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期刊信息

吉林大学学报(工学版)
ISSN 1671-5497
CN 22-1341/T
主 任:张祥合
编 辑:曹 敏 程仲基
    赵莹莹 赵浩宇
电 话:0431-85095297
E-mail:xbgxb@jlu.edu.cn
地 址:长春市吉林大学南岭校区
    逸夫教育大楼B823室
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2022年, 第52卷, 第10期 刊出日期:2022-10-01
上一期   
车辆工程·机械工程
电动汽车永磁同步轮毂电机无差拍预测电压补偿控制
孙晓东,张瑶,陈龙
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2213-2224.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210227
摘要 ( 624 )   HTML ( 7 )   PDF(2055KB) ( 286 )  

针对传统的无差拍预测电流控制依赖数学模型,温度变化引起的参数失配会导致电流响应误差和电流脉动增大的问题,提出了一种基于复合滑模扰动观测器(CSMDO)的无差拍预测电压补偿控制(DPVCC)策略。该观测器可以同时估计未来电流值和系统的集总扰动,并将其补偿到电压矢量中来提高鲁棒性。基于30 kW永磁同步轮毂电机的MATLAB/Simulink仿真和实验结果显示,DPVCC可将电流误差降低60%以上,可以抑制电流脉动,提高控制系统精确性和鲁棒性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于Popov超稳定性的分布式电动汽车稳定性控制
赵又群,李宇昊,邓汇凡,林涛,林棻
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2225-2233.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210294
摘要 ( 713 )   HTML ( 5 )   PDF(1070KB) ( 567 )  

针对目前分布式电动汽车稳定性控制的实时性和自适应性较差的缺点,采用分层式控制结构提出了一种模型参考自适应稳定性控制策略。上层为基于Popov超稳定性的模型参考自适应横摆力矩控制器,通过求解Popov积分不等式得到自适应的前馈及反馈增益,具有计算负荷小、自适应性强等优势,同时能保证控制器的超稳定性要求。下层为基于二次规划的车轮转矩分配控制器,通过有效集法求解加权最小二乘规划问题,实现车轮转矩的动态分配。选取低附着系数的鱼钩工况,在CarSim/Simulink联合仿真平台上对控制策略进行验证。结果表明,本文控制策略与无控制相比,横摆角速度和质心侧偏角的峰值分别减少了44.81%和88.68%;与PID稳定性控制相比,二者的峰值分别减少了30.48%和55.72%。本文提出的稳定性控制策略能够大幅改善汽车的操稳性能,增加汽车在极限工况下的稳定性。

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针阀运动规律及其对喷嘴内流和喷雾特性影响
赵文伯,李玉洁,邓俊,李理光,吴志军
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2234-2243.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210316
摘要 ( 677 )   HTML ( 5 )   PDF(2032KB) ( 1011 )  

基于超快X射线成像技术研究了GDI喷油器针阀动力学特性和控制电流信号对针阀运动的影响规律。通过仿真计算分析了GDI喷嘴针阀抬升过程对内流空化现象和近场喷雾射流瞬态特性的影响,研究了针阀横向振动对于孔间不均匀性的影响。实验结果表明,针阀组件达到最大限位及落座时会与铁芯和阀座碰撞产生振荡,不利于喷油量的精确控制,减小控制电流能改善喷油控制精度。模拟结果表明,针阀抬升过程中,燃油在喷孔入口上表面产生空化,导致射流喷雾偏离喷孔轴线,最大偏转角可达到5°左右。喷射过程中喷雾油束的偏转会导致喷嘴沉孔出口位置积油,在燃烧的过程中产生积碳,影响发动机的颗粒物排放。在低针阀升程时,针阀横向振动会导致孔间流速不均匀,而随着针阀升程增加,孔间不均匀度显著降低。

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车用爪极发电机的气动噪声优化
黄泰明,李伟平,胡涛涛,岳万昊,纪念洲,李域邦
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2244-2255.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210307
摘要 ( 466 )   HTML ( 1 )   PDF(3006KB) ( 258 )  

