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    2017年 第37卷 第1期 刊出日期:2017-01-10
    2016年全国开放式分布与并行计算学术年会(DPCS2016)论文
    面向虚拟路由器平台的资源管理平面的设计与实现
    高先明, 王宝生, 李同标, 薛华威
    2017, 37(1):  1-5.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0001
    摘要 ( )   PDF (1037KB) ( )  
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    通过研究与分析虚拟路由器平台在管理与维护等方面存在的问题,提出了三层的虚拟路由器体系框架:控制平面、转发平面和资源管理平面。控制平面和转发平面是虚拟路由器的两个基本功能平面,分别承载逻辑控制平面和逻辑转发平面。为了动态地管理虚拟路由器平台,引入了资源管理平面。它是管理物理资源和维护路由器实例的重要功能平面。通过阐述资源管理平面的框架以及实现机制,实现了支持路由器实例的静态创建和动态调整的原型系统。实验结果表明:资源管理平面的最大处理能力为3205条命令/秒,在1 min内完成路由器实例的创建任务,能够满足虚拟路由器平台的管理需求。
    面向动态虚拟网络请求的虚拟网络映射算法
    苑迎, 王聪, 王翠荣, 宋欣, 吕艳霞
    2017, 37(1):  6-11.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0006
    摘要 ( )   PDF (989KB) ( )  
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    针对虚拟网络请求资源动态变化的实际情况,提出了面向动态虚拟网络请求的虚拟网络映射(DVNR-VNE)算法。以混合线性规划理论为基础,采用多队列的方式分别对不同类型的虚拟网络请求进行预处理,建立了以最小化映射代价和最小迁移代价为优化目标的映射模型,优先映射需要释放资源的请求以获得更多的资源支持其他的虚拟网络,对新到来的虚拟网络请求采用优化后的虚拟网络映射(WD-VNE)算法进行映射。仿真实验表明,该算法降低了链路映射成本和迁移成本并获得了较高的虚拟网络请求接受率。
    基于直接后继节点完成时间的异构调度算法
    王冠, 王宇新, 陈鑫, 王飞, 郭禾
    2017, 37(1):  12-17.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0012
    摘要 ( )   PDF (1170KB) ( )  
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    分布式环境下的异构计算系统(HCS)是大数据时代进行数据密集型计算不可或缺的,一个有效的任务调度算法可以提高整个异构计算系统的效率。在对异构环境下的任务调度进行有向无环图(DAG)建模的基础上,提出基于直接后继节点完成时间的异构调度算法(HSFT)。在计算开销和通信开销差异度较大的异构环境中,考虑两者之间的平衡,采用更为合理的以计算均值与标准方差的乘积和通信权值与任务节点出度的比值作为优先权值计算方法,并在考虑最快完成时间(EFT)的基础上,将直接后继节点完成时间(SFT)用于处理器分配策略。实验结果表明,HSFT在不增加算法时间复杂度的情况下,比HEFT、SDBATS、PEFT等算法有更短的调度长度(makespan)、更优的调度长度比和效率。
    面向移动群智感知的多任务分发算法
    徐哲, 李卓, 陈昕
    2017, 37(1):  18-23.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0018
    摘要 ( )   PDF (1176KB) ( )  
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    针对在移动群智感知中基于机会通信完成数据传输会消耗大量时间成本的问题,提出了一种基于中枢节点的多任务分发(HTA)算法。该算法利用节点在移动网络中社交关系属性不同的特点,通过中枢节点选择算法将部分节点作为中枢节点,并将其用于协助任务请求节点分发任务。在任务请求节点与中枢节点相遇时,同时给中枢节点本身和它的从属节点分配任务,并由中枢节点负责向从属节点分发任务与回收任务结果。基于The ONE模拟器进行实验,与在线任务分配(NTA)算法相比,HTA算法时间成本平均降低了24.9%,同时任务完成率平均提高150%。实验结果表明,HTA算法能够提高任务的完成速度,降低时间成本消耗。
    面向软件即服务的负载均衡策略建模与分析
    明利, 李彤, 秦江龙, 郑明, 蒋旭东, 谢仲文
    2017, 37(1):  24-30.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0024
    摘要 ( )   PDF (1177KB) ( )  
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    为提高软件即服务(SaaS)应用中资源的访问效率,提出支持SaaS服务重要特征的负载均衡策略。首先,结合SaaS服务的多租户和高度可伸缩两大特性,提出一种基于租户请求分流、在局部和全局两个层次伸缩的负载均衡策略;其次,对所提出负载均衡策略用Petri网进行建模并仿真;最后,将提出的负载均衡策略与轮询(RR)、随机和改进的最小连接(ILCS)负载均衡算法在总体响应时间和总吞吐量两方面进行比较。实验结果表明:在请求速率达到500请求/秒后,所提策略的总体响应时间和总吞吐量趋于稳定并优于另外三种算法。
    融合P2P技术的云平台快速内容分发方法
    刘靖, 赵文举
    2017, 37(1):  31-36.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0031
    摘要 ( )   PDF (999KB) ( )  
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    云存储服务在内容分发过程中的数据传递协议通常采用超文本传输协议(HTTP),当大量客户端在短时间内向云存储服务器发出下载同一文件的请求时,会造成云服务端带宽压力过大以及客户端下载过慢的问题。为有效解决该问题,提出了一种融合Peer-to-Peer (P2P)技术的云平台快速内容分发方法,在内容分发过程中构建动态的HTTP和P2P协议转换机制,实现快速内容分发。选取用户类型、服务质量、时间收益、带宽收益等四种协议转换度量指标,并基于OpenStack云平台实现了所提出的动态协议转换方法。实验结果表明,与仅使用HTTP或P2P协议的内容分发方式相比,动态协议转换方法能够保证客户端用户总是获得较短的内容下载时间,同时,当P2P客户端数量较大时能够有效节约服务提供商的带宽资源。
    MapReduce并行加速数据流多模式相似性搜索
    付晨, 钟诚, 叶波
    2017, 37(1):  37-41.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0037
    摘要 ( )   PDF (941KB) ( )  
