前沿与综合应用

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1. 基于改进鲸鱼优化算法的血液供应链网络多目标鲁棒优化设计

董海, 吴瑶, 齐新娜

计算机应用 2021, 41 (10): 3063-3069. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111729

摘要（294）

PDF （615KB）（280）

为解决血液供应链网络设计中的不确定性问题，建立了一种血液供应链网络多目标鲁棒优化设计模型。首先，针对带有5个节点的血液供应链网络，建立考虑安全库存的、目标为成本最小、存储时间最短的优化函数，并采用 ε约束、Pareto最优和鲁棒优化方法对已建模型进行处理，将多目标问题转化为单目标鲁棒问题；其次，对原有鲸鱼优化算法（WOA）进行改进，引入差分算法的交叉和变异理念，增强了搜索能力并改善了局限性，从而得到差分鲸鱼优化算法（DWOA），并采用此算法对处理后的模型求解。通过数值实例，验证当测试问题相同时，优化模型在需求短缺方面比确定模型的短缺量平均少76%。因此，所提优化模型在应对需求短缺时更具优势；通过仿真对比分析图像，得出DWOA相比WOA、粒子群优化（PSO）算法和遗传算法（GA）中断时间更短并且成本更低。

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2. 基于门控图卷积神经网络的有机化学反应预测

赖自成, 张玉萍, 马燕

计算机应用 2021, 41 (10): 3070-3074. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111752

摘要（310）

PDF （1291KB）（341）

随着现代医药技术和计算机技术的发展，采用人工智能技术来加速药物的研发进度成为了研究热点，而对有机化学反应产物的高效预测是药物逆合成路线设计中的关键问题。针对样本数据集中化学反应类型分布不均匀的问题，提出了一种主动采样训练下的门控图卷积神经网络（ASGGCN）模型。首先，输入化学反应物的简化分子线性输入规范（SMILES）编码，通过门控图卷积神经网络（GGCN）以及注意力机制预测反应中心所在位置；然后，根据化学约束条件和候选反应中心枚举出可能的化学键组合来生成候选产物，再通过门控图卷积差分网络对候选产物进行筛选；最终，得到反应产物。门控图卷积神经网络拥有三个权重参数矩阵并通过门控对信息加以融合，与传统的图卷积神经网络相比，它能获取更加丰富的原子隐藏特征信息。通过主动采样的方式进行训练，使得该模型能够兼顾较差样本和普通样本的分析能力。实验结果表明，所提模型对化学反应产物的Top-1预测准确率可达87.2%，对比Weisfeiler-Lehman差分网络（WLDN）模型提高了1.6个百分点，可见模型能够更准确地预测有机化学反应产物。

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3. 基于超声谐波包络Nakagami参数图像的微波消融区域自动分割方法

卓禹心, 韩素雅, 张榆锋, 李支尧, 董毅峰

计算机应用 2021, 41 (10): 3089-3096. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020121948

摘要（330）

PDF （4320KB）（296）

针对现有超声谐波包络信号的Nakagami参数成像能够实现对消融过程的无创监测，然而并不能精确估计消融区域的问题，提出了一种基于超声谐波包络Nakagami参数图像的高斯逼近自适应阈值分割（GATS）方法用于微波消融区域的准确有效监测。首先，使用高通滤波器获得超声回波射频信号的谐波分量；然后，估计谐波信号包络的Nakagami形状参数，并使用复合窗口成像生成Nakagami参数图像；最后，对Nakagami参数图像进行高斯逼近以呈现消融区域，对逼近图像进行各向异性平滑预处理，并使用对平滑后图像进行自适应阈值分割来精确估计消融区域。微波消融实验结果表明，基于P-M（Perona-Malik）算法的各向异性平滑后的阈值分割消融区域与实际消融区域的长、短轴误差相较基于Catte算法得到的误差分别减小了2.95个百分点和1.15个百分点，与基于中值滤波改进（Median）算法得到的误差相比分别减小了6.52个百分点和2.33个百分点。可见对超声谐波包络Nakagami参数图像使用P-M算法的GATS能够更为精确地估计消融区域，为临床消融手术提供有效监测。

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4. 基于变邻域模拟退火算法的多自动导引车任务分配优化

杨玮, 李然, 张堃

计算机应用 2021, 41 (10): 3056-3062. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020121919

