上海交通大学学报

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基于锚点加速机制的聚类算法综述

吴沁停, 封与哲, 潘金艳, 张海峰, 曹超, 高云龙

2026,60 (5): 705-724.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.425

摘要 ( 295 )

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PDF(4133KB) ( 932 )

随着大数据时代的到来,聚类算法已成为数据挖掘和机器学习的关键.数据规模和维度的指数级增长导致传统聚类方法的时间和空间复杂性不断升级,制约了其实际应用.为应对这些挑战,锚点加速机制应运而生,显著减轻计算负担,提高传统聚类算法在大规模数据集上的有效性.全面回顾基于锚点加速机制的聚类算法,探讨锚点生成和相似性图构建等技术,涵盖利用固定锚点的聚类方法,包括谱聚类、模糊谱聚类、多视图聚类和深度聚类.研究采用动态锚点的聚类策略,包括多视图和不完全多视图聚类算法.通过综合分析,指出当前基于锚点加速机制算法研究的局限性,并直面新挑战,对未来的发展方向提出见解,为指导该领域的后续研究和实际应用提供路线图,促进适合当代数据环境的聚类算法的持续创新.

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基于量效关系模型的激光骨消融深度前馈控制

彭诗琦, 林艳萍

2026,60 (5): 725-732.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.423

摘要 ( 171 )

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PDF(11173KB) ( 322 )

激光骨消融手术机器人是骨科手术机器人新兴发展方向,但激光消融深度控制是该技术走向临床应用的一大难题.基于量效关系模型实现对激光骨消融深度的前馈控制,并且区分对待消融作用机制不同的皮质骨和松质骨.首先分别针对离体皮质骨和松质骨开展激光消融实验,基于全连接神经网络对实验数据进行拟合,建立Ho: YAG激光消融皮质骨/松质骨的量效关系模型,即激光作用脉冲数与消融深度之间的数学关系模型.然后根据骨密度将待消融骨组织划分为皮质骨和松质骨两类,针对不同骨质分别采用对应的量效关系模型,由目标消融深度规划得出激光作用脉冲数,以供在消融过程中控制激光的发生与停止.为评估量效关系模型的准确度与消融深度控制方法的有效性,按照消融深度前馈控制工作流程开展激光消融实验,结果表明实际消融深度与目标消融深度之间的误差均小于0.8 mm,满足临床手术指标.

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预编码及协作矩阵下的准静态多输入多输出信道密钥增强算法

梁晶萍, 井庆丰

2026,60 (5): 733-742.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.199

摘要 ( 161 )

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PDF(1650KB) ( 314 )

针对准静态环境下物理层密钥随机性差且易被窃听的问题,提出一种基于预编码和协作矩阵的密钥生成方案(PCM-SKG).该方案首先对信道状态信息进行奇异值分解(SVD)获得预编码矩阵P,然后对预编码信道信息进行正交三角(QR)分解得到协作矩阵U,最后利用复合信道信息HPU量化密钥.仿真结果表明,PCM-SKG的近似密钥熵比传统方案提高近2倍,滑动平均步骤使密钥一致性提高约8 dB.在最小均方误差估计中,该方案在15 dB时的密钥错配率接近于10^-4,通信误码率接近系统效果最优值.PCM-SKG复杂度低且交互信息少,无需额外信道和设备传输信息,结合P和U的多样性,实现密钥生成的随机源与信道相关且可变.

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基于稀疏贝叶斯学习的正交时频空间信道估计

孙辅君, 马明, 傅海军, 戴继生

2026,60 (5): 743-750.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.141

摘要 ( 692 )

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PDF(979KB) ( 478 )

正交时频空间(orthogonal time frequency space, OTFS)调制通信系统的性能严重依赖于信道状态信息的获取精度.利用时延-多普勒域的稀疏性,OTFS信道估计问题可转化为二维稀疏表示问题,但二维求解的计算复杂度极高,且现有方法普遍无法有效对抗分数多普勒/时延误差.为应对上述挑战,提出一种基于非均匀网格的稀疏表示方法,将OTFS信道估计问题建模为一个较低维度的稀疏信号恢复问题,利用稀疏贝叶斯学习推断出最大后验意义上的最优解,以较低的计算复杂度实现了二维稀疏信号的恢复.此外,各网格点坐标被视为可调变量,自适应迭代抵消分数多普勒/时延的影响.仿真结果表明,所提方法可有效提高OTFS信道估计的性能.

