应用科学学报

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2020, 38(6): 1-0.

摘要 ( 262 )

PDF (446KB) ( 104 )

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光纤光栅三维拉力传感器设计

谢凯, 谭滔, 司学振, 吕中宾, 任鹏亮, 仇成军, 段超, 田野, 柴全, 高菲, 张建中

2020, 38(6): 843-852. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.001

摘要 ( 668 )

PDF (16875KB) ( 107 )

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基于光纤光栅传感技术设计了一种用于监测变电站套管受力状态的光纤光栅三维拉力传感器.通过有限元仿真和实验测量结合的方式，实现了三维拉力传感器解调的设计和测试，在3个方向的灵敏度为0.01～0.02 με·N^-1.对传感器进行加载测试，测试结果与加载结果基本一致，在600 N加载范围内平均误差为5.13%，光纤光栅三维拉力传感器能够实现对三维拉力的准确测量.

光纤光栅技术在玻璃幕墙边缘检测应用

王永祥, 何海涛, 伍军, 杨期江, 徐东华

2020, 38(6): 853-863. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.002

摘要 ( 693 )

PDF (17438KB) ( 256 )

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针对玻璃幕墙结构胶老化、失效以及高风压载荷导致的玻璃脱落等安全事故问题，提出了一种基于光纤光栅传感技术检测玻璃幕墙边缘动态应力变化的方法，构造了玻璃面板边缘应变与结构胶之间的多模态耦合模型，从而预测玻璃幕墙结构安全状况.通过对比分析多模态应变的仿真与实验结果数据可以得到：准分布光纤光栅能够给出结构胶的失效位置，提前对玻璃幕墙结构胶的健康状况进行安全性能评估与反馈.由此可及时更换处理失效玻璃，减少玻璃幕墙脱落事故，在减少经济损失的同时提升了玻璃幕墙的安全性，具有实际价值.

基于光频域反射和互相关算法的分布式振动传感系统

刘晓, 车前, 李信宇, 文泓桥

2020, 38(6): 864-870. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.003

摘要 ( 766 )

PDF (8422KB) ( 296 )

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基于光纤中瑞利散射的特性，在光频域反射（optical frequency domain reflectometry，OFDR）系统中通过对信号进行互相关分析可以实现振动信号的分布式测量.在基于互相关算法的OFDR分布式光纤振动传感系统中，采用了重叠的移动窗对信号进行分段，并通过实验对比选取了合适的广义互相关算法的加权函数.实验表明，所提方法提高了系统的定位精度，降低了虚警率.系统的定位精度可达0.247 m，可测振动频率范围为5～50 kHz.

一种基于博弈论的D2D通信中继选择算法

彭艺, 张申, 朱豪, 李启骞

2020, 38(6): 871-881. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.004

摘要 ( 704 )

PDF (6626KB) ( 169 )

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在设备终端直通D2D（device-to-device）通信中，当源节点与目的节点间的距离过大时，会出现通信质量差、通信过程中断概率大的问题，为此提出了一种基于博弈理论的D2D通信中继选择的算法.首先基于距离损耗限定了中继的位置区域；然后考虑到能量过低会造成通信中断的问题，分析了候选中继节点的转发能力，通过筛选得到候选中继集合；随后考虑到节点间的社交关系，分析了通信的中断情况；最后利用博弈理论选择出最优中继节点进行数据传输.仿真结果表明：与随机选择算法和基于信道状态信息的最优中继选择算法相比，所提算法有效提高了D2D通信的覆盖率，降低了通信链路的中断概率，提高了系统的整体吞吐量，进而提升了中继系统的稳定性.