摘要（375）

PDF （785KB）（308）

针对多自动导引车（AGV）仓储系统任务分配问题，提出了变邻域模拟退火（VN_SA）算法。首先，根据系统作业流程及AGV运行特征，以AGV执行任务的路径代价、时间代价以及任务均衡值代价为目标，并在约束中加入AGV空载行驶和负载行驶的耗电情况，构建更贴合实际的多AGV仓储系统任务分配多目标优化模型；其次，针对问题特点，设计了一种变邻域模拟退火算法。算法中的邻域扰动操作拓展了模拟退火算法的搜索范围，且概率突变特性的结合使算法跳出局部最优，并获得全局开发的效果。分别设置任务量为20、50、100的作业进行仿真实验，实验结果表明，所提算法优化后的总代价相较于遗传算法（GA）分别降低了6.4、7.5、13.2个百分点，验证了所提算法在不同任务规模下的有效性。可见所提算法具有更好的收敛性和搜索效率。

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5. 双向航道集装箱港口船舶调度优化算法

郑红星, 朱徐涛, 李振飞

计算机应用 2021, 41 (10): 3049-3055. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020121973

摘要（370）

PDF （636KB）（270）

针对拥有双向航道的集装箱港口中船舶进出港所遇到的会遇和追越等问题，提出了一种重点考虑服务规则的新型船舶调度优化算法。首先，同时考虑双向航道的现实约束和港口夜航的安全规定；然后，构建了以所有船舶在港总等待时间最小为目标的混合整数规划模型来得出最佳的船舶进出港次序；最后，设计了嵌入聚合策略的分支切割算法对模型进行求解。通过数值实验可知，运用嵌入聚合策略的分支切割算法所得结果与下界值的平均相对偏差为2.59%。同时，与模拟退火算法与量子差分进化算法的对比结果表明，所提的分支切割算法所得的目标函数值相较于两个对比算法所得目标函数值分别减少了23.56%和17.17%，验证了该算法的有效性。在用所提算法得到方案的敏感性分析中比较了不同抵港安全时间间隔和船舶类型比例对方案结果的影响，为双向航道集装箱港口的船舶调度优化提供了决策支持。

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6. 基于溶液图像时序特征的元素组分含量动态监测系统

陆荣秀, 陈明明, 杨辉, 朱建勇

计算机应用 2021, 41 (10): 3075-3081. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101682

摘要（471）

PDF （687KB）（249）

针对稀土萃取过程中组分含量难以实时监测以及现有组分含量检测方法耗时、耗内存的现状，设计了一种基于溶液图像时序特征的元素组分含量动态监测系统。首先使用图像采集装置获取萃取槽体溶液的时序图像，考虑萃取液颜色特性和单一颜色空间的不全面性，采用主成分分析（PCA）方法在HSI和YUV融合的颜色空间提取图像的时序特征，并结合生产指标构造基于鲸鱼优化算法（WOA）的最小二乘支持向量机（LSSVM）分类器来对工况状态进行判断。然后当工况处于非最佳状态时，在HSV颜色空间对图像提取颜色直方图和颜色矩特征，并开发以溶液图像间的混合特征差值的线性加权值为相似度度量的图像检索系统，从而获取组分含量值。最后进行镨/钕萃取槽体混合溶液测试，结果表明该系统能够实现元素组分含量的动态监测。

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7. 基于变分自编码器的异常颈动脉早期识别和预测

黄晓祥, 胡咏梅, 吴丹, 任力杰

计算机应用 2021, 41 (10): 3082-3088. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101695

摘要（399）

PDF （662KB）（308）

颈动脉狭窄、颈动脉内中膜厚度增加（CIMT）或颈动脉斑块等可导致脑卒中的发生。为实现脑卒中大规模初步筛查，提出基于医疗数据的改进的变分自编码器（VAE）来识别和预测异常颈动脉。首先，针对医疗数据存在缺失的情况，采用 K近邻（ KNN）、均值和众数相混合的方法（M KNN）以及改进的VAE对缺失数据进行填补以得到完整的数据集，从而提高数据的应用范围；接着，分析特征属性，并依据重要性对特征进行排序；然后，运用逻辑回归（LR）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和极限梯度提升树（XGBT）这四种有监督学习方法结合遗传算法（GA）来建立异常颈动脉识别模型；最后，基于改进的VAE建立预测异常颈动脉的半监督模型。相较于基线模型，基于改进的VAE的半监督模型性能提升明显，灵敏度达到0.893 8，特异性达到0.927 2，F1值达到0.910 5，分类准确率达到0.910 5。实验结果表明，所建立的半监督模型可以用来识别异常颈动脉，进而作为一种识别脑卒中高危人群的工具，预防和减少脑卒中的发生。

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8. 横向整合战略下异质车辆库存路径优化模型

杨华龙, 王美玉, 辛禹辰

计算机应用 2021, 41 (10): 3040-3048. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101577