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基于加权熵与秃鹰-天鹰混合优化FCM的桥梁裂缝提取

温夏露, 黄鹤, 王会峰, 高涛

2026,60 (5): 751-761.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.119

摘要 ( 152 )

HTML ( 6 )

PDF(7660KB) ( 426 )

针对传统聚类算法处理桥梁裂缝提取问题时,由于阴影和光线不均匀导致识别精度低、易丢失特征信息,提出了一种基于混合秃鹰-天鹰优化器(HBAO)交叉迭代改进模糊C-均值(FCM)聚类的桥梁裂缝提取方法.首先,引入耦合混沌映射初始化,并融合折射学习思路,增加了种群多样性;其次,为增强秃鹰算法全局搜索阶段的性能,将该阶段替换为天鹰优化的扩展和缩小搜索策略,显著提升了秃鹰算法的收敛趋势和全局寻优能力,提高了FCM寻找最优聚类中心的成功率;然后,利用HBAO与加权熵法对FCM聚类算法进行联合优化,提高鲁棒性的同时还增强了搜索精度,获得较好的聚类结果;最后,在加州大学欧文分校(UCI)标准数据集上与6种对比算法进行聚类性能评估实验,验证了本文算法综合性能优越.进一步地,在4种不同裂缝形态上测试该算法的性能,结果表明,相比于其他同类算法,所提算法的裂缝提取效果最优.

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基于FNB-YOLOv5的钢筋网绑扎点目标检测

李子轩, 赵志刚, 张泽宇, 颉俊杰, 成瑞强

2026,60 (5): 762-775.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.121

摘要 ( 981 )

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PDF(24548KB) ( 715 )

针对钢筋绑扎机器人目标检测算法在识别绑扎点时存在准确度低和检测慢等问题,提出了一种基于YOLOv5改进的钢筋网绑扎点目标检测方法FNB-YOLOv5.首先,通过采集钢筋网交叉点制作数据集;然后,在YOLOv5网络中引入FasterNet轻量化主干网络,增强特征信息提取能力,降低网络复杂度;其次,在网络关键部位引入BiFormer注意力机制,提高特征提取的准确性;考虑到检测任务中小尺寸目标占多数,采用归一化高斯Wasserstein距离(NWD)作为损失函数归一化处理,优化检测绑扎点位置的精度;最后,设计一种改进的广义特征金字塔网络(F-GFPN)特征融合模块,通过添加跳跃连接和跨尺度连接,增强特征交互,提升计算性能.通过不同模型对比实验得出,该模型的精确率、召回率和平均精度均值分别为99.82%、99.10%和98.64%,比原模型分别增长了2.9个百分点、1.53个百分点和1.63个百分点;每秒检测帧数(FPS)达到44.8 帧/s,比原模型增加4.1 帧/s,同时权重模型大小减小了2.93 MB.实验结果表明,改进的FNB-YOLOv5模型在钢筋网绑扎点数据集上,具有更高的准确性和实时性,为建筑施工行业研发钢筋绑扎机器人提供了有力的技术支持.

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基于可变时间窗的带缓冲串并联系统机会维护建模

穆雨涵, 阮侃, 周晓军

2026,60 (5): 776-785.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.476

摘要 ( 428 )

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PDF(1216KB) ( 308 )

针对批量生产环境下带缓冲区的串并联系统,提出一种基于可变时间窗的机会维护决策模型,旨在提高系统运行效率,降低因设备故障产生的停机成本.考虑设备故障率随批量动态变化的特性,基于分解法建立不同批量下的缓冲区平均在制品数量估算模型,以反映缓冲区对设备差异化的缓冲效果.在此基础上,结合设备故障率、产能配比和缓冲区状态对维护时间窗的动态作用机制,通过Sigmoid函数调整时间窗的伸缩率,构建基于可变时间窗的系统动态机会维护策略.实例分析表明,相较于传统的固定时间窗模型,所提模型能有效提高带缓冲系统正常工作的概率,降低系统维护总成本.