基于疯狂自适应鱼群算法的认知无线电频谱分配

苏慧慧, 彭艺, 曲文博

2020, 38(6): 882-889. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.005

摘要 ( 572 )

PDF (3730KB) ( 51 )

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针对目前认知无线电网络中频谱利用无法满足指数级增长的通信需求、人工鱼群算法保持种群多样性差、全局搜索能力弱的问题，对图论频谱分配模型的人工鱼群算法进行了改进，得到了网络效益函数最优情况下的频谱分配.首先自适应调整视野和步长，保证算法前期较强的全局搜索能力和后期的收敛精度；然后在随机行为模式下引入疯狂算子，产生扰动以增加种群多样性.仿真实验对比了4种不同算法在相同模型参数下的系统总效益，同时对可用频谱和认知用户分别设置控制变量法测试算法性能.结果表明：改进后的人工鱼群算法全局搜索能力较强，具有较强的鲁棒性.

基于局部加权低秩先验的高光谱稀疏解混方法

黄伟, 伍飞扬, 孙乐

2020, 38(6): 890-905. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.006

摘要 ( 578 )

PDF (18971KB) ( 131 )

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为了充分挖掘丰度系数的内在本质属性，提升高光谱图像稀疏解混精度，提出一种基于局部加权低秩先验的稀疏解混方法.该低秩先验主要基于这一事实：高光谱图像中的局部立方体块具有较高的相空间关性和光谱相关性.加权的低秩先验能够挖掘局部块内在的低维结构特征，有效地抑制噪声，保持数据的细节结构.该先验联合全变差正则项、协同稀疏正则项，能够更好地刻画丰度系数的细节结构、局部平滑性以及行稀疏性.利用模拟数据和真实高光谱数据进行的实验表明，所提方法与现有方法相比能够更好地保持数据的细节信息，提升解混精度.

基于YOLOv3与分水岭的直升机桨叶欠曝光图像圆形标记点检测

张育斌, 熊邦书, 欧巧凤, 黄建萍, 陈垚锋

2020, 38(6): 906-915. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.007

摘要 ( 807 )

PDF (16158KB) ( 302 )

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针对现有的直升机桨叶欠曝光图像中圆形标记点检测方法存在自适应能力不强、速度慢、精度不高的问题，提出了基于YOLOv3（you only look once）与分水岭的直升机桨叶欠曝光图像圆形标记点检测方法.首先，将采集的真实桨叶欠曝光图像中的圆形标记点进行标注后，制作成数据集，并训练YOLOv3网络；其次，用训练好的YOLOv3网络检测出圆形标记点区域；再次，改进传统分水岭标记提取方式，采用多线程技术并行在各圆形标记点区域内进行分水岭变换，得到圆形标记点边缘检测结果；最后，采用最小二乘圆拟合和奇异点去除法实现圆形标记点的精确定位.研究者通过对多幅欠曝光桨叶图像中圆形标记点进行检测实验，验证了该方法具有自适应能力强、速度快、精度高的优点，并已将其用于直升机桨叶欠曝光图像圆形标记点的检测.

双时相影像联合不确定性对变化检测精度的影响机理探索

晁剑, 张慧芳, 许长军, 张鹏林

2020, 38(6): 916-923. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.008

摘要 ( 520 )

PDF (18872KB) ( 83 )

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研究了双时相影像的联合不确定性对变化检测结果精度的影响机理，为通过抑制不确定性的方法提高变化检测精度的工作奠定理论基础.首先利用联合熵对双时相影像的联合不确定性进行量化评估；进而基于空间统计相关方法，研究影像的联合不确定性与双时相影像变化检测精度指标之间的关系；最后建立双时相影像联合不确定性对变化检测结果精度的作用模型.实验结果表明：双时相影像的联合不确定性与变化检测结果的精度之间呈现出强负相关性，且对变化检测结果精度的影响模式具有线性特征.

结合上下文特征和图割算法的车载点云聚类方法

刘亚文, 张颖

2020, 38(6): 924-935. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.009

摘要 ( 535 )

PDF (15147KB) ( 149 )

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可靠、准确的点云聚类是后续高精度场景目标分析与解译的基础.该文提出了一种基于上下文特征和图割算法的车载点云聚类方法.首先用DBSCAN （density-based spatial clustering of applications with noise）对点云数据进行过分割，得到密度可达的超体素；然后引入空间和属性上下文特征来描述超体素间的关联，并用于定义超体素构建的图模型边的权值；最后基于多标记的图割优化算法得到最佳超体素聚簇.实验结果表明，该方法能够有效改善点云聚类过分割，从而提高聚类的精度.