摘要（350）

PDF （750KB）（237）

以实现供货商联盟期望物流成本最小化为目标，针对需求随机波动下的多供货商多产品库存路径问题（IRP）进行了研究。基于横向整合战略，设计了供货商联盟成员间车辆配送成本的合理分摊方式。考虑零售商配送软硬时间窗和库存服务水平要求，构建了多供货商多产品的异质车辆库存路径混合整数随机规划模型，并利用需求累积分布逆函数将其转化为确定型规划模型。然后设计改进遗传算法求解该确定型规划模型。算例分析结果显示，使用异质车辆配送可以比使用同质重型和轻型车辆分别降低供货商联盟总成本8.3%和11.92%，分别提升配送车辆装载率24%和17%。敏感性分析结果表明，无论供货商供货数量占联盟总供货数量比例和零售商商品需求变异系数如何变化，采用异质车辆配送的供货商联盟总成本都能得到有效降低；且需求变异系数越大，采用异质车辆配送的优势越明显。

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9. 基于改进DenseNet的牛眼图像特征提取方法

郑志强, 胡鑫, 翁智, 王雨禾, 程曦

计算机应用 2021, 41 (9): 2780-2784. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101533

摘要（512）

PDF （1024KB）（394）

针对牛眼图像特征提取过程中由于梯度消失和过拟合造成的识别准确率较低的问题，提出一种基于改进DenseNet的牛眼图像特征提取方法。首先采用缩放指数线性单元（SeLU）激活函数防止网络梯度消失；其次通过DropBlock随机丢弃牛眼图像的特征块，从而防止过拟合，并加强网络的泛化能力；最后将改进后的稠密层进行叠加以组成改进的DenseNet（Dense convolutional Network）。在自建牛眼图像数据集上进行特征信息提取识别实验的结果表明，改进后的DenseNet识别准确率、精确率和召回率分别为97.47%、98.11%和97.90%；较改进前的网络在识别准确率、精确率和召回率上分别提升了2.52个百分点、3.32个百分点和2.94个百分点，可见改进后的网络具有较高的精度与鲁棒性。

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10. 基于阈值和极端随机树的实时跌倒检测方法

刘晓光, 靳少康, 韦子辉, 梁铁, 王洪瑞, 刘秀玲

计算机应用 2021, 41 (9): 2761-2766. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111816

摘要（348）

PDF （1152KB）（339）

针对基于可穿戴设备的跌倒检测存在的实时性与准确性无法兼得的问题，提出一种阈值和极端随机树融合的实时跌倒检测方法。在该方法中，可穿戴设备只需计算阈值量，无需确保跌倒检测的准确率，从而减少了计算量；同时，上位机利用极端随机树算法确保了跌倒检测的准确率。可穿戴设备通过阈值的方法过滤了大部分日常动作，因此减少了上位机检测的动作数据量。这样一来所提方法既满足了跌倒检测的高准确率，又满足了实时性。另外，为了降低跌倒检测的假阳性率，可穿戴设备融合了姿态角度传感器和压力传感器，上位机中加入了反馈机制。当检测结果出现假阳性时，通过上位机将检测错误的样本加入非跌倒数据集中进行再训练，模型经过这样的不断学习会生成适合个人的报警模型，且这种反馈机制为降低跌倒检测的假阳性率提供了新思路。实验结果表明，在1 259个测试样本中，所提方法具有平均99.7%的准确率，最低0.08%的假阳性率。

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11. 基于图卷积神经网络的串联质谱从头测序

牟长宁, 王海鹏, 周丕宇, 侯鑫行

计算机应用 2021, 41 (9): 2773-2779. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111875

摘要（473）

PDF （11373KB）（369）

在蛋白质组学中从头测序是串联质谱肽段测序的重要方法之一，其具有不依赖于蛋白质数据库的优势，并在测定未知物种蛋白序列、单克隆抗体测序等领域中起着关键作用。然而由于从头测序的复杂性，导致其测序的准确率远低于数据库搜索方法，制约了从头测序的广泛应用。针对从头测序准确率低的问题，提出一种基于图卷积神经网络（GCN）的从头测序方法denovo-GCN。该方法将质谱中谱峰之间的关系用图结构表示，并从每个相应的肽碎裂位点提取谱峰特征，然后通过GCN预测当前碎裂位点处的氨基酸类型，最后逐步组成完整的肽序列。通过实验确定了GCN模型的层数、离子类型组合和测序使用的谱峰数量这3个影响模型的重要参数，并将多个物种数据集用于实验对比。实验结果表明，该方法在肽水平上的召回率比基于图论的从头测序方法Novor、pNovo提高了4.0~21.1个百分点，比基于卷积神经网络（CNN）和长短期记忆（LSTM）网络的DeepNovo提高了2.1~10.7个百分点。

