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当期目录

    2023年 第0卷 第02期    刊出日期:2023-04-10
    算法分析与设计
    一种具有边界自适应能力的蒙皮网格生成算法
    舒沛通, 赵佳宝
    2023, 0(02):  1-5. 
    摘要 ( 188 )   PDF (2912KB) ( 44 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    根据图像生成网格是骨骼蒙皮动画生成的关键步骤,网格质量直接影响动画效果,但网格优化工作量大且严重依赖制作者本身技能。对此,本文提出一种能够自适应图像边界的蒙皮网格生成算法。首先,利用图像轮廓的法向量变换计算得到包围图像的均匀近似多边形;接着使用信息熵作为衡量图形内部灵活性的权重,结合改进的重心Voronoi算法对图形内部采样,获得按权重分布均匀的内部采样点;最后,结合边界多边形顶点与内部点进行带边界约束的Delaunay三角剖分,得到可用于骨骼蒙皮动画的三角网格。实验结果表明本文所提出的算法可生成高质量网格,且高度匹配原图像边界,可用于骨骼蒙皮动画制作。
    算法设计与分析
    面向UAV的三维空间快速路径规划算法
    申浩阳, 陈晓雷, 袁俊岭, 韩禄
    2023, 0(02):  6-11. 
    摘要 ( 183 )   PDF (1872KB) ( 23 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    无人机、无人水下机器人等工作在三维空间中的无人飞行器在进行路径规划时采用的路径规划算法多数为RRT*算法,但RRT*算法存在收敛速度较慢、迭代次数多、采样点利用率低、需要频繁进行碰撞检测等问题,针对现有算法采样的不足,提出双向自由化生长树算法(B-SOGT*)。该算法采用双向搜索、双引力场、试探性弹性扩张的方法来实现无人机在三维空间中的路径规划。双向搜索分别以起始点和目标点为根节点,构造出2棵随机树同时进行空间搜索,这样的方式提高了搜索效率;双引力场是分别以2颗随机树的根节点为中心生成的引力场,在引力场的作用下采样效率得到提升;试探性弹性扩张方法在生成路径时,引入父节点重选机制,并且去掉碰撞检测过程,提高了算法计算速度。仿真验证表明,B-SOGT*算法在取消碰撞检测过程后,拥有收敛速度更快、路径质量更优、迭代次数更少的优势。
    基于53H法的遥测数据野值剔除
    孙昊, 刘蕾, 孙剑伟, 段思佳
    2023, 0(02):  12-16. 
    摘要 ( 179 )   PDF (965KB) ( 28 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    遥测数据在从星上分发到各遥测站的过程中,受天气影响、磁场干扰等多种偶然因素作用,观测数据会严重偏离目标真值,这部分数据可称为野值。遥测数据的准确性十分重要,若遥测数据中存在野值,会直接影响后续的故障检测和预测,造成异常误判,甚至会产生虚警情况,对后续工作人员确认卫星状态、处理卫星异常造成困扰。本文在传统的53H法的基础上,添加一种三点等权重的首尾平滑的算法,避免传统53H法造成的4个数据点的缺失;增加对斑点型野值的判断方式,改进53H法对斑点型野值剔除能力弱的缺点;增加对野值数据相邻正常数据的二次判断,避免受野值影响而将正常数据误剔除的情况,保证数据的完整性。本文使用某导航卫星遥测数据进行试验,在相同实验条件下,使用相同仿真数据,与奈尔准则、最小二乘法进行对比实验分析。实验结果表明本文算法可以准确剔除野值数据,保留因卫星故障、异常出现的异常数据。本文提出的算法实现简单,剔除速度较快,可以很好地应用到基于遥测数据的卫星故障检测的数据预处理中。
    融合视觉信息的激光SLAM
    吴松林, 张国伟, 卢秋红, 施建壮, 黄威
    2023, 0(02):  17-23. 
    摘要 ( 119 )   PDF (1752KB) ( 25 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对Gmapping SLAM(simultaneous location and mapping)算法在地图构建过程中对里程计定位精度要求较高且存在粒子耗散、退化等问题,本文首先设计出并行视觉识别与定位网络,用视觉特征与定位信息弥补粒子退化与激光点的漂移,强化定位能力,提高语义信息与构图精度;其次优化提议分布,将观测模型从里程计观测模型变换为激光观测模型并进行高斯采样,用更少的粒子覆盖机器人的概率分布;最后通过贝叶斯规则将视觉信息与激光信息融合,利用仿真工具、机器人平台与原算法进行对比,实验结果表明该算法不仅有效地提高地图构建的精确度与鲁棒性而且丰富了地图的语义信息。
    数据库与数据挖掘
    基于RDMA的分布式键值存储系统性能优化
    王哲, 王玉玫, 吴亚非, 臧义华
    2023, 0(02):  24-27. 
