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当期目录

    2010年, 第44卷, 第08期 刊出日期:2010-08-31 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术

    基于规则的船舶分段动态空间调度方法

    张志英,徐晨,毛祖杰,刘建峰
    2010,44 (08):  1019-1025. 
    摘要 ( 3637 )  
    针对船舶分段建造调度问题的特点,提出基于规则的动态空间调度方法.该方法将作业计划安排与动态调整相结合而实现动态调度.利用相似性规则制定分段作业计划,对各种动态事件建立响应规则而实现动态调整.通过对分段加工过程中动态事件分析归类,针对不同动态事件的直接影响、调整措施和响应规则,以急件插入、任务取消和设备故障为例,给出调整实施过程.最后,利用仿真数据验证了该计划安排及其调整方法的可行性和实用性.
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    一种新型自重构机器人模块的对接机构设计
    蒋东升,管恩广,付庄,赵言正
    2010,44 (08):  1026-1030. 
    摘要 ( 3510 )  
    提出了一种新颖的晶格式空间自重构机器人模块,并进行了模块的三维结构设计.详细阐述了该自重构机器人模块基于销槽楔合、雌雄同体的对接机构设计方法,分析了系统的运动精度并给出了相应的误差控制方案.设计了静态及动态的2组实物实验,从不同工作条件验证了该对接机构能够快速、可靠地实现对接过程,对接耗时约为2 s,对接完成后的机械连接强度可超过50 N的轴向拉伸负载,较好地完成了机器人模块的自重构任务.
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    无随机预言模型的(t, k, l)-门限代理签名方案
    张海,董晓蕾,曹珍富,曹锋
    2010,44 (08):  1031-1036. 
    摘要 ( 3367 )  
    推广了(t, l)-门限代理签名概念,提出了(t, k, l)门限代理签名.在一个(t, k, l)门限代理签名中,由指定的l个代理签名者构成的群体必须要求有至少k个人的合作才能生成代理签名,同时方案中最多允许参与的t-1个人合谋.给出了第1个门限代理签名方案存在性不可伪造的安全性模型,提出了一个基于CDH问题的 (t +1,2t +1,l )门限代理签名方案,并且在无随机预言机的模型下证明了该方案是存在性不可伪造的,同时还具有可区分性和代理保护等性质.
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    一种用于支持向量机分类器的组合核优化方法
    杨旭,杨新,熊惠霖
    2010,44 (08):  1037-1041. 
    摘要 ( 3247 )  
    针对支持向量机(SVM)分类器的模型选择问题,提出了一种基于特征空间的类别可分性度量(FCSM)准则,并将该准则用于优化多个高斯函数的线性组合系数.与核矩阵度量(FSM)准则相比,FCSM准则在核函数优化应用中的适用性更广,并且在优化效果上有更好的理论支持.实验结果表明,与交叉验证法、半径间隔误差(RM)界法以及基于FSM准则的优化方法相比,FCSM准则能从更大函数集范围优选出核函数,使SVM分类器获得更好的分类能力.
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    基于主动视觉的智能车道路跟踪方法
    张宇腾,杨明,王春香
    2010,44 (08):  1042-1045. 
    摘要 ( 3595 )  
    针对城市环境道路,将主动视觉方法应用于智能车的视觉导航中,重点解决急转弯情况下摄像头视野不足的问题.摄像机被安装在可旋转的云台上,根据道路和车体之间的相对位姿动态地调整云台目标角度.通过车辆与图像坐标系之间的对应关系,修正道路与车体之间的相对位姿.实验结果表明,与传统视觉方法相比,采用主动视觉方法的智能车实际行驶轨迹误差较小,丢失道路的次数较少.
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    基于离焦图像模糊分析的微装配力测量
    蒋如意,刘洪涛,胡文,梁庆华,王石刚
    2010,44 (08):  1046-1050. 
    摘要 ( 3101 )  
    提出了一种基于机器视觉的微装配力测量新方法.拍摄微夹持器受力变形时的离焦模糊图像,通过建立微夹持器变形力和离焦量之间的关系模型,把求取变形力的问题转化为求取离焦模糊图像的离焦量问题.采用粗精两步计算来求取模糊图像的离焦量,并利用微夹持器的变形曲线来拟合,拟合得到的曲线的参数即为变形力的函数,从而求得变形力.仿真实验证明了所提出的方法的有效性.
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    无线Mesh网络信道路由联合优化算法
    邵金明,何晨,蒋铃鸽
    2010,44 (08):  1051-1056. 