针对某型号车用爪极发电机在高转速工况下阶次气动噪声特性明显的问题,设计噪声测试实验获得主要阶次噪声,建立流场和声场数值仿真模型,分别对前、后风扇扇叶的压力分布、定子及转子的压力和声功率分布进行分析,研究不同部位对爪极发电机气动噪声的影响。通过矢量合成法对风扇扇叶分布角度进行了优化,对优化后的风扇扇叶分别进行仿真验证和装机试验,验证爪极发电机气动噪声优化效果。试验结果表明,优化后爪极发电机在整个转速范围内的8、12阶次的噪声平均减小量均达到了2.5 dB。

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液压挖掘机动臂势能交互回收利用系统特性
胡鹏,朱建新,刘昌盛,张大庆
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2256-2264.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210478
摘要 ( 837 )   HTML ( 9 )   PDF(2049KB) ( 407 )  

针对传统能量回收系统发热及由此带来的系统可靠性问题,设计了一种基于多液压缸的挖掘机动臂势能交互回收利用系统,并对其特性进行了研究。对动臂势能交互回收利用系统工作原理及能量特性进行分析,针对35 t级挖掘机作业过程中动臂势能的变化特征,进行基于液压缸和蓄能器的系统参数设计。进一步建立了挖掘机能量回收系统虚拟仿真平台,分别对系统运行特性和节能效率进行研究。最后,搭建能量回收系统测试平台,对系统可行性与能效特性进行测试。动臂升降单动作的仿真与试验结果表明,与常规挖掘机相比,该能量回收系统主泵输出的峰值压力降低了57.8%,系统节能效率为51.5%,同时整机操控性保持良好。

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机液复合传动装置构型分析
朱镇,王登峰,孙晓东,曾令新,蔡英凤,陈龙
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2265-2277.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210256
摘要 ( 579 )   HTML ( 2 )   PDF(2036KB) ( 358 )  

针对液压传动模式和机械传动模式各自的优缺点,结合功率分、汇流机构的特点,进行了构型分析,并提出5种典型的机液复合传动方案。根据机构运动学介绍了各传动方案的结构,结合各传动方案相应的调速特性曲线,分析了不同工作模式的特点。以其中一个具有典型的传动装置为研究对象,建立Simulation X仿真模型,设置离合器的接合顺序,分析了其在不同挡位下液压系统、汇流机构、输出轴的速度变化曲线。结果表明:该变速传动装置实际调速曲线与理论调速曲线基本一致,能在较大范围内实现良好的无级调速功能,相关研究成果可为机液复合传动的实际工程运用提供理论参考。

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基于响应面与遗传算法的主轴系统动力学建模及参数修正
陈传海,姚国祥,金桐彤,申桂香,于立娟,田海龙
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2278-2286.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210311
摘要 ( 525 )   HTML ( 3 )   PDF(1605KB) ( 300 )  

针对在建立主轴系统的动力学模型时采用简化处理带来较大的误差问题,提出了一种融合响应面与遗传算法的主轴系统动力学建模方法。首先,考虑切削过程中主轴与刀柄之间的结合面刚度以及主轴轴承的支撑刚度,建立主轴系统的动力学模型;其次,通过对比刚性连接和柔性连接时主轴系统的前三阶固有频率,分析影响主轴系统动力学特性的主要因素;然后,基于主轴系统的动力学模型构造接触刚度的样本点,以样本点中的主轴与刀柄的结合面刚度作为输入参数,主轴系统的一阶、二阶和三阶固有频率作为输出参数,采用非参数回归方法构造响应面模型,利用决定系数和均方根误差的相对值检验响应面的精度;最后,通过多目标遗传算法修正主轴-刀柄结合面的刚度,以此为基础修正主轴系统的动力学模型,从而提高主轴系统动力学模型的精度。以某主轴系统为例,通过对比修正前后的分析精度,验证基于响应面和遗传算法的主轴动力学分析的准确性。

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城轨列车滚动轴承智能诊断的特征降维与随机森林方法
曹振,崔路瑶,雷斌,王婧旖,曹双胜
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2287-2293.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210312
摘要 ( 602 )   HTML ( 5 )   PDF(1201KB) ( 325 )  

针对城轨列车滚动轴承的智能故障诊断问题,提出了一种主成分分析(PCA)和随机森林(RF)相组合的新方法。应用滚动轴承振动信号的时域、频域特征指标构成21维特征原始向量,采用主成分分析方法对其进行降维处理,将降维后的有效特征数据输入随机森林模型,以此建立集成智能诊断模型。通过实验验证表明,相比于将原始特征向量直接输入支持向量机(SVMs)或RF的方法,对特征降维可以有效提高算法效率和准确率,PCA-RF方法具有更优的智能诊断能力,该方法可在诊断故障类型的基础上有效诊断出故障的程度,进一步反映滚动轴承故障类别的复杂度,对城轨列车滚动轴承故障诊断具有一定的价值。

