上海交通大学学报

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对几何计算的一些思考

何援军

2012,46 (02): 167-171.

摘要 ( 2655 )

审视了延续几个世纪的关于“几何”与“代数”的大讨论，分析了几何代数化带来的一些问题；从人类认知的角度探索几何问题几何化之路；阐述几何与画法几何的共性问题，讨论画法几何理论在几何计算中的作用，在几何与画法几何的“大几何”概念下考虑几何计算问题；从构造的角度阐述几何奇异的几何品质，认识几何奇异的根本性，把握几何计算的关键；认为在讨论几何计算时，应该全面应用数学（几何与代数）、工程（画法几何）、计算机（算法）等的理论，找到一个较好的支撑与结合点——以“几何问题几何化”作为它的命题；引入“几何基”与“几何数”，构筑了一个几何问题几何化的框架，建立了几何计算的基础理论与实施方法.

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三阶切触法加工自由曲面无干涉刀位规划

郑刚, 卢耀安, 朱利民

2012,46 (02): 172-177.

摘要 ( 2899 )

基于三阶切触法刀具包络曲面的局部重建原理，提出了刀具可行空间约束下平底刀加工自由曲面的无干涉刀位规划方法. 通过工件表面到刀具轴线的距离来分析刀具与工件的局部和整体干涉，并解析求解二阶切触刀具姿态，进而建立二阶切触无干涉刀具可行空间. 在此基础上，通过计算设计曲面与包络曲面沿进给垂直方向的诱导法曲率导数，在可行空间内优化搜索最接近三阶切触的刀位. 拉伸曲面和螺旋曲面的刀位规划和切削带宽的计算结果表明，该方法可以有效地避免刀具干涉，并显著提高加工效率.

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自主式水下机器人的光视觉管道探测跟踪系统

曾文静, 徐玉如, 万磊, 张铁栋

2012,46 (02): 178-183.

摘要 ( 3760 )

研究了自主式水下机器人（AUV）利用单目光视觉系统对水下管道的检测跟踪问题，对实现该方法的各个过程从硬件组成和软件体系结构两方面进行了阐述，从而完成了一整套水下光视觉系统的软、硬件设计. 分析了水下管道图像的特点，结合该特点阐述了图像预处理过程，提出了一种改进的Hough变换方法，改善了管道边界的提取效果. 同时采用管道参考区域预测方法，提高了管道的检测率以及实时性，并利用水池试验对系统的可行性和有效性进行了验证.

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无磁液压马达伺服系统的长管道效应

璩金超, 王旭永, 代勇, 陶建峰, 扬飞鸿

2012,46 (02): 184-189.

摘要 ( 3355 )

针对无磁液压马达伺服系统对无磁环境的特殊要求，需要将能产生电磁干扰的伺服阀和无磁马达通过长管道远距离配置.为了研究长管道对无磁液压马达伺服系统性能的影响，在精确管道模型的基础上建立了有管道效应的阀控马达伺服系统数学模型，利用计算机仿真分析了管道效应对伺服系统频率响应的影响.仿真结果得出了管道长度、直径和其他系统参数对系统的影响规律，揭示了长管道效应会大幅降低阀控马达伺服系统的液压固有频率和液压阻尼比，并通过实验进行验证.采用三闭环反馈控制策略代替传统的简单比例-积分-微分（PID）控制策略，在一定程度上抑制了管道效应带来的不利影响.

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水下自重构机器人的自动对接控制

李家旺, 葛彤, 吴超, 王旭阳

2012,46 (02): 190-194.

摘要 ( 3137 )

讨论了平面内水下自重构机器人的2个模块间的对接控制问题. 根据传感器信号强度与模块相对坐标的误差之间的关系，给出了对接控制问题的优化目标函数. 考虑到模块的运动学方程可逆，将该问题分解成了3个自由度上的子优化问题. 依据对中法思想，给出了各自由度上自动搜索的优化目标函数，并设计了相应的调整控制律. 建立了模块的逆运动学离散方程，并设计了一种稳定化修正格式以提高数值计算精度. 仿真实验结果表明，所提出的自动对接控制算法能够很好地实现模块之间的对接.