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    设计时间序列数据在Hadoop分布式文件系统(HDFS)中的有效存储方式,利用分布式缓存工具Distributed Cache将各子序列分发到Hadoop集群的计算节点上,将动态时间弯曲距离矩阵划分成多个子矩阵,采取并行迭代计算每条反对角线上子矩阵的方法,基于MapReduce编程模型,实现高效并行计算时间序列动态弯曲距离,通过改进剪裁冗余计算方法,设计实现一种数据流多模式相似性搜索并行算法。中国雪深长时间序列数据集的实验结果表明,当每条时间序列的长度达到5000以上时,并行计算动态弯曲距离所需时间少于串行计算所需时间,当每条时间序列的长度达到9000以上时,参与计算的集群节点越多,并行计算所需时间越少;当模式长度达到4000、参与计算的集群节点数达5个以上时,从数据流中并行搜索出与模式匹配的相似子序列所需时间约为串行搜索所需时间的20%。
    二维不可压缩Navier-Stokes方程的并行谱有限元法求解
    胡园园, 谢江, 张武
    2017, 37(1):  42-47.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0042
    摘要 ( )   PDF (930KB) ( )  
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    针对不可压缩Navier-Stokes (N-S)方程求解过程中的有限元法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点,提出了基于面积坐标的三角网格剖分谱有限元法(TSFEM)并进一步给出了利用OpenMP对其并行化的方法。该算法结合谱方法和有限元法思想,选取具有无限光滑特性的指数函数取代传统有限元法中的多项式函数作为基函数,能够有效减少计算网格数量,提高算法的精度和收敛速度;利用面积坐标便于三角形单元计算的特点,选取三角单元作为计算单元,增强了适用性;在顶盖方腔驱动流问题上对该算法进行验证。实验结果表明,TSFEM较传统有限元法(FEM)无论是收敛速度还是计算效率都有了显著提高。
    基于双层索引结构的起源图查询方法
    许国艳, 罗章璇, 宋健, 吕鑫
    2017, 37(1):  48-53.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0048
    摘要 ( )   PDF (858KB) ( )  
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    为解决现有的起源图查询效率低和资源占用率高的问题,考虑起源信息和数据本身之间的关联关系以及起源信息内部结构特点,提出了一种基于双层索引结构的起源图查询方法。首先,面向起源图查询,提出了一种包括基于词典表全局索引和基于位图局部索引的双层索引结构,全局索引用于查询起源图所存储的服务器节点,局部索引用于对全局索引查询到的服务器节点细化查询;然后,基于双层索引结构,设计了一种起源图查询方法,针对6种选择索引和3种join链接索引实现了查询算法。实验结果表明,所提方法既提高了查询效率,又降低了内存资源的浪费。
    基于轨迹结构的移动对象热点区域发现
    吕绍仟, 孟凡荣, 袁冠
    2017, 37(1):  54-59.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0054
    摘要 ( )   PDF (1176KB) ( )  
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    针对现有热点区域发现算法难以从轨迹数据集中准确识别活动热点的问题,提出了基于轨迹结构的热点区域发现框架(TS_HS)。TS_HS由候选区域发现(CHSD)算法和热点区域过滤(HSF)算法组成。首先,使用基于网格相对密度的CHSD识别空间上的轨迹密集区域作为候选热点区域;然后,利用HSF根据候选区域中轨迹的活动特征和时间变化特征,筛选出移动对象活动频繁的热点区域。在Geolife数据集上进行的实验表明,与基于全局密度的热门区域发现算法(GD_HR)以及移动轨迹时空热点区域发现算法(SDHSRD)相比,TS_HS能更有效地解决多密度热点区域的识别问题。实验结果表明,TS_HS能够根据轨迹的活动特征准确发现移动对象的活动热点区域。
    感知受限的移动传感器节点扫描覆盖优化算法
    神显豪, 李军, 奈何
    2017, 37(1):  60-64.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0060
    摘要 ( )   PDF (917KB) ( )  
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    移动无线传感器网络(WSN)的应用中,因为传感器节点的感知范围受限,其覆盖分析就是一个针对目标区域的扫描覆盖问题。提出了一种基于多目标优化的扫描覆盖算法。在目标区域中,采用双目标优化策略对单个移动传感器节点进行路径规划,一方面使节点的覆盖面最大化,另一方面使扫描覆盖的路径最短。仿真实验在含有障碍物和不含障碍物的情况下进行,与多节点的编队覆盖算法相比,所提算法在适度降低覆盖率的情况下,可大幅降低移动能耗。
    基于动态分簇的移动目标追踪方法
    包威, 毛莺池, 王龙宝, 陈小丽
    2017, 37(1):  65-72.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0065
    摘要 ( )   PDF (1185KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对无线传感器网络(WSN)中目标追踪的准确性低、网络能耗过高和网络生命周期短等问题,提出基于动态分簇的移动目标追踪技术。首先,构建了双层环状动态分簇的拓扑模型(TRDC),并提出了动态分簇的更新算法;其次,在质心定位算法基础上,考虑到节点的能量,提出了基于功率级别的质心定位(CLPL)算法;最后,为了进一步减小网络的能耗,改进CLPL算法,提出了随机性定位算法。在仿真实验中,与静态簇相比,网络周期延长了22.73%;与非环状簇相比,丢失率降低了40.79%;而追踪准确性与基于接受信号强度值(RSSI)算法相差不大。所提的追踪技术能够有效保证追踪准确度,同时降低网络能耗,减小目标丢失率。
    基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制
    邓健, 董柏宏, 曹慧, 吴丽娟, 张波, 吴维刚
    2017, 37(1):  73-78.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0073
    摘要 ( )   PDF (917KB) ( )  
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    车载自组织网络(VANET)是一个高度动态的通信网络,设计稳定的数据分发机制是一个很大的挑战。将关注数据内容的命名数据网络(NDN)应用于车载自组织网络中,能有效缓解网络拓扑频繁变化所带来的问题。首先,优化命名数据网络的消息类型和数据结构;然后,结合车载自组织网络的特性,提出根据路段建立路由的方式,减少数据分发的开销。仿真实验结果表明,所提出的基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制与应用于车载自组织网络数据分发的传统命名数据网络算法对比,数据转发平均命中率(AHR)提高大约53个百分点,平均转发次数减少大约0.4。因此提出的基于命名数据网络的车联网数据分发机制,采用新的路由方式,能够提高数据分发效率。
    基于弱状态的车载网数据转发策略
    黄丹, 黄燕, 环天
    2017, 37(1):  79-83.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0079
    摘要 ( )   PDF (964KB) ( )  
