应用科学学报

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1. 英文目录

应用科学学报 2020, 38 (1): 0-0.

摘要（450）

PDF（pc）（49KB）（113）

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2. 面向边缘人工智能计算的区块链技术综述

方俊杰, 雷凯

应用科学学报 2020, 38 (1): 1-21. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.001

摘要（2571）

PDF（pc）（2418KB）（2035）

区块链构建了一个分布式点对点的系统，作为一种安全可验证的分散确认事务的机制，广泛应用于金融经济、物联网、大数据、云计算和边缘计算领域.边缘人工智能计算（edgeAI computing）即面向边缘网络应用场景的群智AI计算模式.在无人驾驶等高动态、超低延时、资源受限、数据与计算解耦的边缘网络应用场景下，跨域可信、隐私保护、入侵监测、细粒度激励等需求对区块链研究提出了进一步的挑战.关注到人工智能向边缘网络下放的趋势，该文讨论区块链在新兴的边缘人工智能计算领域的应用.首先介绍了区块链技术的基础架构，概述了相关研究和应用方向；接着从边缘人工智能计算的概念与兴起出发，详细分析并讨论了区块链技术在面向边缘人工智能计算领域的应用需求，包括相关研究综述、应用趋势和未来研究方向.此外，还总结了区块链技术应用在边缘人工智能计算方面的优势和未来仍需关注的问题.

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3. 物联网中区块链技术的应用与挑战

何正源, 段田田, 张颖, 张瀚文, 孙毅

应用科学学报 2020, 38 (1): 22-33. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.002

摘要（1783）

PDF（pc）（3656KB）（807）

随着物联网技术的快速发展和广泛应用，分布式网络环境下的身份验证、数据隐私、网络安全等问题变得更加重要，而这些问题可以通过引入区块链技术来得到有效解决.该文简述了区块链的基本概念，介绍了区块链在物联网中的应用场景，并对当前一些相关工作的成果进行了综述；介绍了针对物联网场景下区块链底层技术的研究以及区块链物联网所面临的问题与挑战，希望能对未来区块链物联网的研究有一定的参考价值.

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4. 基于树形拓扑网络的实用拜占庭容错共识算法

包振山, 王凯旋, 张文博

应用科学学报 2020, 38 (1): 34-50. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.003

摘要（1176）

PDF（pc）（10189KB）（923）

实用拜占庭容错算法在节点数量较多的广域网环境下存在性能瓶颈.为提高该算法的可扩展性，基于树形拓扑网络将全网范围共识拆分为若干子网范围共识；同时引入信誉模型以降低错误节点在共识过程中的影响力，提高系统的安全性、容错性与可靠性.实验结果表明：所提算法的性能明显优于原有算法，表现出良好的可扩展性，可用于大规模许可链系统.

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5. 一种基于权益代表的可扩展共识协议

李忠诚, 黄建华, 唐瑞琮, 胡庆春, 夏旭

应用科学学报 2020, 38 (1): 51-64. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.004

摘要（1124）

PDF（pc）（5760KB）（860）

区块链系统在去中心化、安全性和可扩展性达到动态平衡的难点在于高效共识机制的设计.为解决现有区块链系统中共识机制面临的安全与性能的瓶颈问题，提出了一种基于权益代表的可扩展共识协议（delegate-based scalable consensus protocol，DSCP）.首先，DSCP采用分区并行共识方式来构建高性能和可拓展的区块链，并通过代理机制生成全网认可的共识区块；其次，为了提高网络分区速度和分区内的共识性能，提出了基于可验证随机函数（verifiable random function，VRF）算法的网络节点快速分区机制，设计了基于投票的分区共识算法（voting-based consensus protocol，VCP）；最后，提出了新的激励和押金机制，以增强DSCP协议的安全性.实验分析表明：与现有的区块链共识协议相比，DSCP有着良好的性能优势.

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6. 基于区块链的河长制水质信息存证系统

邹秀清, 罗得寸, 林平, 沈世平, 谢振平, 王玉珏, 丁勇

应用科学学报 2020, 38 (1): 65-80. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.005

摘要（1079）

PDF（pc）（11814KB）（592）

针对传统技术面临的数据管理中心化、不公开透明等问题，将区块链技术应用于河长制水质信息管理领域.使用企业级开源框架超级账本技术搭建的河长制水质信息系统将核心水质信息上传至区块链，以实现用户链上信息存证的功能.对于系统中已被非法篡改的水质信息，以验证还原的方式进一步保证数据的安全性和可靠性.实验结果表明：水质信息上链和查询的平均吞吐量达到200 tps以上，最高可达500 tps，符合预期的系统性能要求.