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微通道低温换热器流动传热性能
徐振军,王浩,王银成,张诺,陈孟,李清清
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2294-2299.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210490
摘要 ( 746 )   HTML ( 8 )   PDF(790KB) ( 590 )  

基于微通道换热器占地小、换热效率高等优点和在微电子领域、工业冷藏、电动汽车空调等领域应用广泛的现状,建立了微通道低温换热器的物理模型和数学模型,并对模型进行了求解。针对水力直径小于1 mm的微通道低温换热器的流动换热性能,研究了在改变入口流速以及不同宽高比的情况下,对换热器沿程的阻力压降、壁面温度、通道出口流体温度、摩擦因数的影响。研究结果表明,不同宽高比对以上各种参数都有明显的影响。微通道压降随着流速的增大而增大,而且压降增大趋势逐渐加大。壁面温度、通道流体出口温度、摩擦因数等都随着流速的增大而减小,最后都是趋向于稳定。宽高比为4的通道的参数值比宽高比为1的各项参数值普遍偏大,宽高比对微通道换热器的换热性能有着较大的影响。

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材料科学与工程
玄武岩纤维对不饱和聚酯树脂复合材料的增韧
于开锋,何小玲,李俊涛,梁策
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2300-2306.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210224
摘要 ( 626 )   HTML ( 5 )   PDF(1993KB) ( 156 )  

制备了玄武岩纤维(SBF)层间增韧玄武岩纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料层压板,研究了SBF的长度和面密度对复合材料的II型层间断裂韧性、拉伸性能和弯曲性能的影响。研究表明,层间加入SBF能提高复合材料的II型层间断裂韧性、拉伸性能和弯曲性能。当SBF长度为6 mm、面密度为30 g/m2时,复合材料的II型层间断裂韧性、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和能量吸收得到了最大提升,分别为103%、27%、50%、101%和58%。

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模拟月尘与典型金属材料摩擦磨损特性试验
邹猛,郭子琦,陈朕,曹洪涛,朱建中,徐丽涵
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2307-2315.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210281
摘要 ( 634 )   PDF(2071KB) ( 548 )  

为研究模拟月尘与典型金属材料的摩擦磨损特性,以吉林省辉南县金川镇火山灰作为原料,制备了JLU-D1、JLU-D2、JLU-D3三种模拟月尘。选用不锈钢、铝合金、铜合金3种金属作为被磨试样,利用UMT试验机进行了摩擦磨损试验,分析了模拟月尘摩擦后3种材料的磨损形貌、摩擦因数、磨痕深度和磨损量。通过测试发现:铝合金、铜合金、不锈钢的磨损最大深度差值量分别为74.05、27.73、15.25 μm;铝合金、铜合金、不锈钢的摩擦因数分别为0.2262~0.2835、0.1545~0.1855、0.4198~0.4958;当加入月尘后铝合金、铜合金、不锈钢的磨损量分别增大50%、28.6%、97%。结果表明:3种材料受月尘磨损较严重的为铝合金,其次为铜合金,最后为不锈钢;初始摩擦因数与金属材料的强度、硬度无明显关联,不锈钢材料的摩擦因数最大,铝材料的摩擦因数大于铜材料;小粒径月尘对典型金属表面的摩擦磨损较大粒径月尘更为严重。

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交通运输工程·土木工程
冰雪天气下交叉口信号配时优化方法
林赐云,谢天承,覃蔚,郭旭,李正浩,郑臻
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2316-2324.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210236
摘要 ( 684 )   HTML ( 3 )   PDF(1107KB) ( 500 )  

针对冰雪天气现有配时方案信号控制效益下降导致的交通拥堵问题,从冰雪天气的交通流运行特征入手,分析了在不同降雪量下的交通流参数变化情况。运用多元非线性回归,对现有的韦氏延误计算公式进行修正,采用Vissim软件建立了长春市解放大路与人民大街交叉口晴天与雪天的交通信号控制仿真模型,并进行了案例分析。分析表明:根据降雪量调整的信号配时方案,与仍采用正常天气情况下的信号配时方案相比,能有效降低交叉口处车辆的平均延误,提高交叉口的通行效率。本文分析结果适用于所有冰雪天气环境下的交通信号优化控制。

