应用科学学报

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1. 神经网络剪枝技术研究综述

姜晓勇, 李忠义, 黄朗月, 彭孟乐, 徐书杨

应用科学学报 2022, 40 (5): 838-849. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.05.013

摘要（2498）

PDF（pc）（1569KB）（814）

本文梳理了神经网络剪枝技术的起源与研究进展，将其分为对权重参数稀疏化的非结构化剪枝和粗粒度的结构化剪枝，分别介绍了两者近年来具有代表性的方法。由于剪枝减少了模型参数，压缩了模型大小，使得深度模型能应用于嵌入式设备，表现出剪枝在深度学习模型压缩领域中的重要性。针对现有剪枝技术，阐述了一些在实际应用和衡量标准上存在的问题，并对未来的研究发展方向进行了展望。

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2. 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

应用科学学报 2022, 40 (6): 896-905. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.002

摘要（1690）

PDF（pc）（6185KB）（529）

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。

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3. 基于计算机视觉的水位检测算法

孙维亚, 王达, 许帅, 汪京晔, 马占宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 434-447. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.007

摘要（2446）

PDF（pc）（6429KB）（339）

鉴于传统的水位读数方法误差大，成本高，需要一种精确、实时、鲁棒的智能水位检测算法来高效读取水位，为此提出了一种基于计算机视觉的水位检测算法以满足实际需求。首先对拍摄到的图像进行预处理和边缘检测以找出水尺位置，并通过仿射变换对水尺进行矫正。通过两种策略在水尺区域找到水尺关键字的位置，即关键字处理。然后对边缘特征进行投影并检测出水面位置。最后根据关键字处理结果和边缘特征计算得到水面高度。大量实验和实地测试的结果表明：所提算法在基于计算机视觉的水位检测、水尺读数等领域具有理论和应用的双重价值。

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4. SlightDetection：一种以太坊智能合约安全漏洞的静态分析工具

陈霄汉, 赵相福, 张登记, 费佳佳

应用科学学报 2022, 40 (4): 695-712. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.04.012

摘要（1681）

PDF（pc）（645KB）（332）

以太坊智能合约若存在安全漏洞，则会导致无可估量的损失。为缓解该问题，提出了一种以静态程序分析技术实现代码全覆盖的智能合约漏洞检测工具SlightDetection。该工具将智能合约源代码转化为对应的抽象语法树，并翻译为XML中间表示；以几个经典漏洞的特征为例，书写自定义的XPath规则库；将XML中间表示与XPath库作为输入不断遍历XPath规则库并进行匹配，最终得到漏洞检测的报告。该文测试了3个经典合约，充分展示了SlightDetection具有更快、更准确的检测特性；对Etherscan上提供的大量智能合约进行测试并对其中100多份合约进行了手动验证，进一步证明了该工具的有效性。

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5. 高分遥感影像不同形状建筑物半自动提取与规则化

崔卫红, 李佳, 刘宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 372-388. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.002

摘要（1964）

PDF（pc）（8968KB）（330）

现有的高空间分辨率遥感影像交互式建筑物提取方法需要用户在建筑物上勾画出与建筑物大小和形状相近的线，且大多方法只能提取直角建筑物。为降低交互要求并实现不同形状建筑物的精确提取，该文首先在用户少量交互的基础上采用区域生长、高斯混合模型、CannyLines线段检测算法以及基于多星形约束的最大流/最小割分割模型获得建筑物图斑，然后分别针对直角建筑物和非直角建筑物图斑进行规则化，得到与实际建筑物形状一致的提取结果。实验表明，该方法交互简单且建筑物提取精度F₁值可达到0.9，具有较强的鲁棒性。

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6. 基于双流LSTM神经网络的股价趋势预测

吴峰, 谢聪, 姬少培

应用科学学报 2023, 41 (2): 344-358. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.013

摘要（2041）

PDF（pc）（1900KB）（284）

股价波动研究依赖分析金融新闻数据集浅层特征，而忽略了金融新闻句子中单词之间的结构关系，从而导致股价波动预测研究效果不佳。针对该问题，提出了一种基于双流长短时记忆网络（long short term memory network,LSTM）神经网络的股价趋势预测模型（Sent2Vec-DLSTM）。该模型的创新之处在于：提出了基于金融股票新闻数据集和哈佛IV-4情绪词典训练的情感词向量生成模型——Sent2Vec；提出了新型的双流LSTM神经网络（Dual-stream LSTM,DLSTM）。在实验中，首先用标普500指数历史数据以及爬取获得的金融类文章进行标普500指数的趋势预测，然后用VietStock新闻和来自Cophieu68的股票价格数据预测VN指数的变化趋势。结果表明，Sent2Vec-DLSTM相较于现有模型在股价趋势预测中具有更好的效果。