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基于条件生成对抗网络的柔性薄壁结构装配偏差预测方法

潘炜, 赵勇, 刘禹铭, 林清源, 葛恩德, 汪玮

2026,60 (5): 786-799.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.167

摘要 ( 509 )

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PDF(34390KB) ( 365 )

大型薄壁结构装配时会因零件制造误差和装配变形的耦合影响产生整体柔性变形,现有的偏差分析方法在处理薄壁结构的柔性偏差时难以兼顾各偏差的耦合作用.对此,提出一种基于条件生成对抗网络(cGAN)的偏差预测方法,分析多源偏差特点,提出对各偏差因素的图像融合策略,构建基于cGAN架构的图到图转换模型以预测薄壁结构的柔性偏差;以曲面蒙皮对接为研究对象,训练和测试偏差预测模型,搭建模拟装配实验台进行实物实验.实验结果表明:基于cGAN网络的偏差预测模型能以小规模数据集实现对柔性薄壁结构装配偏差的预测,相比传统方法在精度和效率上都具有优势,是一种具有潜力的偏差分析新方法.

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基于双重注意力机制和选择性集成的装备寿命预测方法

范宜静, 夏唐斌, 韩冬阳, 齐麟龙, 王皓, 奚立峰

2026,60 (5): 800-808.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.279

摘要 ( 497 )

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PDF(1956KB) ( 314 )

精准预测剩余使用寿命对于大型复杂装备的稳定可靠运行具有重要价值.为了确保预测准确性的同时提高模型的鲁棒性和泛化性,提出一种基于双重注意力时序卷积网络(DATCN)和选择性粒子群优化集成(PSOSEN)的预测方法.首先,利用DATCN探索监测数据中多类别输入特征和不同时间步长之间的内部关联,从特征与时间两个维度强化退化信息;然后,利用PSOSEN算法修剪不同时间尺度下的基模型,自删除表现不佳模型,自生成最优模型子集并赋予最优权重,加权输出预测结果.该方法已在航空涡扇发动机退化数据集上开展验证,结果表明预测准确性比具有时间自注意机制的双向门控循环单元方法提高了13.9%.

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融合几何与工艺语义的风力发电机装配工艺重用方法

刘鸣飞, 凌威, 王森, 鲍劲松

2026,60 (5): 809-823.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.166

摘要 ( 696 )

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PDF(7108KB) ( 307 )

针对风力发电机在历史装配过程中所积累的装配工艺知识体系复杂、在设计新型装配工艺时难以处理且有效利用历史装配知识的问题,提出一种融合几何与工艺语义的风力发电机装配工艺重用方法.首先,提出基于知识图谱的装配工艺信息模型(KG-WT模型),为装配过程中的几何语义以及工艺语义提供了统一、规范化的表述.然后,提出面向glTF模型中的几何语义和装配工艺文档中的工艺语义抽取方法,抽取装配几何语义信息和装配工艺语义信息并映射为知识图谱数据层.最后,基于图匹配神经网络将待设计的装配体或装配单元与历史装配知识库进行匹配,检索可重用的相似装配工艺项.以风力发电机机舱装配过程中的内齿圈和联接体为例,有效重用了历史装配知识进行装配工艺设计,为提升装配工艺设计效率和准确性提供理论依据.