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7. 牌类游戏可信存证链系统

苑陈娟, 孙国梓, 李华康, 王纪涛

应用科学学报 2020, 38 (1): 81-92. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.006

摘要（1006）

PDF（pc）（2799KB）（530）

目前，市面上棋牌类游戏的信任问题一直得不到有效解决，外挂等作弊手段层出不穷.为此，基于当下区块链去中心化、防篡改的特点提出了一种牌类游戏防作弊方法.通过API接入玩家的牌面信息，使用Huffman Merkle Hash tree （HuffMHT）算法对牌面信息进行数据压缩，采用多种加密算法对压缩后的数据进行加密，并编写智能合约将加密信息锚定在区块链上.任何人只需对比区块链上的发牌信息和出牌信息即可发现是否作弊.实验结果表明，该方法能有效解决牌类游戏的信任问题，确保牌类游戏的安全.

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8. 一种结合BLS签名的可拜占庭容错Raft算法

王日宏, 张立锋, 周航, 徐泉清

应用科学学报 2020, 38 (1): 93-104. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.007

摘要（884）

PDF（pc）（3098KB）（1026）

针对Raft算法中的拜占庭容错问题，提出结合BLS签名的拜占庭容错（RaftByzantine fault tolerance，RBFT）算法.首先，利用BLS签名实现阈值签名，将投票过程转化为阈值签名过程，并将该过程与Raft算法的AppendEntries消息和RequestVote消息结合，尽可能地减弱容错过程对共识效率的影响；其次，通过增量哈希引入安全状态，保证了日志的不可篡改性；接着引入客户端对Leader节点的动态监控，以避免拜占庭Leader节点消极反馈的发生，进一步保证了算法的活性；最后，由本地多节点仿真实验表明：RBFT算法有效提升了数据吞吐量和可拓展性，并降低了交易延迟.

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9. 基于区块链的电子仓单可信存储技术

王文奇, 潘恒, 潘磊, 关云云

应用科学学报 2020, 38 (1): 105-118. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.008

摘要（1234）

PDF（pc）（9394KB）（882）

电子仓单是供应链物流流转过程中的重要凭证，电子仓单及其背后的仓储过程信息必须是可信且不可修改的，而传统数据库技术无法有效解决这一问题.针对仓储物流中物联网的特点，利用区块链技术设计了区块链系统以存储电子仓单及相关物联网信息的总体框架，并设计了基于信誉度的共识算法.基于Bitcoin源码设计了可以存储各种信息以及适合交易运算的底层区块存储系统，并且设计了可以交易电子仓单以及存储仓储信息的交易算法.实验证明了该系统的有效性和可行性.

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10. 区块链节点存储优化方案

江云超, 何小卫, 崔一举

应用科学学报 2020, 38 (1): 119-126. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.009

摘要（1162）

PDF（pc）（3463KB）（1000）

随着区块链技术的不断发展，区块链中的区块也在不断增加，区块链新节点面临越来越大的区块存储以及较长的区块同步时间等问题.为了解决该问题，提出一种区块链节点存储优化方案.首先分析区块链恶意节点概率并计算每个分片中区块的数量；然后获取区块链节点数量以及分片中编号最大区块被恶意节点攻击的概率，计算出每个分片需要存储的副本数量.经实验分析得到：该优化方案减少了区块链节点约50%的区块存储，并减少节点约22%的同步区块时间.因此，该优化方案不仅减少了区块链的节点存储，还提高了新节点加入区块链的效率.

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11. 一种病人可控的电子病历安全访问方案

潘恒, 潘磊, 姚中原, 斯雪明

应用科学学报 2020, 38 (1): 127-138. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.010

摘要（1129）

PDF（pc）（4745KB）（634）

部分病人对其电子病历访问有全程管控的特殊需求，而现有云环境下的电子病历共享系统却无法满足这一需求，于是提出了一种基于超级账本和星际文件系统的电子病历安全访问方案HyperEHR.该方案设计了由病历请求者所在机构以及病人双重审核且由病人决定病历最终访问权的方法.为保证跨机构之间的医疗数据安全互访，将病历生成、更新以及访问等信息存储在联盟链区块中，而将各医院、诊所产生的具体病历信息和访问控制策略加密存储在云端星际文件系统中.系统实现及分析表明：该方案有较好的可扩展性、互操作性及安全性，可满足病人对其医疗数据访问的管控，有效防止病历隐私泄露.