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7. 基于CycleGAN的图像隐私保护

谢艺艺, 张玉书, 赵若宇, 温文媖, 周玉倩

应用科学学报 2023, 41 (2): 228-239. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.004

摘要（2208）

PDF（pc）（9135KB）（278）

社交媒体和云平台为图像的传播和存储带来了便利，但同时也引起了人们对于图像隐私的担忧。因此，需要采取一定的措施去保护图像的隐私，以防止隐私被窃取和非法使用。基于上述目标，本文提出了基于循环对抗网络（cycle-consistent generative adversarialnetworks,CycleGAN）的图像隐私保护。为了在图像隐私保护中兼顾可用性，该方法先用图像分割和CycleGAN组合，选择出不同的分割系数来辅助生成不同程度的隐私保护图像。然后利用可逆信息隐藏对生成的隐私保护图像进行信息的嵌入，从而阻止非法使用者在图像重构中提取隐私信息，进而保证了整个过程图像隐私保护和可用性的平衡。本文用PIPA数据集对该方法进行训练和测试，采用峰值信噪比和结构相似性指数作为客观指标对隐私保护的图像进行评估。实验结果表明，本方案在图像隐私保护和可用性两方面都优于其他对比方案。

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8. 融合音频、文本、表情动作的多模态情感识别

贾宁, 郑纯军

应用科学学报 2023, 41 (1): 55-70. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.01.005

摘要（1755）

PDF（pc）（1376KB）（269）

针对机器识别人类情感过程中的精度不高、泛化能力不强等问题，提出了一种基于语音、文本和表情动作的3种模态情感识别融合方法。在语音模态中，设计深度波场延拓和改进波动物理模型，模拟长短期记忆（long short-term memory，LSTM）网络的序列信息挖掘过程；在文本模态中，利用含有多头注意力机制的Transformer模型捕捉语义上潜在的情感表达；在表情动作模态中，将提取面部表情和手部动作的序列特征与双向三层含有注意力机制的LSTM模型相结合。最终提出一种多性能指标下的模态融合方案，以实现高精度的、强泛化能力的情感识别。在通用的交互式情感二元运动捕捉语料库IEMOCAP中，将所提出的方法与现有的情感识别算法进行对比，实验结果表明：所提出的算法在单个模态和多个模态中的识别精度均较高，平均精度改善达到16.4%和10.5%，有效提升了人机交互中情感识别的能力。

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9. 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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10. 异构多链场景下跨境海产品供应链平台的架构设计与实现

吴欧, 张贺, 王岩泽, 李昊明, 李杉杉

应用科学学报 2022, 40 (4): 539-554. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.04.001

摘要（1848）

PDF（pc）（1509KB）（252）

对于传统海产品供应链中存在的数据造假、透明度低、难以追踪等问题，可以使用区块链技术解决；如果供应链上各组织采用无法进行数据交换和功能互补的异构区块链，就会带来价值孤岛问题。为此，选择基于中继机制的BitXHub跨链解决方案，设计并实现了一个支持主流区块链Hyperledger Fabric和Ethereum互操作的跨境海产品供应链平台。实验结果表明：该设计方案可以使系统每秒处理的交易数量达到937，能够满足实际场景下的业务需求。

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11. 基于深度学习的联邦集成算法

罗长银, 陈学斌, 宋尚文, 张淑芬, 刘之瑜

应用科学学报 2022, 40 (3): 493-510. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.012

摘要（2083）

PDF（pc）（1763KB）（247）

联邦学习是多源隐私数据保护领域研究的热点，其框架在满足数据不出本地的情况下，可以训练出多方均满意的共同模型，但存在本地模型参数难以整合且无法在安全的情况下将多源数据充分使用的问题，因此提出基于深度学习的联邦集成算法，将深度学习与集成学习应用到联邦学习的框架下，通过优化本地模型的参数，提高了本地模型准确率；使用不同的集成算法来整合本地模型参数，在提升模型准确率的同时兼顾了多源数据的安全性。实验结果表明：与传统多源数据处理技术相比，该算法在mnist、digits、letter、wine数据集训练模型的准确率依次提升1%、8%、-1%、1%，在保证准确率的同时也提升多源数据与模型的安全性，具有很重要的应用价值。