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    针对车载网(VANET)中车辆高度移动性、拓扑变化动态性等特点所导致的数据转发失败问题,提出一种基于弱状态协议(WSR)下的数据包传输算法——WSFD,实现交通控制中心(TCC)到目标车辆之间的高效数据传输。首先,车辆控制中心将收集到的数据包发送给位于目的车辆方向的接入点(AP);然后,接入点在其通信范围内将数据包转发给某车辆,同时数据包携带上目标车辆位置信息;其次,每次接收到数据包的车辆对比自身所持有的映射,筛选出对于目标车辆位置信息确定性最大的映射与数据包携带的位置信息对比以确定下一步转发方向。若映射置信度较大,则将数据包方向修正为向此映射对应的地理区域中心移动,同时数据包更新包中所携带的目标车辆信息,反之则维持原方向不变。最后经过多次转发修正数据包传输方向,逐渐逼近目标车辆所在的区域,完成最终的数据交付。在30 km×30 km方形区域的数据传输实验中,与TSF与GPSR算法相比,WSFD在数据包的传输延迟上普遍降低至5 s以下,且将数据包投递率提高至0.92。实验结果表明,WSFD能准确高效地传输数据包,在增强了驾驶员的人身安全性同时有效缓解了交通堵塞。
    软件定义车联网的数据转发机制
    杨志伟, 陈昊亮, 张波, 吴丽娟, 吴维刚
    2017, 37(1):  84-89.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0084
    摘要 ( )   PDF (1090KB) ( )  
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    针对现有车联网(VANET)中数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络(SDN)的数据转发机制。首先,设计了软件定义车联网的分层次网络模型,该模型由局部控制器和车辆组成,实现控制与数据转发分离,具有可扩展性、独行性等特点;其次,设计了车辆路由转发机制,该机制采用动态规划和二分搜索的方法,以实现高效的数据转发;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量路由(AODV)、目的节点序列距离矢量路由(DSDV)、动态源路由(DSR)和最优链路状态路由(OLSR)算法,所提的数据转发机制在传递成功比上提高大约100%,而端到端延迟时间降低大约20%。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发机制能够提高路由转发效率、减小延迟。
    基于Prim初始种群选取优化遗传算法的三维片上网络低功耗映射
    宋国治, 王铖, 涂遥, 张大坤
    2017, 37(1):  90-96.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0090
    摘要 ( )   PDF (1103KB) ( )  
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    针对将计算任务合理地映射到三维片上网络(NoC)的问题,提出了一种基于遗传算法(GA)的改进算法。GA具有快速随机的搜索能力,Prim算法可在加权连通图内得到最小生成树,改进算法结合了两种算法的优势,将计算任务合理地分配到各个网络节点,对于优化三维片上网络功耗和散热等问题具有很高的效率。通过仿真实验,对所提出的基于Prim算法的改进GA与基本GA的3D NoC映射算法进行了对比,仿真结果显示,基于Prim算法的改进GA平均功耗更低,从总体趋势来看,处理单元数量的增加与功耗降低幅度成正相关,在101个处理单元情况下,平均功耗比基本GA降低32%。
    长期演进网络中基于粒子群的天线下倾角自优化方法
    连晓灿, 张彭园, 谭国平, 李岳衡
    2017, 37(1):  97-102.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0097
    摘要 ( )   PDF (872KB) ( )  
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    针对第三代合作伙伴项目(3GPP)中自组织网络(SON)的覆盖与容量自优化问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的有源天线下倾角优化方法。首先,确定基站(eNB)中传输数据的用户设备(UE)数,用户测量上报邻小区参考信号接收功率(RSRP)信息和位置信息;然后,确定优化目标预设适应度评价函数为频谱效率(SE);其次,将下倾角同时优化问题看作是多维优化问题,选择天线下倾角为粒子集合,使用PSO算法求解得到天线下倾角的最优值;最后,通过系统自主调整优化下倾角,实现长期演进(LTE)网络中容量及覆盖的自优化。通过建模及仿真结果分析,此算法在优化目标不同时可以取得不同的优化效果:优化目标为用户平均频谱效率时,采用传统黄金分割优化算法频谱效率较初始设定提升12.9%,采用PSO算法可提升22.5%;调整优化目标为用户加权平均频谱效率时,对边缘用户,传统黄金分割优化算法并无明显提升,PSO算法取得了19.3%的优化提升。实验结果表明,该方法可提升用户吞吐量,改善系统性能。
    分层检查点的近似最优周期计算模型
    吕宏武, 谷雷, 王慧强, 邹世辰, 冯光升
    2017, 37(1):  103-107.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0103
    摘要 ( )   PDF (758KB) ( )  
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    针对大规模高性能计算(HPC)系统中检查点效率提升问题,提出一种面向分层检查点近似最优周期计算模型。首先,通过分析一个HPC系统中应用程序的执行过程,将检查点周期优化抽象为一个非线性的检查点成本模型;其次,通过分析可能故障位置推导出分层检查点成本公式,并引入两个减速因子和一个加速因子来模拟消息日志对分层检查点造成的影响。仿真实验结果表明,所提模型与理论近似最优周期检查点成本平均误差在5%以下,相对传统检查点周期优化模型的平均误差降低了20%,能够有效提高检查点的效率,提升HPC系统可用性。
    基于离散粒子群算法的测试用例优先排序
    张卫祥, 齐玉华, 李德治
    2017, 37(1):  108-113.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0108
    摘要 ( )   PDF (1100KB) ( )  
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    测试用例优先排序技术能够有效提高回归测试效率,是软件测试的热点研究课题之一。针对基于需求的测试用例优先排序方法可操作性差的问题,提出了一种改进的基于测试点覆盖和离散粒子群优化算法的求解方法(TCP-DPSO)。首先,把影响排序的各种因素分为测试收益型因素和测试成本型因素两大类,通过加权平均的方式进行归一化,得到基于需求的通用测试平均收益率评价指标;然后,利用交换子和基本交换序列定义粒子的位置和速度,借鉴遗传算法(GA)变异策略引入变异算子,采用时变惯性权重调整粒子的探索能力和开发能力,促进可持续进化和逼近优化目标。实验结果表明,TCP-DPSO在最优解质量上与遗传算法相当,大幅优于随机测试,在最优解成功率和平均求解时间上优于遗传算法,具有更好的算法稳定性。
    帮助线程预取质量的实时在线评价方法
    张建勋, 古志民