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12. 基于区块链的物联网节点位置隐私保护模型

佘维, 陈建森, 顾志豪, 田钊, 徐力, 刘炜

应用科学学报 2020, 38 (1): 139-151. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.011

摘要（1118）

PDF（pc）（4656KB）（357）

物联网正在改变消费者的行为和业务流程.针对物联网设备的信息隐私及安全问题，提出基于区块链技术的物联网设备位置信息保护模型.该模型首先借助区块链技术将记录设备标识，保证物联网设备信息不可篡改；然后基于白名单技术实现分布式哈希表网络，并对设备位置信息进行异或处理以隐藏物联网的网络拓扑，保护物联网设备的位置信息；最后根据k-匿名算法泛化数据的敏感属性为用户提供区域信息统计服务.实验结果证明该模型可以有效隐藏设备位置信息，同时能够提供定制的区域统计服务并且保护用户信息安全.

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13. 智能生态网络:知识驱动的未来价值互联网基础设施

雷凯, 黄硕康, 方俊杰, 黄济乐, 谢英英, 彭波

应用科学学报 2020, 38 (1): 152-172. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.012

摘要（2336）

PDF（pc）（17166KB）（326）

未来互联网内容知识化、知识价值化、价值网络化、网络生态化、生态智能化的发展趋势已经越来越显著.针对传统IP互联网架构僵化、内容感知能力弱、多构架/多网络融合能力差、控制调度灵活性低、内生安全与信任维护机制缺失、服务质量模式单一、评价指标及方法落后等不足，创新性地提出智能生态网络（intelligent eco networking，IEN）.IEN基于虚拟化、可编程设备、软硬结合的技术路线，改进信息中心网络构架构，综合分布式人工智能分析决策与区块链共识计算技术，考量存储、计算与带宽网络资源成本/效益指标，构建层次化、智能化、语义化的新型智联网络构架.IEN向后兼容IP协议，向前演进面向跨域、边缘重点场景的命名（或标识）与IP融合异质计算寻址的多模态网络协议，叠加内容、身份鉴授权与多方可信激励机制，增强网络资源分配模型和优化评价体系.通过内容语义检测与身份可信鉴授权，IEN能坚持安全可控与开放包容并重，旨在形成一个高扩展、动态适应、多目标优化的网络基础设施，砥砺探索新一代产业化、经济化、生态化未来互联网，奠定一个开放与共享、协同互惠的智能生态网络.

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14. 基于联盟链的微电网身份认证协议

张利华, 胡方舟, 黄阳, 万源华, 李晶晶

应用科学学报 2020, 38 (1): 173-183. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.013

摘要（1191）

PDF（pc）（3712KB）（366）

目前，微电网电力交易存在着身份认证协议不安全、交易中心化、数据无法追踪溯源、节点之间缺乏共识等问题，而区块链具有分布式存储、去中心化、数据不可篡改等优势.为此，基于联盟链的微电网身份认证协议，将区块链应用于微电网的身份认证以解决上述问题.首先，使用零知识证明解决了新节点的身份认证问题.其次，将其ID写入Merkle树并在整个联盟链中广播，利用区块链可以保证数据不被篡改的原理确保了数据的安全性和可追溯性，解决了传统电力交易的中心化、数据存储不安全、电力交易无法追踪溯源等问题.最后，凭借着瑞波共识协议所具有的安全高效的优势有效地解决了节点之间的共识问题.通过方案对比可知：该方案采用的零知识证明在身份认证中具有计算开销小及瑞波共识机制算法具备共识速率快的优点.经过安全性分析及性能分析可知：该方案在解决微电网的身份认证安全性问题的同时又能保证节点的运行性能最优.

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15. 基于区块链的图书侵权记录存证平台

张逸飞, 曹少中, 祁德力, 王亮, 杨彦红

应用科学学报 2020, 38 (1): 184-196. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.01.014

摘要（969）

PDF（pc）（4901KB）（236）

针对越来越频繁的音频阅读图书内容对图书构成侵权行为而未能及时有效存证的困境，提出一种以区块链技术对图书版权侵权记录进行自动存证的方案.首先，将网络爬取的音频信息进行处理，与图书内容查重比对后将结果存入私有区块链结构；其次，在基于工作量证明共识的基础上设计实现了复杂度可行的共识算法；最后，结合密码学的摘要信息认证与数字签名验证机制对区块数据进行安全性检查.系统测试结果验证了平台的效率和可靠性.

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16. 前言

何祖源

应用科学学报 2020, 38 (2): 0-0.

