基于多特征融合和深度学习的微观扩散预测

准确地预测社交网络中的信息扩散节点可以对谣言、计算机病毒等不良信息的传播以及信息泄露做到早检测、早溯源和早抑制。为了提高微观扩散预测精度,该文提出了一个基于多特征融合和深度学习的微观信息扩散预测通用框架(MFFDLP)。为了获取信息扩散的时序特征,基于信息扩散序列和社交网络图,采用门控循环神经网络提取局部时序特征和全局时序特征,并融合形成信息扩散序列表征;为了获取用户交互行为和兴趣爱好的动态表示,根据历史信息构建信息扩散图,使用级联图注意力网络提取信息扩散子图中节点特征和边特征,并通过嵌入查找,融合形成当前信息扩散序列中相应节点的动态扩散表征;使用双多头注意力机制,进一步捕获静态和动态扩散特征的上下文信息,实现了高精度微观扩散预测。在3个公共数据集上的对比实验结果表明:所提方法优于对比方法,在微观扩散预测的精度上最高提高了9.98%。

飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合动态Bayes网络模型

在民航飞机起飞离地过程中,飞行员的操作失误容易导致擦机尾等安全事故。飞机离地姿态与飞行操作紧密耦合。针对飞机离地姿态与飞行操作解耦问题,该文以“安全II”模式为指导,关注飞机离地风险应对的全过程表现,对飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理进行研究。根据安全韧性理论,构建了飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合模型;基于国内某航空公司A319机队1359个航段快速存取记录器(QAR)数据,利用动态Bayes网络进行正常操作与超限操作的特征量化与验证。结果表明:该模型可对飞机离地姿态的动态形成机理进行有效分析;选择“重载”“轻载”“顺风”“逆风”等单一情景及其组合情景,通过调节关键飞行操作节点的概率分布得到最佳飞行操作模式。该研究得到了不同情景变量影响下飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理,有助于提高飞行员的风险预测与应对能力。

面向人体热反应计算的加热服装热湿传递模型

服装热湿传递数值模型是评估服装保暖防护性能、计算人体和环境的热湿传递以及评价人员冷暴露安全的重要工具。现有模型主要关注传统的被动保暖服装,针对主动加热服装的模型研究较少,且仅考虑织物层面,不能用于人体实际穿着服装中热反应计算的模拟。该文构建了适用于与人体热生理反应模型耦合计算的主动加热服装多层热湿传递模型。基于被动保暖服装模型,考虑电加热、相变材料(PCM)、吸湿发热等主动加热技术的产热传热机理,建立了适用于主动加热服装的热湿传递通用模型。针对最为普及的电加热服装,进一步考虑服装结构、辐射传热、分区与横向传热的特性,对模型进行优化改进,建立了适用于电加热服装的改进模型。与实验数据对比表明:所建立的通用模型和电加热服装改进模型对局部皮肤温度的预测误差分别不超过0.58℃和0.47℃,具有较好的准确度。所建立的模型可应用于低温暴露场景中穿着主动加热服装的人体热安全及服装防护性能评价,为公共安全以及环境工效学领域的人员防护、应急管理和防护装备研发提供参考。

基于欠驱动并联索机构的肩关节助力外骨骼

并联索驱动助力外骨骼具有与人体兼容性好、运动范围大、自由度多等优点,但往往需要多个电机驱动多根绳索,增大了驱动结构的重量和能耗。以往的设计中无法实现在减少电机个数的同时实现多绳索的力控与多自由度的助力。该文提出一种基于欠驱动并联索机构的肩关节助力外骨骼,采用凸轮和弹簧来实现搬运工作时肩关节的三自由度助力。根据给定的手臂动作,进行运动学、静力学建模与绳索排布优化,并通过设计凸轮的轮廓,仅采用1个电机就实现多根绳索的不同输出速度,并分析和仿真了电机旋转角度与各绳索索力之间的肩关节三自由度助力关系。实验结果表明电机旋转角度与索力对应关系准确,验证了该欠驱动机构用于解决多绳索与多自由度力控问题的可行性。

铁基激光熔敷层搭接与非搭接区摩擦性能

多层多道激光熔敷涂层的组织呈周期性变化规律,总体分为搭接区和非搭接区。为研究涂层中不同区域的摩擦磨损性能,该文采用线性往复摩擦试验,分别设定5和25 N的压力,150和300 s的摩擦时长对铁基涂层的搭接区与非搭接区的摩擦磨损性能进行研究,并结合不同区域的组织和物相的分析,讨论了摩擦性能与组织之间的关系,及摩擦过程中组织的演变规律。研究结果表明:在低压力下,抗磨损性能受组织影响较大,搭接区由于组织粗大、α-Fe含量较少,其抗磨损性能较差;而非搭接区组织细密、α-Fe含量较多,其抗磨损性能较好。在高压力下,抗磨损性能受组织影响较小,搭接区与非搭接区的抗磨损性能相似。在摩擦试验过程中,磨痕浅表层产生剪切变形层,其厚度、硬度及等效应变量随压力和摩擦时长的增加而增加,其中搭接区硬度增加速率高于非搭接区。