    2017, 37(1):  114-119.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0114
    摘要 ( )   PDF (1172KB) ( )  
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    针对传统静态枚举设置帮助线程控制参数值的繁杂耗时问题,提出了一种帮助线程预取质量的实时在线评价方法。首先,明确了帮助线程的预取服务质量(QoS)的目标;其次,分析了帮助线程预取性能评价的动态指标,对帮助线程预取QoS进行了建模分析;最后,提出一个帮助线程预取的动态自适应调节算法,算法根据程序的阶段行为变化和动态预取获益变化等信息来判断参数值的适用度以及是否需要进行反馈优化,从而实现对预取控制的自适应调节。实验结果表明,应用自适应预取评价算法之后,Mst热点模块的性能提升加速比为1.496,所提出的自适应预取评价方法能够根据程序的动态阶段行为对帮助线程控制参数值作出自适应控制和调节。
    基于攻击威胁监控的软件保护方法
    汤战勇, 李振, 张聪, 龚晓庆, 房鼎益
    2017, 37(1):  120-127.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0120
    摘要 ( )   PDF (1263KB) ( )  
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    为了增加软件逆向分析的难度,提高软件的安全性,提出了一种基于攻击威胁监控的软件保护方法。该方法通过在软件中部署威胁监控网,来实时检测并处理软件执行过程遇到的多种攻击威胁,确保软件处于一个相对安全的执行环境中,难以被逆向分析。对该保护方法的研究,主要分为以下三个方面:1)攻击威胁描述。分析软件面临的潜在攻击威胁,并按照<威胁目的,实施方式,作用对象>的表示方式对每种威胁进行描述。2)攻击威胁监控网部署。分析各种威胁的特点并设计对应的检测方法,生成节点库;根据节点自身特点,选取合理的部署方案,将节点安插到软件的不同位置。3)原型系统实现与实验设计。按照保护方案的思路实现原型系统,保护一组程序实例,对提出的方案从性能损耗和安全性影响两方面来评估,实验分析结果表明该保护方案是可行且有效的。
    基于Web行为轨迹的应用层DDoS攻击防御模型
    刘泽宇, 夏阳, 张义龙, 任远
    2017, 37(1):  128-133.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0128
    摘要 ( )   PDF (949KB) ( )  
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    为了有效防御应用层分布式拒绝服务攻击(DDoS),定义了一种搭建在Web应用服务器上的基于Web行为轨迹的防御模型。把用户的访问行为抽象为Web行为轨迹,根据攻击请求的生成方式与用户访问Web页面的行为特征,定义了四种异常因素,分别为访问依赖异常、行为速率异常、轨迹重复异常、轨迹偏离异常。采用行为轨迹化简算法简化行为轨迹的计算,然后计算用户正常访问网站时和攻击访问时产生的异常因素的偏离值,来检测针对Web网站的分布式拒绝服务攻击,在检测出某用户产生攻击请求时,防御模型禁止该用户访问来防御DDoS。实验采用真实数据当作训练集,在模拟不同种类攻击请求下,防御模型短时间识别出攻击并且采取防御机制抵制。实验结果表明,Web行为轨迹的防御模型能够有效防御针对Web网站的分布式拒绝服务攻击。
    基于CUDA的行车安全预警方法
    赵永涛, 陈庆奎, 方玉玲, 赵德玉, 姬丽娜
    2017, 37(1):  134-137.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0134
    摘要 ( )   PDF (816KB) ( )  
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    为了提高机动车驾驶时的安全性,提出了基于计算机视觉的行车安全中车距估计与超车检测方法。首先,使用车辆阴影检测方法确定车辆位置,根据阴影位置和视觉中心点的距离建立车距估计函数;其次,对超车情况使用背景光流建模的方法建立光流估计方程,通过估计光流将行驶中的正常物体与非正常物体分开,从而辨识驾驶途中的超车现象。根据车距和超车情况的检测及时提醒驾驶员注意行车中可能存在的安全隐患。实验结果表明该方法可以较为准确地估计车距、检测超车情况。在统一设备架构(CUDA)下使用图形处理器(GPU) NVIDIA GeForce GTX680显卡对算法进行加速,可以达到48.9ms/帧的处理速率,基本满足了实时处理的要求。
    M-TAEDA:多变量水质参数时序数据异常事件检测算法
    毛莺池, 齐海, 接青, 王龙宝
    2017, 37(1):  138-144.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0138
    摘要 ( )   PDF (1143KB) ( )  
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    在供水管网中部署传感器网络实时获取多个水质参数时间序列数据,当供水管网发生污染时,高效准确地检测水质异常是一个重要问题。提出多变量水质参数时间异常事件检测算法(M-TAEDA),利用BP模型分析多变量水质参数的时序数据,确定可能离群点;结合贝叶斯序贯分析独立更新每个参数的事件概率,预测单个传感器节点检测的异常概率;将单变量的事件概率融合为统一多变量事件概率,融合判断异常事件。实验结果表明:BP模型模拟多变量水质参数进行预测可以达到90%精确度;与单变量参数时间异常事件检测算法(S-TAEDA)相比,M-TAEDA可以提高异常检出率约40%,降低误报率约45%。
    基于GPU的视频流人群实时计数
    姬丽娜, 陈庆奎, 陈圆金, 赵德玉, 方玉玲, 赵永涛
    2017, 37(1):  145-152.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0145
    摘要 ( )   PDF (1340KB) ( )  
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    为了解决人群遮挡严重、光照突变等恶劣环境下人群计数准确率低的问题,提出基于混合高斯模型(GMM)和尺度不变特征变换(SIFT)特征的人群数量统计分析新方法。首先,基于GMM提取运动人群,并采用灰度共生矩阵(GLCM)和形态学方法去除背景中移动的小物体和较密集的噪声等非人群前景,针对GMM算法提出了一种效率较高的并行模型;接着,检测运动人群的SIFT特征点作为人群统计的基础,基于二值图像的特征提取大大减少了执行时间;最后,提出基于人群特征数和人群数量进行统计分析的新方法,选择不同等级的人群数量的数据集分别进行训练,统计得出平均单个特征点数,并对不同密度的行人进行计数实验。算法采用基于GPU多流处理器进行加速,并针对所提算法在统一计算设备架构(CUDA)流上任务的有效调度的方法进行分析。实验结果显示,相比单流提速31.5%,相比CPU提速71.8%。
    面向套牌甄别的流式计算系统
    乔通, 赵卓峰, 丁维龙
    2017, 37(1):  153-158.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0153
    摘要 ( )   PDF (1074KB) ( )  