摘要（13）

PDF（pc）（106KB）（57）

本期是“光纤传感技术专辑”的第3期，围绕分布式光纤传感器、微结构光纤传感器、以及微结构光纤与分布式传感的融合，安排了7篇综述长文.
分布式光纤传感器利用光纤本身作为传感介质，形成连续分布式的传感网，能够实现电子传感网（无论有线或者无线连接）所难以实现的长距离（大范围）、高密度、多参量连续监测，在工业物联网、智慧能源、智慧城市、智慧海洋等领域，具有无可比拟的优势和广泛的应用前景.分布式光纤传感器一般基于光纤中的背向散射（包括瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射）实现被测量的检测，并基于光反射仪的原理实现被测点的定位.本期当中《布里渊光时域分析动态应变传感技术研究进展》一文，针对传统的布里渊光时域分析技术（BOTDA）需要扫频而限制传感速度难以实现动态应变传感的问题，分别综述了基于斜坡辅助的BOTDA、基于捷变频技术的BOTDA、基于频率梳的无扫频BOTDA和基于啁啾泵浦/探测光的动态BOTDA等技术方案在近年来取得的进展，并对布里渊光时域动态应变传感技术的发展前景进行了展望.《分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用》一文则介绍了布里渊光时域反射仪（BOTDR）技术在煤矿地质监测中的应用，重点介绍了采用BOTDR进行采空区地层变形监测的方法和结果，表明分布式光纤传感技术能够满足煤矿地质监测指标和需求.
光纤光栅、微型谐振腔等形式多样的光纤光学微结构，具有波长选择性好、插入损耗低、结构灵活多变、集成度高、与光纤兼容等优点.微结构光纤传感器利用光纤微结构实现各种传感功能，一直是光纤传感研究领域当中最为活跃的部分之一.本期当中《少模光纤长周期光栅——从模式转换到高灵敏度光纤传感》一文，综述了少模光纤长周期光栅在模式转换和光纤传感方面的研究进展，包括少模光纤长周期光栅的制备技术、模式耦合原理和少模光纤长周期光栅模式转换器，着重介绍了基于少模光纤长周期光栅的光纤传感器的工作原理和实现方法.《光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器研究进展》一文，介绍了光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器技术的最新研究进展，包括对温度、压力、液体折射率、氢气质量分数、有机挥发物质量分数等参量的测量，并详细介绍了传感器的制作方法、传感原理和实验结果.《基于微结构光纤的温度传感器研究》一文，则综述了采用几种微结构光纤研制的具有不同性能的温度传感器，包括利用液体填充微结构光纤制作的在线式全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器、基于全固态光子带隙光纤内的高阶导模制作的结构紧凑的Michelson高温传感器、利用柚子型小纤芯微结构光纤制作的微腔F-P高温传感器、以及基于多参量荧光光纤制作的有源温度传感器.
基于光纤光栅或微型谐振腔的光纤传感器，由于其与光纤传输的天然兼容性，特别是可以通过波分（频分）、时分、码分、空分等多种复用解调技术，构成大容量高密度的传感阵列或网络，实现准分布式传感.在这方面，本期当中的《波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展》一文，介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展.文中分析了适用于高精度光纤应变传感器的光纤光栅和光纤谐振腔元件，介绍了近年提出的前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测方案，并介绍了基于该方案的高精度光纤应变传感阵列实现地壳形变观测的应用实例.
最后，《新型微结构光纤分布式声波传感技术及应用》一文，介绍了将分布式光纤传感技术与微结构光纤相融合，实现微结构光纤分布式声波传感的研究进展.该项工作通过在普通单模光纤的纤芯采用精密光刻技术连续制备纵向微结构散射单元，形成一种分布式微结构光纤.这种分布式微结构光纤相对于一般分布式光纤传感器所采用的普通光纤，具有增强的背向光散射，因而微结构光纤分布式声波传感器能够实现高信噪比、高灵敏度等方面的优越性能.
以上7篇综述，反映了国内外光纤传感技术领域的最新进展和我国相关研究团队的最新成果，能够为光纤传感技术领域的学生和研发人员提供有益的参考.

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17. 英文目录

应用科学学报 2020, 38 (2): 0-0.

摘要（20）

PDF（pc）（45KB）（24）

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18. 中文目录

应用科学学报 2020, 38 (2): 0-0.

摘要（522）

PDF（pc）（297KB）（154）

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19. 布里渊光时域分析动态应变传感技术研究进展

朱涛, 郑华, 张敬栋

应用科学学报 2020, 38 (2): 197-214. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.001

摘要（1321）

PDF（pc）（29946KB）（368）

布里渊光时域分析（Brillouin optical time domain analysis，BOTDA）可以实现长距离、分布式、高空间分辨率、高精度的应变传感，在大型基础设施健康监测、飞行器状态监测领域具有广阔的应用前景.然而传统的BOTDA需要扫频，传感速度较慢，难以实现动态应变的测量.针对这一问题，根据工作原理的不同分别综述了斜坡辅助BOTDA（slope-assistedBOTDA，SA-BOTDA）、快速BOTDA（fast BOTDA，F-BOTDA）、免扫频BOTDA（sweepfree BOTDA，SF-BOTDA）和基于啁啾泵浦/探测光的动态BOTDA近年来的进展情况，对比了各种技术的优缺点，并对布里渊光时域动态应变传感技术的发展前景进行了展望.

