2017年, 第43卷, 第7期　刊出日期：2017-07-15

  

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封面和目录
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  2017年第7期《计算机工程》封面和中英文目录

  计算机工程. 2017, 43(7): 0-0.

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先进计算与数据处理
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  基于首播前搜索数据的电视剧流行度预测

  朱寒婷,尹敏,贺樑

  计算机工程. 2017, 43(7): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.001

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  现有对视频网站电视剧流行度预测的研究中考虑因素较少,并且极少能在电视剧首播前进行预测,这会使视频网站在做出版权购买、广告投放等决策时考虑不全面并且出现预测时间滞后的问题。为此,提出一种在首播前预测视频网站电视剧流行度的方法,综合考虑电视剧剧名和演员搜索数据,通过分析时间序列确定最早预测时间,使用多元线性回归模型实现电视剧流行度的预测。实验结果表明,该方法可利用首播前第13—18天的剧名和演员的百度搜索指数对PPTV和优酷2014年、2015年上线的电视剧预测上线后30天的点播量,预测值与真实值之间的皮尔森相关系数分别达到0.943 7和0.967 6,具有较好的预测效果。

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  一种单指令多数据向量化归约方法

  韩林,高伟,王冬,王鹏翔,李颖颖

  计算机工程. 2017, 43(7): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.002

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  单指令多数据(SIMD)扩展部件旨在发掘多媒体程序和科学计算程序的数据级并行,归约操作引起的真依赖给发掘程序中的数据级并行带来了阻碍。但体系结构和指令集的差异,使得面向向量机的归约向量化方法并不适用于SIMD扩展部件。针对上述问题,提出一种面向SIMD扩展部件的归约向量代码生成方法,以及归约的识别方法,利用向量移位指令实现向量代码生成。基于SPEC2006标准测试集的测试结果表明,与未利用归约向量化技术前相比,利用该归约向量化方法后的向量化加速比提高34%,从而验证了该方法的有效性。
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  一种面向信息质量的移动群智感知协作方法

  张继德,袁印,刘亚志,张新英,杨宗帅

  计算机工程. 2017, 43(7): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.003

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  现有的感知信息质量研究主要集中在节点的招募、选择和感知任务的分配阶段,缺少对感知任务执行过程的优化。为此,借鉴移动设备云中的感知任务迁移理念,设计基于效用的感知任务迁移算法,提出一种移动群体内节点间直接协作的感知方法。对感知任务的执行阶段进行优化,以解决移动设备的异构性与感知信息质量需求之间的矛盾。实验结果表明,与随机选择算法和基于多任务的参与者选择算法相比,该算法可有效提高感知数据覆盖率和感知任务完成率。

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  基于Spark的时态查询扩展与时态索引优化研究

  周亮,李格非,邰伟鹏,郑啸

  计算机工程. 2017, 43(7): 22-28,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.004

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  时空数据库和基于集群计算的时间分析工具大多基于外存,将其应用在大数据处理场景下系统性能将迅速降低。为此,基于Spark构建一个易用且高可扩展的时态大数据查询分析系统。通过扩展Spark SQL解析器,使其能够支持类SQL形式的时态操作,运用SIMBA开源项目的方法,引入全局过滤和局部时态索引2种优化策略,使得系统能以高吞吐量及低延迟执行时态查询操作。基于时态查询效率的评估实验结果表明,在不同影响参数下,该系统的时态查询性能优于原生的Spark SQL查询处理方案。
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  云存储系统中基于动态规划的最小开销数据副本布局研究

  吴修国

  计算机工程. 2017, 43(7): 29-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.005

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  传统的副本布局策略较少考虑数据传输开销,且对网络结构有所限定,导致通用性不足。为此,基于动态规划方法,以最小化数据管理开销为目标,提出一种云存储系统中最小开销数据副本布局策略。在数据管理综合开销模型的基础上,比较数据中心放置与不放置副本2种情况下的开销,从而确定副本位置。实验结果表明,该策略能够实现副本的合理分布,在有效降低数据管理开销的同时,可减少平均响应时间与网络传输量,提升云存储系统性能。

体系结构与软件技术
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  一种应用于多路直连CMP的混合一致性协议

  王云霏,王飙,李媛,孙战先

  计算机工程. 2017, 43(7): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.006

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  Cache一致性协议对系统性能和带宽需求具有重要影响,而当前广泛采用的广播协议带宽需求较高,目录协议访存延迟较大,均不适用于国产服务器CPU直连接口带宽较低及延迟较大的应用场景。针对上述问题,基于Token广播协议和目录协议,设计混合一致性协议,采用Simics结合GEMS搭建多路直连片上多核处理器仿真系统,通过运行SPLASH-2测试协议的相关性能。实验结果表明,混合协议的系统性能优于目录协议,与Token协议相比,混合协议以较小的性能代价,大幅降低片间通信带宽需求,且在带宽资源受限系统中具有更好的系统性能。
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  基于Matlab的SCA调试分析组件开发与实现