基于EMD优化NAR动态神经网络的地铁客流量短时预测模型

马飞虎, 金依辰, 孙翠羽

2020, 38(6): 936-943. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.010

摘要 ( 951 )

PDF (9776KB) ( 314 )

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为了能够更加准确地实现地铁客流预测，提出了一种基于经验模态分解算法（empirical mode decomposition，EMD）优化非线性自回归（nonlinear auto regressive，NAR）动态神经网络的地铁客流量短时预测模型.分析地铁客流量数据后发现日客流量具有一定的变化规律，为此使用了基于时间序列的NAR动态神经网络，该网络具有优秀的非线性动态拟合能力和反馈记忆的功能.结合EMD经验模态分解算法优化NAR动态神经网络预测模型，以此来减少预测误差，提高预测精度.结果显示，EMD-NAR神经网络组合预测模型适用于地铁客流的短时预测，预测精度可达93%，具有较好的应用价值.

基于Stacking集成学习的流失用户预测方法

郑红, 叶成, 金永红, 程云辉

2020, 38(6): 944-954. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.011

摘要 ( 601 )

PDF (4630KB) ( 175 )

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利用机器学习算法对商业活动中普遍存在的客户流失问题进行预测.借鉴了Bagging的自助采样法思想，提出了一种基于自助采样法的Stacking集成方法.首先对数据集进行多次采样并加入属性扰动，然后使用所得数据子集训练基分类器副本，基分类器决策结果由基分类器所对应的副本投票决定.最后在真实数据集中进行流失客户预测实验，结果显示，该文提出的方法在准确率、查准率和F1值3项指标上均好于所有基分类器和同结构的经典Stacking集成方法.

交通运输网络的二叉堆索引及路径算法优化

王亚, 任燕, 夏林元

2020, 38(6): 955-965. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.012

摘要 ( 607 )

PDF (11964KB) ( 143 )

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交通运输网络的最短路径分析是地理信息系统网络分析最常见的应用之一.该文在二叉堆索引结构的基础上改进了计算最短路径的Dijkstra算法和A^*算法，采用了多种优化策略提高算法的运行效率.首先，应用二叉堆索引提高了交通运输网络存储结构的读取效率；其次，通过数据类型的低精度损耗简化和运算类型的简化，提高了算法的计算效率.另外，优化了A^*算法中估计函数的计算方式，有效降低了搜索空间，提高了Dijkstra算法和A^*算法的整体计算效率.实验结果表明Dijkstra算法的改进方法可使计算速度提高7倍以上，对A^*算法的改进可使计算速度提高200倍以上.

基于两级奇异值分解的鲁棒水印算法

陈青, 夏兰婷, 卜莹

2020, 38(6): 966-975. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.013

摘要 ( 725 )

PDF (16577KB) ( 90 )

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为了平衡水印系统的不可见性和鲁棒性，提出一种新的基于旋转稳定区域和两级奇异值分解（singular value decomposition，SVD）分解的水印算法.在嵌入水印过程中，先选取像素近似无损的稳定区域，并对该区域进行冗余离散小波变换提取低频部分，进而进行分块处理；接着对各分块进行SVD分解，提取第1行第1列的奇异值构建特征矩阵，对特征矩阵进行第2次SVD分解；最后，选取合适的嵌入强度，将水印奇异值嵌入载体奇异值.在水印提取时，先对含水印信息的载体图像进行Radon旋转校正，再提取出水印信息.实验结果表明，该水印算法的峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio，PSNR）可达到45 dB，在抵抗旋转攻击时，提取的水印归一化相关系数（normalized correlation，NC）值能达到0.90以上.该文所提的水印算法保证了水印的嵌入容量，且具有良好的不可见性和较高的鲁棒性，在数字版权保护中具有较高的实际应用价值.