基于碰撞反馈的冗余机器人避障规划算法

针对复杂封闭类管道零件喷涂过程中避障的需求,该文提出了一种基于碰撞反馈的冗余机械臂避障算法,该算法利用投影相交法进行碰撞检测,将碰撞类型分为可规避碰撞及不可规避碰撞两类:针对可规避碰撞,提出了关节权值动态调整算法,通过加强对碰撞关节的运动限制,同时放宽对其他关节的约束,实现自运动优化避障;针对不可规避碰撞,提出了基于"杠杆原理"的调整方法,通过调整目标点的姿态实现避障。最后,通过设计关节加速度的优化函数对轨迹进行优化以减少机器人的冲击惯性。通过仿真实验,验证了上述算法的可行性。

基于优势竞争网络的转运机器人路径规划

该文提出了一种基于深度强化学习的优势竞争网络(advantage dueling double deep Q-network,AD3QN)算法作为500m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)促动器自动化维护车间转运机器人的路径规划方法。通过预先学习竞争网络中的状态价值层,使状态价值参数根据环境状态进行初始化,减少了首次接触目标点所需要的步数;通过改进竞争网络中的贪婪搜索算法,使环境探索与利用的转变更为合理;通过改进动作选择策略,使机器人路径规划不易陷入局部极小值,进一步加快了算法收敛的速度。AD3QN算法具有动态规划能力强、实时性好、柔性高、鲁棒性强和准确率高等优点。对促动器自动化维护车间进行建模并测试网络改进前后的路径规划能力,仿真结果表明:采用AD3QN算法在首次找到目标点用时方面比一般竞争网络快176%。该研究有望提高FAST促动器的维护效率,进而减少对FAST观测时间的挤占。

环境计算:概念、发展与挑战

环境计算是一个新的交叉学科概念,是以解决复杂环境问题为目标,以计算为过程载体,进行环境过程数值分析和(或)环境数据分析的定量化研究过程的统称。这一概念支持将环境科学和计算科学的多种交叉融合方式纳入同一框架下进行讨论,以梳理环境计算的发展脉络、归纳研究模式和识别前沿方法。该文阐述了环境计算的基本概念和主要特征,归纳了1.0模式——基于过程机理的环境计算、2.0模式——数据驱动的环境计算和3.0模式——面向未来的融合环境计算的方法学特点和典型应用,分析理论驱动和数据驱动相融合的环境计算发展趋势,探讨了环境计算潜在创新与突破方向,并提出环境计算研究面临的基础理论、关键技术及应用场景、算力以及学科交叉等方面的重要挑战。

PLC指令表程序的一种语法分析方法及其在代码静态测试上的应用

可编程逻辑控制器(PLC)是工业控制领域中广泛使用的自动控制装置。由于PLC程序缺乏具有普适性的测试工具,开发人员往往只能采用人工方式排查代码错误,导致测试效率低下。工业用户亟需一种标准化PLC代码检测方法,自动完成PLC程序语法检测与分析。该文以IEC61131-3标准为基础,建立基于Backus-Naur范式(BNF)的指令表语法模型。基于该模型构造抽象语法树,进而设计出一种具有线性复杂度的PLC指令表代码语法检测算法。利用2段控制工程中的PLC指令表代码对所提出的算法与商用软件CODESYS Static Analysis进行对比测试,验证了所提算法的可用性。

采用力矩电机直驱的数控机床进给系统伺服刚度优化

力矩电机直驱进给系统的刚度特性很大程度上取决于伺服刚度,伺服刚度是影响进给系统的抗干扰能力、动态响应特性、速度和精度的关键因素。该文以力矩电机直驱进给系统为研究对象,提出了一种基于Routh判据的伺服刚度优化方法,给出了控制系统稳定条件下系统各参数间相互约束关系。该优化方法可同时整定多个伺服控制参数以提高伺服刚度。首先基于直驱式力矩电机模型建立了完整的伺服进给系统机电耦合模型;在伺服系统控制参数对伺服刚度影响分析基础上,提出了系统稳定性Routh判据不等式的简化求解方法,建立了系统控制参数间的约束关系,利用Simulink对该方法进行仿真验证;最终提出了以伺服刚度为优化目标的伺服控制参数优化方法。以某五轴联动数控机床A轴力矩电机直驱进给系统为例,进行优化应用验证,结果表明:该优化方法在保持系统稳定性的同时能显著提高系统伺服刚度,并且对伺服系统动态跟踪精度等动态性能影响较小。