  郭宁,王玲,施峻武

  计算机工程. 2017, 43(7): 44-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.007

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  在SCA波形组件上实现具体功能时需要大量的调试工作,通常的调试步骤是提取每个过程的输出数据进行分析,根据分析结果修改错误代码,然而该调试方式效率低下,数据提取过程复杂。为此,以Matlab引擎技术和curses图形库为基础,设计用于数据分析的AnalysisCom波形组件。该组件按照SCA规范设计开发,在调试过程中避免了数据重复提取,并且在波形运行过程中能通过该组件直接调用Matlab进行数据分析。测试结果表明,AnalysisCom波形组件可以在波形运行过程中快速准确地定位到数据发生错误的位置,完成对组件功能的验证,达到缩短组件开发周期的目的。
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  一种面向列车车载控制软件的需求分析方法

  王秀超,缪炜恺,王以松,包丹珠,杨静

  计算机工程. 2017, 43(7): 48-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.008

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  由于缺少面向列车车载控制软件的需求分析工具,需求分析人员难以自动分析出预期数据。针对该问题,提出基于模型抽取的需求分析方法,设计控制软件需求分析工具。通过抽取需求描述文档中的需求条目建立可执行模型,使用数据流方法对其进行分析,得到变量影响关系图和状态迁移图,利用动态分析获得以需求描述文档为依据的预期输出数据,并将其与软件的真实运行输出数据进行对比,生成控制软件的可视化分析报告。实验结果表明,该方法可以帮助需求分析人员快速发现软件实现错误,为列车安全运行提供保障。
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  具有射频识别功能的嵌入式低功耗智能钥匙设计

  蒋存波,孔祥丽,金红,焦阳

  计算机工程. 2017, 43(7): 54-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.009

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  针对多把钥匙和多个锁的匹配性问题,设计一种用于主动身份认证的低功耗智能钥匙。使用授权注册和主动双向认证方式实现钥匙对多把锁的管理,采用密码词典加密和准动态密码索引字确保认证过程的可靠性。根据钥匙低功耗要求,提出1 s周期定时休眠与0.005 s唤醒机制,以尽可能降低身份认证卡的功耗。实验结果表明,该智能钥匙睡眠模式功耗小于2 μA,且满足多把钥匙与多个锁之间相互匹配和安全认证的要求。

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  一种基于开销优化的高稳定性任务调度算法

  张晶,孙少杰,范洪博

  计算机工程. 2017, 43(7): 60-63,69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.010

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  优化系统能量开销对于延长嵌入式系统的生存周期具有重要意义。现有调度算法可在一定程度上优化任务调度,但在系统能量开销和任务调度稳定性上仍存在不足。为此,提出一种新的的任务调度算法,通过提升系统资源利用率和减少任务调度过程中的颠簸次数来优化系统开销,同时提升系统任务调度过程中的稳定性。实验结果表明,在相同任务调度环境下,与LSF,EDF和HVF算法相比,该算法可更好地实现系统资源利用率与任务调度稳定性之间的平衡。
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  自动导引车云导引平台的研究与设计

  邢海洋,张军,王楠

  计算机工程. 2017, 43(7): 64-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.011

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  针对传统自动导引车(AGV)导引方式存在抗干扰弱、灵活性差、造价高等问题,提出一种基于云端的导引方式,设计并实现了该导引方式的云导引平台(CBGP)。该平台系统中CBGP服务器提供平台接入、通信和任务执行管理等功能,MapReduce计算框架和HDFS文件系统提供分布式路径计算和存储。实验结果表明,CBGP平台能够较好地应用并行路径规划算法,并提供合适的路径完成云端导引AGV的任务。
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  BOSS在KVM平台中的性能研究与优化

  马震太,张晓梅

  计算机工程. 2017, 43(7): 70-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.012

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  针对BESIII离线软件系统(BOSS)在内核虚拟机平台上的性能损耗,结合BOSS作业特点给出相关优化方法。对引起性能损耗的各种因素进行研究,并根据不同客户机规模的测试情况,定量分析测试结果,进而确定性能损耗。对BOSS作业在物理机和客户机上的性能进行测试,结果表明,优化后模拟作业性能损耗降低至1.1%~1.6%,重建作业与分析作业性能分别提高2.6%~4.5%,7%~18.7%。
移动互联与通信技术
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  基于GA-PSO算法的ZigBee自组网最佳路由选择

  王飞,王能河,张琼英,瞿少成,颜炯

  计算机工程. 2017, 43(7): 75-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.013

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  为进一步提高ZigBee自组网的网络性能,对ZigBee自组网和路由算法两方面进行研究。利用ZigBee技术构建网络,在路由路径更新时综合考虑网络节点能量均衡和收敛速度,采用改进遗传算法搜索到全局较优解,并利用粒子群优化算法从中快速找到最优解的最佳路由路径。基于NS2的仿真结果表明,与经典AODVjr路由算法和基于遗传算法的路由算法相比,混合遗传粒子群优化算法可延长网络的生命周期,减小网络延时,提高ZigBee网络的整体性能,更适合规模较大的复杂网络。
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  超短波无线认知传感器网络节点的设计与实现