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水下机器人自适应S面控制

李岳明, 庞永杰, 万磊

2012,46 (02): 195-200.

摘要 ( 4265 )

以某机器人为研究对象，使用S(Sigmoid)面控制方法构造了速度控制器并分析了该控制器的稳定性. 参考滑模变结构控制思想，提出了参数自适应S面速度控制器，使控制参数根据运动状态自适应调整. 同时，为了提高S面位置控制器的适应性，改进了控制器的自适应调整项，增强了控制器消除稳态误差的能力，实现了S面控制器局部动态调整. 水池中的对比实验和海洋验证实验表明，改进方法获得了良好的控制效果，有效提高了水下机器人运动控制的适应性.

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基于气动人工肌肉的混合位置跟踪控制

沈伟1, 施光林2

2012,46 (02): 201-206.

摘要 ( 3330 )

针对一种气动人工肌肉驱动的弹簧质量位置控制系统，设计了一个带有自适应模糊小脑模型（Cerebellar Model Articulation Controller，CMAC）在线逼近的离散趋近律滑模混合控制器.该混合控制器中离散趋近律滑模策略产生控制器的输出；自适应模糊CMAC用以逼近气动人工肌肉系统中的不确定项.CMAC网络权值的在线学习调整保证了自适应模糊CMAC的逼近性能.对离散抗饱和PID控制器（DASPID）与自适应模糊CMAC离散滑模混合控制器（HybridC）的位置跟踪控制性能进行了对比实验.实验结果表明，HybridC较之DASPID有更好的位置跟踪控制性能.当期望参考输入为正弦信号时，DASPID的最大位置跟踪误差为±15 mm；而HybridC的最大位置跟踪误差仅为±07 mm，平均位置跟踪误差大约仅为±02 mm.并且，离散滑模所固有的抖振现象得到了有效的抑制.

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移动机器人定位的自适应功率调节射频识别系统

王景川, 方毅, 陈卫东

2012,46 (02): 207-212.

摘要 ( 3433 )

针对超高频UHF (Ultra High Frequency)射频识别RFID (Radio Frequency Identification)技术，提出了一种应用于移动机器人自定位的RFID自适应功率调节方法.在粒子滤波算法中，采用马氏距离作为粒子权重的评价函数，避免了粒子分离问题；同时，给出了粒子滤波定位性能的评价指标，并依此动态调节RF（Radio Frequency）功率，来适应当前局部环境中标签的分布特征.实验结果表明，该方法定位精度较高且一致性较好，同时优化了系统能耗.

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基于多目标优化的移动机器人避障算法

杨晶东1, 杨敬辉2, 蔡则苏3

2012,46 (02): 213-216.

摘要 ( 4674 )

针对移动机器人自主导航过程中由于过多寻求当前时刻最优路径或最优解而产生死锁或震荡现象，提出了一种动态变化权重的移动机器人行为融合避障算法.该算法利用多目标优化方法获得移动机器人最有效解，并把指定目标的移动机器人避障导航过程分解为3个子行为避障系统.通过动态改变子行为函数的权重和优先级，实时获得当前时刻最满意路径或最有效路径.实验结果表明，该算法可在确保避障过程鲁棒性前提下，有效地改善避障导航的安全性和平滑性。

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基于Vxworks的DP3动力定位
控制系统设计与分析

王芳, 万磊, 姜大鹏, 徐玉如

2012,46 (02): 217-222.

摘要 ( 3505 )

为了满足深海油气资源开发对动力定位系统可靠性的需求,根据船级社对附加标志为DP3动力定位系统的规范要求,在Vxworks实时操作系统下设计了三模冗余的动力定位控制系统.基于PC104总线设计了冗余动力定位控制系统的硬件体系结构. 采用软件实现了三模冗余实时控制计算机组的控制解算与容错管理.应用马尔可夫过程对所设计的DP3级动力定位控制系统进行了可靠性分析,预测了不同的硬件故障参数对DP3动力定位控制系统可靠性的影响.分析结果表明,所设计的DP3动力定位控制系统具有较高的可靠性.