    摘要 ( 3210 )  
    无线Mesh网络传输性能的优化集中在系统吞吐量、平均时延和传输公平性3个方面,属于NP难题.提出一种基于启发式搜索和“原始对偶”问题的优化迭代算法,在信道收发器和链路容量的限制条件下对系统吞吐量进行了优化,并且分析了算法的收敛性.计算机仿真结果表明,所提出的算法可以显著提高无线Mesh网络系统的吞吐量.
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    一种基于计算机屏幕图像匹配的快速搜索策略
    杨光,毛宏宇,田地,李军
    2010,44 (08):  1057-1060. 
    摘要 ( 3490 )  
    提出一种适用于计算机屏幕图像的快速搜索策略.首先确定含有目标图像窗口的移动范围,通过计算目标图像在窗口中的相对位置,缩小图像的搜索空间.对已知匹配点的空间坐标进行分类统计,根据目标点出现概率的大小标定搜索优先级,构建一种学习式的搜索算法.测试结果表明,在针对计算机屏幕图像匹配时,本文算法在运算速度和匹配精度上优势显著.该方案已成功应用于国家大型科学仪器工作状态监测系统.
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    心脏超声虚拟内窥镜图像预处理技术
    薛海虹,陈滨津,孙锟,余建国,王威琪
    2010,44 (08):  1061-1067. 
    摘要 ( 3689 )  
    虚拟内窥镜是近年来兴起的一项崭新医学影像技术,将虚拟现实与科学计算可视化技术相结合,模拟传统的内窥检查过程而生成具有仿真效果的可视化图像.研发的三维心脏超声虚拟内窥镜系统(3DE IESS)可重建三维虚拟环境,使观察者“进入”被检查患者的心脏内部进行检查观察.采用基于同质掩模区域的滤波算法对超声图像斑点噪声进行抑制,应用brFCM算法对降噪后的超声图像进行初始分割,并使用多尺度分析与纹理对比度相结合的分割技术完成最终的图像分割.实验结果表明,在消除斑点噪声的同时,实现对超声图像边缘细节的有效保持,有助于提高三维心脏超声虚拟内窥镜显示效果.
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    应用混合蚁群算法求解并行批处理机组批与调度问题
    郭乘涛,江志斌
    2010,44 (08):  1068-1073. 
    摘要 ( 3903 )  
    晶圆制造系统的批处理机具有长加工时间的特征, 其调度性能指标对车间总体绩效有重要影响.批处理机调度分为组批与批次调度.针对工件的动态到达特性导致组批困难,提出了一种混合型蚁群算法.利用该算法的全局并行搜索能力对工件进行组批, 并使用BATC算法对批次进行调度, 可以解决多产品并行批处理机调度问题.以工件总拖期最小为性能指标, 通过实例仿真, 对蚁群算法性能进行分析评价和比较. 结果表明,所提出的算法具有有效性和实用性.
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    基于MorseSmale复形的三角网格特征线提取
    邱彦杰,周雄辉,柳伟
    2010,44 (08):  1074-1078. 
    摘要 ( 3832 )  
    提出了基于MorseSmale(MS)复形的特征线提取算法.计算网格各顶点曲率,构造指标函数,并以此为依据建立MS复形,复形中的临界点、升弧和降弧构成初始特征线集合;定义显著度作为判断特征线重要程度的控制参数,通过复形简化过程依次删除次要特征,获得清晰、准确的特征线.实验结果表明,该算法可自动提取相互连接的特征线,计算效率高.
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    基于虚拟现实环境的六轮月球车运动性能分析
    杨艳春,鲍劲松,金烨
    2010,44 (08):  1079-1083. 
    摘要 ( 3871 )  
    为了仿真试验月球车在月面环境的运动性能,利用虚拟现实技术建立了月球车仿真试验环境.以一种六轮月球车为原型建立了物理模型,并给出了计算机求解方法,实现了六轮月球车在月面环境下进行运动性能分析的仿真试验.通过对比该月球车设计原型的真实试验结果和仿真试验结果,验证了虚拟仿真的正确性.为月球车设计带来了一个有效的辅助工具.
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    带参数均匀B样条曲线的近似合并
    秦新强,岳丽,胡钢,李凯
    2010,44 (08):  1084-1088. 