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    套牌车的甄别具有时效性约束。针对现有计算检测方法中所出现的精度低、响应慢等局限,提出了一种基于实时车牌识别(ANPR)数据流的套牌车流式并行检测方法,设计了基于路段阈值表和时间滑动窗口的套牌计算模型,能够实时地甄别出交通数据流中的套牌嫌疑车。在Storm环境下,利用某市真实交通数据集模拟成实时交通流数据进行实验和评估,实验结果表明计算的准确率达到98.7%,并且一条车牌识别数据的处理时间为毫秒级。最后,在该计算模型基础上实现了套牌车稽查防控系统,能实时甄别并展现出当前时刻城市交通网中出现的所有套牌嫌疑车。
    基于物联网的智能家居远程无线监控系统设计
    邓昀, 李朝庆, 程小辉
    2017, 37(1):  159-165.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0159
    摘要 ( )   PDF (1152KB) ( )  
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    基于ARM920T内核的S3C2440、嵌入式Web服务、QT技术、无线组网技术,设计了智能家居监控系统,系统由智能家居主机、ZigBee/Wi-Fi无线传感控制网络、智能家居客户端软件组成。系统完成了智能家居主机的硬件和软件设计:在ARM平台上移植嵌入式Linux操作系统;使用gSOAP工具建立嵌入式Web服务;配置USB转串口驱动、无线Wi-Fi网卡驱动;组建ZigBee无线传感控制网络,完成对协调器节点以及终端节点的程序设计,制定了数据通信协议;使用QT技术设计客户端程序。最后,重点测试ZigBee网络的建立、终端节点入网和传感器节点数据传输。测试结果表明网络中的传感器节点能够将检测的信息传送到协调器中,智能家居客户端软件能够通过智能家居主机完成对家居环境的远程监测和控制。
    移动支付近场通信智能水表系统
    张呈钰, 王让定, 姚灵, 傅松寅, 左富强, 高旗飞, 蒋铭
    2017, 37(1):  166-169.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0166
    摘要 ( )   PDF (650KB) ( )  
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    针对传统的预付费水表缺乏便利性和实时性等问题,实现了一种具有移动支付功能和数据查询功能的近场通信(NFC)智能水表系统。首先,根据水表的预付费业务需求,设计了基于NFC技术的水表系统整体架构并且完成了软硬件设计;其次,提出了一种通过检测外部磁场变化唤醒水表的低功耗机制;最后,结合NFC安全协议分析了系统在移动支付水费过程中的安全性。经测试,该水表系统支持用户利用NFC手机等移动终端进行动态唤醒,并实现移动支付和数据查询上传功能。
    适用于多层住宅楼结构的无线智能水表抄表系统
    傅松寅, 王让定, 姚灵, 张呈钰, 单观敏, 胡国伟
    2017, 37(1):  170-174.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0170
    摘要 ( )   PDF (1000KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对通用无线传感器网络(WSN)平台无法满足无线智能水表抄表系统(SWWMRS)低成本、低功耗、高效和高可靠性等方面实际应用需求的问题,设计并实现了一种改进的无线智能水表抄表系统。该系统以适合多层住宅楼结构的抄表应用为目标,结合无线智能水表抄表系统特点、部署环境特征和抄表业务逻辑,提出了一种改进的全网络节点邻接链路发现算法来实现自动组网和集中式的路由管理,在抄表过程中,采用最小化全局转发次数的策略结合最小剩余能量节点避免策略来均衡节点能耗,同时,优化了媒体访问控制(MAC)层防碰撞机制和低功耗空闲监听方案。最后,选取了一栋常规结构的24层居民楼进行测试。实验结果表明:系统在通信距离、功耗、可靠性等方面均能满足实际应用需要,对比通用WSN平台CC2530,系统在通信距离、抄表成功率、效率和功耗方面具有一定的优势。
    基于功率谱及有限穿越可视图的癫痫脑电信号分析算法
    王若凡, 刘静, 王江, 于海涛, 曹亦宾
    2017, 37(1):  175-182.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0175
    摘要 ( )   PDF (1242KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对可视图(VG)算法存在噪声鲁棒性差的问题,提出一种改进的有限穿越可视图(LPVG)建网方法。该算法基于可视图(VG)算法的可视性准则,并设定有限穿越视距,将时间序列中满足条件的点连接起来,从而将时间序列映射为网络。首先,对LPVG算法进行性能分析;然后,将LPVG算法结合功率谱密度(PSD)算法应用到癫痫发作前、中、后脑电信号的识别上;最后,提取三种状态下癫痫脑电信号的LPVG网络特征参数,研究癫痫对网络拓扑结构的影响。仿真结果表明,与VG和水平穿越可视图(HVG)相比,虽然LPVG算法的时间复杂度较高,但是LPVG对信号中的噪声具有较强的鲁棒性:分别对周期、随机、分形和混沌四种时间序列进行LPVG建网,发现随着噪声强度增大,LPVG网络聚类系数的波动率均为最低,分别为6.73%、0.05%、0.99%和3.20%。接下来对脑电信号的PSD和LPVG建网分析结果表明,癫痫发作中,PSD值在delta频带下显著增强,而在theta频带下显著降低;LPVG网络拓扑结构有所改变,网络中各模块的独立性有所提高,网络的平均路径长度增大,复杂度降低。所提的功率谱密度和有限穿越可视图算法能够有效表征癫痫前、中、后三种状态下的脑电信号能量分布和单通道信号可视化后的网络拓扑结构的异常,为癫痫的病理研究和临床诊断提供帮助。
    网络与通信
    基于压缩感知的无线传感器网络动态采样方法
    宋洋, 黄志清, 张严心, 李梦佳
    2017, 37(1):  183-187.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0183
    摘要 ( )   PDF (948KB) ( )  
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    基于固定采样率的无线传感网(WSN)压缩感知(CS)在收集随时间变化的数据时难以获得满意的数据恢复精度。针对该问题,提出了一种基于数据预测和采样率反馈控制的动态采样方法。首先,汇聚节点通过分析当前采样时段与上一采样时段获取数据的线性度量指标,预测数据的变化趋势;然后,根据预测结果计算感知节点未来的采样率,并通过反馈控制机制对感知节点的采样过程进行动态调节。实验结果表明,相比基于目前广泛采用的基于固定采样率的无线传感网压缩感知数据收集方法,该方法能够有效提高压缩数据的恢复精度。
    压缩感知中测量矩阵构造综述
    王强, 张培林, 王怀光, 杨望灿, 陈彦龙
    2017, 37(1):  188-196.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0188
    摘要 ( )   PDF (1425KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    压缩感知测量矩阵构造方式多样并不断发展,为梳理现有研究成果,掌握测量矩阵发展动态,对压缩感知测量矩阵构造进行系统介绍。首先,针对传统信号采集理论存在的信息冗余问题,阐述了压缩感知理论在信号采集过程中资源利用率高、存储空间小的优势;其次,以压缩感知理论框架为基础,从测量矩阵构造原则、测量矩阵产生方法、测量矩阵结构设计、测量矩阵优化方法四个方面,对压缩感知测量矩阵构造进行分析,讨论了测量矩阵构造过程中不同原则、结构、方法的优势;最后,在总结现有研究成果的基础上,对测量矩阵的发展方向进行了展望。