  毛九平,郑霖,刘争红

  计算机工程. 2017, 43(7): 80-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.014

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  大范围稀疏无线传感器网络(WSN)采用超短波通信,由于工作频道单一,已无法满足网内通信的需求。为此,提出一种自适应认知变频的无线传感器节点设备。设计处理器模块、无线通信模块、太阳能供电模块、传感器模块,定义动态信道分配软件协议,以实现信道认知功能的自适应变频通信。实验结果表明,该设备可以进行远距离持续准确的无线通信,并能完成自适应变频通信。
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  LTE-FDD与eHRPD重叠覆盖系统中的负载均衡算法

  李永刚,张治中,李龙江

  计算机工程. 2017, 43(7): 86-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.015

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  利用3G eHRPD和4G LTE-FDD移动通信系统进行混合组网时,每种网络制式下的小区在用户增多时都有可能过载。针对该问题,提出一种新的负载均衡算法。以网络资源利用率为参考对系统内的用户进行异系统垂直切换,使混合组网后的系统负载得到均衡。仿真结果表明,在保证无线链路丢失率不受显著影响的前提下,该算法可使LTE-FDD与eHRPD重叠覆盖的蜂窝小区平均吞吐量得到提高,并能找到使吞吐率最大的最佳切换阈值。
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  面向无线传感网的天线辐射特性自动测量及分析

  付勇,吕家亮,刘瑞霞

  计算机工程. 2017, 43(7): 90-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.016

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  天线辐射特性是无线传感网中的重要参数,但由于其受众多因素影响,同时辐射特性测量是专业、昂贵且费时的过程,因此该参数常被简化或忽视。针对该问题,设计面向无线传感网的天线自动测量系统和数据处理程序,用于实现天线辐射特性的快速测量和数据处理。在此基础上对无线传感网中14种典型天线在不同平面上的辐射特性,以及金属平板对天线方向性图的影响进行测量分析和讨论,总结各天线特点及目标应用场景。上述研究可为针对不同应用的无线传感网系统天线选择和安装提供参考和建议。
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  无源感知网络中采用动态分片的IPv6数据包传递方案

  邱树伟,李英龙,袁利永

  计算机工程. 2017, 43(7): 100-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.017

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  在无源感知网络(PSN)中,基于网络编码的IPv6包传递方案大多采用固定的分片个数,传输时延较高。为此,考虑到无源传感器节点的特性,提出一种适用于PSN的IPv6包传递方案IPDS-DF。基于偏移正交相移键控调制方式的误码率模型,推导出无线链路的成功传输概率,进而得出每跳的平均传输时延、平均能耗和端到端数据包递交率。以最小化每跳的传输时延为目标,对传输路径上每个节点所采用的分片个数进行动态优化。实验结果表明,IPDS-DF的平均传输时延和能耗均低于现有IPv6包传递方案。
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  面向纠删码的低成本多节点失效修复方法

  郑力明,李晓冬

  计算机工程. 2017, 43(7): 110-118,123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.018

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  针对现有纠删码修复方法开销大、效率低的问题,提出一种低成本多点失效修复方法。通过基于网路距离的节点选择算法增加节点之间的可用带宽,采用多线程以及流水线的数据传输方法提高多节点失效修复效率,同时使用基于中心节点的多点修复方法降低多节点失效修复开销。实验结果表明,与基于星型结构的串行修复策略、基于树型结构的串行修复策略和最小存储再生码相比,该方法多点修复效率较高,平均修复时间分别减少了25%,16%和20%。

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  认知无线中继网络最小化中断概率功率分配算法

  朱春花,周豫苹,陈宝兴,朱权

  计算机工程. 2017, 43(7): 119-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.019

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  为提升认知无线中继网络的中断性能,通过分析系统中断概率及用户功率分配情况,提出一种最小化中断概率的功率分配算法。给出在主用户干扰约束和总功率约束条件下最小化中断概率的数学优化方程组,根据用户的最大发射功率与干扰电平阈值的受限关系,分别考虑分配功率不超过干扰电平阈值、中继节点功率受限于干扰电平阈值以及所有节点受限于干扰电平阈值这3种情况,对应提出3种最佳功率分配方案,并基于KKT条件求解最优值。实验结果表明,该功率分配算法与基于频谱共享以及基于机会主义中继选择的中断概率分析方法相比,性能增益提升显著,并且在总功率、干扰电平变化的条件下,所采用的功率分配方案提升系统中断性能效果较好。

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  基于带内回程的全双工大规模MIMO异构网覆盖分析

  贾向东,颉满刚,周猛

  计算机工程. 2017, 43(7): 124-128,135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.020

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  在大规模多输入多输出(MIMO)系统中,带内全双工无线回程方案能够有效复用无线电接入频谱,大幅提高网络性能。为此,基于该方案构建大规模MIMO异构蜂窝网络模型,并假设网络元素分别服从独立齐次泊松点过程,利用随机几何理论分别研究宏蜂窝下行和小蜂窝上行链路信号干扰噪声比(SINR)的覆盖概率,分析不同参数对覆盖性能的影响。仿真结果表明,带内全双工无线回程方案能够有效提高系统频谱效率,但不能改善宏蜂窝和小蜂窝网络的SINR覆盖概率。
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  无线网络中MPTCP拥塞控制算法性能评估