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大尺寸三维激光测量系统标定方法

郭扬a, 杜正春a, b, 姚振强a, b

2012,46 (02): 223-227.

摘要 ( 2874 )

研究了一种基于平面几何射影变换原理的三维激光测量系统标定方法. 根据测量系统中激光扫描平面的旋转特点，基于平面射影变换中直线不变的映射关系建立了标定对象表面被测点在不同参考系之间变换的约束关系，并采用封闭运动链思想定义系统参考系空间刚体变换关系，将系统标定问题转化为世界坐标系下系统内参数矩阵和外参数矩阵的求解. 通过空间变换关系得到上述2个矩阵的解，实现系统的标定. 该方法标定装置简单、速度快、稳定性好，能够满足实际工程应用中的需求.

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惯性权自适应调整的量子粒子群优化算法

黄泽霞1, 2, 俞攸红3, 黄德才1

2012,46 (02): 228-232.

摘要 ( 5320 )

针对量子粒子群的惯性权值β线性递减不能适应复杂的非线性优化搜索过程的问题，提出了一种惯性权自适应调整的量子粒子群优化(DCWQPSO)算法.在该算法中，引入了量子粒子群进化速度因子sd和聚集度因子jd，并将惯性因子β表示为sd，jd2个参数的函数.在每次迭代时，算法可根据当前量子粒子群进化速度因子和聚集度因子动态地调整惯性权值，从而使算法具有动态自适应性.对典型的标准函数的测试结果表明，与量子粒子群算法相比，改进后的量子粒子群优化算法的收敛速度明显提高.

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多孔小波和非下采样滤波器组去除遥感图像的多种噪声

徐华楠, 刘哲, 刘灿

2012,46 (02): 233-238.

摘要 ( 3725 )

结合àtrous小波变换和非下采样轮廓波变换的优点,提出一种基于àtrous非下采样轮廓波变换的遥感图像去噪方法.该方法用非抽取离散小波变换的àtrous算法对图像进行多尺度分解,然后用非下采样的多方向滤波器组对得到的细节分量进行多方向分解.对含有多种噪声的遥感图像,àtrous非下采样轮廓波变换将图像中不同种类的噪声分解到不同的小波系数分量中,使得可以根据噪声特性选择最合适的去噪方法,比用一种方法去除所有类型的噪声更科学且去噪效果更好.

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重用抗体优良片断的免疫进化算法

杨观赐1, 2, 马鑫1, 李少波1, 2, 钟勇2, 于丽娅1

2012,46 (02): 239-244.

摘要 ( 2801 )

基于克隆选择原理与算法,通过分析具体现象阐述了改进克隆选择算法的思想来源,设计了挖掘抗体中优秀决定基因并生成记忆集、封装优秀决定基片段、用变异抗体群中亲和度高的抗体按概率替换记忆抗体群中低亲和度抗体的方法，获得了重用抗体优良片断的克隆选择算法.借鉴强度Pareto进化算法的进化框架,提出了重用抗体优良片断的免疫进化算法.该算法通过克隆选择替代选择、交叉、重组等遗传操作.在一组0/1背包问题上的测试结果表明,所提出的算法可以有效保持种群多样性,获得较高质量的Pareto非劣解集.

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基于三维直方图聚类特性的非监督图像变化检测方法

孙文邦1, 2, 唐海燕1, 陈贺新2, 吴迪1

2012,46 (02): 245-249.

摘要 ( 3293 )

针对图像非监督变化检测算法进行了研究，提出了一种新的检测方法. 基于差异图像的三维直方图聚类特性，利用改进的一维最大熵寻找三维直方图最佳的平面阈值和平面方向；由其共同确定三维直方图的最佳划分平面，将三维直方图划分成变化聚类和非变化聚类；再根据三维直方图聚类划分结果完成差异图像的变化检测. 理论分析和实验结果表明，该方法相对传统检测方法具有更好的检测性能.