    基于反双曲正弦函数的抗冲激块稀疏自适应滤波算法
    魏丹丹, 周翊, 师黎明, 刘宏清
    2017, 37(1):  197-199.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0197
    摘要 ( )   PDF (640KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有基于最小均方误差(MSE)的块稀疏系统辨识算法抗冲激性能不佳的问题,提出了一种利用反双曲正弦函数替代最小均方误差的改进型块稀疏归一化最小均方(IBS-NLMS)算法。该算法首先构造新的代价函数,利用负梯度最陡下降法求出增量,进而导出了新的滤波器权系数更新公式,在公式迭代过程中出现的冲激噪声会导致权系数的更新量趋于零向量,从而消除了由于非高斯冲激干扰而导致的算法发散问题。同时,理论分析并推导出了该算法的均值收敛过程。块稀疏系统辨识的仿真结果表明,在非高斯冲激噪声干扰和截断变化情况下,改进型算法与块稀疏归一化最小均方(BS-NLMS)算法相比有更快的收敛速度和更小的稳态误差。
    网络空间安全
    基于BitTorrent协议Have消息的信息隐藏方法
    高斌, 翟江涛, 戴跃伟
    2017, 37(1):  200-205.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0200
    摘要 ( )   PDF (969KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对以比特流(BitTorrent)协议消息为载体的信息隐藏算法在隐蔽性和嵌入容量上所存在的问题,提出一种以Have消息序列为载体的信息隐藏方法。首先,在秘密信息嵌入前设置容量分析模块,判断信息嵌入量是否超出信息隐藏容量上限;其次,在信息嵌入时使用改进的奇偶映射信息编码方式,将秘密信息嵌入到Have消息的排序中;最后,在信息提取时引入循环冗余校验(CRC)方法,验证秘密信息是否传输正确。实验结果表明,相比原有的奇偶映射编码方式,所提方法的嵌入容量明显提高,且通过对Have序列统计特性的分析,所提方法对Have序列统计特性的影响较小,隐蔽性较强。
    基于增量学习算法的校园网垃圾邮件检测模型
    陈斌, 东一舟, 毛明荣
    2017, 37(1):  206-211.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0206
    摘要 ( )   PDF (1253KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对大量垃圾邮件对用户带来困扰的问题,提出了一种增量被动攻击学习算法。该方法基于半年时间的对本校校园网内邮件宿主机上所发起的简单邮件传输协议(SMTP)会话日志的采集,针对会话中记录的投递率状态及多种类型的失败消息进行了宿主机行为分析,最终达到有效地适应被检测垃圾邮件源宿主机对最近邮件分类行为的目的。实验结果表明,在执行了若干回合分类策略的调整后,该检测的准确度可以达到94.7%。该设计可以有效地检测内部垃圾邮件宿主机行为,继而从根源上抑制了垃圾邮件的产生。
    基于时间的多层防火墙访问控制列表策略审计方案
    王旭东, 陈清萍, 李文, 张信明
    2017, 37(1):  212-216.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0212
    摘要 ( )   PDF (840KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对多层防火墙中的访问控制列表(ACL)策略审计问题,基于时间分析了单个防火墙间及多层防火墙间的策略异常,并根据防火墙之间的拓扑结构提出了一种基于树结构的回溯异常检测算法(ADBA)。首先,解析各个防火墙ACL策略,统一数据格式到数据库;然后,根据防火墙间的拓扑建立树状结构并检测单个防火墙内的策略异常;最后,ADBA利用数据库中的数据与树结构进行异常检测并记录异常策略。实验结果表明,ADBA与基于半同构标记防火墙决策图(SMFDD)算法相比,ADBA的检测时间比SMFDD算法减少了28.01%,同时参考时间因素相比SMFDD算法,ADBA能够减少异常检测的误判。故ADBA能有效实施于多层防火墙的ACL策略审计,提高异常检测的精确性并减少异常检测时间。
    面向分级身份密码批验签的错误签名混合筛选算法
    徐国愚, 王颖锋, 马小飞, 王科锋, 颜若愚
    2017, 37(1):  217-221.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0217
    摘要 ( )   PDF (708KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对分级身份密码(HIBC)批验签过程中的错误签名快速识别问题,设计实现了一种错误签名混合筛选算法。针对HIBC签名算法不完全聚合的特点,首先将所有签名作为树叶构造平衡二叉树,然后通过拆分攻克与指数测试方法查找错误签名,并且利用计算中间值的关联性减少计算开销。算法性能分析表明,当批验签中错误签名数大于2时,该算法计算开销低于独立测试、通用折半拆分、指数测试以及裁剪搜索算法,能够有效筛选出HIBC批验签中的错误签名,可以应用在云计算认证等应用场景中。
    人工智能
    基于内涵亏值的概念格渐进式构建
    吴杰, 梁妍, 马垣
    2017, 37(1):  222-227.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0222
    摘要 ( )   PDF (961KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了避免构建概念格时的繁琐过程,提高概念格构建的效率,提出了一种基于内涵亏值通过查找顶元素来快速渐进式生成概念格的新方法。首先,形式化地定义了顶元素、旧概念、产生概念、新概念、产生子概念、内涵亏值集合、剩留父概念、超集删除与正则队列;提出了概念格元素是否为顶元素的判定定理并给出了其证明;其次,在原概念格的正则队列中依次取概念元素,经超集删除后得到剩留父概念;最后,从剩留父概念查找其所在等价类的顶元素,逐步生成新概念格的正则队列。理论分析时间复杂度较基于属性的渐进式概念格生成(CLIF_A)算法与FastAddIntent算法有效降低,在实验例证对比中,概念数目大于150时,所用时间远少于对比算法。实验结果表明该算法方法简单,构建效率较对比算法明显提高。
    基于多标签学习的卷积神经网络的图像标注方法
    高耀东, 侯凌燕, 杨大利
    2017, 37(1):  228-232.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0228
    摘要 ( )   PDF (810KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对图像自动标注中因人工选择特征而导致信息缺失的缺点,提出使用卷积神经网络对样本进行自主特征学习。为了适应图像自动标注的多标签学习的特点以及提高对低频词汇的召回率,首先改进卷积神经网络的损失函数,构建一个多标签学习的卷积神经网络(CNN-MLL)模型,然后利用图像标注词间的相关性对网络模型输出结果进行改善。通过在IAPR TC-12标准图像标注数据集上对比了其他传统方法,实验得出,基于采用均方误差函数的卷积神经网络(CNN-MSE)的方法较支持向量机(SVM)方法在平均召回率上提升了12.9%,较反向传播神经网络(BPNN)方法在平均准确率上提升了37.9%;基于标注结果改善的CNN-MLL方法较普通卷积神经网络的平均准确率和平均召回率分别提升了23%和20%。实验结果表明基于标注结果改善的CNN-MLL方法能有效地避免因人工选择特征造成的信息缺失同时增加了对低频词汇的召回率。