  孙雪冬,王家满,王建新,董苹苹

  计算机工程. 2017, 43(7): 129-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.021

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  目前针对多路径传输控制协议(MPTCP)算法的评估多基于仿真环境,无法有效验证其在实际环境中的性能。为此,根据MPTCP的约束原则建立基于真实环境的实验平台,实现机会相关增长算法(OLIA)、平衡连接适应算法(Balia)、多路径TCP Veno算法(MPVeno)和加权Vegas算法(wVegas),并设计多种实验场景验证这4种拥塞控制算法在吞吐量、负载均衡和公平性方面的性能。实验结果表明,MPVeno的吞吐量性能最优,在子流链路拥塞状况不同时能更有效地利用网络资源,而Balia和wVegas则比MPVeno和OLIA表现出更好的公平性。
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  认知无线电中频谱效率与能量效率的折中分析

  田家强,陈勇,张建照,曹龙

  计算机工程. 2017, 43(7): 136-140,145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.022

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  在接收端较高的比特信噪比能够提高数据包检测率,但同时也消耗更多的能量,导致能量效率降低。为此,在认知无线电技术可灵活配置的基础上,研究频谱效率(SE)和能量效率(EE)的折中问题,提出综合指标频谱/能量效率(SEE)对SE和EE进行偏好分析的方案。对于不同的联合调制与编码方式,获取信号传输能量和每一帧信息比特长2个参数的闭式解,考虑不同情形的SE和EE,以更好地提高认知无线电的自适应性。仿真结果表明,该方案可实现SE和EE之间的均衡折中,比单纯优化其中任何指标达到的效果要更好。
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  基于空时域压缩的大规模MIMO导频污染抑制算法

  龙恳,闫冰冰,刘月贞,杜飞

  计算机工程. 2017, 43(7): 141-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.023

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  导频污染问题是限制大规模多输入多输出(MIMO)系统性能的主要因素。为此,提出一种新的大规模MIMO导频污染抑制算法,建立空时域二维压缩感知模型,并利用传统的匹配追踪算法进行导频信号重构。仿真结果表明,与基于最小均方误差的预编码算法相比,该算法可在相同系统需求的前提下进一步减少导频使用数量,从而有效抑制导频污染,提升大规模MIMO系统整体性能。
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  基于HS-BP神经网络的认知无线电频谱预测技术

  胡翩翩,曾碧卿

  计算机工程. 2017, 43(7): 146-150,155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.024

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  在基于反向传播神经网络(BPNN)的频谱预测中,网络的初始权重与阈值是随机产生的,并且BP算法本身存在陷入局部最优的缺陷,从而导致BPNN训练得到的网络结构具有一定的不确定性。针对上述问题,提出一种基于HS-BP神经网络的频谱预测算法,通过和声搜索算法的全局寻优能力得到BPNN的最优初始权重和阈值,从而BPNN训练可得到最优的频谱预测网络结构,并运用该网络结构进行频谱的预测。仿真结果表明,该算法可以提高频谱预测的准确性及频谱的利用率。
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  基于自适应中继的认知协作网络功率分配

  罗骥

  计算机工程. 2017, 43(7): 151-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.025

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  在中继系统中基于译码转发(DF)的功率分配算法会由于译码错误造成误差变大,而基于放大转发(AF)的功率分配算法会引起噪声放大。针对上述问题,提出一种基于自适应中继的多载波正交频分复用认知协作功率分配算法。根据传输信号的信噪比自适应选择合适的转发算法分配功率,保证主要用户的干扰温度保持在合理限度内,并最大化系统的信道容量。仿真结果表明,与DF算法、AF算法相比,该自适应算法在低信噪比区域与高信噪比区域均能获得较高的信道容量。
安全技术
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  基于节点状态跳转统计分析的干扰攻击检测算法

  胡飞,范建华,魏祥麟,孙钦

  计算机工程. 2017, 43(7): 156-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.026

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  干扰攻击会导致节点状态跳转规律发生变化。为此,在节点状态跳转统计分析的基础上,提出一种改进的干扰检测算法。在学习阶段,通过学习无干扰和有干扰场景下的样本,获取节点各状态时间占比的干扰检测判决门限和干扰类型判决门限。在检测阶段,对节点的各状态时间占比与对应的判决门限进行比较,检测干扰攻击并判断其类型。采用加权检测置信度方法进一步提高检测正确率并降低误报率。在NS3上的仿真结果表明,该算法的误报率较低,能够准确检测到典型的按需和持续干扰攻击。
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  向量空间上无可信中心的动态多秘密共享方案

  王俞力,杜伟章

  计算机工程. 2017, 43(7): 163-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.027