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12. 脉冲式事件触发控制的时变多个体系统一致性

柴洁, 过榴晓, 沈莞蔷, 陈晶

计算机应用 2021, 41 (9): 2748-2753. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111843

摘要（336）

PDF （903KB）（249）

针对时变拓扑连接环境下的时变多个体系统的一致性问题，提出基于事件触发的脉冲控制协议。在该协议里对于每个个体，只有当相关状态误差超过阈值时才会更新控制器，同时控制输入将仅在事件触发时刻执行，且个体间不需要持续通信。该协议将大幅节约系统实现一致性的通信和控制成本。使用代数图论、李雅普诺夫稳定性和脉冲微分方程等数学理论分析和推导具有时变特性的多个体系统在事件触发脉冲控制下达到一致性的充分条件，同时理论证明事件触发的时间序列不存在芝诺行为。最后，数值仿真验证了所得到的理论结论的有效性。

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13. 基于度中心性的认知特征选择方法

张笑非, 杨阳, 黄佳进, 钟宁

计算机应用 2021, 41 (9): 2767-2772. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111794

摘要（278）

PDF （2920KB）（479）

针对大脑图谱认知特征选择的不确定性提出了基于度中心性的认知特征选择方法（DC-CFSM）。首先，基于大脑图谱构建认知实验任务中被试的脑功能网络（FBN），并计算得到FBN每个兴趣点（ROI）的度中心性（DC）；其次，统计对比被试相同皮质兴趣点在执行认知任务时不同认知状态间的差异显著性并对其进行排序；最后，根据排序后的ROI计算人脑认知体系曲线下面积（HBCA-AUC）值，并评估几种认知特征选择方法的性能。在心算认知任务功能核磁共振成像（fMRI）数据上进行的实验中，DC-CFSM在人脑认知体系的任务正相关系统（TPS）、任务负相关系统（TNS）及任务支撑系统（TSS）上得到的HBCA-AUC值分别为0.669 2、0.304 0、0.468 5。与极限树、自适应提升、随机森林、极限梯度提升（XGB）等方法相比，DC-CFSM对TPS的识别率分别提高了22.17%、13.90%、24.32%和37.19%，对TNS的误识率分别减小了20.46%、29.70%、44.96%和33.39%。可见DC-CFSM在大脑图谱认知特征的选择上更能反映人脑认知体系的类别和功能。

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14. 面向重大公共卫生风险治理的应急物流协同演化仿真

龚英, 何彦婷, 曹策俊

计算机应用 2021, 41 (9): 2754-2760. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111728

摘要（398）

PDF （1077KB）（250）

为提高重大公共卫生风险治理过程中的应急物流效率，在分析政府与物流企业行为特征的基础上，设计了面向重大公共卫生风险治理的高效应急物流协同机制。通过构建地方政府与物流企业的演化博弈模型，探究了地方政府监管和物流企业协同的演化规律与路径，然后利用数值仿真来验证所提模型的可行性和有效性。结果表明，与商业物流协同机制相比，面向重大公共卫生风险治理的应急物流协同机制更依赖于地方政府的监管力度，并且该机制使得物流企业的协同水平在0.25与0.9之间反复波动；而建立针对地方政府的动态奖惩机制后，在博弈次数达到30时，物流企业的协同水平为0.46，并一直维持稳定，可见这个动态奖惩机制显著提高了应急物流协同机制的稳定性。

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15. 基于自注意力长短期记忆网络的Web软件系统实时剩余寿命预测方法

党伟超, 李涛, 白尚旺, 高改梅, 刘春霞

计算机应用 2021, 41 (8): 2346-2351. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020091486

摘要（361）

PDF （1238KB）（416）

为了能够实时准确对Web软件系统的剩余使用寿命（RUL）进行预测，考虑Web系统健康状态性能指标的时序特性和指标间的相互依赖特性，提出了一种基于自注意力长短期记忆（Self-Attention-LSTM）网络的Web软件系统实时剩余寿命预测方法。首先，搭建加速寿命测试实验平台来收集反映Web软件系统老化趋势的性能指标数据；然后，根据该性能指标数据的时序特性来构建长短期记忆（LSTM）循环神经网络以提取性能指标的隐含层特征，并使用自注意力机制建模特征间的依赖关系；最后，得到系统RUL的实时预测值。在三组测试集上，把所提模型与反向传播（BP）网络和常规的循环神经网络（RNN）做了对比。实验结果表明，所提模型的平均绝对误差（MAE）比长短期记忆（LSTM）网络平均低16.92%，相对准确率（Accuracy）比LSTM网络平均高5.53%，验证了Self-Attention-LSTM网络剩余寿命预测模型的有效性。可见所提方法能为优化系统抗衰决策提供技术支撑。