    本体与条件随机场结合的涉农商品名称抽取与类别标注
    黄念娥, 黄河, 王儒敬
    2017, 37(1):  233-238.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0233
    摘要 ( )   PDF (940KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    传统的基于条件随机场(CRF)的信息抽取方法在进行涉农商品名称抽取与类别标注时,需要大量的训练语料,标注工作量大,且抽取精度不高。为解决该问题,提出了一种基于农业本体与CRF相结合的涉农商品名称抽取与类别标注方法,将涉农商品名称的自动抽取与分类看作序列标注的任务。首先是原始数据的分词处理和词、词性、地理属性、本体概念特征选择;然后,采用改进的拟牛顿算法训练CRF模型参数,用维特比算法实现解码,共完成4组对比实验,识别出7种类别,并将CRF和隐马尔可夫模型(HMM)、最大熵马尔可夫模型(MEMM)通过实验进行比较;最后,将CRF应用于农产品供求趋势分析。结合合适的特征模板,本体概念的加入使CRF开放测试的总体准确率提高10.20%,召回率提高59.78%,F值提高37.17%,证明了本体与CRF结合方法在涉农商品名称和类别抽取中的可行性和有效性,可以促进农产品供求对接。
    混沌布谷鸟搜索算法在谐波估计中的应用
    牛海帆, 宋卫平, 宁爱平, 马艺元
    2017, 37(1):  239-243.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0239
    摘要 ( )   PDF (691KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对布谷鸟搜索(CS)算法存在后期收敛速度慢、计算精度不高和陷入局部最优等缺点,提出了混沌布谷鸟(CCS)算法。首先,通过混沌理论初始化种群来增加种群多样性;然后,对局部最优值引入混沌扰动算子来跳出早熟收敛,提高计算精度,进而完成全局优化。对4个单目标基准函数进行仿真测试,对比最优值、最差值、平均值、中位数值及标准差值,结果表明,基于CCS算法比CS算法有更快的收敛速度和更高的收敛精度。在电力系统中谐波问题成分引起电流波形畸变,电网不稳定。精确分析谐波成分是解决谐波污染的重要前提。将性能更好的CCS算法应用于谐波估计,通过比较估计均值及标准偏差,结果显示在分析谐波电流时CCS算法相比粒子群优化(PSO)算法具有更好的性能。
    计算机视觉与虚拟现实
    基于多层支持向量机的极化合成孔径雷达特征分析与分类
    宋超, 徐新, 桂容, 谢欣芳, 徐丰
    2017, 37(1):  244-250.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0244
    摘要 ( )   PDF (1250KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了充分利用极化合成孔径雷达(SAR)图像不同极化特征对不同地物目标类型的刻画能力,提出一种基于多层支持向量机(SVM)的极化SAR特征分析与分类方法。该方法首先通过特征分析确定适合不同地物类型的最佳特征子集;然后采用分层分类树的方式,根据每一种地物类型的特征子集逐层进行SVM分类;最终得到整体分类结果。RadarSAT-2极化SAR图像分类实验结果表明所提方法水域、耕地、林地、城区4类地物分类精度为85%左右,总体分类精度达到86%。该算法充分利用了不同地物目标类型的特性,提高了分类精度,也降低了算法时间复杂度。
    基于改进深度信息的手势分割与定位
    林海波, 王圣彬, 张毅
    2017, 37(1):  251-254.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0251
    摘要 ( )   PDF (753KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对基于Kinect深度信息分割的手势往往包含手腕易造成后续手势误识别的问题,提出一种改进深度信息的手势分割与定位算法。首先,基于深度信息阈值限定在实验空间中检测出手势二值图;然后,根据普通手势特征,提出基于手势端点检测和可变阈值算法分割出准确手势。为得到稳定的分割效果,对分割手势进行形态学处理,最后选取基于手势重心坐标和最大内切圆圆心坐标的联合手势定位法定位手势。实验结果表明,该手势分割方法比已有分割方法更准确可靠,联合手势定位比Kinect软件开发工具包骨骼数据定位和手势重心定位稳定,无奇异点。
    基于RGB-D图像核描述子的物体识别方法
    骆健, 蒋旻
    2017, 37(1):  255-261.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0255
    摘要 ( )   PDF (1158KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统的颜色-深度(RGB-D)图像物体识别的方法所存在的图像特征学习不全面、特征编码鲁棒性不够等问题,提出了基于核描述子局部约束线性编码(KD-LLC)的RGB-D图像物体识别方法。首先,在图像块间匹配核函数基础上,应用核主成分分析法提取RGB-D图像的3D形状、尺寸、边缘、颜色等多个互补性核描述子;然后,分别对它们进行LLC编码及空间池化处理以形成相应的图像编码向量;最后,把这些图像编码向量融合成具有鲁棒性、区分性的图像表示。基于RGB-D数据集的仿真实验结果表明,作为一种基于人工设计特征的RGB-D图像物体识别方法,由于所提算法综合利用深度图像和RGB图像的多方面特征,而且对传统深度核描述子的采样点选取和紧凑基向量的计算这两方面进行了改进,使得物体类别识别率达到86.8%,实体识别率达到92.7%,比其他同类方法具有更高的识别准确率。
    三维人脸建模及在跨姿态人脸匹配中的有效性验证
    李昕昕, 龚勋
    2017, 37(1):  262-267.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0262
    摘要 ( )   PDF (1008KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有三维人脸采集技术对采集场景存在诸多限制,提出了自由场景下基于多张图像的三维人脸建模技术,并对其进行了有效性验证。首先,提出一个姿态及深度值迭代计算模型,实现了特征点深度值的准确估计;然后,进行了基于多张图像的深度值融合及整体形状建模;最后,将深度迭代优化算法(IPDO)与目前最优的非线性最小二乘法(NLS1_SR)在Bosphorus Database数据集上进行了对比,建模精度提高了9%,所重建的三维人脸模型投影图像与二维图像具有较高的相似度。实验结果表明,在大姿态变化条件下,该识别算法借助三维信息相较于未借助的情况下,其识别率可以提高50%以上。
    基于导向图优化的单幅图像深度去雾算法
    董宇飞, 杨燕, 曹碧婷
    2017, 37(1):  268-272.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0268