    摘要 ( 3312 )  
    为了进一步丰富和发展一种带多局部形状参数的3次扩展均匀B样条曲线的相关理论,提出了该曲线的一种近似合并方法.该方法通过将曲线拟合方法与广义逆矩阵理论相结合,直接得到了合并后3次带参扩展均匀B样条曲线控制顶点的显示表达式,同时还给出了具体的合并误差.实例结果表明,所提出的方法不仅可以获得较好的合并效果,而且具有易于实现、误差计算简单的特点,可以广泛地应用于计算机辅助设计中对曲线的近似合并.
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    基于频域分析的联指图前后背景分离算法
    李焱淼,张永良,黄亚平,肖刚,林璟
    2010,44 (08):  1089-1093. 
    摘要 ( 3221 )  
    为了快速又精确地分离四联指图的前景和背景区域,提出了一种基于频域分析的联指图前后背景分离算法.该算法主要包括:① 基于局部3阶累积量的前后背景粗分离,有效地降低了噪声对方差的影响,并对低对比度区域能够实现有效快速分离;② 结合全局信息的局部最佳直方图阈值分割法的二值化增强算法,实现以局部区域为基础的全局二值化;③ 基于频谱分析和2条判别规则的非指纹区域去除,有效地去除诸如印刷字符之类噪声所在的干扰区域;④ 基于中心最近邻法则的区域合并,使得那些由于质量较差而被分解为若干个不连通的区域标记为同一区域.实验结果表明,该算法的几个步骤是有效的,且具有速度快和精确度高的特点.
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    基于NURBS曲面曲率分析的钣金件自由特征识别技术
    张春捷,周雄辉,李从心
    2010,44 (08):  1094-1099. 
    摘要 ( 3193 )  
    提出并实现了一种面向钣金件自由曲面模型的形状特征识别技术.算法由曲面区域分割、领域独立凸凹特征的搜寻和面向钣金成形的形状特征识别3个步骤构成.输入几何模型数据是基于IGES格式的CAD模型,其中曲面是以NURBS形式表示的裁剪曲面.利用NURBS符号运算分析曲面的曲率特性,并将其分割成各种曲率域.通过基于规则的方法,将符合特定几何及拓扑关系且具有高层工程意义的连续曲率域集合识别为对应的形状特征.最后,通过2个实例验证了该方法的可行性和有效性.
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    无线电电子学、电信技术
    倾斜旋转紫外曝光在微针制备上的应用
    蒋宏民,朱军,曹莹,陈翔,陈迪
    2010,44 (08):  1100-1102. 
    摘要 ( 3211 )  
    采用倾斜旋转光刻的方法开展圆锥形异平面微针制备技术研究.通过改进实验室现有设备,以SU8光刻胶结构为模具,通过聚合物材料间的图形转移制备了PDMS异平面圆锥形实心微针的倾角为67°、高度为353 μm的微针阵列.该方法具有低成本多材料适用的制备优势.
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    带睡眠机制的IEEE 802.15.4 MAC协议性能分析
    肖卓凌,何晨,蒋铃鸽
    2010,44 (08):  1103-1108. 
    摘要 ( 3321 )  
    针对IEEE 802.15.4 中的周期性睡眠机制,提出了一种IEEE 802.15.4 MAC协议实时应用中完全基于时隙分析的精确建模方法.该方法把IEEE 802.15.4 的睡眠机制以及载波侦听多址接入/冲突避免(CSMA/CA)机制同时纳入考虑,将整个超帧以退避时隙为单位进行划分.通过对2个机制精确到时隙的建模,分析了网络负载以及占空比特别是睡眠机制对能耗、吞吐量及平均服务延迟等网络性能的影响.NS2仿真结果表明,该模型可准确预测实时应用中IEEE 802.15.4网络性能,且在相同数据率条件下占空比适当的睡眠机制可使得能量消耗以及网络吞吐量达到最优值.
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    生物医学工程
    胶囊内窥镜无线供能模块的研制
    辛文辉,颜国正,王文兴
    2010,44 (08):  1109-1113. 
    摘要 ( 3057 )  
    为了解决无线胶囊内窥镜电池供电不足的问题,研制了一种供能模块,在体外通过电磁感应方式为体内的胶囊内窥镜进行无线供能.针对胶囊内窥镜在人体内姿态的不确定以及微型化的特点和要求,设计、制作了合适的能量发射和接收装置,并通过实验对能量传输效果进行了验证.结果表明:当发射功率为18 W、在胶囊内窥镜姿态任意变化的情况下,无线供能模块能提供至少150 mW的能量,且接收装置的空间尺寸仅10 mm×11 mm.在此基础上,研制出的胶囊内窥镜样机在离体实验中得到了清晰的猪小肠图像.