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基于SSC与XGBoost的高速公路异常收费数据修复算法
裴莉莉,孙朝云,韩雨希,李伟,户媛姣
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2325-2332.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210231
摘要 ( 578 )   HTML ( 2 )   PDF(1079KB) ( 810 )  

针对高速公路收费数据中的异常检测和修复问题,分别了提出了基于相似系数和SSC(Sum of similar coefficients)的异常检测算法以及基于XGBoost (eXtreme gradient boosting)的多维数据预测修复方法,并使用这两种算法对实际收费数据进行了异常检测和修复处理。结果表明,基于SSC的异常检测算法能够考虑到数据维度之间的相关性,准确地对多维数据异常检测;同时XGBoost多元预测算法与仅针对单维数据的改进拉格朗日算法相比,R2从0.9166提升至0.9856。本文算法有效而准确,能够为公路管理部门数据分析提供高质量的数据支持。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于实时交通信息的电动汽车充换电路径规划方法
张必达,闫强,张琳,张海瑞
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2333-2342.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20211094
摘要 ( 819 )   HTML ( 15 )   PDF(1697KB) ( 899 )  

基于实时的路网信息,构建了一种充分考虑行驶时间、能源补给站点情况以及绕行指数的电动汽车充电、换电联合路径规划模型,通过改进的基于分层规划的自适应A*算法能够在动态路网中及时对导航路径进行修正。案例仿真表明,本文提出的导航策略能够选择最优的能源补给站点并进行相应的路径规划、平衡路网中各个能源补给站点的电动汽车数量,不仅缩短了行驶的整体时间、缓解了由于充换电站附近车辆聚集导致的拥堵,而且还提高了充换电站点的运营效率;改进算法通过构建一种分层路网结构,能够根据路网的实时路阻变化对模型进行高效求解,可有效提升搜索效率、降低计算时间。

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沥青路面典型裂缝湿度场数值模拟
于晓贺,罗蓉,柳子尧,黄婷婷,束裕
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2343-2351.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210246
摘要 ( 629 )   HTML ( 14 )   PDF(1980KB) ( 609 )  

为明确沥青路面典型裂缝萌生与发展时的湿度状态,进行了沥青路面表面裂缝和反射裂缝的湿度场模拟,明确了表面裂缝和反射裂缝处深度与水气浓度的变化规律。研究结果表明:本文建立的双正弦函数模型可以较好地描述大气相对湿度变化规律;表面裂缝处的水气浓度低于正常路面处的水气浓度,反射裂缝处的水气浓度高于正常路面处的水气浓度,可以作为实际湿度状态下裂缝的萌生与发展规律研究和沥青路面服役性能合理评价的理论依据。

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冻融循环作用对非饱和乳化沥青冷再生混合料性能的影响
杨彦海,崔宏,杨野,张怀志,刘赫
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2352-2359.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210303
摘要 ( 521 )   HTML ( 12 )   PDF(1733KB) ( 334 )  

针对季冻区乳化沥青冷再生混合料路面服役实际情况设计了冻融循环试验,通过宏观性能试验,测定非饱和乳化沥青冷再生混合料空隙率、冻融劈裂强度比、低温劈裂强度和高温抗剪强度随冻融循环次数的衰减规律。借助扫描电子显微镜(SEM),观察不同冻融循环次数下非饱和混合料的微观形貌变化。基于对宏观性能衰变规律与微观损伤情况的分析,探索了非饱和乳化沥青冷再生混合料的冻融损伤机理。经过20次冻融循环后,非饱和乳化沥青冷再生混合料空隙率增加1.06%,劈裂强度比下降26.3%,高、低温性能均产生大幅度损伤。混合料结构内部乳化沥青-水泥砂浆界面的水泥水化产物受冻融循环作用由外至内发生破坏,沥青胶浆剥落,沥青与集料粘附性降低,集料间的空间架构逐步受损,最终导致非饱和乳化沥青冷再生混合料性能损伤。

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基于灰色理论的大跨度钢管混凝土拱桥承载能力检测方法
许博,李传习
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2360-2366.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210907
摘要 ( 366 )   HTML ( 3 )   PDF(810KB) ( 243 )  

