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    2021年第42卷第4期
      国家青年/地区科学基金项目专栏
    • 黄晓婷,杨 坤,毛海宽,吕 辉

      2021,42(4):319-326, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04001

      Abstract:

      针对汽车动力总成悬置系统参数同时存在不确定性和相关性的复杂情形,提出了一种汽车动力总成悬置系统固有频率和解耦率的不确定性分析方法。首先,基于多维平行六面体模型对具有不确定性和相关性的系统参数进行描述;其次,结合正则化、泰勒级数展开和中心差分法等方法,计算悬置系统固有频率和解耦率的不确定性响应;再次,给出方法的具体分析步骤;最后,以蒙特卡洛法作为参考方法进行对比验证。结果表明,悬置系统不确定性参数的相关性对系统固有特性响应有一定影响。所提方法在求解系统不确定性响应方面表现出较高的计算精度和计算效率,可为汽车动力总成悬置系统固有特性的计算、评估和优化设计提供参考。

    • 陆 颖,刘裕发,束 瑜,季小洁

      2021,42(4):327-333, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04002

      Abstract:

      为提高高级车辆事故自动呼救(advanced automatic crash notification,AACN)系统的救援效率,提出了一种驾驶员伤情预测算法,基于算法进行了AACN系统终端的总体设计。首先,选取驾驶员年龄、性别、是否佩戴安全带、速度变化量、事故碰撞方向以及驾驶员侧安全气囊是否打开作为驾驶员伤情的影响因素;其次,对交通事故数据进行分析并构建Logistic回归模型,使用Hosmer-Lemeshow测试表对模型进行验证,通过敏感性分析获得最佳触发阈值;再次,对AACN系统终端进行设计;最后,通过实际案例检验伤情预测算法的准确性和AACN系统终端的有效性。结果表明,所提出的驾驶员伤情预测算法和AACN系统的准确性较高,能够有效预测驾驶员伤情,有助于救援中心制定积极有效的救援方案。研究结果可用于解决现有的集中式AACN系统呼叫效率不高且准确性受人为因素影响较大的问题,为分散式AACN系统中驾驶员伤情预测算法的设计提供参考。

    • 聂孟稳,杨 坤,王 杰,马 超,肖锦钊,谭树梁

      2021,42(4):334-344, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04003

      Abstract:

      为解决缓速器安装于半挂汽车列车传动系统时存在“冲撞”严重的问题,提高缓速工况时制动能量的回收率,提出了一种安装于半挂车前轴两侧轮毂内的能量回收型缓速器方案。根据GB/T 32692-2016中对缓速制动性能的规定,对缓速器参数进行了匹配,制定相应的缓速器控制策略,根据控制策略中对电动半挂汽车列车质量的需求,对质量估计算法进行研究,并基于粒子群算法对小制动强度时制动力矩分配进行探讨。通过Matlab/Simulink与TruckSim搭建了联合仿真平台,对质量估计算法、电动半挂汽车列车经济性和制动安全性进行仿真验证。仿真结果表明:质量估计算法能够准确估计电动半挂汽车列车质量;能量回收型缓速器能够满足电动半挂汽车列车缓速需求,提高制动能量回收率,且能够有效解决电动半挂汽车列车缓速制动时的“冲撞”问题。相关研究能够解决“冲撞”问题,提高制动安全性,为提高电动半挂汽车列车缓速制动时制动能量的回收率提供了新思路。

    • 解 芳,翟长生,燕松山,胡 瑞,许春霞

      2021,42(4):345-351, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04004

      Abstract:

      为了改善高速轧机轴承热喷涂层的微观组织性能,采用感应重熔技术对GCr15轴承钢表面预制备的高能火焰喷涂Ni60A涂层进行感应重熔处理,并利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对感应重熔前后涂层的孔隙率、微观组织、显微硬度等进行对比研究,探讨感应重熔对涂层以及界面微观组织、显微硬度的影响。结果表明,高能火焰喷涂镍基涂层的孔隙率高达5.09%,且表面孔洞缺陷较多,涂层与基体结合的界面处存在较明显的界面裂纹和孔隙缺陷,呈现典型的机械结合,界面结合特性较差;而经感应重熔后其涂层组织致密,孔隙率仅为0.27%,涂层缺陷明显减少,与基体结合的界面处呈现出强冶金融合特性,且涂层中硬质相数量显著增多,涂层及界面的显微硬度均得到较大提升。因此,感应重熔技术可改善涂层的表面组织性能,在高速轧机轴承表面强化方面有一定的应用价值。

    • 数学
    • 禹长龙,韩获德,王菊芳,邢厚民

      2021,42(4):352-359, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04005

      Abstract:

      为了完善非线性量子差分方程边值问题的基本理论,研究了二阶非线性(p,q)-差分方程非局部问题的可解性。首先,计算线性(p,q)-差分方程边值问题的Green函数,研究Green函数的性质;其次,运用Banach压缩映像原理和Guo-Krasnoselskii不动点定理,获得二阶三点非线性(p,q)-边值问题正解的存在性和唯一性定理;再次,给出线性(p,q)-差分方程非局部问题的Lyapunov不等式;最后,给出2个实例,证明所得结果是正确的。结果表明,在赋予非线性项f一定的增长条件下,非线性(p,q)-差分方程非局部问题正解具有存在性和唯一性。[JP2]研究结果丰富了量子差分方程可解性的理论,对(p,q)-差分方程在数学、物理等领域的应用提供了重要的理论依据。

    • 魏文英,纪玉德,郭彦平

      2021,42(4):360-368, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04006

      Abstract:

      为了拓展非线性离散边值问题的基本理论,研究了一类非线性二阶差分方程三点边值问题正解存在性的充分条件。首先,给出了相应的二阶差分方程三点边值问题解的表达式并证明其性质;其次,在Banach空间中构造合适的锥和积分算子,运用锥上的Krasnoselskii’s不动点定理,在非线性项允许变号的条件下,获得非线性二阶差分方程三点边值问题正解存在性的充分条件;最后,通过2个例子证明主要定理和结果的有效性。结果表明,定理条件得证且离散边值问题满足正解的存在性。所研究的方法在二阶离散边值问题理论证明方面效果良好,对探究非线性高阶多点离散边值问题具有一定的借鉴意义。

    • 机械、电子与信息科学
    • 郭金玉,李 涛,李 元

      2021,42(4):369-379, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04007

      Abstract:

      为了有效提高支持向量机(SVM)算法的故障检测和监视性能,提出一种新的基于DW-ICA-SVM的工业过程故障检测算法。首先,对训练数据进行标准化,运用独立元分析(ICA)获取数据的独立元矩阵,提取隐藏的非高斯信息。其次,运用杜宾-瓦特森(Durbin-Watson,DW)准则计算独立元(ICs)的DW值,通过DW方法有效提取重要噪声信息,选取重要的ICs。再次,将包含重要信息的ICs作为SVM模型的输入,获得判别分类函数,将测试数据的ICs输入该模型,对其进行故障检测和监视。最后,将新算法运用于非线性数值例子和田纳西-伊斯曼工业过程,并与PCA,LPP,ICA,SVM和ICA-SVM方法进行比较。结果表明,所提方法降低了样本间的自相关性,有效提高了故障检测率。因此,新算法在一定程度上加强了对隐藏非高斯信息的提取与识别,为提高SVM算法在工业过程故障检测中的应用性能提供了参考。

    • 吕妹园,张永健,张永强,孙胜娟

      2021,42(4):380-388, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04008

      Abstract:

      为了解决分布式词表示方法因忽略词语情感信息导致情感分类准确率较低的问题,提出了一种融入情感信息加权词向量的情感分析改进方法。依据专属领域情感词典构建方法,结合词典和语义规则,将情感信息融入到TF-IDF算法中,利用Word2vec模型得到加权词向量表示方法,并运用此方法对采集到的河北省旅游景点的评论文本与对照组进行对比实验。结果表明,与基于分布式词向量表示的情感分析方法相比,采用融入情感信息加权词向量的改进方法进行情感分析,积极文本的准确率提高了6.1%,召回率提高了6.6%,F值达到了90.3%;消极评论文本的准确率提高了6.0%,召回率提高了7.2%,F值达到了89.6%。因此,融入情感信息加权词向量的情感分析改进方法可以有效提高评论文本情感分析的准确率,为用户获得更为准确的评论观点提供参考。

    • 化学与化工
    • 张欣欣,许 洁,蒋 岩,赵丽艳,张万明

      2021,42(4):389-399, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04009

      Abstract:

      为提高依托泊苷制剂的水溶性和稳定性,采用星点设计-效应面法优化依托泊苷纳米混合胶束(ETP mPEG-PLA/P123)的处方工艺。在单因素试验基础上,以投药量、mPEG-PLA所占质量比和水化体积为自变量,以依托泊苷包封率、载药量以及粒径为因变量,进行3因素5水平的星点设计-效应面法实验,采用荧光探针法测定临界胶束浓度(CMC),并对所制备的胶束制剂进行理化性质和释放行为的评估。结果表明,ETP mPEG-PLA/P123胶束制剂的最优处方工艺如下:mPEG-PLA与P123质量比为38∶62,投药量为5 mg,水化体积为6 mL;采用最优处方制得的混合胶束的包封率为87.4%,载药量为4.19%,粒径为115.6 nm,PDI为0.216,Zeta电位为-16.3 mV;荧光探针法测定的CMC值为1.7×10-3 g/L,mPEG-PLA/P123胶束稳定性良好;体外释放实验中,依托泊苷可从胶束中缓慢而持续地释放,在48 h内释放量可达80%。采用优化处方制得的ETP mPEG-PLA/P123纳米混合胶束,能显著增加依托泊苷的溶解度,胶束制剂稳定性好,且有一定的缓释作用,可为进一步拓宽依托泊苷新型制剂的应用范围提供理论依据。

    • 苏晓梅,张丹参

      2021,42(4):400-409, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04010

      Abstract:

      缺血性脑卒中是中老年常见的急性脑血管病,是当今世界主要的致死性疾病之一。现有治疗方案有限,仅适用于一小部分中风患者。因此,开发有效的治疗方法以减少脑损伤至关重要。星形胶质细胞(astrocyte,AS)是中枢神经系统的核心组成部分,其线粒体功能障碍是缺血性脑卒中的初始事件,在神经元存活和神经功能改善过程中发挥着重要作用。以AS细胞线粒体在缺血性脑卒中发病中的作用机制为切入点,分析讨论了缺血性脑卒中发生时AS细胞线粒体的生物能量与动力学变化、细胞之间线粒体的转移以及AS细胞线粒体对脑血流的调节作用,提出将AS细胞线粒体作为治疗缺血性脑卒中的靶点之一,以更好地了解AS细胞线粒体在缺血诱导的神经元死亡过程中的重要作用,为缺血性脑卒中的新型治疗方案提供理论基础。

    • 材料科学
    • 张志彬,周志丹

      2021,42(4):410-414, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04011

      Abstract:

      为了解决铝基非晶合金在形成过程中容易析出α-Al晶体导致玻璃形成能力较低且不易评估的问题,设计了简单易行的玻璃形成能力评估方法,对非晶AlNiZr合金成分进行优化。首先,制备9种不同组分的AlNiZr合金铸锭;然后,在相同制备条件下,用单辊甩带法制备不同组分的合金薄带;最后,采用X射线衍射仪对薄带进行XRD表征,基于XRD结果拟合计算合金薄带的非晶含量。结果表明:在合金组分Al100-x-yNixZry中,随着Ni含量的增加玻璃形成能力提高,随着Zr含量的增加玻璃形能力成降低;当Zr含量为3%时,进一步增加Ni含量达到20%和25%,合金的玻璃形成能力降低,Al82Ni15Zr3具有更好的玻璃形成能力。通过对非晶AlNiZr合金成分的优化,可以为不含稀土元素的铝基合金的玻璃形成能力评估提供新的方法,拓展其在设备防护领域的应用空间。

    • 土木建筑工程
    • 孙吉书,邱博超,肖 田

      2021,42(4):415-423, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04012

      Abstract:

      为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究。在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律。结果表明:降雨过程中雨水冲刷造成边坡坡面结构破坏,而边坡内部受到雨水渗流作用导致稳定性降低,降雨作用从外到内对边坡造成影响;随着2种土质边坡压实度从85%提升至95%,砂性土边坡的冲刷量减少了46.18%,边坡安全系数提升了13.74%,黏性土边坡冲刷量降低了33.70%,安全系数提升了10.21%;随着降雨时间的增加,黏性土边坡后期冲刷深度趋于稳定,但砂性土边坡冲刷深度有增大的趋势;相同控制条件下,降雨前后黏性土边坡安全系数变化量小于砂性土边坡。因此,同等控制条件下,黏性土边坡的抗水毁性能以及整体稳定性均强于砂性土边坡,研究结果有助于更全面地了解降雨过程中路堤边坡的水毁机理及主要因素的影响规律,提高道路支撑的稳定性。

    • 新能源与节能环保专栏
    • 崔海亭,黄夏洁,张欣悦,张良锐

      2021,42(4):424-430, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx04013

      Abstract:

      为了解决气冷器内不可逆损失对换热性能的影响问题,提高直管套管式气冷器的热力性能,对超临界二氧化碳套管式气冷器内二氧化碳与冷却水之间的热量传递过程进行了研究。采用Fluent数值模拟软件与熵产分析方法,通过改变操作压力、二氧化碳质量流量及冷却水的质量流量和进口温度进行数值计算,得出气冷器中二氧化碳和冷却水沿管长的温度分布情况,并依据热力学第二定律熵产分析方法,对直管套管内热力过程进行计算,得出沿管长的熵产分布情况。结果表明,随着压力的增加,沿管长方向的熵产逐渐增大;随着二氧化碳质量流量的增加,熵产逐渐减小;随着冷却水质量流量的增加,熵产增加幅度不明显;随着冷却水进口温度的增加,熵产随之减小。研究结果可为二氧化碳热泵气冷器运行参数与结构的设计以及二氧化碳热泵的工程应用提供一定的参考。