    摘要 ( 215 )   PDF (1009KB) ( 43 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    如今分布式键值存储系统在工业界得到了广泛的应用,如何提升其性能成为分布式系统和并行计算领域的研究热点。远程直接数据存取是高性能计算中常用的通信技术,利用其低延迟高带宽的特性,可以有效提升分布式键值存储系统的性能表现。MPI单边通信是一种支持RDMA的通信方法,本文使用MPI单边通信实现分布式键值操作,并根据其特点重新设计通信模型。为了解决RMA带来的数据一致性问题,本文改变键值对的存储结构并制定存取操作的通信策略。通过将单边通信与TCP/IP进行对比,对不同长度的数据测试通信延迟,验证了RDMA给系统带来的性能提升。
    基于半监督聚类的通信缺陷研判知识库构建及迭代技术
    洪涛, 朱鹏宇, 郭波, 王敬宇
    2023, 0(02):  28-33. 
    摘要 ( 101 )   PDF (1076KB) ( 26 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电力通信网是电力系统不可缺少的重要组成部分,是电网调度自动化和生产管理现代化的基础,是确保电网安全、经济、稳定运行的重要技术手段。传统的通信缺陷研判工作依赖人工经验,难以满足日益庞大、复杂的通信网络安全生产需求。而基于规则引擎或神经网络等方法在生产环境应用中逐渐遇到瓶颈,样本较少难以训练,且作为黑盒较难在生产环境中独立使用。针对上述问题,本文提出基于改进马尔科夫聚类的告警聚类算法和基于序列相似性计算与OPTICS聚类的缺陷研判算法,以适应当前缺陷数据小样本场景,在上述算法结果基础上,利用少量的缺陷单标签构建缺陷研判知识库及其迭代学习机制,通过实际生产积累的数据进行验证,结果表明相关算法及其知识库在应对实际生产问题时效果良好。
    人工智能
    基于条件卷积与极化自注意力的单目深度与位姿估计
    乔善宝, 高永彬, 黄勃, 余文俊
    2023, 0(02):  34-39. 
    摘要 ( 118 )   PDF (2458KB) ( 21 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于运动恢复结构与视图合成的自监督范式,引入条件卷积与极化自注意力,提出新的单目深度与位姿估计模型。条件卷积对不同输入数据进行多组动态的卷积权重赋值,所有权重在经过加权整合后共享一次卷积操作,在不显著增加计算量的情况下实现模型容量的提升。图像信息完整性对深度估计任务的性能有极大影响,极化自注意力通过极化滤波使数据在通道或空间维度上保持高分辨率,防止图像的细粒度信息或结构信息丢失;同时压缩与通道或空间正交的维度,减小计算量,并通过非线性函数对压缩过程中损失的特征强度范围进行增强与动态映射。自注意力机制可以实现数据在各维度上的长距离建模。在KITTI数据集上进行实验,证明了所提出模型在自监督单目深度与位姿估计任务中有优异的性能表现。
    结合注意力机制的深度神经网络综述
    皇甫晓瑛, 钱惠敏, 黄敏
    2023, 0(02):  40-49. 
    摘要 ( 580 )   PDF (2408KB) ( 74 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    注意力机制已成为改进神经网络学习能力的研究热点之一。鉴于注意力机制受到的广泛关注,本文旨在从注意力机制的分类、与深度神经网络的结合方式,以及在自然语言处理和计算机视觉领域的具体应用3个方面对深度神经网络中的注意力机制给出较全面的分析和阐述。具体地,分析比较了软注意力、硬注意力和自注意力这3种机制的优缺点;并分别讨论了递归神经网络和卷积神经网络中结合注意力机制的常用方式及其代表性模型结构;然后,以自然语言处理、计算机视觉领域为例,说明了其应用情况;最后,分析了注意力机制的发展趋势,期望为后续研究提供线索和方向。
    基于改进知识蒸馏的多天候车辆检测方法
    陈卓, 乔贵方, 柴鑫波, 杜一君, 沈重霖, 王远浩
    2023, 0(02):  50-57. 