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  现有向量空间上的秘密共享方案不能实现秘密份额更新和成员数量动态的增加与删除,且很难保证可信中心的存在。为此,提出一种无可信中心的动态多秘密共享方案。秘密份额由所有参与者共同协商产生,不需要可信中心参与,利用双线性对的性质,任何人都能验证分发的秘密份额和更新的秘密份额的正确性。将共享的秘密用一个构造的公开函数进行表示,在重构过程中,参与者通过公开函数可以对多个秘密进行重构。成员的加入与删除由其他成员共同决定,采用老成员协助新成员生成秘密份额的方式,实现成员的动态管理。对该方案进行正确性与安全性证明,与其他向量空间秘密共享方案相比,具有更高的安全性、动态性和使用效率。
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  互联网金融信息安全评估指标体系研究

  梁满,徐御,李宏达,陈清明

  计算机工程. 2017, 43(7): 170-174,181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.028

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  针对互联网金融安全保障体系中的信息安全评估问题,基于《互联网金融网络与信息安全技术指引》的具体要求,参考P2DR2安全模型的构成要素,提出适用于互联网金融信息安全评估的指标体系。引入层次分析法确定指标结构和权重,并结合模糊综合评价法给出互联网金融信息的总体评价结果。实例应用结果表明,该指标体系可以有效地评估互联网金融的信息安全水平,具有较强的实用性。
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  基于文化算法的层次属性约减入侵检测模型

  申元,高岭,高妮,王帆

  计算机工程. 2017, 43(7): 175-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.029

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  为有针对性地区分入侵攻击类别,提高入侵检测系统(IDS)整体的分类准确率,提出一种层次属性约减模型。该模型采用文化算法的双层进化思想,结合粗糙集和遗传算法进行属性约减。对数据进行预处理并分层划分子空间,形成决策子表规则集fD。运用文化算法在信念空间进行知识更新,并将层次评价知识库的进化数据传入种群空间。在种群空间利用粗糙集和遗传算法进行进化和约减,得到各层的优选属性集fopt,设计出层次Bayes分类器验证模型性能。实验结果表明,该模型可将属性约减前的Bayes分类正确率提高至98.21%,并能较好地识别出流量特征不明显的R2L,U2R类别的入侵攻击。
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  基于比特置乱的量子混沌图像加密算法

  谢国波,杨彬

  计算机工程. 2017, 43(7): 182-186,192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.030

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  针对当前主流混沌置乱加密算法防御性不强的问题,提出一种新的量子混沌图像加密算法,采用量子Logistic混沌序列与比特置乱后的图像进行加密运算。对明文各像素比特位进行全局置乱,再对中间密文进行加密运算,得到加密图像。通过引入量子混沌系统,解决了Logistic混沌系统随机性差、控制参数少的问题。实验结果表明,该算法摒弃了传统加密算法常用的异或运算,在统计特性和抗攻击性等方面比常规算法性能更好。
人工智能及识别技术
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  基于AWCRF模型的微博情感倾向分类方法

  陈炳丰,郝志峰,蔡瑞初,温雯,梁礼欣

  计算机工程. 2017, 43(7): 187-192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.031

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  为有效解决中文微博情感数据分布不平衡的分类问题,提出一种融合Affinity Propogation(AP)算法、Word2vec技术和条件随机场(CRF)模型的分类方法。通过AP算法对微博数据进行聚类,将多数类样本按照相似性的度量划分为若干簇类,使类间距离极大化、类内距离极小化。利用欠采样技术构建情感倾向分布平衡的训练集,采用Word2vec计算并求出语义相似度最高的文本来扩展微博句子以增加情感信息,使用CRF模型计算已经平衡并扩展后的训练集标签序列,在数据集情感倾向分布不平衡时也能准确地分类微博情感倾向。实验结果表明,与ACRF方法、CRF方法及SCRF方法相比,该方法在召回率和G均值评价标准上具有更好的效果。
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  融入受限玻尔兹曼机的偏最小二乘优化方法

  朱志鹏,杜建强,余日跃,聂斌

  计算机工程. 2017, 43(7): 193-197,202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.032

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  偏最小二乘法内部采用主成分分析,不能充分表达数据的非线性特征,对非线性数据的预测精度较低。为此,提出一种融合受限玻尔兹曼机与偏最小二乘的分析预测方法。该方法利用受限玻尔兹曼机对特征空间提取非线性结构,将提取的特征成分取代偏最小二乘中的成分,从而得到适应非线性的模型。实验结果表明,融合受限玻尔兹曼机与偏最小二乘法的分析方法能较好地反映数据的非线性特征。
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  蝙蝠算法的Markov链模型分析

  尚俊娜,程涛,岳克强,盛林

  计算机工程. 2017, 43(7): 198-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.033

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  针对当前蝙蝠算法的性能改进缺少严谨的收敛性证明,导致算法的改进不具备明确的理论意义的问题,从数学概率以及蝙蝠算法状态转移满足Markov过程的角度为出发点,通过建立合理的Markov链模型研究蝙蝠个体状态的转移行为,论证蝙蝠群体状态空间具有可约性和齐次性,从理论上证明蝙蝠算法满足随机算法的收敛准则,保证算法能100%收敛到全局最优解。
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  基于非线性嵌入的自联想神经网络