    摘要 ( )   PDF (1081KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对雾霾等天气条件下获取的图像出现对比度下降、颜色失真等降质现象,提出一种基于导向图优化的单幅图像深度去雾算法。该算法在对大气散耗函数特性进行分析的基础上,引入图像局部均值和标准差优化导向图;再进一步对导向图进行分区域滤波,得到平滑且边缘清晰的导向图;然后采用快速引导滤波估计大气散耗图;最后根据大气散射物理模型恢复清晰图像。实验结果表明,恢复的图像清晰自然,细节丰富,近景去雾彻底,远景去雾有很大提升,在景深突变处的边缘取得较好的效果,提高了户外视觉系统的视见度和鲁棒性。
    基于莱特准则的椭圆拟合优化算法
    曹俊丽, 李居峰
    2017, 37(1):  273-277.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0273
    摘要 ( )   PDF (773KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    普遍使用的代数距离最小的最小二乘(LS)椭圆拟合算法简单、易实现,但对样本点无选择,导致拟合结果易受误差点影响,拟合不准确。针对此特性,提出了一种基于莱特准则的椭圆拟合优化算法。首先,由代数距离最小的LS法对待拟合曲线进行椭圆拟合;其次,将待拟合曲线上的点与LS法拟合的椭圆的代数距离作为样本点集,在验证该样本点集服从正态分布的情况下,采用莱特准则,将样本点中值大于|3σ|的点判定为野值并剔除,进行多次拟合,直至样本点中无野值;最后,得到椭圆最优拟合结果。仿真实验结果表明,优化算法的拟合误差在1.0%以下,相比同条件下的LS法,其拟合精度至少提高2个百分点。优化算法的仿真结果与其在香烟圆度在线检测中的实际应用验证了此算法的有效性。
    应用前沿、交叉与综合
    知识驱动的游戏攻略自动标注算法
    陈环环, 陈小红, 阮彤, 高大启, 王昊奋
    2017, 37(1):  278-283.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0278
    摘要 ( )   PDF (996KB) ( )  
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    为了帮助用户快速检索感兴趣的游戏攻略,提出了知识驱动的游戏攻略自动标注算法。首先,对每款游戏的多个资讯网站进行融合,自动构建游戏领域知识库;然后,再通过游戏领域词汇发现算法和决策树分类模型,抽取游戏攻略中的游戏术语;由于游戏术语在攻略中大多以简称的形式存在,故最后将攻略中游戏术语和知识库进行链接得到该术语所对应的全称即语义标签对攻略进行标注。在多款游戏上的实验结果表明,所提出的游戏攻略标注方法的准确率高达90%。同时,游戏领域词汇发现算法与其他术语抽取方法n-gram语言模型相比取得了更好的效果。
    基于AdaBoost分类器的实时交通事故预测
    张军, 胡震波, 朱新山
    2017, 37(1):  284-288.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0284
    摘要 ( )   PDF (797KB) ( )  
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    传统的道路交通事故预测是对交通事故次数及其造成的损失的历史趋势进行预测,针对其不能反映交通事故与实时交通特性关系、不能有效地预防事故发生的问题,提出一种基于AdaBoost分类器的交通事故实时预测的方法。首先,将交通道路划分为正常、危险两种交通状态,利用实时采集的交通流数据作为特征变量对不同的状态进行表征,将事故的实时预测问题转化为分类问题;然后,采用Parzen窗非参数估计的方法对两种状态在不同时间尺度下候选交通流特征的概率密度函数(PDF)进行估计,利用基于概率分布的可分性判据分析估计的密度函数,选择合适的特征变量及时间尺度,确定样本数据;最后,根据样本数据训练AdaBoost分类器对不同的交通状态进行分类识别。实验结果表明,采用交通流特性的标准差特征对测试样本分类的正确率比平均值特征高7.9%,更能反映不同交通状态的差别,获得更好的分类结果。
    基于内三角形质心算法的超宽带室内定位
    魏培, 姜平, 贺晶晶, 张会猛
    2017, 37(1):  289-293.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0289
    摘要 ( )   PDF (895KB) ( )  
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    针对工业现场自动导引运输车(AGV)定位方式灵活性差的问题,应用DW1000射频(RF)芯片,设计实现了一种超宽带(UWB)室内定位系统。首先,提出了高效的多基站测距和多标签调度机制,解决标签冲突和组网问题。其次,针对三角形质心算法实际应用中测距极大误差引起的定位精度低、稳定差的问题,引入可信度概念,提出了内三角形质心算法,通过可信度算子削弱测距极大误差的影响,提高算法性能。最后,将该系统应用于工业车间,当系统容纳20个标签时,单个标签的坐标平均更新频率达到24 Hz,标准差为3 Hz;静态平均定位误差为11.7 cm,标准差为2.5 cm;动态最大误差小于30 cm。实验结果表明,该系统具有高实时性、高精度和高稳定性的特点。
    随机噪声干扰下的迭代学习控制器设计
    夏浩, 张丽杰
    2017, 37(1):  294-298.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0294
    摘要 ( )   PDF (726KB) ( )  
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    为解决迭代学习控制系统中随机噪声扰动问题,提出基于无限脉冲响应(ⅡR)数字滤波器的优化迭代学习控制器设计方法。该方法在首次迭代时对系统输出误差进行基于小波变换的两轮实验法滤波;其次根据小波滤波获得的输出误差确定部分及原误差信号作为输入输出辨识出等效ⅡR线性滤波器,并重构优化误差目标函数,进一步利用优化方法对迭代学习控制器优化设计;最后利用获得的线性滤波器及新学习律对系统进行后续批次迭代,直到满足收敛条件为止。仿真显示:在针对输出误差二范数这个性能指标,该方法与小波滤波相比,降低了近15%,并消除了由于小波滤波阈值选取过小产生的振铃现象;在批次间噪声累积上,降低了9%左右。仿真结果表明,提出的等效滤波器综合设计方法,有效抑制了随机噪声的影响,并提高了系统跟踪的准确性。
    基于贝叶斯网络的航班保障服务时间动态估计
    邢志伟, 唐云霄, 罗谦
    2017, 37(1):  299-304.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0299
    摘要 ( )   PDF (1004KB) ( )  
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    针对航班保障服务时间估计的问题,考虑到航班保障服务流程的特殊性、复杂性以及影响因素的不确定性,提出了一种基于贝叶斯网络(BN)的航班保障服务时间估计模型。该模型把航空领域的专家知识与历史数据的机器学习相结合,使用贝叶斯网络的增量学习特性动态地调整BN模型,使其适应新的变化,进而不断更新航班保障服务时间的估计值。使用国内某大型枢纽机场信息系统内提取的数据,通过期望最大化(EM)方法对模型进行训练,得到了测试结果。实验结果分析与模型评价表明,所提方法能有效估计航班保障服务时间且具有较高的准确度。敏感性分析表明,航班到达时段的航班密度对航班保障服务时间影响最强。
2022年 42卷 3期
刊出日期: 2022-03-10
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