    摘要 ( 136 )   PDF (8455KB) ( 22 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高多天候下的车辆检测效果,本文提出一种基于改进知识蒸馏方法的卷积网络训练框架。该网络框架利用复杂CNN(Convolutional Neural Network)作为教师网络、轻量CNN作为学生网络,在不增加新训练数据集和略微增加轻量CNN参数量的同时提高轻量CNN多天候下车辆检测的效果。该知识蒸馏方法采用特殊的数据增强方法产生含有多天候特征的数据集,将不含天气特征的原始图片投入教师网络,将对应含有天气特征的增强图片投入学生网络训练。由于不含天气特征的图片能够提供更多的信息,相较于一般知识蒸馏方法,该种训练方式能使学生网络对教师网络的输出信息进行更有效的学习。最终,经过在天气数据增强后的BDD100k数据集上进行训练和多天候车辆检测的性能测试,在本文知识蒸馏卷积网络框架下训练的学生网络模型目标检测的能力和在多天候环境下检测精度的稳定性得到了提高;在DAWN多天候数据集上进行多个网络的泛化能力对比测试表明,本文改进的知识蒸馏卷积网络框架在平均查准率(Average precision,AP)和检测速度上均取得了一定的优势。
    一种基于BERT的文本实体链接方法
    谢世超, 黄蔚, 任祥辉
    2023, 0(02):  58-61. 
    摘要 ( 197 )   PDF (1033KB) ( 41 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    实体链接是明确文本中实体指称的重要手段,也是构建知识图谱的关键技术,在智能问答、信息检索等领域中具有重要作用,但由于中文文本的多词一义或者一词多义等问题,现有的文本实体链接方法准确率较低。针对这些问题,本文提出了一种基于BERT( Bidirectional Encoder Representations from Transformers)的文本实体链接方法命名为STELM模型,通过将每一对指称上下文和对应的候选实体描述分别输入BERT模型,将输出的结果拼接起来通过一个全连接层然后取得分最高的候选实体作为最终结果。在CCKS2020(2020全国知识图谱与语义计算大会)数据集上的实验结果表明本文提出的模型准确率相较于其他模型有一定的提升,准确率达到了0.9175。
    基于Faster-RCNN的自然环境下苹果识别
    石展鲲, 杨风, 韩建宁, 郭鑫, 曹尚斌
    2023, 0(02):  62-65. 
    摘要 ( 152 )   PDF (1291KB) ( 26 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对苹果园中存在的果实相互重叠、枝叶干扰以及复杂背景等问题,本文提出Faster-RCNN一种改进的模型。该模型通过增强Mosaic数据,使得识别小物体目标果实能力得到提升,同时,对Faster-RCNN结构中的锚框进行优化,优化后的锚框能更好地检测出距离相机较远的目标果实,以及使用Soft NMS算法对密集区域的识别效果进一步得到改进。通过对300幅未参与识别的自然环境下的苹果图像进行验证,验证结果表明:召回率为91.44%,准确率为93.35%,F1值为92.38%,每幅图像的检测可在0.2 s内完成。改进后的算法鲁棒性得到增强,能够满足在自然环境下对苹果果实的识别工作。
    基于PGN-CL的文本摘要生成模型
    刘雅情, 张海军, 梁科晋, 张昱, 王月阳
    2023, 0(02):  66-71. 
    摘要 ( 146 )   PDF (1952KB) ( 19 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于Seq2Seq框架的生成式文本摘要模型取得了不错的研究进展,但此类模型大多存在未登录词、生成文本重复、曝光偏差问题。为此,本文提出基于对抗性扰动对比学习的指针生成器网络PGN-CL来建模文本摘要生成过程,该模型以指针生成器网络PGN为基本架构,解决摘要模型存在的未登录词和生成文本重复的问题;采用对抗性扰动对比学习作为一种新的模型训练方式来解决曝光偏差问题。在PGN模型的训练过程中,通过向目标序列添加扰动并建立对比损失函数来生成对抗性正负样本,使负样本与目标序列在嵌入空间相似但语义差别很大,正样本与目标序列在语义空间很相近但嵌入空间差距较大,这些区分困难的正负样本可以引导PGN模型在特征空间更好地学习到正负样本的区分特征,获得更准确的摘要表示。在LCSTS数据集上的实验结果表明,提出的模型在ROUGE评价指标上的表现优于对比基线,证明了融合指针生成器网络和对抗性扰动对比学习对摘要质量提升的有效性。
    融合双重注意力机制的戴口罩人脸识别方法
    盛江岸, 陈淑荣
    2023, 0(02):  72-77. 