岩石破裂过程中裂隙流体X射线造影试验及应用

裂隙流体是水岩系统工程灾变的主要影响因素,直观可视化岩石破坏与裂隙流体的相互作用过程,是揭示不同工程背景条件下水岩互馈灾变机理的关键。该文提出了岩石破裂过程中裂隙流体X射线造影方法,开展了岩溶滑坡、红层边坡失稳及煤矿采空区涌水灾害背景下的岩石材料尺度试验。试验研究结果表明:岩溶管道-裂隙流过渡过程中流态经历了从层流到过渡流或紊流的演化过程,多级应力荷载作用下碳酸盐岩管道流体至裂隙流体的变化过程具有分形演化特征。水动力循环和多级应力荷载作用下红层泥岩损伤因子呈非线性增长,采取控制或降低渗流扩散系数的加固措施可有效治理或调控红层边坡灾害。煤岩破裂过程中裂隙水均方根流量具有分数指数演化规律,裂隙水演化经历了超-扩散流动向亚-扩散流动的变化过程,得出开采扰动作用下煤岩裂隙水的非线性流动和异常扩散现象是诱发采空区突涌水灾害的本质原因。

面向感知微系统的系统级设计方法

作为传感器系统的典型代表与技术发展趋势,感知微系统具有尺寸小、功能多与自供电等优势。然而当前的设计方法无法平衡其实用性能与约束性能之间的矛盾,使得其进一步发展陷入瓶颈。该文基于多学科设计优化思想提出一种针对感知微系统的系统级设计方法。该方法根据设计目标与各性能边界条件进行学科划分,在子系统分析器内进行参数分析后代入系统级优化器完成目标优化,最终实现感知微系统的优化设计。以重型车辆检测微系统为例,选取不同的设计目标进行系统级优化,并通过叠层集成的方式研制了验证样机。样机的性能测试结果与设计值相符,且满足优化设计目标的需求。该方法可行性和准确性表明,其能够在设计阶段平衡感知微系统的实用性能与约束性能,实现系统的最优化设计。

基于动态自适应策略的SSVEP快速目标选择方法

基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的脑-机接口（BCI）系统具有高速、大指令集等优点,其信息传输率（ITR）的进一步提升对系统走向实际应用具有重要意义。该文采用包含35名被试的公开数据集,使用任务相关成分分析的分类模型识别脑电图数据中的SSVEP成分,进而运用基于Bayes估计的动态自适应策略评估分类结果的置信度。实验结果表明：动态自适应策略所得到的平均ITR（230b/min）比传统的静态自适应策略（204b/min）提升了12.7%,基于Bayes的动态自适应策略可以进一步提升SSVEP-BCI的性能。

北京市企业标准化评审结果分析方法

北京市企业标准化评审后留下了一万多家企业百万余条评分结果,在海量数据的支撑下,可以采用大数据分析手段来探索各扣分项扣分频次之间的相关关系。目前最常用的方法是关联规则挖掘,然而关联规则挖掘只能给出定性的相关关系,无法在定量方面给出结论,使得对数据的信息挖掘停留在定性的水平。神经网络作为另外一种广泛应用的数据挖掘方法能够有效拟合复杂的非线性关系,但是在数据挖掘中,神经网络在输入输出选择上存在很高的试错成本。该文将关联规则挖掘与神经网络方法结合使用,首先用关联规则挖掘筛选出扣分项之间的关联规则逻辑,然后将选出的关联规则作为神经网络的输入与输出进行训练,找到了18项扣分项之中的3项与其他8项之间的强相关关系,神经网络预测值与实际值之间拟合直线的相关系数达到了0.84以上。实验结果表明：该方法可以实现对企业扣分项的相关关系挖掘,并可以将结果用于扣分频次预测。

极静环境对睡眠质量影响的实验探究

该实验通过对比受试者在背景噪声接近0dB(A)的极静环境和普通住宅环境(背景噪声22~48dB(A))的睡眠质量来探究噪声对睡眠的影响。35位不同性别、年龄的受试者佩戴睡眠头环监测仪,分别在极静房间和自己住宅作睡眠测试。结果发现:在极静房间与在普通住宅相比,受试者睡眠质量整体平均有所提升,睡眠总时长整体平均增加了11.4%,深度睡眠时长整体平均增加了9.3%,快速眼动睡眠(REM)时长整体平均增加了12.2%;在住宅背景噪声为30dB(A)以上时,深度睡眠时长提升量随住宅背景噪声增大而增加。