为避免因承载力而引起的桥梁安全性能事故发生,提出了基于灰色理论的大跨度钢管混凝土拱桥承载能力检测方法。将传感器作为承载力检测的主要工具,确定检测系统架构,设计了控制中心、数据传输、采集等功能模块,添加通信协议,结合传感器运动方程,设置灵敏度,保障数据实时传输。使用均值法生成检测数据灰色序列,将裂缝程度当作影响承载力的主要因子,利用灰色关联分析和变换初始矩阵获得关联系数。规范标准差、标准化处理检测序列,经过累加与均值处理得出待检测参量,完成承载力检测。仿真实验证明,本文检测方法具有很好的动态响应性能,在静态与动态测试环境下检测结果均表明桥梁没有出现严重裂缝,承载能力与理论承载力接近。

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UHPC连接的装配式剪力墙节点抗震性能试验
龚永智,况锦华,柯福隆,周泉,罗小勇
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2367-2375.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210320
摘要 ( 798 )   HTML ( 4 )   PDF(2068KB) ( 733 )  

基于新型外剪内框的建筑结构体系,提出了一种利用超高性能混凝土(UHPC)连接装配式混凝土剪力墙节点的方式。为了探究该连接方式下剪力墙的抗震性能,进行了1个普通现浇混凝土剪力墙和2个UHPC连接的装配式混凝土剪力墙的低周反复试验。试验结果表明:两种连接方式下的剪力墙试件破坏规律相同,均为弯曲破坏;在轴压比相同的条件下,UHPC连接的装配式混凝土剪力墙10dd为最大纵筋直径)的极限抗弯承载力仅比普通现浇混凝土剪力墙低5.61%;UHPC能够确保装配式混凝土剪力墙连接段强度,UHPC连接下的装配式剪力墙具有良好的抗震性能和较好的延性;在整个加载过程中,3个剪力墙试件表现出相近的刚度退化和耗能变化规律。在试验的基础上,本文通过有限元软件ABAQUS模拟发现,有限元模拟结果和试验结果吻合较好;当试件钢筋搭接长度达到16d时,试件的承载能力、刚度以及墙角的抬升量处于最佳状态。

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斜拉体系加固桥梁桥下连接件力学性能
王有志,赵文帅,刘金樟,邱凯,贾森
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2376-2384.  DOI: DOI:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210255
摘要 ( 344 )   HTML ( 2 )   PDF(1531KB) ( 332 )  

针对斜拉体系加固梁桥下连接件具有承受剪压组合荷载、双剪切界面、粘贴钢板与螺栓锚固混合连接等受力特点,但力学性能及破坏模式不明确的缺点,通过Abaqus有限元方法建立了某桥下连接件的精确有限元模型,对其力学性能及破坏模式开展了研究。结果表明,各模型的最终破坏模式均为螺栓的剪切破坏,模型最终破坏位置分2类:胶层面处的螺栓剪切破坏和两钢板接触面处的螺栓剪切破坏。荷载作用下桥下连接件共存在4种承载力变化趋势,部分模型破坏前承载力出现明显的下降段。影响模型极限承载力的要素中仅单一要素变化时,极限承载力并不完全以单调趋势变化,即各要素间存在复杂的耦合关系。

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计算机科学与技术
基于循环知识图谱的虚拟社区知识动态推荐方法
黎才茂,陈少凡,林成蓉,候玉权,李浩
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2385-2390.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210846
摘要 ( 511 )   HTML ( 3 )   PDF(727KB) ( 291 )  

针对数字化社区中资源数量庞大、用户难以第一时间方便且快速地寻找到所需数据的缺点,提出了一种基于循环知识图谱的虚拟社区知识动态推荐方法。将虚拟社区中知识点邻域实体当成上下文,获取知识表达学习实体,使循环知识图谱与待推荐数据相结合,计算用户历史点击信息,提取出实体特征向量;同时建立虚拟社区中用户模型,通过若干神经的协同过滤层、隐式交互用户以及知识点关系,实现多次非线性变换待推荐用户的隐式向量以及知识点隐式向量,完成动态推荐。实验证明:本文方法推荐满意度较高且推荐结果全面、不单一化。