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    • 张付祥1,郭旺1,黄永建2,王春梅3,黄风山1

      DOI:

      Abstract:

      为实现特钢棒材生产信息的全流程可追溯,分析特钢棒材生产环境及形状特点,采用基于双标志点的标记方案进行标记并利用机器视觉技术实现成捆特钢端面字符的识别。首先采用Hough变换将成捆特钢棒材端面图像分割成单根;其次采用基于小波变换的图像增强算法完成单根特钢棒材端面图像的增强;然后将MSER算法和边缘检测算法相结合完成单根特钢棒材字符区域的检测,并基于投影法完成字符的分割;最后通过创建和训练SVM分类器完成每一根特钢棒材端面字符识别,并将成捆特钢棒材端面字符识别结果输出保存。在实验室模拟特钢棒材生产环境并对字符识别算法进行测试,结果表明,本文算法可以满足成捆特钢棒材生产过程中字符识别要求,为特钢棒材生产信息的全流程可追溯目标的实现提供了参考。

    • 戴 俊,任一平,杨 凡

      DOI:

      Abstract:

      为进一步分析微波破岩机理,对微波照射下硬岩损伤演化规律及其本构行为进行了研究,首先对岩石进行弹性微元假设并结合微元强度准则和三参数Weibull分布,推导出微波作用后硬岩损伤演化方程和本构模型以及各参数确定公式,而后采用不同微波功率照射后的花岗岩超声波检测和单轴压缩试验结果对模型验证。结果表明,建立的模型理论曲线与试验曲线具有较高的吻合度,能反映出花岗岩破裂的应力应变过程且模型各参数物理意义及对模型的影响规律明确,峰后的拟合存在一定的偏差,但本模型仍可以基本反应岩石经微波照射后弱化规律。研究结果可为微波照射岩石的相关计算和数值模拟提供一定的参考。

    • 田 斌1, 2,文仕强1,胡 桐1,梁 冰1,洪汉玉1, 2

      DOI:

      Abstract:

      为了解决水下目标磁场近程化探测中磁信号衰减快、干扰强及扰动特征不明确、无法有效探测信号等问题,提出了一种基于混合神经网络与注意力机制(Att-CNN-GRU)的工频磁场水下目标时间序列扰动信号检测方法。将CNN,GRU神经网络与Attention机制相结合拟合信号,构建分类神经网络,对目标信号进行分类识别,同时与未引入注意力机制的CNN-LSTM模型及单一CNN和LSTM网络模型的预测及检测性能进行比较。结果表明,相较于传统方法,信号拟合效果将误差分别减小了36.24%,14.44%和4.878%,目标检测准确率达到83.3%。基于混合神经网络与注意力机制的水下目标工频磁场扰动信号检测方法可作为辅助手段,有望广泛应用于水下目标的探测。

    • 张 亮, 王启迪, 李 欣, 王 苑

      DOI:

      Abstract:

      涡轮叶片在高速旋转时会因振动产生疲劳断裂失效,造成旋转机械的损坏。叶尖定时测量技术是目前最有前途的非接触式叶片振动实时监测方法。同时,叶尖间隙的变化与叶片的振动状态密切相关。因此,实时监测叶片的振动状态和叶尖间隙是保证旋转机械安全、稳定、可靠运行的关键。系统综述了叶尖定时及叶尖间隙测量技术的原理和国内外研究成果。阐明了目前研究仍处于仿真模拟和实验测量的不完全成熟阶段,并对其发展前景进行了展望。指出今后可在以下方面对叶尖定时及叶尖间隙测量技术展开研究:1)将叶尖定时和叶尖间隙测量技术相结合实现叶片的振动测量;2)进行无键相法的叶片异步振动测量,并投入到工程应用当中;3)制定有效的动态标定方案,测量叶片在旋转状态时输出电压与叶尖间隙之间的关系;4)研制能够在恶劣环境下进行高精度、长周期测量的传感器。

    全选
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      约稿:数据分析与计算专栏
    • 张春会, 王来贵, 赵全胜, 李伟龙

      2015,36(1):90-99, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01016

      Abstract:

      如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程,将煤视作弹脆塑材料,其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段,结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则,建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程,将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段,即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化,进而影响单元渗透率;煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带,在剪切带内的流体流动服从平行板定律,给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式;煤岩单元拉破坏在单元体内形成“十”字型裂隙,在裂隙内的流动也服从平行板定律,给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型,并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明:1)煤受液氮冷却作用后发生体积收缩,越靠近钻孔温度梯度越大,收缩变形越大,温度拉应力越大,越容易破坏,形成拉破坏区。液氮注入冷却10 d后的拉破坏区约0.65 m宽。2)在拉破坏区,单元内形成了贯通的裂隙,单元体渗透率显著增长,液氮冷却10 d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3)远离钻孔区域,拉应力也使得煤的渗透率有所增加,增加幅度为1%~14%,远小于破坏区。4)随着冷却时间增加,破坏区域扩大,但增长速率逐渐减缓,这表明在工程实践中冷却时间过长,不一定能取得更好的冷裂效果。5)液氮冷裂的主要影响区域在1.0 m左右,但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响,从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6)模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程,从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。

    • 材料科学
    • 马 静,王瑞阳,温 宁

      2021,42(1):75-81, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01010

      Abstract:

      为提高304不锈钢的抗高温氧化性能,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法,在不锈钢表面制备了SiO2薄膜,通过氧化动力学,XRD,SEM和EDS分析,研究了涂覆层数对不锈钢900 ℃抗高温氧化性能的影响。结果表明,SiO2薄膜与不锈钢基体的附着性良好,促进了不锈钢表面发生选择性氧化,生成保护作用的Cr2O3和NiCr2O4氧化层,不锈钢的抗高温氧化性能显著提高,其中涂覆3层SiO2薄膜试样的抗高温氧化性能最佳,经900 ℃循环氧化100 h后氧化增重与氧化剥落仅为未涂覆试样的58.1%和41.4%。SiO2薄膜涂覆有效提高了不锈钢的抗高温氧化性能,是表面处理方法应用于高温环境的又一尝试,为溶胶-凝胶法制备其他薄膜提供了借鉴和参考。

    • 机械、电子与信息科学
    • 王建霞,刘梦琳,许云峰,张 妍

      2021,42(1):48-59, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01007

      Abstract:

      现实生活中存在的网络大多是包含多种类型节点和边的异构网络,比同构网络融合了更多信息且包含更丰富的语义信息。异构网络表示学习拥有强大的建模能力,可以有效解决异构网络的异质性,并将异构网络中丰富的结构和语义信息嵌入到低维节点表示中,以便于下游任务应用。通过对当前国内外异构网络表示学习方法进行归纳分析,综述了异构网络表示学习方法的研究现状,对比了各类别模型之间的特点,介绍了异构网络表示学习的相关应用,并对异构网络表示学习方法的发展趋势进行了总结与展望,提出今后可在以下方面进行深入探讨:1)避免预先定义元路径,应充分释放模型的自动学习能力;2)设计适用于动态和大规模网络的异构网络表示学习方法。

    • 陈 琦,张仁辉,何忠义,熊丽萍

      2021,42(1):1-7, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01001

      Abstract:

      为了探究醇类物质在高载高速工况下的润滑性能,尤其是碳链、羟基与润滑性能的关系,开展了碳链长度、羟基数目对醇类物质润滑性能影响的研究。利用四球摩擦机调查一系列醇类物质的摩擦学性能,结合黏度仪、透射电镜和拉曼等检测手段,探索碳链长度、羟基数目对润滑性能的影响。实验结果表明,随着碳链的增长磨合期变短、摩擦系数达到稳态的时间变短、磨损率降低;随着羟基数目的增多磨损率降低、无明显磨合期和摩擦系数持续波动(乙二醇)或持续降低(甘油)。摩擦诱导形成的石墨烯较无定形碳更能有效地促使摩擦体系达到稳定的摩擦系数,缩短磨合期,研究结果可为醇类物质在机械设备领域的应用提供参考。

    • 睢丙东,张 湃,王晓君

      2021,42(1):22-29, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01004

      Abstract:

      为了解决YOLOv3算法在手势识别中存在识别精度低及易受光照条件影响的问题,提出了一种改进的YOLOv3手势识别算法。首先,在原来3个检测尺度上新增加1个更小的检测尺度,提高对小目标的检测能力;其次,以DIoU代替原来的均方差损失函数作为坐标误差损失函数,用改进后的Focal损失函数作为边界框置信度损失函数,目标分类损失函数以交叉熵作为损失函数。结果表明,将改进的YOLOv3手势识别算法用于手势检测中,mAP指标达到90.38%,较改进前提升了6.62%,FPS也提升了近2倍。采用改进的YOLOv3方法训练得到的新模型,识别手势精度更高,检测速度更快,整体识别效率大幅提升,平衡了简单样本和困难样本的损失权重,有效提高了模型的训练质量和泛化能力。