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16. 基于动态特征蒸馏的水工隧洞缺陷识别方法

黄继爽, 张华, 李永龙, 赵皓, 王皓冉, 冯春成

计算机应用 2021, 41 (8): 2358-2365. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101596

摘要（341）

PDF （1838KB）（405）

针对水工隧洞缺陷识别任务中现有深度卷积神经网络（DCNN）对缺陷图像特征提取能力不足、识别种类少、推理耗时长的问题，提出一种基于动态特征蒸馏的缺陷自主识别方法。首先，通过深度曲线估计网络对图像进行优化，从而改善低照度环境下的图像质量；其次，构建加入注意力机制的动态卷积模块取代传统静态卷积，并且把得到的动态特征用于训练教师网络以获得更好的模型特征提取能力；最后，在知识蒸馏框架中融合鉴别器结构，以构造一种动态特征蒸馏损失，并通过鉴别器将动态特征知识从教师网络传递到学生网络，从而在大幅减少模型推理时间的同时实现六类缺陷的高精度识别。在四川某水电站水工隧洞缺陷数据集上对该方法和原有残差网络进行对比实验，结果表明该方法可达到96.15%的识别准确率，其模型参数量和推理时间分别降低到原来的1/2和1/6。通过实验结果可知，将缺陷图像的动态特征蒸馏信息融合到识别网络中能够提高水工隧洞缺陷的识别效率。

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17. 基于改进单点多盒检测器的大坝缺陷目标检测方法

陈静, 毛莺池, 陈豪, 王龙宝, 王子成

计算机应用 2021, 41 (8): 2366-2372. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101603

摘要（357）

PDF （1651KB）（372）

为提升大坝安全运维的效率，大坝缺陷目标检测模型有助于辅助巡检人员进行缺陷检测。大坝缺陷几何形状多变，而采用传统卷积方式进行特征提取的单点多盒检测器（SSD）模型无法适应缺陷的几何变换。针对上述问题，提出可变形卷积单步多框检测器（DFSSD）模型。首先将原始SSD的主干网络VGG16中的标准卷积替换为可变形卷积，用于处理缺陷的几何变换，并且通过学习卷积偏移量来提升模型的空间信息建模能力；其次针对不同特征的尺寸，改进先验框比例，从而提高模型对条形特征的检测精度与模型的泛化能力；最后为解决训练集正负样本不均衡的问题，采用改进的非极大值抑制（NMS）算法来优化学习效果。实验结果表明：DFSSD模型较基准模型SSD在大坝缺陷图像上的平均检测精度提升了5.98%。相较于基于区域的更快卷积神经网络（Faster R-CNN）和SSD模型，DFSSD模型在大坝缺陷目标检测精度提升上有较好的效果。

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18. 基于循环神经网络的电信行业容量数据预测方法

丁尹, 桑楠, 李晓瑜, 吴飞舟

计算机应用 2021, 41 (8): 2373-2378. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101677

摘要（585）

PDF （1094KB）（428）

在电信运维的容量预测过程中，存在容量指标和部署业务种类繁多的问题。现有研究未考虑指标数据类型的差异，对所有类型的数据使用同种预测方法，使得预测效果参差不齐。为了提升指标预测效率，提出一种指标数据类型分类方法，利用该方法将数据类型分为趋势型、周期型和不规则型。针对其中的周期型数据预测，提出基于双向循环神经网络（BiRNN）的周期型容量指标预测模型，记作BiRNN-BiLSTM-BI。首先，为分析容量数据的周期特征，提出一种忙闲分布分析算法；其次，搭建循环神经网络（RNN）模型，该模型包含一层BiRNN和一层双向长短时记忆网络（BiLSTM）；最后，充分利用系统忙闲分布信息，对BiRNN输出的结果进行优化。与传统的三次指数平滑、差分自回归移动平均（ARIMA）模型和反向传播（BP）神经网络模型进行比较的实验结果表明，在统一日志数据集和分布式缓存数据集上，提出的BiRNN-BiLSTM-BI模型的均方误差（MSE）分别比对比模型中表现最优的模型降低了15.16%和45.67%，可见预测准确率得到了很大程度的提升。

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19. 司机分心驾驶检测研究进展

秦斌斌, 彭良康, 卢向明, 钱江波

计算机应用 2021, 41 (8): 2330-2337. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101691