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    动态光热参数情形下激光牛肌肉组织光热响应模拟
    童雅星,黄梅珍,丁海峰
    2010,44 (08):  1114-1119. 
    摘要 ( 3627 )  
    以牛肌肉组织为模拟对象,考虑到其光热光学和热学参数对温度的依赖性,运用有限元方法模拟了激光在牛肌肉组织中的传输以及动态热响应过程.通过数值求解热传输方程,得到牛肌肉组织内部的温度场分布,并与静态光热参数情形下的结果进行了比较.结果表明:若不考虑光学参数以及热学参数随温度变化的影响,将高估牛肌肉的温升;与热学参数相比,动态光学参数更大程度地影响牛肌肉组织的温度响应;在激光辐照的过程中,牛肌肉组织表面附近将会形成一个光学屏障,影响组织表面和内部的光子数分布,该结论通过MonteCarlo方法模拟组织内部光子数的分布情况得到了验证.
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    随机协同分解PSO优化的Takagi-Sugeno模糊神经网络临床路径变异处理
    杜刚,江志斌,刁晓娣,姚阳
    2010,44 (08):  1120-1124. 
    摘要 ( 4138 )  
    提出了一种随机协同分解粒子群(RCDPSO)优化的TakagiSugeno(TS)模糊神经网络临床路径变异处理方法.在子种群的协同进化过程中,执行顺序随机确定后,选取表现最优的粒子进行分解,对表现最差的粒子进行交叉和变异,并保持子种群的总数不变,既保证了收敛速率,又增加了种群的全局搜索能力.在此基础上,加入了变异扰动机制,增加了种群的多样性,防止种群陷入局部最优.最后以骨肉瘤术前化疗临床路径变异(肝中毒)为例,进行实例验证.结果表明,在处理临床路径变异方面,RCDPSO优化的TS模糊神经网络与其他算法优化的TS模糊神经网络相比,预测能力较强、鲁棒性更佳,大幅度提高了临床路径变异处理的精度和效率.
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    生物科学
    基于次弹性模型的三维牙周膜建模仿真研究
    魏志刚,汤文成,严斌,杨宝宽
    2010,44 (08):  1125-1129. 
    摘要 ( 3481 )  
    建立和研究牙周膜的次黏弹性本构模型.对用次弹性模型描述牙周膜力学特性的合理性进行了分析,基于各向同性假设和小应变的条件进行推导,建立了基于单轴拉伸实验数据的牙周膜多轴次弹性模型;基于已有的试验数据,构建了牙周膜次黏弹性本构模型,并确定了粘性参数;在此基础上,建立了牙颌有限元模型,并使用次弹性模型对文献的实验进行了仿真.结果表明,有限元仿真结果与实验数据基本符合,该次弹性本构模型能够描述牙周膜的力学特性.
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    一般工业技术
    双马达驱动转台中框的模态与变形分析
    董景龙,陶建峰,刘成良
    2010,44 (08):  1130-1134. 
    摘要 ( 3597 )  
    为了分析双马达驱动系统的输出力矩对考虑弹性的转台中框变形的影响,采用ANSYS有限元工具对转台中框进行了模态分析.利用ADAMS软件的柔性模块,基于模态的线性叠加方法,研究了双马达输出力矩在同步和不同步驱动情况下的转台中框变形响应,分析了转台框架变形的原因.仿真结果表明,合理地施加双马达输出角加速度以及保证双马达输出完全同步转矩可以有效抑制转台中框的变形.
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    垂直管道低温汽液两相流流型识别的实验研究
    刘洁净,张华,王经
    2010,44 (08):  1135-1139. 
    摘要 ( 3423 )  
    采用直接可视化方法和压力信号的功率谱密度分析方法对低温垂直管道中液氮汽两相流的流型判别进行了实验研究.通过采集实验管路上不同位置处的压力信号,对其进行功率谱密度分析,并由此推断两相流的流型,同时与高速摄像机拍摄的流型进行对比.结果表明,在常温汽液两相流流型识别中应用的功率谱密度分析方法也可用于低温两相流的流型判别.通过改变热流密度发现,对于不同的热流密度工况,都可以使用功率谱密度分析方法判断管内低温两相流的流型.
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    绝热毛细管流量快速计算模型
    翟千钧,谷波
    2010,44 (08):  1140-1144. 