    • 食品与生物科学
    • 贾艳丽,仇 燕

      2021,42(1):67-74, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01009

      Abstract:

      随着抗生素副作用的日益凸显,以及其被批准数量的逐年下降,研发功能相似且不易产生耐药性的其他活性物质迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌性、热稳定性,作用机理独特,既能起到体内抗病菌感染、促进癌细胞凋亡的作用,还可作为抗病毒化疗剂和医疗器械的抗菌材料。系统综述了抗菌肽的抗菌机制,及其在医药领域抑制抗耐药菌的产生、抗癌以及抗病毒感染的作用,阐明了抗菌肽存在的稳定性、溶血性及毒性等问题,并对其发展前景进行了展望。指出今后可在以下方面对抗菌肽展开深入研究:1)结合体内抑菌机制进行研究,推动抗菌肽的开发应用;2)通过替换、修饰氨基酸残基,合成杂合肽,优化抗菌肽结构,提高其活性,降低毒副作用并预防耐药性的产生;3)利用抗菌肽传递系统或抗菌肽与绿色天然提取物联合作用,提高抗菌活性和生物利用度。

    • 机械、电子与信息科学
    • 王 卿,蔚保国

      2021,42(1):8-14, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01002

      Abstract:

      为提高非合作室内环境下超宽带组网定位能力,采用无中心定位算法理论对超宽带测距输出距离信息进行解算分析,得到相对定位结果,并将定位结果与光电标定系统结果进行实测对比,对精度进行评估。结果表明,相比传统超宽带定位模式,利用超宽带测距和无中心定位算法相结合的形式,能够实现无中心定位以及各节点之间的相对位置解算,最终确定各节点之间的相对位置。超宽带测距和无中心定位算法相结合,在相对定位方面具有良好的稳定性和精确度,可以广泛应用于室内室外多种场景。

    • 王晓君,薛琳博,王彦朋

      2021,42(1):15-21, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01003

      Abstract:

      为了解决航空无线电导航服务频段附近的脉冲干扰影响接收机工作的问题,并进一步提高GNSS系统的抗干扰能力,提出了基于STFRFT(short time fractional Fourier transform)的脉冲干扰抑制方法。首先确定接收信号的最佳旋转阶次,再对信号进行STFRFT,通过坐标旋转得到时频面的二维分布,在最佳阶次下采用自适应时变滤波器实现对干扰和信号的分离,进而抑制干扰。仿真结果表明,和几种传统方法相比,基于STFRFT的自适应滤波算法剔除干扰效果最好,在抑制脉冲干扰的同时保留了更多有用信号。结合STFRFT技术和自适应时变滤波技术提高了抑制脉冲干扰的能力,可为航空无线电导航服务的脉冲抗干扰技术提供参考依据。

    • 尹雅楠,甄 然,武晓晶,张春悦,吴学礼

      2021,42(1):38-47, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01006

      Abstract:

      为了解决蚁群算法在无人机实现路径规划中容易陷入局部最优的问题,提出改进的蚁群算法。对信息素的挥发因子以及信息素进行上、下限设置,防止由于较短路径上的信息素过高以及较长路径上的信息素过低,使蚂蚁陷入局部最优,同时在多启发因素的影响下,将路径的整体长度作为决定状态转移概率的一个自适应启发函数因子,当路径长度很大时,自适应启发函数因子较小,使得蚁群选择该路径的概率减小。实验结果表明,改进的算法在路径长度上减少了6.4%,最优路径长度方差降低了85.78%,增加了对环境整体性的考虑,缩短了路径长度,降低了迭代次数,跳出局部最优。在环境复杂度加大的情况下,引入自适应启发函数因子之后的算法可以有效地选择较好的路径,为无人机路径规划提供了理论依据。

    • 李春华,秦云凡,刘玉坤

      2021,42(1):30-37, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01005

      Abstract:

      针对传统贝叶斯模型算法对图像显著区域检测精度需要进一步提高的问题,提出一种改进凸包的贝叶斯模型显著性检测算法。首先,利用流行排序算法对图像进行前景提取,提取的前景区域作为贝叶斯模型的先验概率;其次,利用颜色增强的Harris角点检测算法检测图像在RGB,HSV,CIELab 3个颜色空间中的特征点,分别构造RGB,HSV,CIELab空间的凸包,求取3个颜色空间下的凸包的交集;再次,通过贝叶斯模型根据先验概率、凸包与颜色直方图结合得到的观测似然概率计算获得显著性区域图;最后,将新算法在两大公开数据集MSRA和ECSSD中进行测试。结果表明,新算法能够有效抑制背景噪声,完整检出显著区域,F-measure值在MSRA和ECSSD数据库中的测试结果分别为0.87和0.71,准确率-召回率曲线在复杂图像数据库高于传统经典算法。新算法改进了传统经典算法的检测效果,进一步提高了显著图检测的准确性。

    • 化学与化工
    • 谢英花,刘朝霞,张梅梅,张冬梅

      2021,42(1):60-66, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01008

      Abstract:

      为减轻盐酸二甲双胍对胃的刺激,实现其在肠道内的释放,以盐酸二甲双胍为主药,壳聚糖、海藻酸钠为复合载体,筛选盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的最佳处方及制备工艺,并对其pH敏感性及体外释药特性进行了考察。通过单因素试验及正交试验优化处方工艺,利用扫描电镜进行结构表征,紫外分光光度法测定载药量及包封率,转篮法研究释放度。结果表明,盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的优选处方如下:壳聚糖与海藻酸钠的总浓度为2%(质量体积比),海藻酸钠与壳聚糖的质量比为1∶1,药物与海藻酸钠的质量比为2∶5,氯化钙的交联浓度为3.5%(质量体积比);盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球在人工胃液中6 h累积释放度小于4%,在人工肠液中6 h累积释放度最大可达96.4%。所制备的盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球处方工艺稳定可靠,水凝胶微球机械强度高,生物降解性和稳定性好,是一种新型结构的盐酸二甲双胍给药系统。

    • 材料科学
    • 孟致安,鲁素玲,闫华军,韩鹏彪,胡希磊,王同会,王 浩

      2021,42(1):82-90, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01011

      Abstract:

      为了解决传统U型钢拉杆存在的生产工艺落后、加工周期长、材料利用率低等问题,提出一体式钢拉杆成形工艺。以35型钢拉杆U型头预制坯的成形为研究对象,设计了3道次加热镦粗方法,采用DEFORM-3D有限元软件分析了不同工艺条件下镦粗后温度场、应力场的模拟结果,探讨了成形效果较佳的热成形工艺参数,并通过实验验证成形的可行性。结果表明,各道次较佳的热成形工艺参数如下:第1道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为20 mm/s,第2道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为30 mm/s,第3道次始锻温度为1 100 ℃、冲头速度为20 mm/s;在该热成形工艺参数下,各道次的成形力分别为1 520,2 090,5 290 kN,各道次的胀模力分别为5 870,6 710,8 830 kN;镦粗后金属流线分布合理,没有出现交叉、折叠等现象,成形效果较好。采用3道次热镦粗方法制备预制坯,制件内部的等效应力分布都比较均匀,可以形成质量良好的制件,研究结果可为35型钢拉杆U型头预制坯的镦粗聚料工艺设计以及设备选择提供参考。

    • 约稿:数据分析与计算专栏
    • 刘 青, 刘 滨, 王 冠, 张 宸, 梁知行, 张 鹏

      2019,40(1):68-78, DOI: 10.7535/hbkd.2019yx01011

      Abstract:

      近年来,关于数字孪生的研究方兴未艾。数字孪生作为一个新的范式或者方法体现出了巨大的潜力,但是,这一概念的内涵和范围尚不确定,尤其是对数字孪生模型概念的界定很不清晰。根据模式类别可以将其分为通用模型和专用模型,其中专用模型仍是当前的研究热点,研究内容主要体现为对具体项目使用数字孪生方法进行建模,也包括对专用模型进行开发。这些具体项目除了传统制造业所涉及的零件测量和质量控制,增材制造,设计和工作过程,以及系统管理外,还包括在生物医药、石油工程领域的应用等。开发专用模型的工具和技术呈现多元化,有通用工业软件、专用工业软件、仿真平台和自研二次开发工具等等。数字孪生通用模型的研究对象不针对某一具体项目,而是研究如何将模型受控元素表示为一组通用的对象以及这些对象之间的关系,从而在不同的环境之间为受控元素的管理和通信提供一种一致的方法。数字孪生通用模型的研究主要分为概念研究和通用模型的实现方法,两者的研究热度相当。其中概念研究从宏观角度的产品生命周期管理,到描述系统行为,如一般系统行为和系统重新配置,再到具体工作流,如设计方法、产品构型管理、制造系统、制造过程等,研究内容较为发散,尚没有出现特别突出的热点。关于数字孪生通用模型实现方面,主要研究了建模语言的构建、模型开发方法的探索、具体工具的使用、元模型理念的植入和模型算法的探索。数字孪生模型是数字孪生研究的核心领域之一,其未来的研究重点是如何将不断涌现的各不相同的数字孪生体的外部特征和内在属性归纳为可集成、可交互、可扩展的模型,便于更高效地实现信息在物理世界和数字世界之间流动,从而实现数字孪生的普遍应用,继而支持CPS(网络物理空间)和CPPS(网络物理生产系统)的建设。因此,数字孪生模型研究下一步需要解决的问题是如何对接标准参考架构,如德国提出的工业4.0参考架构模型RAMI4.0和中国的智能制造系统架构IMSA等;关于数字孪生模型需要建立统一的描述方法并确立一致的结论,以规范各自独立发展建立起来的模型,从而改善模型的互操作性和可扩展性,否则,随着系统规模的扩大模型效能会显著下降;中国数字孪生模型的研究急需国产专业工业软件和建模软件的支持,以便中国学者深入开展更加符合国情的深入研究。