摘要（763）

PDF （2153KB）（537）

随着车辆工业和世界经济的快速发展，私家汽车数量不断增加，导致交通事故越来越多，且交通安全问题已经成为全球关注的焦点问题。司机分心驾驶检测的研究主要分为传统计算机视觉（CV）算法和深度学习算法两种。基于传统CV算法的司机分心检测通过尺度不变特征转换（SIFT）、方向梯度直方图（HOG）等特征算子提取图像特征，然后结合支持向量机（SVM）建立模型并对图像进行分类。然而传统CV算法具有对环境的要求高、运用范围较窄、参数多、计算量大的缺点。近年来深度学习在提取数据特征方面表现出速度快、精度高等优异的性能，因此研究人员开始将深度学习引入到司机分心驾驶检测中。基于深度学习的方法可以实现端到端的司机分心驾驶检测网络，而且取得了很高的准确度。介绍了传统CV算法和深度学习算法在司机分心驾驶检测的研究现状，首先，阐释了传统CV算法用于图像领域和司机分心驾驶检测研究的情况；接着，介绍了基于深度学习的司机分心驾驶研究；而后，从准确度、模型参数量等方面对不同司机分心驾驶检测方法进行比较分析；最后，对现有的研究进行了总结并提出了未来司机分心驾驶检测需要解决的三个问题：驾驶过程中司机分心状态以及分心程度划分规范需进一步完善，需要综合考虑人－车－路三者以及如何才能更有效地减少神经网络参数。

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20. 基于区块链的建筑信息模型图纸多人协同创作系统

申玉民, 王金龙, 胡殿凯, 刘星宇

计算机应用 2021, 41 (8): 2338-2345. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101549

摘要（505）

PDF （1810KB）（467）

建筑信息模型（BIM）图纸多人协同创作在大型建筑项目中很重要，而现有的基于Revit等建模软件或云服务的BIM图纸多人协同创作方法存在BIM图纸版本混乱、不易溯源以及数据安全风险等问题。针对这些问题，设计了一种基于区块链的BIM图纸多人协同创作系统。该系统采用链上链下协同的存储方式，使用区块链和数据库分别存储BIM图纸创作过程中每次创作后的BIM图纸信息以及完整BIM图纸，利用区块链去中心化、可追溯和防篡改的特性保证BIM图纸的版本清晰，并为以后的版权划分提供依据，而且提升了BIM图纸信息数据的安全性。实验结果表明，该系统在多用户并发情况下的平均出块时间为0.467 85 s，系统的最大处理速率为每秒1 568次交易，验证了该系统是可靠的，且可以满足实际应用场景的需求。

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21. 航空发动机损伤图像的二分类到多分类递进式检测网络

樊玮, 李晨炫, 邢艳, 黄睿, 彭洪健

计算机应用 2021, 41 (8): 2352-2357. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101575

摘要（422）

PDF （1589KB）（451）

航空发动机损伤是影响飞行安全的重要因素。当前基于计算机视觉的发动机孔探图像损伤检测存在两个主要问题：一是孔探图像背景复杂，使得模型对损伤的检测精度较低；二是孔探图像数据来源受限，导致模型可检测类别较少。为解决这两个问题，提出了基于Mask R-CNN的二分类到多分类递进式航空发动机损伤图像检测网络。通过在Mask R-CNN中增加二分类检测分支，首先对图像中的损伤进行二分类检测并对定位坐标进行回归优化；其次使用原始检测分支递进地进行多分类检测，以进一步回归优化损伤的检测结果并确定损伤类型；最后根据多分类检测的结果，通过Mask分支对对损伤进行实例分割。为了增加模型检测类别及验证方法的有效性，构建了包含八种损伤类型，共1 315张孔探图像的数据集。在该集合上进行的训练和测试结果表明，多分类检测的平均精度（AP）和AP75与Mask R-CNN相比分别提高3.34%、9.71%，可见所提方法能够有效提高对孔探图像中的损伤的多分类检测精度。

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22. 基于改进Elman神经网络的制糖企业原糖需求预测模型

李洋莹, 陈智军, 张子豪, 游兰

计算机应用 2021, 41 (7): 2113-2120. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020061000

摘要（286）

PDF （1406KB）（306）

制糖企业采用传统算法进行原糖需求预测时忽略了时间因素，而且没有考虑行业特点，导致预测准确性有限。针对上述问题，结合制糖原材料的供需周期特点，提出一种时间特征关联的使用改进布谷鸟搜索（MCS）优化的Elman神经网络需求量预测模型TMCS-ENN。首先，通过提出自适应学习速率公式来优化Elman神经网络（ENN）；其次，引入自适应寄生失败概率和自适应步长控制量公式得到MCS算法来优化ENN的权值和阈值，从而有效提高模型的局部搜索能力，避免局部最优；最后，结合制糖企业原材料购买的时间相关性和滞后性规律，基于周粒度设计数据切片，并以节假日作为重要特征训练ENN，得到预测模型TMCS-ENN。实验结果表明，以周为时间粒度的情况下，TMCS-ENN预测模型的预测精度达到93.89%。可见TMCS-ENN能够满足制糖企业原材料采购需求的预测精度，有效提高企业生产效率。