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20. 分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用

李世念, 张旭苹, 宋宏, 陈健, 张益昕, 陆金波, 赵晓京

应用科学学报 2020, 38 (2): 215-225. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.002

摘要（1545）

PDF（pc）（8840KB）（564）

煤炭一直是中国的主体能源，煤矿地质监测是煤矿安全生产的重要保障.分布式光纤传感技术具有感测点连续、高精度、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，在煤矿地质监测中有重要的应用.该文介绍了布里渊光时域反射（Brillouin optical time domain reflectometry，BOTDR）技术在煤矿地质监测中的应用.重点介绍了采用分布式光纤传感技术进行采空区地层变形监测的方法和结果.结果表明，分布式光纤监测技术能够满足煤矿地质监测需求，具有良好的应用前景.

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21. 光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器研究进展

赵春柳, 李嘉丽, 徐贲, 龚华平, 王东宁

应用科学学报 2020, 38 (2): 226-259. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.003

摘要（1296）

PDF（pc）（68687KB）（359）

光纤微腔传感器因本质安全、体积小、成本低、抗电磁干扰等优点，在光纤传感领域中获得了广泛关注.针对光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器可测参量多并可实现多参量同时测量的特点，重点介绍了光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器技术的研究进展，包括对温度、压力、液体折射率、氢气质量分数、有机挥发物质量分数等参量的测量，详细介绍了传感器的制作方法、传感原理和实验结果.

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22. 基于微结构光纤的温度传感器研究

耿优福, 李学金

应用科学学报 2020, 38 (2): 260-278. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.004

摘要（2112）

PDF（pc）（33192KB）（333）

对基于模间Mach-Zehnder干涉式、Michelson干涉、F-P干涉和荧光等原理的微结构光纤温度传感器开展了较为系统和深入的研究，建立了相关理论，研制出了一系列新型光纤温度传感器及其功能器件.展示了一种新型的多参量荧光光纤有源温度传感器，并建立一种新的信号处理方法；利用液体填充微结构光纤制作出的在线式、全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器，敏感度达–1.83 nm/℃；利用全固态光子带隙光纤内的高阶导模来制作结构紧凑的Michelson高温传感器，传感头尺寸仅为1.03 mm；基于柚子型小纤芯微结构光纤制作了微腔F-P高温传感器，温度的灵敏度为17.7 pm/℃，测量温度达1 000℃.

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23. 波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

陈嘉庚, 刘庆文, 赵双祥, 何祖源

应用科学学报 2020, 38 (2): 279-295. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.005

摘要（1022）

PDF（pc）（25789KB）（124）

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展，所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术，分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件；然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术，详述其理论原理、实现方案、性能指标；最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例，为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.

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24. 新型微结构光纤分布式声波传感技术及应用

刘德明, 贺韬, 许志杰, 孙琪真

应用科学学报 2020, 38 (2): 296-309. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.006

摘要（1463）

PDF（pc）（29394KB）（591）

介绍了一种新型分布式微结构光纤及微结构光纤分布式声波传感技术.通过在普通通信光纤的纤芯采用精密光刻技术连续制备纵向微结构散射单元，形成一种新型分布式微结构光纤（distributed microstructure optical fber，DMOF）.基于这种DMOF研制的微结构光纤分布式声波传感系统（microstructure fber distributed acoustic sensor，MF-DAS），采用微结构光散射增强，MF-DAS传感信号的信噪比得到大幅提升；通过微结构光纤链路均衡，大幅度降低MF-DAS近远端传感信号差值；提出微结构光时域反射（microstructure opticaltime domain reflection，M-OTDR）时隙分插复用扩频，显著增大了分布式声波探测频响带宽.这种新型的MF-DAS系统具备高灵敏、大尺度、宽频响等优越性能，在地下及水下声波信息获取、重大基础设施内部损伤探测与外部侵害安全监测等领域具有十分广阔的应用前景.