    摘要 ( 98 )   PDF (2261KB) ( 31 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有人脸识别模型无法从戴口罩人脸中有效提取区域特征问题,提出融合双重注意力机制的戴口罩人脸识别模型。首先将自建的戴口罩人脸图像作为输入数据,以ResNet50为基准网络,向残差块中引入协调注意力与分割注意力机制。其中协调注意力用于减少口罩区域特征提取,降低口罩区域特征干扰;分割注意力用于细粒度提取非口罩区域特征,从关键部位提取更多特征。然后使用ArcFace分类函数优化分类边界,再结合交叉熵损失函数作为约束,实现戴口罩人脸精细识别。实验结果表明,本文模型在测试集取得95.2%的识别准确率,与ResNet50、AttentionNet模型相比,识别准确率分别提高1个百分点、1.5个百分点。
    基于改进YOLOv5的输电线路多目标检测
    汤浩威, 姚军财, 姚聪颖, 孙颖, 裴星懿, 宋春晓
    2023, 0(02):  78-82. 
    摘要 ( 215 )   PDF (2417KB) ( 41 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对当前目标检测网络层数加深、参数量和计算量加大,造成实时性差等问题,为了实现对输电线路部件的识别与检测,提出一种基于改进YOLOv5的输电线路多目标检测算法。首先,使用ShuffleNetv2结构作为网络特征提取的主干结构,减少网络的参数量;然后,将PANet网络中的BottleneckCSP 改为Light_CSP模块,加快特征融合的速度;其次,使用CIoU loss、DIoU-NMS方法减少预测框的位置损失和漏检问题。最后,为了验证所提算法的有效性,利用输电线路图像数据集进行训练与测试。结果表明,改进YOLOv5的参数量为7.5×106,浮点计算量为10.9,平均精度达到了87.5%,FPS达到69.2,能够满足输电线路部件检测的精度、轻量化与实时性要求。
    基于非负矩阵分解的半监督模型用于多层网络聚类
    刘兴建, 杨晓夫, 胡磊
    2023, 0(02):  83-88. 
    摘要 ( 109 )   PDF (2089KB) ( 21 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    真实世界多层网络具有多维度、高复杂性的特征,使得仅使用网络拓扑信息进行聚类的算法往往不能精准挖掘网络的公共社区结构。为了解决这一问题,本文提出一种基于非负矩阵分解的半监督模型(Semi-supervised Model with Non-negative Matrix Factorization, SeNMF)。首先,该模型设计基于PageRank算法的贪婪搜索方法获取网络的共识先验信息,用以增强每一层网络的拓扑结构,降低网络噪声;然后利用整体非负矩阵分解将所有网络层的低维表示在格拉斯曼流形上融合以获取更优的公共低维表示矩阵;最后利用K-means聚类得到网络的公共社区结构。实验表明,无论是网络层数的增加还是层间噪声的增强,SeNMF模型相较其他算法在多层网络聚类时均具有一定的优越性。
    信息安全
    工业控制系统网络资产探测技术研究
    蒋星宇, 徐锐, 张若愚, 张志勇,
    2023, 0(02):  89-95. 
    摘要 ( 258 )   PDF (1088KB) ( 51 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    工业控制系统的安全关系到国计民生,是国家安全的重要组成部分。随着物联网技术不断发展,工业控制系统网络已经深入到各行业,但由于设计的缺陷或安全手段的缺乏,工业控制系统相关资产极易受到黑客的攻击和利用。探测、知晓暴露在互联网环境下的工控资产是实现工业控制系统信息监测、发现安全漏洞和把握网络空间安全态势的重要步骤。本文介绍工业控制系统网络资产探测常用的探测方法,利用端口探测技术扫描目标主机上的端口,根据端口开放情况使用工控协议和通用协议的网络资产探测技术发现工控设备和收集资产信息。通过互联网实验,对探测结果数据进行全面分析,总结工业控制系统网络资产探测技术特点,并指出目前技术存在的问题,对未来的发展进行展望。
    基于信任计算的车载命名数据网络安全机制
    樊娜, 邹小敏, 李思瑞, 杨晓朵
    2023, 0(02):  96-103. 