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23. 环形链轮询复用测试端口的高效测试结构

张玲, 邝继顺

计算机应用 2021, 41 (7): 2156-2160. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081665

摘要（400）

PDF （869KB）（296）

测试结构设计是集成电路（IC）测试的基础问题也是关键问题，而设计满足当代IC需求的测试结构对降低芯片成本、提高产品质量、增加产品竞争力具有十分重要的意义，为此提出了环形链轮询复用测试端口的测试结构RRR Scan。该结构将扫描触发器设计成多个环形链，环形链可工作于隐身模式、循环移位模式和直链扫描模式。循环移位模式实现了测试数据的重用，可减小测试集规模；隐身模式则可缩短测试数据移位路径，大幅降低测试移位功耗，因此该结构是具有数据重用和低功耗性质的通用测试结构。另外，该结构可将物理上相近的扫描单元设置于同一环形链内，布线代价不大。隐身模式使得测试数据的移位路径长度和时延均有所减小。实验结果表明，RRR Scan结构可大幅降低测试移位功耗，对于S13207电路，其移位功耗仅为扫描直链的0.42%。

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24. 基于脉冲位置幅度调制的距离速度同时测量

黄少伟, 黄婉琳, 雷闰龙, 毛雪松

计算机应用 2021, 41 (7): 2145-2149. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081666

摘要（338）

PDF （1113KB）（242）

针对传统波形方法在多普勒激光雷达测量目标距离和速度的应用中不能同时获得高测量精度的问题，提出一种使用位置和幅度同时调制的测量信号波形，以解决距离和速度测量精度之间的矛盾，同时使两个参数测量之间相互独立，并分析了该方法应用于智能驾驶道路环境中目标距离和速度测量的可行性。首先，讨论典型调制方法在同时测量目标距离和速度方面存在的困难，在此基础上，设计一种位置和幅度同时调制发射信号波形的解决方法，结合在线光纤放大器的放大特性给出该方法的物理可实现性；然后，讨论使用位置和幅度调制方法的激光雷达输出外差信号的频率计算方法以及激光雷达接收机输出回波信号的数据累加方法，从而分别测量出目标的速度和距离；最后，在道路移动目标可生成的多普勒频率范围内，通过仿真验证该方法的测量可行性以及两测量参数之间的独立性，并分析测量精度。仿真实验结果表明，位置和幅度同时调制的方法在激光雷达接收机输出信号的信噪比（SNR）低于0 dB时，可以有效测量目标的距离和速度，且这两个待测参数的测量过程完全独立。

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25. 基于自适应和最优特征的合成孔径雷达舰船检测方法

侯笑晗, 金国栋, 谭力宁, 薛远亮

计算机应用 2021, 41 (7): 2150-2155. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081187

摘要（387）

PDF （1428KB）（256）

针对合成孔径雷达（SAR）目标舰船检测中对小目标检测效果不佳的问题，提出一种自适应锚框单阶段舰船检测方法。首先，在单阶段无锚框特征选择（FSAF）算法的基础上利用神经架构搜索（NAS）得到最优特征融合方式，以充分利用图像特征信息；然后提出新的损失函数，在解决正负样本不均衡的同时使网络能够更加精确地对位置进行回归；最后结合更适用于舰船检测的Soft-NMS过滤检测框得到最后的检测结果。在公开的SAR舰船检测数据集上进行了多组对比实验，结果表明，相比基础目标检测算法，所提出的方法对小目标的漏检和误报明显减少，且对靠岸舰船检测性能有一定提升。

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26. 需求和回收不确定的闭环供应链渠道结构选择

张盟, 郭健全

计算机应用 2021, 41 (7): 2100-2107. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020101617

摘要（362）

PDF （1256KB）（254）

针对闭环供应链中销售渠道结构的最优选择问题，考虑市场需求和回收品质量水平的不确定性，以总利润最大化为目标，构建了政府差别权重补贴下四种销售渠道结构闭环供应链系统的四个平均总利润模型。首先运用模糊机会约束规划（FCCP）法将模糊约束等价变换为清晰对应式，然后采用粒子群优化（PSO）算法和遗传算法（GA）对模型算例进行对比求解，最后对参数进行了灵敏度分析。结果表明，上述两种算法的差值比率最大为0.018%，表明两种算法均未陷入局部最优解，验证了算法的效度和模型的信度。企业可以根据潜在需求的不同置信水平制定最优回收、生产和销售策略，选择最优的渠道结构并逐渐提高总利润。