    摘要 ( 3691 )  
    针对毛细管进口压力、状态以及结构尺寸变化对毛细管流量的影响,提出一种新的毛细管流量快速计算公式.该公式为显式形式,不存在迭代,保证了流量计算的快速性和绝对稳定性.在给定出口背压情况下,可判定出口是否为临界流.利用取点软件从ASHER Handbook诺模图上取点进行验证,结果表明,流量平均相对误差为2.17%,最大相对误差为13.42%,结果较理想;对毛细管内径、长度和进口过冷度(干度)变化引起流量变化进行分析,结果表明,所提出的模型可直接用于毛细管流量计算.
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    记忆合金/Si复合膜驱动性能的力学建模与仿真
    孙双双,董静
    2010,44 (08):  1145-1149. 
    摘要 ( 3173 )  
    在考虑记忆合金材料非线性的基础上,按照材料力学的方法联立静力学、变形几何及物理的三者关系,建立了热载荷作用下记忆合金薄膜与Si基底相互耦合作用的力学模型.通过对一个完整的热循环过程中NiTi记忆合金/Si复合膜驱动性能的模拟和讨论,结果表明,由于相变的作用,以Si为基底的记忆合金薄膜能在较窄的温度范围内产生大的驱动力及位移.通过对不同厚度比情况下复合膜最大挠度的研究发现,随着Si基底与记忆合金薄膜厚度比的增大,复合膜的最大挠度逐渐减小;当两者厚度比大于5时,本模型对记忆合金/Si复合膜驱动性能的描述和预测更精确.
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    三 维 框 架 结 构 随 机 能 量 流 分 析
    游进,孟光,李鸿光
    2010,44 (08):  1150-1154. 
    摘要 ( 3299 )  
    说明了导出梁结构随机能量流分析(REFA)方程的基本原理,讨论了REFA与统计能量分析的理论关系,并指出REFA反映的弯曲波场功率流特性与统计能量分析中的耦合振子间的功率流特性是相似的.将REFA应用于一个由三根梁组成的三维框架结构,计算随机集中力作用于同一波场上不同位置时的结构响应.结果表明,随机力的作用位置会显著影响到该结构的总体能量响应及功率传递,但对直接受载波场总能量响应的影响很小.用统计能量分析法对该结构进行了动力分析,结果表明,只对直接受载的波场,两种方法计算的总能量吻合很好.
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    热塑性聚烯烃大变形行为建模及数值模拟
    马秋,于爽,苏旭明,于忠奇
    2010,44 (08):  1155-1158. 
    摘要 ( 3668 )  
    为了研究热塑性聚烯烃(TPO)大变形过程中力学行为,将基于高分子材料微观特征建立的本构模型加入有限元软件中,实现了TPO变形和微观特征演变的耦合.该模型考虑了TPO材料与应变速率有关的初始均匀变形、屈服、应变软化和应变硬化的变形过程.采用数值模拟的方法,研究了TPO在拉伸状态下的力学行为.结果表明,本构模型的预测结果与试验结果比较接近,模拟结果清晰地描述了三维变形过程中应力场的分布以及颈缩演变,为TPO材料零件的虚拟设计提供了依据.
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    交通运输
    具有岸桥碰撞和甲板约束的岸桥混合装卸作业调度优化
    李晨,陆志强,陈璐
    2010,44 (08):  1159-1164. 
    摘要 ( 3888 )  
    针对具有岸桥间不可相互穿越及安全距离约束、甲板开闭约束的集装箱码头岸桥混合装卸作业的调度优化问题,分析了岸桥装卸与移动过程中的相关性质,并提出一种基于减小岸桥移动距离和均匀化岸桥负荷的启发式算法.在该算法基础上设计了一种遗传算法,进一步搜索最优解,并推导了问题的一个低界.数据实验表明,所提出算法的解具有良好的质量和较高的时间效率.
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    海洋石油平台管件加工的精确几何建模
    陈柳芸,殷跃红,徐文超
    2010,44 (08):  1165-1170. 
    摘要 ( 3104 )  
    结合目前国产数控相贯线切割机普遍配备双倾角构型割炬的技术特点,对传统管材切割工艺进行了改进.通过对传统切割工艺中的几何近似部分进行精确几何建模,获得精确几何解,并通过双旋转自由度构型的割炬,完成基于该精确几何解的切割角精确切割.仿真实验表明:相对于传统的近似切割工艺,该切割角精确切割工艺可有效减少管件端面的有效切割长度,提高了切割速度和时间效率,且切割出的管材端面更符合曲面的几何性质,有利于焊接面之间的曲面匹配度.
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