基于信誉系统及数据噪声点检测技术的无线传感器网络节点安全模型

随着对无线传感器网络的广泛研究与应用,用户对传感器节点的安全性要求日益提高。由于传统基于密码学的信息安全技术并不能够完美地解决传感器节点面临的复杂安全威胁,信誉系统已经被引入到无线传感器网络中,对节点安全情况进行周期性评估,并分配相应的信誉值。由于信誉系统很难分辨一些节点的某些行为是否处于正常区间如监测数据是否准确,进而导致某些传感器节点能够躲避信誉系统的监测,对用户决策产生不良影响。本文提出了一种结合信誉系统和噪声点检测技术的无线传感器网络节点安全模型。一方面,网络中的信誉系统模块为噪声点检测模块提供数据支撑,以便高效检测到噪声点数据;另一方面,噪声点检测模块对信誉系统进行反馈,加速节点信誉值的收敛,提高系统效率。一系列的仿真表明,相比于传统信誉系统模型,改进后的节点安全模型能够同时检测到网络攻击和数据攻击,同时该模型具有更高的收敛速度。

基于命令语法结构特征的IRC僵尸网络频道检测

僵尸频道是基于因特网在线聊天(Internet relay chat,IRC)协议僵尸网络传递控制命令,操纵整个网络的唯一途径。该文针对IRC僵尸网络频道检测问题,提出一种利用僵尸网络控制命令语法结构特征,实现检测僵尸网络频道的方法。使用可信系数描述频道中的字符串为僵尸网络控制命令的可能性,并结合可信系数,改进阈值随机游走(threshold random walk,TRW)算法,用以加快僵尸网络频道检测速度。实验结果表明:该方法对僵尸频道有很好的识别能力,检测效率明显提高。

PPP模式下城镇建设项目政企控制权配置

政企合作(public-private partnership,PPP)模式是城镇化建设中缓解财政压力并提高效率的一种新型融资模式,项目控制权在政企间的分配是PPP项目治理的核心问题。为探究PPP项目控制权配置的原则与机理,该文首先根据已有研究建立度量控制权的决策指标体系,基于此收集PPP实践中控制权配置方案的大数据,提出参考度的概念,从行政区域、决策过程、配置主体等视角对数据进行挖掘与分析。其次采用失效模式与影响分析(failure mode and effects analysis,FMEA)指标实施专家调研,通过求解实践统计数据与专家调研结果间的Pearson相关系数进一步分析决策分配方案与决策本质属性间的联系。研究结果发现中国PPP实践中存在法规政策的针对性不高、监管权配置不明确、对企业激励不足、公众参与的操作性不强等问题。最后结合相关理论研究和国际经验对中国PPP实践提出有针对性的建议。

融合聚类与排序的图像显著区域检测

显著区域检测是计算机视觉领域中一个极具挑战性的问题。当前,多数显著区域检测算法通过直接计算图像中每个像素或图像块与其一定范围内邻域的差异来判断像素的显著性。当图像背景杂乱或者图像中的前景和背景有相似特征时,这些传统方法的检测性能明显下降。该文提出一个基于再聚类的显著区域检测算法框架:首先,利用聚类算法将图像过分割得到的超像素再聚类成多个超像素簇,其中提出了自动确定尺度参数和聚类个数的方法;其次,基于聚类得到的超像素簇,该文又提出一个自动选择可能的背景簇的方法,并将其作为排序算法中的查询项来估计全图的显著性。在两个差异较大的公开数据集上,该算法实现了相对稳定的显著区域检测结果,而且在部分性能指标上明显优于其他5种算法。

静电卡盘与晶圆之间稀薄气体传热的影响因素

通过在晶圆背面填充稀薄气体的方式来对晶圆进行冷却或加热是等离子体刻蚀工艺中的一项关键技术。该文对晶圆与静电卡盘之间的稀薄气体传热问题进行了解析建模,给出了一个适用于整个气压范围的气体导热解析表达式,并用直接模拟Monte Carlo方法验证了其准确性。基于该解析模型,还对气体压强、狭缝距离、热适应系数和气体温度等影响传热系数的参数进行了研究,发现狭缝距离和气体温度对传热系数影响较弱,即静电卡盘表面形貌(如凸台高度等)和刻蚀温度对于静电卡盘与晶圆之间的传热效果影响不大;而气体压强和热适应系数都表现出对传热系数有明显的影响。因此,在实际的刻蚀工艺中,可以通过调节气体压强来改变静电卡盘与晶圆之间的传热效果。