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25. 少模光纤长周期光栅——从模式转换到高灵敏度光纤传感

赵云鹤, 刘云启

应用科学学报 2020, 38 (2): 310-338. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.007

摘要（1009）

PDF（pc）（69539KB）（287）

少模光纤长周期光栅具有波长选择性好、插入损耗低、结构灵活多变、集成度高、与光纤系统兼容等优点，是实现少模光纤中模式转换、涡旋模式调控的有效手段，在光纤通信和光纤传感领域都展现了巨大的应用价值.该文介绍了少模光纤长周期光栅在模式转换和光纤传感方面的研究进展，首先介绍了少模光纤长周期光栅的制备技术、模式耦合原理，重点介绍了少模光纤长周期光栅模式转换器，包括标准长周期光栅和螺旋长周期光栅，最后详述了基于少模光纤长周期光栅的光纤传感器的工作原理和实现方法.

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26. 英文目录

应用科学学报 2020, 38 (3): 0-0.

摘要（12）

PDF（pc）（48KB）（27）

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27. 中文目录

应用科学学报 2020, 38 (3): 0-0.

摘要（402）

PDF（pc）（425KB）（103）

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28. 基于改进Ising模型的心理量表大数据分析

姚汝婧, 杨磊, 杨涛, 胡应鑫, 田强, 吴偶

应用科学学报 2020, 38 (3): 339-352. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.001

摘要（1054）

PDF（pc）（10581KB）（196）

近年来，对个体的心理进行研究与量化分析越来越受到研究者们的关注，利用Ising模型对心理量表数据进行分析已经成为一种新的趋势，但是Ising模型容易造成信息丢失.为此该文对其进行了改进，提出了一种多类Ising模型和一种序Ising模型，并在一个大规模的心理量表数据集上进行了分析，验证了两种改进模型的性能.此外，针对不同人群的心理量表数据构建了相应的心理量表复杂网络，且进行了各项指标对比，从构建的心理量表复杂网络中得到一些有意义的结论.最后讨论了机器学习与大数据如何更好地介入到量表大数据中分析问题.

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29. 基于特定主题的社交网络影响力评估方法

蒋沁吟, 张熙

应用科学学报 2020, 38 (3): 353-366. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.002

摘要（877）

PDF（pc）（5804KB）（257）

针对用户在社交网络应用中的影响力评价方法，以往的研究重点关注网络结构和转发行为对用户影响力的影响，基于用户发布内容和主题的影响力评估研究较少，且未考虑主题间的交互关系.为此提出了一种半监督的主题提取方法，通过在初始化过程中引入种子词并赋予不同的权重，更好地提取目标主题.此外，为了提高用户影响力评估的效果，该文考虑了不同主题之间的交互，将主题之间的相似性叠加于用户相似性的计算.在真实数据上的实验结果验证了所提方法的有效性.

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30. 基于知识蒸馏的轻量型浮游植物检测网络

张彤彤, 董军宇, 赵浩然, 李琼, 孙鑫

应用科学学报 2020, 38 (3): 367-376. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.003

摘要（778）

PDF（pc）（8938KB）（247）

当前基于卷积神经网络的目标检测框架已成为主流，使用深层的特征提取网络可以达到很好的目标检测效果，但带来的大量的参数和计算开销使这些算法难以应用到对存储空间和参数量有一定限制的嵌入式设备中.为此，该文提出将知识蒸馏方法用于目标检测网络的特征提取网络，以提升浅层特征提取网络的性能，在降低模型的计算量和规模的同时尽可能地保证模型的性能.实验结果表明，经过蒸馏的浅层网络作为特征提取网络的检测精度比没有经过教师指导的网络精度提高了11.7%.与此同时，该文构建的浮游植物目标检测数据集不仅可以评估一些最先进的目标检测算法的性能，也有利于未来浮游植物显微视觉技术的发展.

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31. 改进Faster R-CNN算法及其在车辆检测中的应用

魏子洋, 赵志宏, 赵敬娇

应用科学学报 2020, 38 (3): 377-387. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.004

摘要（1337）

PDF（pc）（18464KB）（339）

为了更准确地得到符合车辆形态学特征的初始候选框，提出一种基于改进的FasterR-CNN模型的车辆检测算法.首先提取目标框的人工标注坐标值，得到标注框的宽度和高度，然后利用K-means算法对所有框的宽高值进行聚类，得出聚类中心点坐标值后，重新设置RPN的锚盒尺寸及比例，对Faster R-CNN算法的3种尺寸和3种比例加以改进.最后选择轿车、SUV、客车和货车4种车型车辆数据，对改进前后的Faster R-CNN模型进行训练，比较改进前后的模型在车辆检测及车型识别任务中的表现.实验结果表明，使用改进的FasterR-CNN模型达到86.54%的检测准确率，较原始模型提高3.12%.并且该模型有效解决了漏检和误检问题，在恶劣天气和复杂背景下均表现出较高的鲁棒性.