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基于集成advGAN的黑盒迁移对抗攻击
黄帅娜,李玉祥,毛岳恒,班爱莹,张志勇
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2391-2398.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210891
摘要 ( 926 )   HTML ( 33 )   PDF(967KB) ( 925 )  

针对传统advGAN方法可高效地生成高保真度的对抗样本,但advGAN容易过拟合于原始样本空间流形导致迁移性变差的问题,,提出了一种集成advGAN的方法。在生成对抗网络中添加由多个分类模型的logits集成构成目标分类模型,汇聚所有模型输出的期望,着力降低过拟合现象,使得生成的对抗样本迁移性强且保真度高。在MNIST数据集上,使用集成advGAN方法生成的对抗样本迁移攻击成功率平均提高了6%,最高可达43.9%,在CIFAR-10数据集上,对抗样本迁移攻击成功率平均提高了7.6%,最高可达75.62%,且PSNR比起传统advGAN有提升。实验结果表明:集成advGAN方法可以生成具备更高对抗迁移性的高保真对抗样本。

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基于卷积神经网络的数字图像模糊增强算法
郭志军,刘帅
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2399-2404.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210561
摘要 ( 483 )   HTML ( 7 )   PDF(746KB) ( 529 )  

为了解决数字图像灰度信息丢失、边缘模糊导致的图像效果不佳等问题,提出基于卷积神经网络的数字图像模糊增强算法。以图像灰度级作为论域构建特征模糊集合,拟定模糊隶属度,基于模糊熵计算图像边缘灰度值,同时,构建不同光照环境下限制对比度均衡派生图、伽马转换派生图、对数转换派生图、两通道增强派生图,借此微小调整图像像素方差,强化细节信息的表达,增强隶属度;最后,通过卷积神经网络筛选图像内渡越点,以此调整图像内对比度、平均亮度与像素方差,实现数字图像的模糊增强。实验结果表明,采用本文方法增强数字图像模糊的效果较好、且不易受环境影响。

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基于轻量级网络的铁路感兴趣区域异物侵限检测
陈永,卢晨涛,王镇
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2405-2418.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210266
摘要 ( 1198 )   HTML ( 33 )   PDF(5917KB) ( 464 )  

针对当前基于计算机视觉的铁路异物侵限算法存在错误预警、检测效率低、无法满足轻量级部署等问题,提出了一种基于轻量级网络的铁路感兴趣区域异物侵限检测方法。首先,采用透视变换和三次函数拟合的方法检测铁轨线,通过找到铁轨所在区域,扩展划分出危险区域和安全区域,得到铁路异物侵限检测的感兴趣区域。然后,利用稀疏化和通道剪枝方法对YOLOv3模型进行压缩,构建了轻量级铁路异物检测模型。最后,通过铁路数据集及现场实验进行测试表明,本文方法具有较高的检测精度和检测速度,本文轻量级模型参数空间减小为原有的1/5,检测速度是Faster R-CNN模型的3.4倍,YOLOv3模型的1.3倍,能够快速有效地检测出不同铁路场景危险区域的异物侵限,减少了错误预警。

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基于Mask R⁃CNN和上下文卷积神经网络的肺结节检测
潘晓英,魏德,赵逸喆
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2419-2427.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210278
摘要 ( 708 )   HTML ( 19 )   PDF(2065KB) ( 378 )  

为了提高肺癌的早期诊断效果,提出了一种基于深度学习架构的肺结节检测算法,设计了基于V-Net和R-CNN混合的Mask R-CNN肺结节检测模块和基于多尺度与上下文的肺结节假阳性衰减网络。该算法首先使用V-Net进行肺结节定位,再使用3D R-CNN进行假阳性衰减,判断候选区域是否为真实肺结节。算法中引入Inception网络设计了V-Net多尺度模块,实现肺结节定位;设计3D R-CNN肺结节检测模型,融合肺结节定位结果,确定假阳性肺结节候选区域;设计的假阳性衰减网络分类模型,实现了对肺结节进行去假阳性判断,提升检测有效性。实验结果显示,本算法取得了0.97的FROC值,较已有算法提升了5%,表明本算法对肺癌早期检测和诊断具有较好的临床意义。

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基于多尺度特征融合及双重注意力机制的自监督三维人脸重建
周大可,张超,杨欣
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2428-2437.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210630
摘要 ( 827 )   HTML ( 19 )   PDF(1257KB) ( 590 )  