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多机协调悬吊系统的矢量碰撞检测算法

冮政, 赵志刚, 苏程, 李子轩, 成瑞强

2026,60 (5): 824-834.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.258

摘要 ( 454 )

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PDF(6584KB) ( 307 )

针对传统碰撞检测算法不能完美适配多机协调悬吊系统轨迹规划中碰撞检测的问题,提出了一种基于矢量构建的全面考虑悬吊系统碰撞风险的检测算法.首先,针对柔索出现的悬链线效应,提出了柔索优化模型,并根据不同碰撞类型给出相应的检测策略.然后,在模型优化策略基础上提出了基于点、矢量、角度线性组合的矢量碰撞检测算法及优化方法.仿真结果表明,该算法准确而高效地实现了8次有效碰撞检测,验证了两种不同碰撞类型优化策略的合理性.最后,柔索的等效弹性应变和等效应力的变化进一步验证了该算法具有不错的碰撞检测精度和效率,所提矢量碰撞检测算法在复杂悬吊环境中能够更好地适配多机协调悬吊系统,为后续悬吊系统的避障轨迹规划提供了可行方法参考.

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预燃室通道参数对重型柴油机性能和排放的影响

张道陈, 鹿盈盈, 钱毅, 陈雨凤

2026,60 (5): 835-847.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.238

摘要 ( 435 )

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PDF(4625KB) ( 292 )

采用数值模拟方法研究了两通道预燃室系统对重型柴油机大负荷工况下性能和排放的影响,通过优化两通道预燃室的通道夹角和通道直径,在NO_x排放基本保持不变的情况下,提高了指示热效率,并降低了碳烟的排放.结果表明:在柴油机大负荷工况下,与原机对比,采用两通道预燃室方案可以缩短燃烧持续期,保证良好的燃烧相位,增强燃烧后期的湍动能,加强碳烟的氧化,提高指示热效率.最终选取预燃室两通道之间夹角为30°,两个通道与主燃烧室之间倾角为30°,通道直径为2 mm的工况作为最优方案,该方案在NO_x排放基本保持不变的情况下,使指示热效率提高0.12%,碳烟排放降低31.84%.

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基于深度迁移学习的燃气轮机燃烧室故障预警

吴亚军, 康英伟

2026,60 (5): 848-859.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.200

摘要 ( 626 )

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PDF(2514KB) ( 339 )

针对燃气轮机燃烧室故障预警受限于样本数据稀缺导致的低效问题,提出一种基于迁移学习和卷积神经网络-双向门控循环单元(CNN-BiGRU)网络的方法.首先在源域上使用K折交叉验证对CNN-BiGRU网络进行预训练并筛选出最优模型;然后使用迁移学习得到目标域故障预警模型;再将目标域数据导入该模型中,并采用滑动窗口减少异常数据点造成的误报警;最后利用三倍标准差法(3-sigma)计算出预警阈值,判断是否发生故障.实验结果表明:在样本数据不足时,所提方法与非迁移学习模型相比,均方根误差降低了87.5%,平均绝对误差降低了89.05%,决定系数提升了6.39%;与系统报警时刻相比,能够更早发现故障征兆,提前82 min对燃气轮机燃烧室进行故障预警.

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基于多策略改进哈里斯鹰优化算法的危化品泄漏源反演

陈增强, 齐聪聪, 赵怡雯, 程义

2026,60 (5): 860-870.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.452

摘要 ( 651 )

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PDF(1989KB) ( 308 )

危化品气体泄漏事故严重威胁公共安全与环境,精准定位泄漏源强度和位置至关重要.针对传统泄漏源反算方法存在耗时长、精度不足等问题,提出了一种基于多策略改进的哈里斯鹰优化算法,用于气体泄漏扩散事故的高效反演.首先,通过Logistic-Tent复合混沌映射初始化鹰群的位置,以提高种群多样性和全局搜索能力;其次,引入精英等级策略对种群进行科学划分,以此强化算法的局部搜索能力和寻优精确度;最后,采用对数函数非线性衰减策略灵活调整逃逸能量,确保算法性能实现平滑过渡与优化.实验结果表明,改进后的哈里斯鹰优化算法在优化效率和反演精度方面均有显著提升,即便在复杂地形条件下,也能将泄漏源位置和强度的相对误差精确控制在1.00%以内.该方法极大地提升了泄漏源定位的精准度和响应速度,为事故应急辅助决策提供了坚实可靠的解决方案.

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