    • 翟建华

      2005,26(2):160-165, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx02021

      Abstract:

      对化学工程领域中的通用CFD(ComputationalFluidDynamics)模拟软件Phoenics,Fluent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。

    • 国家青年/地区科学基金项目专栏
    • 文 娟, 李 芾, 丁军君, 李 刚

      2015,36(1):1-8, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01001

      Abstract:

      城市轨道交通作为一种快捷、舒适、节能、环保、安全的交通工具已越来越受到人们的青睐,但由于车辆运行时产生的噪声及振动也使城市轨道交通车辆面临严峻的挑战。目前,针对弹性车轮的研究也在不断发展深入,通过对弹性车轮的发展背景与结构分类的论述,介绍了弹性车轮在轻轨车辆上的主要优点,并详细论述了弹性车轮在降噪减振、有限元强度分析、车辆动力学以及轮轨磨耗方面的研究现状。以国内外低地板轻轨车辆为例,介绍了弹性车轮在城市轨道交通中的发展及运用,并论述了弹性车轮在中国轻轨车辆上的运用前景以及弹性车轮今后的研究方向。

    • 李立冬, 刘教民

      2005,26(1):47-50, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx01012

      Abstract:

      描述了在透视投影和相机针孔模型下从单幅二维投影图像进行目标空间方位测定的方法,即利用现实场景中一个三维标定块来进行相机标定,采用线匹配法求出单应矩阵,即可测量平面上目标距离以及物体高度等。

    • 机械、电子与计算机
    • 崔海亭, 张 改, 蒋静智

      2012,33(5):453-458, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx05016

      Abstract:

      利用计算流体力学软件FLUENT的凝固/熔化模型,对双层壁圆筒内填充的铝硅合金相变材料的熔化/凝固过程进行了数值模拟,得到了在第3类边界条件下圆筒内相变材料在凝固/熔化过程中的动态温度场分布、相界面移动规律及凝固/熔化时间等,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。

    • 周广芬, 李鹏, 杨久义

      2005,26(4):309-311,321, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx04015

      Abstract:

      针对研究的利用MATLAB图像处理工具箱处理实验输出图形、获取图线坐标值、使图形数字化的过程,通过对一构件振动位移测试结果图形的处理,证明此方法取点密集、返回坐标值精确度高,且整个过程可以通过MATLAB语言自动完成,比人工取点的处理方法省时、省力,数据误差小。

    • 机械、电子与计算机
    • 秦思良, 王庆国, 曲兆明, 雷忆三

      2012,33(4):309-312, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx04007

      Abstract:

      采用M-G方程、Bruggeman方程和广义M-G方程计算了复合材料内碳纤维的介电常数。结果表明:当纤维长径比较大时,3个方程均可以计算出碳纤维的介电常数,并且数量级和趋势保持一致;广义M-G和M-G方程的计算结果较为一致,而Bruggeman方程则小于其余两者的计算结果;当碳纤维浓度上升至渗流浓度附近时,3个方程计算结果均出现一定程度的偏离,表明3个方程均适用于低浓度情况。

    • 〖CM5-3〗机械与计算机技术
    • 张付祥, 王树国

      2008,29(4):299-304, DOI: 10.7535/hbkd.2008yx04010

      Abstract:

      针对研制的创伤手指功能康复机械手,研究了以ARM芯片S3C2410为核心的嵌入式系统平台、基于SPI总线的电机控制和数据采集模块,以及控制软件和图形用户界面的设计,还结合机械系统设计了传感系统,实现了康复运动产生、康复数据采集等系统功能,为该系统用于临床康复试验奠定了基础。