针对三维人脸重建算法的精度不足和三维人脸标注样本数量较少的问题,引入了多尺度特征提取融合模块和双重注意力机制模块,提出了一种以单幅人脸图像作为输入、利用编解码网络预测重建分量的自监督三维人脸重建算法。引入的多尺度特征提取融合模块有助于获取更丰富的多尺度人脸特征信息,编解码网络中引入双重注意力机制模块,进一步提升网络的特征提取能力,同时单幅图像输入的自监督方法绕开了传统方法中对于数据集的高要求。在BFM、Photoface和CelebA人脸数据集上进行了对比实验和消融实验,实验结果表明,相比于Unsup3D等代表性的人脸重建算法,本文算法在尺度不变深度误差(Scale-invariant depth error, SIDE)和平均角度偏差(Mean angle deviation, MAD)两项评价指标上,分别取得了10.3%到12.6%的性能提升;此外,该算法对输入图像的部分遮挡/缺失拥有着更好的鲁棒性。

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基于多层次空谱融合网络的高光谱图像分类
欧阳宁,李祖锋,林乐平
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2438-2446.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210298
摘要 ( 766 )   HTML ( 5 )   PDF(1683KB) ( 404 )  

为了在高光谱图像分类中更好提取和表达光谱与空间的精细特征以及特征间的交互信息,提出一种基于多层次空-谱融合网络的高光谱图像分类方法。首先,利用多层次特征提取模块,分别提取高光谱图像的多层次空间和光谱特征;其次,设计空-谱特征交互融合模块将获得的多层次空间与光谱特征进行特征融合,以产生空-谱融合特征。本文方法可以结合网络中不同层次的空间与光谱特征,有效地捕获高光谱图像精细特征;同时,通过联合学习融合空间与光谱特征,捕获光谱与空间特征之间交互作用。实验结果表明,与现有基于神经网络的分类方法相比,所提出的高光谱图像分类算法能够获得更高的分类精度,表明该网络能有效地提取精细特征和增强空-谱融合特征的表达能力。

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通信与控制工程
基于多阵列合成孔径的局部超声阵列聚焦方法
陈建,于帆,林琳,孙铭会
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2447-2455.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210263
摘要 ( 462 )   HTML ( 6 )   PDF(1754KB) ( 362 )  

针对增大超声波阵列孔径虽然能够提高超声波聚焦的精度,但同时带来功耗和聚焦噪声的增加的问题,提出了一种基于多阵列合成孔径的局部超声阵列聚焦方法。该方法根据超声波发射器的辐射角度确定参与聚焦的发射器数目,通过减少同时工作的发射器数目降低功耗,减小噪声。对比测试了局部阵列聚焦方法和全阵列聚焦方法的聚焦精度和功耗。结果表明,相比于全阵列聚焦方法,本文所提方法的聚焦精度略有提高,聚焦强度减小了5%,但功耗降低了31%。

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基于多目标雷达数据的单点交通信号控制方法
刘东波,沈莉潇,代磊磊,陆建
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2456-2465.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210313
摘要 ( 502 )   HTML ( 6 )   PDF(1223KB) ( 736 )  

针对多目标雷达检测器可以获取区域交通状态的特点,提出了一种基于多目标雷达数据的单点交叉口信号控制方法。首先,根据进口道检测区域排队长度情况,设计了单点信号控制策略,将单点信号控制划分为两个阶段。其次,分别确定两个阶段的信号控制方法。第一阶段主要解决常规车辆放行问题,建立了信号相位的切换规则。第二阶段主要解决进口道车辆排队过长以及出口道排队溢出问题,建立了相应的控制逻辑规则。在此基础上,确定了相关控制参数的取值与优化方法。最后,以实际典型交叉口为例对本文构建的控制方法进行仿真验证。结果表明,本文控制方法可以有效提升交叉口运行效率,平均车辆延误降低了9%,高交通需求下车辆排队长度降低了15.5%。

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农业工程·仿生工程
冻结过程冰黏附界面应力特性规律与分析
陈奕颖,金敬福,王家旭,齐迎春,王琳,陈廷坤
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2466-2473.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210317
摘要 ( 564 )   HTML ( 8 )   PDF(1144KB) ( 553 )  