  吴昊东

  计算机工程. 2017, 43(7): 203-210,216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.034

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  传统分类器常依赖于低维度子空间的特征进行分类,但仅在单个子空间下进行分类会因为不同类别的重叠而效果不佳。为此,提出一种基于流形学习的神经网络分类方法,利用非线性嵌入方法获得数据每个类的子空间,再使用非线性嵌入判别准则优化各个径向基函数自联想神经网络的参数。实验结果表明,该方法能有效解决类别重叠问题,分类准确率和鲁棒性高于传统分类方法。
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  基于二阶HMM的中医诊断古文词性标注

  刘博,杜建强,聂斌,刘蕾,张鑫,郝竹林

  计算机工程. 2017, 43(7): 211-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.035

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  针对传统隐马尔可夫模型(HMM)的词性标注存在捕获上下文信息有限的问题,提出一种改进的二阶隐马尔可夫模型。该模型考虑上下文联系,精确标注中医诊断文本。对训练过程中出现数组下溢的问题,采用生词处理及增加比例因子的方法对其加以修正。实验结果表明,改进后的二阶HMM比传统HMM模型具有更高的词性标注正确率。
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  结合主题分布与统计特征的关键词抽取方法

  刘啸剑,谢飞

  计算机工程. 2017, 43(7): 217-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.036

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  传统人工抽取关键词耗时耗力,为了能自动从文档中抽取出高质量的关键词,提出一种关键词自动抽取方法。该方法基于文档和词语的主题信息并结合词语的统计特征为候选词语打分,最终选择TopK得分的候选词作为文档关键词。实验结果表明,该方法在准确率、召回率以及F值上均优于现有的基本关键词抽取方法,能有效从文档中抽取出关键词。
图形图像处理
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  基于HSV色彩模型与区域生长法的水文图像分割

  冷建伟,沈芳婷

  计算机工程. 2017, 43(7): 223-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.037

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  针对水文监测过程中视频图像信噪比高、观测目标颜色特征明显以及目标区域位置关系特定等特点,提出一种改进的水文图像分割方法。通过将HSV色彩模型划分为量化区间,三维颜色信息转换成一维数组,对HSV模型的明度分量进行二次量化,从而根据颜色区域进行优化分割。在此基础上,利用改进的区域生长法得到当前水位值,实现水文图像的分割。实验结果表明,该方法能够快速分割出目标区域,并且解决了水文图像像素间的连通性和邻近性问题。
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  快速去除椒盐噪声的蛇形扫描滤波算法

  付芸,白银浩,李展,万楚琦

  计算机工程. 2017, 43(7): 229-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.038

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  为提高椒盐噪声图像的处理速度和去噪效果,提出一种蛇形扫描滤波算法。利用OTSU算法求出椒盐噪声的阈值,在噪声分布区间内找出相邻灰度之间像素个数差异的最大值,将极值点的灰度值与OTSU算法求出的阈值进行加权平均作为信号与噪声的分割点。实验结果表明,该算法能高效、快速、准确地去除椒盐噪声,并且与中值滤波算法相比,较好地保留了原图的细节,尤其对于高密度噪声污染的图像具有更好的去噪效果。
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  基于改进混合高斯模型与六帧差分的目标检测算法

  段锁林,严翔,朱方,史兵

  计算机工程. 2017, 43(7): 234-238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.039

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  利用经典混合高斯模型进行目标检测存在耗时长、复杂度高的缺点,并且对噪声、光照和突发运动等干扰比较敏感。为此,提出一种改进的运动目标检测算法。基于混合高斯模型和六帧差分算法获得检测目标的基本轮廓,采用不同区域更新率的自适应选择策略提高算法准确性,同时通过形态学操作去除残余噪点,运用连通性检验提高检测目标完整性,获得轮廓较为完整清晰的运动目标二值化检测结果。仿真结果表明,该算法不仅能提高实时性,而且较好地解决了因目标状态变化、环境噪声以及光线变化等因素引起的误检问题。
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  基于非负弹性网稀疏编码算法的图像分类方法

  张勇,张阳阳,程洪,张艳霞

  计算机工程. 2017, 43(7): 239-243,249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.040

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  为提高图像分类的准确率,提出一种非负弹性网稀疏编码算法。利用非负稀疏编码算法和弹性网模型,在稀疏编码优化模型的目标函数中引入l2范数正则项,增加编码系数的非负约束,并将该算法与空间金字塔模型相结合应用于图像分类。实验结果表明,与传统的稀疏编码算法相比,该算法不仅能提高编码的判别性与有效性,而且可使相似的特征描述符编码后仍然相似,增强编码的稳定性,具有较高的分类准确度。

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  基于全局差错能量函数的立体匹配算法

  王新艳,潘巍,王月莲,刘鑫玥

  计算机工程. 2017, 43(7): 244-249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.041