基于神经机器翻译的文本隐写方法

尉爽生, 杨忠良, 江旻宇, 黄永峰

2020, 38(6): 976-985. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.014

摘要 ( 763 )

PDF (6815KB) ( 393 )

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深度学习促进了自然语言处理技术的发展，基于文本生成的信息隐藏方法表现出了巨大的潜力.为此，提出了一种基于神经机器翻译的文本信息隐藏方法，在翻译文本生成过程中进行信息嵌入.神经机器翻译模型使用集束搜索（Beam Search）解码器，在翻译过程中通过Beam Search得到目标语言序列各位置上的候选单词集合，并将候选单词依据概率排序进行编码；然后在解码输出目标语言文本的过程中，根据秘密信息的二进制比特流选择对应编码的候选单词，实现以单词为单位的信息嵌入.实验结果表明，与已有的基于机器翻译的文本信息隐藏方法相比，该方法在隐藏容量方面明显提升，并且具有良好的抗隐写检测性和安全性.

基于快速特征欺骗的通用扰动生成改进方法

韦健杰, 吕东辉, 陆小锋, 孙广玲

2020, 38(6): 986-994. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.015

摘要 ( 734 )

PDF (12841KB) ( 154 )

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近年来，基于深度神经网络的应用日益广泛，然而深度神经网络容易受到由输入数据设计的微小扰动而带来的对抗性攻击，导致网络的错误输出，给智能系统的部署带来安全隐患.为了提高智能系统的抗风险能力，有必要对存在风险的扰动生成方法展开研究.快速特征欺骗（fast feature fool，FFF）是面向视觉任务的一种有效的通用扰动生成方法.考虑了输入图像在网络中的实际激活状态，以最大化原始图像和对抗样本之间的特征差异作为生成扰动的目标函数；同时考虑不同卷积层对于生成扰动的不同影响，在生成扰动的目标函数中，对不同卷积层对应的项加以不同权重.实验结果表明，改进的FFF方法攻击成功率更高，同时也具备更强的跨模型攻击能力.

基于博弈和多智能体的汽车共享服务联盟协同策略研究

危小超, 范玉瑶

2020, 38(6): 995-1005. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.016

摘要 ( 562 )

PDF (10678KB) ( 108 )

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基于演化博弈和多智能体仿真，以加强联盟管理、提升联盟服务商合作积极性为目标，研究汽车共享服务联盟协同策略.从演化博弈视角设计综合考虑服务商自身与联盟内其他成员历史信息的学习规则，构建汽车共享服务联盟的多Agent仿真模型，研究收益、成本及惩罚等不同参数设置对服务商协同策略的影响.依据仿真实验结果提出了不同收益、成本和惩罚参数场景下加强联盟合作的策略，为汽车共享服务联盟的协同策略提供决策支持.

利用强部分平衡t-设计构造分裂认证码

王秀丽, 曹苗, 王利娜

2020, 38(6): 1006-1016. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.06.017

摘要 ( 446 )

PDF (2715KB) ( 198 )

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本文在有限域上的二维向量空间中构造了一个带约束的强部分平衡设计，在此基础上构造了完善分裂认证码.首先，借助方程组的理论构造了一个强部分平衡t-设计，得到了第一类分裂认证码.然后对第一类构造增加限制条件，得到了第二类分裂认证码.分别计算了两类认证码的r-阶欺骗攻击成功概率，并证明了它们分别是I型和Ⅱ型的完善认证码.最后，分析了所构造认证码的性能.通过对具体实例的编码矩阵进行数值仿真，验证了本文构造的合理性和相应结论的正确性.通过与相关文献的结果进行对比，得出如下结论：本文信源数目较多，各阶欺骗攻击成功概率都达到最小；且所用理论较基础，编码算法更简单，模拟仿真易于实现.因此本文所构造的认证码，无论从传送信息量还是从安全性与实用性的角度来看，均具有一定的优势.

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