根据水/冰和铝合金的热膨胀系数差异及水结冰相变膨胀特性,观察水在铝合金表面的冻结过程,并利用应变测试方法间接获取结冰界面应力变化规律。结合水滴在铝合金表面冻结过程中的形态特征,分析了结冰过程冻结界面切向黏附力的形成规律及产生特点。试验发现,在冻结过程中,随着环境温度的降低,水与铝合金间的界面应变先逐渐降低;当铝合金表面附着水发生相变时,结冰黏附界面应变迅速增加;待铝合金表面附着水完全冻结后,黏附界面应变趋于稳定。分析表明,低温环境里铝合金表面附着水进入过冷状态,水及铝合金基底收缩,界面应变降低;当水开始相变,与基底表面接触区域附着水相变冻结,伴随冰黏附现象的产生,咬合并黏附于界面,相变膨胀力克服铝合金基底的收缩应力,界面应变迅速增加;待附着水完全冻结结冰及环境温度稳定时,冰与铝合金间形成稳定的黏附界面,结冰黏附界面应力趋于稳定。研究结冰黏附界面应力特性有助于阐释结冰黏附及其强度的形成规律,为工程领域开发或优化过程干预式防除冰技术提供理论支撑。

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果园多风机风送喷雾机作业参数优化与试验
李建平,边永亮,杨欣,王鹏飞,李昕昊,薛春林
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2474-2485.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210309
摘要 ( 593 )   HTML ( 5 )   PDF(2635KB) ( 452 )  

针对当前传统风送喷雾机在矮砧密植果园病虫害防治作业时存在药液浪费严重、雾滴难以穿透到果树冠层内部的问题,设计了一种风机对称布置的新型果园多风机风送喷雾机。基于STAR-CCM+软件仿真分析了单侧组合3风机送风流场,当拖拉机动力输出(PTO)转速为540 r/min时,单风机风量为4397.1 m3/h、风速为9.7 m/s、风机动压为47.3 Pa,到达果树外侧冠层空气流速度大于5.5 m/s,满足药液抵达冠层中心的喷雾需要。利用Box-Behnken优化了喷雾系统参数组合,当喷雾压力为0.8 MPa、喷雾距离为1.25 m、喷头型号采用扇形02型时,经垂直雾滴分布仪模拟果树冠层垂直方向的药液附着性能试验表明,雾滴沉积量变异系数为10%~12%,雾滴分布较为均匀;经田间试验表明,多风机风送喷雾机喷雾作业后果树冠层垂直方向上、中、下3层的雾滴沉积总量分别为68、145、195 mL,总体标准差分别为1.61、3.72、5.29,叶片药液附着雾滴数大于等于70粒/cm2,达到了风送式果园喷雾机标准的规定,可实现果树冠层垂直方向药液的有效覆盖。

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鲜食玉米仿生摘穗柔性夹持输送装置设计与试验
朱光强,李天宇,周福君
吉林大学学报(工学版). 2022 (10):  2486-2500.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210308
摘要 ( 591 )   HTML ( 8 )   PDF(1898KB) ( 537 )  

针对鲜食玉米收获过程中茎秆夹持输送断茎、堵塞等问题,设计了一种结构简单、夹持输送稳定的仿生摘穗柔性夹持输送装置。首先,在分析握持茎杆自上而下弯折掰穗的基础上,研究了仿生摘穗原理,重点研究了影响茎秆柔性夹持、输送装置的作业参数,对装置采用分级试验方法,以单因素设计了台架试验,得到装置前进速度为1.2 m/s、割刀转速为420 r/min时作业效率最优;其次,固定两参数不变,以夹持输送带转速、夹持机构倾角和夹持输送带间隙为试验因素,以茎秆断茎率、夹持准确率为试验指标,采用二次回归正交旋转组合试验方法进行台架试验,通过Design-Expert8.0.6软件建立因素与指标的数学模型,增加约束后因素优化,试验结果表明,当夹持输送带转速为342 r/min、夹持机构倾角为19°、夹持输送带间隙为6.0 mm时,茎秆断茎率均值为0.46%、夹持准确率均值为94.0%,作业性能良好。最后,开展了田间验证试验,结果显示茎秆断茎率均值为0.55%、夹持准确率均值为93.0%,与优化结果基本一致,本文所设计的装置降低了茎秆断茎,稳定性较高,满足鲜食玉米果穗收获要求。

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