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  针对全局立体匹配算法计算量大的问题,引入全局差错能量函数对算法进行改进。将全局差错能量函数作为立体匹配的匹配代价,同时进行跳跃式区域生长,隔点求取差错能量函数值以获取视差图,并采用均值滤波器对其做平滑处理,设置影响滤波阈值大小的容差系数,使之更适合人眼的观察。针对不同像素的彩色图像对,自适应选取容差系数得到较优的滤波后视差图。实验结果表明,改进算法在保证准确性的基础上可有效减小计算耗时,提高匹配实时性。
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  动态场景中基于绝对差值和的前景检测算法

  刘敏,赵丹丹,武明虎,王娟

  计算机工程. 2017, 43(7): 250-252,260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.042

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  针对动态场景中前景检测误报率较高的问题,结合视频序列中背景图像存在时域高冗余的特点,提出一种改进的前景检测算法。基于滑动窗口机制组建微视频基元(MVBE),采用时空绝对差值和计算MVBE的冗余性,对冗余性较低的MVBE采用动态纹理(DT)进行建模。利用批量主成分分析方法估计DT参数,并引入观测性测量方法计算MVBE中每个像素点的显著度以实现前景检测。实验结果表明,该算法相比KDE,GMM等检测算法对场景的动态变化具有更好的抑制效果,并且取得了较鲁棒的前景检测结果。
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  基于加权融合特征与Ostu分割的红外弱小目标检测算法

  刘昆,刘卫东

  计算机工程. 2017, 43(7): 253-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.043

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  为提高红外弱小目标在复杂背景干扰与低信噪比条件下的检测精度与效率,基于局部加权融合特征与分类二维Ostu分割,提出红外弱小目标检测算法。利用红外弱小目标与背景的灰度差异,基于Top-Hat算子设计红外背景过滤机制,使弱小目标从背景中凸显出来,使用图像的熵值定义局部加权融合特征,完成弱小目标的粗定位。采用分形理论计算粗定位区域内所有像素的分维值,构建像素分维像模型完成弱小目标的细定位,并通过特征分类二维Ostu分割机制实现红外弱小目标的精确检测。测试结果表明,与现有红外弱小目标检测算法相比,该算法具有更高的检测精度与更短的检测耗时。
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  基于各向异性滤波耦合形状质心相对角位置的图形检索算法

  申鸿烨,张宁

  计算机工程. 2017, 43(7): 261-267,273. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.044

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  基于形状的目标检索技术难以检测噪声轮廓,无法兼顾表示其全局与局部显著性,导致检索精度不高。为此,提出一种图形检索算法。通过引入各向异性滤波,设计图形显著性检测算子,平滑噪声点与保留高曲率特征点,精确检测其形状显著性点,考虑形状轮廓点的总数与显著性位置,基于形状质心,定义相对角位置计算模型,并联合曲率函数,确定每个显著性点的表示值,将形状全局特征嵌入到局部细节中,联合动态规划算法,构建形状显著性相似度测量模型,进行特征点匹配,完成图形检索。测试结果表明,与基于形状的图像特征描述符相比,该算法具有更高的检索精度与更强的鲁棒性。
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  适合高频子带特征的小波域图像放大算法

  李庆忠,陈静

  计算机工程. 2017, 43(7): 268-273. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.045

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  针对小波域图像放大出现的伪吉普斯现象和虚假边缘问题,提出一种新的小波域图像放大算法。对原始图像进行一级小波变换,根据各高频子带的方向特点,确定高频子带系数在放大子带中的布放位置。给出基于边缘方向的高频系数插值方法,计算空白像素的高频系数。将线性变换的原始图像作为放大后的低频子带,结合放大后的3个高频子带进行小波反变换,得到基于小波变换的放大图像。实验结果表明,该算法可有效克服由于小波变换缺乏平移不变性造成的伪吉普斯现象,避免产生虚假边缘。

开发研究与工程应用
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  基于L1-APG的红外与可见光目标实时融合跟踪

  马海菲,张灿龙,李志欣

  计算机工程. 2017, 43(7): 274-280,287. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.046

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  针对复杂背景下采用单个传感器跟踪性能差的问题,提出一种基于稀疏表示和L1-APG的红外可见目标融合跟踪算法。对红外与可见光目标分别进行稀疏表示,并以它们的联合重构误差最小为目标构建最优化问题,采用L1-APG算法求解该优化问题,运用最小误差边界约束条件降低算法的计算复杂度,并实现红外与可见光目标模板的动态更新。测试结果表明,该融合跟踪算法在处理目标遮挡、目标旋转移动、目标交叉和夜间光照不均等方面要优于传统的单源跟踪方法。
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  基于深度学习的航空传感器故障诊断方法

  郑晓飞,郭创,姚斌,冯华鑫

  计算机工程. 2017, 43(7): 281-287. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.047