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12. 基于阈值电压的IGBT芯片疲劳失效模型

李游, 曹继伟, 郝光耀, 闫戈, 刘虹晓

应用科学学报 2022, 40 (5): 865-875. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.05.015

摘要（1643）

PDF（pc）（1175KB）（244）

为了实现对IGBT期间在全生命周期内的健康状态进行有效评估，基于半导体物理理论，研究了IGBT芯片疲劳失效机理，分析了IGBT栅极界面电荷密度对阈值电压的影响。以阈值电压作为IGBT的失效特征量，在研究阈值电压随疲劳失效时间变化规律的基础上，建立IGBT芯片疲劳失效失效模型。搭建了IGBT阈值电压测试测试平台，通过IGBT老化实验验证本文所提出的模型可以较为准确地表征和估算IGBT中的芯片老化程度，验证了失效模型的正确性和合理性。

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13. 基于奇偶交叉卷积的轻量级图像语义分割网络

栗风永, 叶彬, 秦川

应用科学学报 2022, 40 (3): 448-456. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.008

摘要（1833）

PDF（pc）（3606KB）（225）

传统轻量级图像语义分割网络中的跨步下采样卷积导致感受野呈现刺状分布，使得像素点利用率出现系统偏差，影响分割精度的提升。为此，针对传统的轻量级图像语义分割网络设计一种奇偶交叉卷积的下采样模块，在跨步奇数卷积模块前增加单步偶数卷积模块，在一定程度上缓解了刺状分布带来的不良影响，消除了分割网络中不同空间位置上像素利用率的偏差，最终提高了模型对像素点的分割精度。通过7种不同轻量级图像语义分割网络的对比可以看出，所提模型可以明显消除刺状分布，使分割网络的精度进一步提高，同时也证明了该模型适用于不同的轻量级网络，具有普适性。

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14. 基于模糊隶属度的船舶中断航迹关联识别方法

陈兆彤, 陈江平, 潘励

应用科学学报 2023, 41 (2): 296-310. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.010

摘要（2148）

PDF（pc）（2053KB）（221）

为实现对中断的航迹进行准确的关联识别，形成统一的海上态势，提出了基于航迹预测和模糊隶属度评价的航迹关联识别方法。采用多项式拟合方法进行航迹的双向推测，选取位置、航向、速度作为模糊因素集，采用岭型模糊隶属度函数计算预测的航迹点之间各模糊因素的隶属度并加权得到单时刻隶属度，构造加权函数计算综合隶属度，通过阈值门限判断两航迹是否关联。在仿真实验中，所提方法精确率大于90%，召回率大于80%，关联性能优于传统方法。为进一步研究该方法的场景适应性，仿真了不同场景下的船舶航迹雷达监测数据，包括中断区间内船舶运动稳定场景、速度变化场景、航向变化场景等，船舶运动状态稳定时关联结果的召回率大于90%，中断区间内速度变化小于8 km/h时召回率大于84%，航向变化低于25–时召回率大于88%。该方法为解决非合作船舶交叉环境下的中断航迹关联识别问题提供了有效途径。

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15. 粒子群优化的深海图像暗边缘检测优化算法

邹倩颖, 陈晖阳, 李永生, 胡力雯, 王小芳

应用科学学报 2023, 41 (1): 153-169. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.01.012

摘要（1433）

PDF（pc）（6687KB）（218）

为解决深海资源探测图像识别难题，提出一种基于粒子群优化的图像暗边缘检测优化算法。该算法通过指数型线性单元和高斯误差线性单元改进激活函数，根据Marr-Hildreth算子检测结果并结合改进激活函数构建暗边缘检测算法，利用粒子群对改进暗边缘检测算法进行训练和优化。最后，采用不同算法对水下11个数据集进行比较的结果表明：改进算法的峰值信噪比、结构相似度和边缘保持指数最高，分别达到18.769 6 dB、0.660 7和0.834 5；图像均方误差最低，为3 750.225 3；平均检测时间为0.667 4 s，比其他对比实验中性能最好的算法缩短了14%。

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16. 无人机激光雷达点云电力杆塔倾斜状态测量

芦竹茂, 龚浩, 金秋衡, 胡庆武, 李加元

应用科学学报 2022, 40 (3): 389-399. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.003