    摘要 ( 101 )   PDF (2509KB) ( 31 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    命名数据网络是一种以内容为中心的网络,将命名数据网络应用于车联网形成车载命名数据网络能够有效解决车联网中传统TCP/IP通信带来的局限性。然而车载命名数据网络同样面临安全风险,尤其是兴趣包洪泛攻击和开关攻击严重影响了车载命名数据网络的信息共享和安全通信。本文针对上述攻击提出一种基于信任计算的车载命名数据网络安全机制(TSSRA),首先通过分析攻击行为对网络的影响,提取识别恶意行为的特征值,然后基于特征值设计一种信任计算方法,通过评估节点的信任值区分恶意行为和合法行为。仿真实验表明,本文提出的安全机制有效抑制能恶意节点的恶意行为,增强网络的安全性,确保网络安全高效的运行。
    资源受限的NB-IoT节点的安全认证选择机制
    李伟群, 常朝稳, 李鹏劲
    2023, 0(02):  104-109. 
    摘要 ( 132 )   PDF (1273KB) ( 22 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    部分窄带物联网设备因资源受限无法利用群组认证方式接入核心网络,在5G网络接入认证框架下,大量设备同时接入核心网络将导致设备处于排队等待状态,引起网络拥塞。本文基于IETF工作组发布的关于资源受限设备的RFC7228标准,提出3种设备类型的群组认证方案。首先,指出窄带物联网设备采用5G接入认证存在的安全与拥塞问题;然后,提出解决的群组认证方案;最后,为3种资源受限设备确定接入认证方式。实验结果对性能与安全分析表明,所提方案符合设备群组认证所需的资源能力。相较于5G接入认证方案,所提方案可降低60%以上的网络信令数,并随组内设备的增加而降低。安全上,具有抗重放攻击、中间人攻击与Dos攻击等能力。
    应用与开发
    基于以太坊的医疗健康数据共享系统
    姜宇航, 张新有
    2023, 0(02):  110-115. 
    摘要 ( 132 )   PDF (1755KB) ( 23 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    医疗健康数据的共享对国家医保资金监管、解决医疗纠纷以及医学研究具有重大意义。医疗健康数据共享平台应保证相关数据的真实性和隐私性,以免数据受到泄露、篡改,同时患者对自身医疗健康数据的所有权应得到足够重视。本文设计一种基于以太坊区块链的医疗健康数据共享系统,利用区块链技术来保证相关信息的透明度和不可篡改,同时还使用IPFS来弥补区块链存储压力大的短板以提高系统性能,并使用CP-ABE加密和环签名等技术来保证数据的安全性和用户身份信息的隐私性。经测试表明,该系统针对不同用户角色提供了完善的相关功能,患者具有自身数据的掌控权,同时能够提供较好的数据安全性以及用户身份信息隐私性。
    物联网时代的便携式双通道数字示波器
    成勇健, 邓凌琪, 谭嘉俊, 杨凡, 陈亮亮
    2023, 0(02):  116-120. 
    摘要 ( 153 )   PDF (1690KB) ( 20 )  
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    示波器作为“电子工程师的眼睛”,是工程领域最常用的测量仪器之一。便携式示波器克服了传统数字示波器体积大、功耗高等缺点,在保留传统数字示波器的基本功能的情形下,使示波器变得更加的小型、便携,尤其适合在户外以及对测量仪器的体积要求十分严格的环境中使用。本文设计一款以FPGA为核心控制码,结合物联网相关技术的便携式双通道数字示波器。示波器设计分为4个模块:MCU主控模块、信号采样模块、显示模块和远程控制模块,能够精确测量频率范围为0.1 Hz~2 MHz,幅度范围为-5 V~5 V的信号,并能将数据实时传回移动终端。测试结果表明示波器各项指标均满足要求,达到了预期目标。
    基于中继的联盟链跨链通信系统
    冯云霞, 陈泓达, 牛云鹤
    2023, 0(02):  121-126. 
    摘要 ( 143 )   PDF (982KB) ( 26 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    通过研究区块链之间跨链通信困难的问题,本文在基于中继的跨链通信机制基础上进行功能开发与完善,设计一个基于中继的联盟链跨链通信系统。本文跨链系统实现了异构链互联、跨链需求的寻址转发、跨链资源调用、跨链合约发起等跨链需求,使用面向跨链通信下的二阶段执行协议,保证跨链交互的原子性。针对跨链交易验证设计了区块头同步合约,简化跨链交易验证流程,降低跨链通信的复杂性。通过实验仿真系统功能测试,本文所设计的跨链系统能够安全高效实现区块链间的跨链通信操作。