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  为解决传统神经网络进行传感器故障诊断时存在的过拟合、泛化能力有限等问题,提出一种基于深度置信网络观测器的航空传感器故障诊断方法。利用深度置信网络替代浅层神经网络,在优化网络结构的基础上,给出深度置信网络隐层节点数选取的递推公式,构建深度置信网络状态观测器。离线训练时,利用飞行数据训练深度置信网络观测器。在线诊断时,通过比较观测器输出值与实际输出值判断故障类型,并给出3种故障隔离与信号重构方法。仿真结果表明,与BP神经网络观测器相比,该方法能够快速准确地进行故障诊断与隔离,并且完成信号重构。
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  基于听觉掩蔽效应的语音增强算法

  蔡军,李飞,张毅

  计算机工程. 2017, 43(7): 288-292,297. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.048

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  对于低信噪比环境下的语音信号,传统谱减法残留的背景噪声较大。针对该问题,基于听觉掩蔽效应提出一种改进的语音增强算法。将人耳听觉掩蔽特性与功率谱减法相结合,设计一种时域递归平均算法对噪声进行估计,同时对带噪语音信号做频谱相减处理,从听觉的角度出发,利用估计的语音信号功率谱计算掩蔽阈值,并引入谱减功率修正系数和谱减噪声系数,实现带噪语音的信号增强。利用Matlab 2012b进行仿真,实验结果表明,该算法在低信噪比条件下能够较好地抑制背景噪声,改善语音质量,且与改进自适应滤波算法相比,其输出信号的信噪比可提高5%左右。
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  融合超像素3D与Appearance特征的可行驶区域检测

  刘丹,马世霞

  计算机工程. 2017, 43(7): 293-297. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.049

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  为实现基于计算机视觉的自动驾驶和高级辅助驾驶,需要对车辆前方的可行驶区域进行实时检测。可行驶区域的检测是图像分割问题,而目前主流的基于深度学习模型的Scene Parse方案,在实际应用中不能满足实时性要求。为此,构建一个超像素Appearance与3D特征融合的检测框架,实现从粗分割到细分割的两步分割流程。其中粗分割是基于RANSAC的快速平面估计,细分割则是基于粗分割路面估计概率的条件随机场模型,采用超像素进行加速。实验结果表明,该框架在Cityscape数据集上精确度和召回率超过90%,性能与SegNet,FCN 16 Scene Parsing相当,可满足X86平台和ARM平台的实时应用要求。
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  基于改进Snake模型的机体损伤区域划分方法

  蔡舒妤,余乃春,师利中

  计算机工程. 2017, 43(7): 298-302,308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.050

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  为准确高效地为飞机结构损伤分析和智能维修决策提供支持,提出一种改进的飞机机体损伤区域划分方法。根据机体损伤区域的特点,引入数学形态学理论对灰度熵阈值划分图像进行修复,并以此为基础给出单像素初始轮廓提取方法。通过对边界稳定点的自动判定和边界点的动态添加,对Snake模型进行改进。选用不同类型的飞机机体损伤图像进行验证,结果表明,与经典Snake方法相比,该方法可有效解决初始轮廓的不确定性对结果的影响,避免邻接区域的干扰,边界清晰有效,运算效率高。
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  基于单线激光雷达与视觉融合的负障碍检测算法

  汪佩,郭剑辉,李伦波,赵春霞

  计算机工程. 2017, 43(7): 303-308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.051

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  近年来,无人车成为热门研究方向,而负障碍物检测是地面无人车环境感知与理解的任务之一。为此,提出一种基于单线激光雷达和单目视觉的负障碍检测算法。为弥补单线激光雷达在覆盖能力方面的不足,对检测到的负障碍区域在摄像机画面中进行跟踪,结合跟踪结果对负障碍区域做进一步判别。实验结果表明,该算法在多种实验场景下拥有96%以上的负障碍检测准确率,可有效应用于微小型地面无人车辆。

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  带状态约束的疏浚最优控制问题转化方法

  朱文亮,倪福生,尹飞

  计算机工程. 2017, 43(7): 309-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.052

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  疏浚作业系统追求疏浚产量最大化,同时需要保证横移土壤切削过程和泥浆管道输送过程稳定安全的运行,可归结为带状态不等式约束的线性二次型最优跟踪控制问题。针对该问题,提出一种系统状态空间增维的转化方法,引入辅助状态变量和控制变量,将状态不等式约束转化为等式约束,并构建具有控制安全性的等价疏浚系统。仿真结果表明,该方法能够较好地提高泥浆浓度,同时又可以限制系统中主要状态量长时间的过载运行,从而有效增强挖泥船疏浚施工的安全性与平稳性。
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  基于SVM分类的指控系统网络健康评估研究

  许卫强,陈国顺,牛刚,陈卫国

  计算机工程. 2017, 43(7): 316-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.07.053

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  在指控系统网络维修保障中,针对健康评估过程中主观性强、实时性不高等问题,为减弱人为因素影响,通过分析支持向量机分类的几何意义,将指控网络健康评估问题转化为分类问题。采用优化的样本支持向量机对样本点进行选择优化,从而使样本分类速度和分类性能得到提升。在定量分析到定性健康状态描述的对应关系中,通过云模型实现不确定信息的转换。实验结果表明,由改进的指控网络模型得到的仿真结果与实际情况较为符合,分类性能较高。