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27. 基于随机行走的群机器人二维地图构建

陆国庆, 孙昊

计算机应用 2021, 41 (7): 2121-2127. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081239

摘要（317）

PDF （1249KB）（225）

机器人在未知环境自主探索时，需要快速准确地获取环境地图信息。针对高效探索和未知环境的地图构建问题，将随机行走算法应用于群机器人的探索中，机器人模拟布朗运动，对搜索区域建图。然后，改进了布朗运动算法，通过设置机器人随机行走时的最大旋转角度，来避免机器人重复性地搜索一个区域，使机器人在相同时间内探索更多的区域，提高机器人的搜索效率。最后，通过搭载激光雷达的多个移动机器人进行了仿真实验，实验分析了最大转角增量、机器人数量以及机器人运动步数对搜索区域的影响。

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28. 基于注意力的毫米波-激光雷达融合目标检测

李朝, 兰海, 魏宪

计算机应用 2021, 41 (7): 2137-2144. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081334

摘要（762）

PDF （1710KB）（635）

针对自动驾驶中使用激光雷达进行目标检测时漏检被遮挡目标、远距离目标和复杂天气场景下目标的问题，提出一种基于注意力机制的毫米波-激光雷达特征融合的目标检测方法。首先，将毫米波和激光雷达各自的扫描帧数据分别聚合到它们的标注帧上，并将毫米波和激光雷达的数据点进行空间对齐；其次，对两者进行聚合和空间对齐后的数据分别进行PointPillar点云柱快速编码，转换成伪图像；最后，通过中间卷积层提取两者的传感器特征，并利用注意力机制对两者的特征图进行融合，融合后的特征图通过单阶段检测器得到检测结果。实验结果显示，该融合算法在nuScenes数据集中的平均精度均值（mAP）高于PointPillar基础网络，而且注意力融合的检测方法的性能表现优于利用拼接融合、相乘融合、相加融合的检测方法。可视化结果显示所提方法是有效的，能提高网络对被遮挡目标、远处目标和雨雾天气下目标检测的鲁棒性。

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29. 设置待行区条件下双环相位信号配时优化模型

杨震, 马健霄, 王宝杰

计算机应用 2021, 41 (7): 2108-2112. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081332

摘要（328）

PDF （909KB）（313）

为提高设有待行区交叉口的行车效率，首先将设置待行区的效果等价于车道绿信比的增加；接着基于美国国家电气制造商协会（NEMA）标准双环相位，以车辆平均延误最小为目标，建立了交叉口信号配时优化模型；然后考虑相位结构中环-屏障约束条件，设计了用于求解模型的遗传算法；最后将模型和算法应用于实例交叉口。研究结果表明：该模型能够得到比Synchro软件周期更短、车辆平均延误更低的信号配时方案。在交叉口仅设置左转待行区的条件下，模型的延误降低幅度为12.9%~17.4%；在交叉口同时设置左转、直行待行区的条件下，模型的延误降低幅度为17.5%~25.5%。此外，该模型对排队消散速度的取值并不敏感，在最小及最大车速的条件下能够得到几乎相同的配时方案。

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30. 基于混沌麻雀搜索算法的无人机航迹规划方法

汤安迪, 韩统, 徐登武, 谢磊

计算机应用 2021, 41 (7): 2128-2136. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020091513

摘要（1164）

PDF （1479KB）（1551）

针对无人机（UAV）航迹规划求解计算量大、难收敛等问题，提出了一种基于混沌麻雀搜索算法（CSSA）的航迹规划方法。首先，建立二维任务空间模型与航迹代价模型，将航迹规划问题转化为多维函数优化问题；其次，采用立方映射初始化种群，并使用反向学习策略（OBL）引入精英粒子，增强种群多样性，扩大搜索区域范围；然后，引入正弦余弦算法（SCA），并采用线性递减策略平衡算法的开发与探索能力，当算法陷入停滞时，采用高斯游走策略帮助算法跳出局部最优；最后，将提出的改进算法在15个基准测试函数中进行性能验证，并应用于航迹规划问题求解。仿真结果表明，CSSA的寻优性能优于粒子群优化（PSO）算法、天牛群优化（BSO）算法、鲸鱼优化算法（WOA）、灰狼优化（GWO）算法和麻雀搜索算法（SSA），并且能够快速地得到一条代价最优、满足约束的安全可行航迹，验证了所提方法的有效性。

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