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32. 改进的CRNN模型在警情文本分类中的研究与应用

王孟轩, 张胜, 王月, 雷霆, 杜渂

应用科学学报 2020, 38 (3): 388-400. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.005

摘要（1184）

PDF（pc）（10162KB）（201）

针对某市公安110接处警文本描述进行案件分类的需求，参考现有文本分类方法在其他行业的应用，搭建了应用于警情描述的文本分类系统.通过论证常见分类网络适用场合及其优缺点，结合对警情数据中案件描述特征的分析，提出了基于改进卷积循环神经网络的模型，该模型优化了关键特征提取过程，弥补了现有模型短文本局部特征提取不足的缺陷.实验表明，该模型的准确率比常见分类模型提升了2%~3%，且能够有效保证数据局部特征的关联性，可以对案件描述所对应的案件类型进行准确分类，从而提高公安接处警平台的自动化效率.

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33. 植物组织微观结构变化的Mueller矩阵成像监测

刘刚, 张亚丽, 赵静静, 王春华

应用科学学报 2020, 38 (3): 401-409. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.006

摘要（723）

PDF（pc）（21657KB）（103）

Mueller矩阵偏振成像能够全面表征被测样品物的偏振信息，从而成为获取被测样品内部微观结构信息的重要测试方法.利用双旋转波片原理搭建了后向散射Mueller矩阵偏振显微成像系统，并结合新的数据处理算法实现对各向异性植物组织的Mueller矩阵显微成像.针对植物样品的Mueller矩阵的二维分布图像及极化参数图进行分析，并在不同时间进程下通过观察各极化参数图对植物样品的变化进行监测.实验结果表明：相较于普通强度成像，Mueller偏振参数成像可以更加灵敏地反映被测样品的微观结构变化.

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34. 认知网络中无线电信号智能感知方法研究

黄堂森, 李小武, 曹庆皎

应用科学学报 2020, 38 (3): 410-418. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.007

摘要（691）

PDF（pc）（6690KB）（333）

无线电信号在噪声波动情形下的检测性能有待提高.该文提出了认知用户根据无线电环境变化自动调整检测阈值的感知方法.融合中心应用坐标搜索算法为认知用户提供最优控制参数，认知用户依据最优参数设定检测阈值，并自主学习特定无线电环境下的最佳阈值.此外，该算法充分考虑了各认知用户的个体特征及其感知贡献，并提出了一种基于能量值的加权算法体现用户特征.实验结果说明该算法对噪声波动具有卓越的鲁棒性，在信噪比低于-15 dB时的检测概率远高于传统方法.

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35. 面向密文图像信息隐藏的随机插值方法

孙容海, 施林甫, 俞春强, 劳欢, 唐振军

应用科学学报 2020, 38 (3): 419-430. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.008

摘要（976）

PDF（pc）（23976KB）（184）

传统图像插值方法应用于密文域图像信息隐藏时会降低信息隐藏系统的安全性.为此利用随机分配插值权重的策略设计了一种密文图像随机插值方法.该方法首先生成大小为密文图像两倍的初始插值图像，对于插值图像的奇数行和奇数列像素，直接用密文图像的相应像素填充；对于其他位置的像素，先用伪随机函数生成随机值，再结合像素的具体位置来计算插值结果.实验结果表明，所提方法生成的密文图像的插值图像，其直方图近似均匀分布.对比结果显示该随机插值方法在安全性方面优于3种文献插值方法.

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36. MLC型NAND闪存中基于MI异构的Polar码优化

张司琪, 孔令军, 张顺外, 张南

应用科学学报 2020, 38 (3): 431-440. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.009

摘要（824）

PDF（pc）（7545KB）（383）

为了进一步提高多级单元（multi-level-cell,MLC）闪存的耐久度和可靠性，提出了一种MLC闪存信道中基于互信息量（mutual information,MI）异构的polar码优化方法.该方法利用对数似然比（log-likelihood ratio,LLR）分布在MLC闪存信道和AWGN（additivewhite Gaussian noise）信道中的差异性，以MI重新拟合LLR分布，得到在闪存信道下等效的标准方差，从而进行高密度存储系统中的polar码优化设计.随后，分析了不同的polar码构造法对多级存储单元的纠错性能影响，并与所提的构造方法进行比较.仿真结果表明该文优化方法优于AWGN信道下传统的构造方法，当编程/擦除（program-and-erase,PE）循环为21 000次时，与蒙特卡罗法相比其误码率（bit error rate,BER）性能提升2个数量级，且在BER为2 × 10-5时可增加6 800次的编程/擦除循环.