摘要（2091）

PDF（pc）（1603KB）（217）

针对传统杆塔倾斜度测量方法难度大、强度大、效率低的问题，提出了一种基于无人机激光雷达点云的电力杆塔倾斜率精准测量方法。该方法利用无人机LiDAR电力巡线获取的散乱杆塔三维激光点云，通过拟合塔身结构来计算杆塔中心线，进而计算杆塔倾斜率。为验证方法的有效性，挑选了6种类型共18个电力杆塔，分析点云密度对倾斜检测算法的影响，并计算倾斜检测算法的精度。结果显示电力杆塔倾斜角测量的平均相对误差小于0.7°，证明了该方法的有效性和正确性。

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17. 实体类别信息增强的命名实体识别算法

刘明辉, 唐望径, 许斌, 仝美涵, 王黎明, 钟琦, 徐剑军

应用科学学报 2023, 41 (1): 1-9. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.01.001

摘要（1595）

PDF（pc）（1423KB）（212）

中文命名实体识别（named entity recognition，NER）字符级别模型会忽略句子中词语的信息，为此提出了一种基于知识图谱中实体类别信息增强的中文NER方法。首先，使用分词工具对训练集进行分词，选出所有可能的词语构建词表；其次，利用通用知识图谱检索词表中实体的类别信息，并以简单有效的方式构建与字符相关的词集，根据词集中实体对应的类别信息生成实体类别信息集合；最后，采用词嵌入的方法将类别信息的集合转换成嵌入与字符嵌入拼接，以此丰富嵌入层生成的特征。所提出的方法可以作为嵌入层扩充特征多样性的模块使用，也可与多种编码器-解码器的模型结合使用。在微软亚洲研究院提出的中文NER数据集上的实验展现了该模型的优越性，相较于双向长短期记忆网络与双向长短期记忆网络+条件随机场模型，在评价指标F₁上分别提升了11.00%与3.09%，从而验证了知识图谱中实体的类别信息对中文NER增强的有效性。

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18. 基于水印神经网络的可溯源DNN模型保护方法

刘雅蕾, 和红杰, 陈帆, 刘卓华

应用科学学报 2023, 41 (2): 183-196. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.001

摘要（2209）

PDF（pc）（9105KB）（212）

针对深度神经网络（deep neural networks,DNN）模型安全与版权认证的问题，提出了一种多用户溯源的水印神经网络模型，通过密钥驱动生成水印图像，将其不可见地嵌入待保护目标模型的输出图像中，实现DNN模型的知识产权保护和版权追踪。在待保护的DNN模型中添加一种编解码器网络实现水印的嵌入，并使用双流篡改检测网络作为判别器，解决了模型的输出图像中可能出现的水印残留问题，提升了水印嵌入过程的不可感知性，减少了对DNN模型性能的影响，增强了安全性。此外，通过本文设计的双阶段训练法针对不同用户分发不同的含水印模型，当发生版权纠纷时，使用另一个残差网络可以从输出图像中提取水印图像。实验证明，本方法分发含水印的模型效率较高，并且即使对多个用户分发了嵌入相似水印图像的DNN模型，水印神经网络依然可以成功对模型进行溯源。

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19. 区块链链下支付通道网络的可选择多路径支付方案

刘亚, 杜海洲

应用科学学报 2022, 40 (3): 511-527. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.013

摘要（2081）

PDF（pc）（753KB）（209）

链下支付通道网络存在用户节点无法根据实际需求选择转账方式、单次路由中仅使用单一路径发起交易导致的容错率低等问题。为此，提出一种基于链下支付通道网络的可选择多路径支付方案，可以为用户节点提供基于实际需求的距离最短优先、手续费最低优先以及距离和手续费综合度量3种转发选择；同时基于链下支付通道网络改进了开放最短路径优先协议，并根据节点所选的不同优先级构建多条路径以并行转发支付，相对于已有的方案显著提升了单次路由下转账支付的成功率；最后还设计了接收方节点确认转账成功后可主动释放其他路径的功能，以适当提高支付性能。

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20. 交易数据全生命周期区块链隐私保护评估方法

朱旭光, 邢春晓, 李雯晴, 郝潆婷

应用科学学报 2022, 40 (4): 555-566. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.04.002

摘要（1663）

PDF（pc）（768KB）（207）

针对区块链与传统信息系统之间的差异，提出一种面向区块链交易数据全生命周期的隐私保护评估方法，从交易数据的发布、共识、存储和应用等方面分析区块链隐私泄露风险和隐私保护方法，建立区块链隐私保护评估指标体系；使用层次分析法与成对比较法相结合的动态指标权重分配方法进行指标相对重要性决策与权重计算；综合隐私保护强度、交易数据可用性和隐私保护技术性能3个维度来计算区块链隐私保护相关能力得分。经分析表明该方法能够实现对区块链隐私保护水平的综合性评估。

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