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（3154）

PDF（pc）（1569KB）（1835）

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（1922）

PDF（pc）（6185KB）（1138）

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（2484）

PDF（pc）（9135KB）（759）

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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4. 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（1779）

PDF（pc）（1175KB）（696）

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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5. 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（1900）

PDF（pc）（645KB）（658）

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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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（2230）

PDF（pc）（1900KB）（592）

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（2809）

PDF（pc）（6429KB）（557）

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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8. 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（2180）

PDF（pc）（8968KB）（532）

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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9. 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（2384）

PDF（pc）（1376KB）（527）

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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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（2130）

PDF（pc）（1509KB）（489）

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. 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

应用科学学报 2022, 40 (6): 918-940. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.004

摘要（1804）

PDF（pc）（849KB）（488）

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。

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12. 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（2425）

PDF（pc）（9105KB）（470）

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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13. 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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14. 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（1920）

PDF（pc）（768KB）（460）

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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15. 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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16. 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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17. 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（2377）

PDF（pc）（2053KB）（452）

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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18. 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（2425）

PDF（pc）（1603KB）（448）

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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19. 基于结构覆盖和状态识别的FSM一致性测试实验评估

林玮玮, 曾红卫, 缪淮扣, 王晓琳

应用科学学报 2023, 41 (2): 326-343. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.012

摘要（2060）

PDF（pc）（786KB）（447）

针对在测试资源紧张的情况下所面临的不同测试技术中测试方法选择问题，阐明了对基于结构覆盖和基于状态识别的测试生成技术进行实验评估的必要性，以10个有限状态机（finite state machine,FSM）应用实例为实验对象，从测试开销和错误覆盖能力两方面对这两种技术进行了实证研究，为FSM一致性测试中这两种技术的选择应用提供了经验性的参考建议。

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20. 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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