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37. 基于纹理特征分类与合成的鲁棒无载体信息隐藏

司广文, 秦川, 姚恒, 韩彦芳, 张志超

应用科学学报 2020, 38 (3): 441-454. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.010

摘要（676）

PDF（pc）（49960KB）（425）

针对图像无载体信息隐藏算法嵌入容量与鲁棒性无法很好兼顾的问题，提出了一种基于纹理特征分类与合成的鲁棒无载体信息隐藏算法，使用空间金字塔算法提取纹理图像特征，通过监督式分类训练得到分类模型，同一类别下的不同图像块，利用位置信息进行区分，根据图像块分类和位置信息的不同构建映射字典，传递秘密信息；发送方依据秘密信息选择图像块并根据公共密钥将所有图像块组合为一幅大尺寸图像，通过可逆形变生成复杂的纹理图像并发送给接收方；接收方根据密钥将纹理图像恢复为图像块，利用分类模型识别图像块所属分类并确定位置信息，对照映射字典提取秘密信息.实验和分析表明该算法对JPEG压缩、高斯噪声、椒盐噪声等攻击具有较好的鲁棒性，同时嵌入容量可随图像类别的增加得到提高.

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38. 基于窄带干扰缓和技术的到达时间估计

金彦亮, 罗雪涛, 王雪, 聂宏

应用科学学报 2020, 38 (3): 455-465. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.011

摘要（598）

PDF（pc）（8495KB）（208）

针对传统能量检测算法在强窄带干扰存在时到达时间（time of arrive,TOA）估计精度不高的问题，采用了一种结合平方律器件和带通滤波器的平方滤波技术来缓和窄带干扰对TOA估计的影响，并分别在IEEE 802.15.4a CM3视距信道和CM4非视距信道下与TOA估计方法相结合得到系统的估计结果.理论分析和仿真结果表明，存在窄带干扰时，采用了平方滤波技术的能量检测方法比传统的能量检测方法具有更高的TOA估计精度.在视距环境中应用平方滤波技术后，TOA估计精度可从2.8 ns提升至0.5 ns，而非视距环境中可从6 ns提升至1 ns.

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39. 基于“珞珈一号”夜光遥感影像的粤港澳大湾区城市空间形态分析

张雨欣, 李熙, 宋杨, 李长辉

应用科学学报 2020, 38 (3): 466-477. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.012

摘要（21800）

PDF（pc）（15211KB）（2731）

利用“珞珈一号”夜间灯光影像，分别采用简单阈值法与植被调节的城市夜间灯光指数法提取粤港澳大湾区城市建成区.对比两种提取方法，植被调节的城市夜间灯光指数法可以削弱“珞珈一号”影像的过饱和现象，减少由于影像的“溢出”导致的误提取.计算并对比大湾区内城市建成区的景观指数发现，不同城市的建成区分布存在不同模式：广州、深圳、香港作为大湾区发展核心，城市区域向外扩展；东莞、佛山、澳门、中山、珠海的城市建成区紧凑性高，空间分布组成完整；肇庆、江门、惠州在大湾区内的发展程度低于其他城市，城市建成区斑块面积小，相距较远.研究证明了利用“珞珈一号”夜光遥感影像可以有效揭示粤港澳大湾区的城市空间形态，为该地区城市规划政策提供了依据.

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40. 基于混合神经网络的协同过滤推荐模型

马鑫, 吴云, 鹿泽光

应用科学学报 2020, 38 (3): 478-487. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.013

摘要（1084）

PDF（pc）（7718KB）（342）

数据稀疏性是推荐系统中严重影响推荐结果准确性的重要因素之一.针对数据稀疏性提出了融合卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）和降噪自编码（denoisingauto-encoder,DAE）神经网络混合的神经网络评分预测模型（convolutional-denosing autoencoder,CDAE）对用户未评分项目进行预测评分，从而解决数据稀疏性问题.首先将向量化后的用户评论数据通过卷积神经网络训练得到用户特征向量矩阵，其次将用户特征向量矩阵作为降噪自编码神经网络的初始权重，结合用户评分数据经过降噪自编码神经网络训练，得到用户-项目预测评分，然后在此基础上进行基于用户的协同过滤推荐.最后使用movielens-1M实验数据集对比验证了提出的混合神经网络协同过滤推荐（convolutional-denosing autoencoder collaborative filtering,CDAECF）模型.实验证明，所提出的CDAECF模型能够有效地结合隐性反馈和显性反馈数据，具有较高的推荐准确率.

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2020年，第38卷