除信誉值较低的节点，降低了拜占庭节点成为主节点的概率。在节点分类过程中结合信誉评估算法，进行K个代理节点的选取，增加了系统的稳定性、安全性。实验仿真结果表明，所提算法与PBFT相比，具有节点动态加入和退出的功能，同时通信开销较小、交易时延较低、吞吐量较高，有较好的容错性和扩展性。

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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（264）

PDF（pc）（710KB）（373）

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. 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（190）

PDF（pc）（1701KB）（363）

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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12. 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（261）

PDF（pc）（816KB）（345）

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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13. 零知识证明下可审计追溯区块链隐私保护模型

吴勐, 戚湧

应用科学学报 2024, 42 (4): 598-612. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2024.04.004

摘要（199）

PDF（pc）（558KB）（339）

为解决区块链网络中各节点共享账本导致敏感数据暴露，以及隐私数据加密导致无法审计追溯的问题，提出一种基于有向图和零知识证明的可审计追溯的区块链隐私保护模型。该模型基于Hyperledger Fabric开源框架进行扩展，有效继承Fabric的特性，通过对链上交易信息加密，利用Pedersen承诺和Schnorr类型的零知识证明生成平衡证明、追溯证明、资产证明和一致性证明，以提供快速的、可证明正确的隐私数据审计；利用有向图结构账本构建交易图，实现对区块链上交易信息的可追溯性，并对前向交易生成证明验证追溯的正确性。实验结果表明，所提出的模型以不到10%的吞吐量为代价在Fabric上实现了完整的审计和可追溯，其性能更优于现有的相关模型。

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14. 大区域场景下基于无人机视角的目标计数方法

谢婷, 张守龙, 丁来辉, 胥志伟, 杨晓刚, 王胜科

应用科学学报 2024, 42 (1): 67-82. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2024.01.006

摘要（328）

PDF（pc）（9343KB）（338）

近年来，无人机因其灵活度高、机动性强在人群计数领域得到广泛应用。然而，现有的人群计数方法大多基于单视点，对于大范围、多摄像机场景下的多视点计数研究较少。为了解决这个问题，提出了一种基于无人机视角的目标计数方法以准确统计场景中的目标数量。选择临海区域进行数据采集，利用深度学习技术对采集的图像进行目标检测和图像拼接融合，在拼接后的图像中映射检测信息，并采用计数算法完成区域场景的计数任务。在公开数据集和该文制作的数据集上进行的实验验证了基于目标检测的计数算法的有效性。

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15. 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（348）

PDF（pc）（1729KB）（334）

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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16. 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（271）

PDF（pc）（2679KB）（326）

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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17. 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（769）

PDF（pc）（704KB）（323）

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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18. 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（302）

PDF（pc）（829KB）（322）

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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19. 基于双流自适应时空增强图卷积网络的手语识别

金彦亮, 吴筱

应用科学学报 2024, 42 (2): 189-199. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2024.02.001

摘要（240）

PDF（pc）（1979KB）（321）

针对提取手语特征过程中出现的信息表征能力差、信息不完整问题，设计了一种双流自适应时空增强图卷积网络（two-stream adaptive enhanced spatial temporal graph convolutional network，TAEST-GCN）实现基于孤立词的手语识别。该网络使用人体身体、手部和面部节点作为输入，构造基于人体关节和骨骼的双流结构。通过自适应时空图卷积模块生成不同部位之间的连接，并充分利用其中的位置和方向信息。同时采用残差连接方式设计自适应多尺度时空注意力模块，进一步增强该网络在空域和时域的卷积能力。将双流网络提取到的有效特征进行加权融合，可以分类输出手语词汇。最后在公开的中文手语孤立词数据集上进行实验，在100类词汇和500类词汇分类任务中准确率达到了95.57%和89.62%。

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20. 虚实结合的无人水面艇自主航行测试系统设计

刘虹晓, 杨诚, 谭艾迪, 鹿靖, 李游

应用科学学报 2023, 41 (6): 1068-1077. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.013

摘要（344）

PDF（pc）（3284KB）（313）

无人水面艇自主航行系统的海上实装测试成本高、周期长,纯虚拟仿真测试在无人水面艇运动仿真环节真实性差,为了提高无人水面艇自主航行系统测试的效费比,综合虚拟仿真测试与实装测试的优势,设计了虚实结合的无人水面艇自主航行测试系统,在任务场景构建与环境感知传感器环节使用虚拟仿真技术,在无人艇传动系统与船舶海洋动力学环节采用实装在环路技术,通过虚实空间配准技术将无人水面艇在虚拟空间的数字孪生体与真实空间的物理实体进行实时空间位置、姿态同步,最后通过仿真实验表明了该测试系统的正确性与合理性。

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