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一种用于方向预测的集成学习算法

付忠良

2012,46 (02): 250-058.

摘要 ( 4054 )

对用方向向量标识示例的学习问题，以预测方向与实际方向之间的方向误差最小化为目标，提出了一种可用于方向预测的集成学习算法，详细分析了构造多个预测函数以及组合各个预测函数以实现方向的最优化预测方法. 提出的算法具有广泛的应用特性：当用不同的轴向来标识类别时，可简化得到多分类连续AdaBoost算法，其能确保训练错误率随分类器个数增加而降低；用错分代价组成的向量来标识示例时，可简化得到一种平均错分代价最小化的集成学习算法. 理论分析和实验结果均表明了算法的合理性和有效性.

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可证安全的常数长度无证书聚合签名方案

陆海军, 于秀源, 谢琪

2012,46 (02): 259-263.

摘要 ( 3463 )

针对无证书密码体制可以解决基于身份的公钥密码体制的密钥托管问题和基于证书的公钥密码体制的公钥认证问题，构造了无证书聚合签名的可证明安全模型，并提出了一个具体的签名长度与人数无关的聚合签名方案.基于计算性DiffieHellman难题，在随机预言模型下，证明了提出的方案可以抵抗适应性选择消息和身份的存在性伪造攻击.

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一种带验证和撤销的组密钥分发方案

温蜜1, 刘秀树2, 李婧1, 王勇1

2012,46 (02): 264-268.

摘要 ( 3407 )

提出一种在无线传感器网络中具有正确性验证和头结点撤销功能的组密钥更新方案. 通过建立组密钥之间的冗余关联，实现了在不增加结点负担的情况下,合法结点利用当前广播消息和自身秘密恢复丢失的组密钥. 利用撤销多项式实现对结点和头结点的撤销,此外还能提供密钥的正确性验证. 分析表明，在没有增加计算开销和通信开销情况下本方案具有更好的安全性.

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基于贪婪启发式的多期多目标动态网络选址

朱伟a, 徐克林a, 周炳海a, 许金超b

2012,46 (02): 269-275.

摘要 ( 3712 )

为弥补现有选址模型考虑需求变化及客户满意度的不足，研究了随机需求环境下的配送中心选址并设计了衡量客户满意度的函数. 运用随机机会约束规划为基本建模工具，将模型设计拓展到多期规划决策领域并构建了动态多期多目标选址模型，模型不仅考虑了最小化配送中心运作成本，而且考虑了客户最大满意度；运用主要目标法将多目标选址模型转化为单目标选址模型，采用满意度高优先的客户指派原则设计了贪婪启发式求解算法. 算例结果表明，模型的非劣解包含了传统的以最小化物流成本为目标的选址模型的最优解，从而为配送中心选址提供更加灵活全面的决策依据.

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数字取证平台技术的研发

杨中皇

2012,46 (02): 276-279.

摘要 ( 3298 )

面对高科技的犯罪案件，取证人员已无法采用传统的方式采集完整的数字证据，须藉由取证工具的辅助以收集与分析数字证据，用科学的方法产生取证报告. 文中探讨计算机取证与手机取证的技术与工具，并自行设计与开发相关的取证雏型系统. 已开发完成的取证系统可以收集Windows/Linux计算机与Android手机数字证据，进行系统分析，且可尝试还原删除的信息并找出与案件相关的犯罪证据.

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可逆式JPEG 数据隐藏

郭文中1, 郭绍宏2

2012,46 (02): 280-284.

摘要 ( 3189 )

针对数字化图像文档因随着数字相机像素质量的提升而变大，使其在网络传输过程中耗费更多传输时间的问题，提出了一种结合JPEG (Joint Picture Experts Group)数据压缩的可逆式隐藏技术，运用该技术可缩短影像传输的时间并且在影像传输的同时可传达隐藏的秘密数据.实验结果证明，文中所提技术可成功实现具有压缩的可逆式数据隐藏.

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序列快速傅里叶攻击的改进

王晶晶, 陈克非

2012,46 (02): 285-288.

摘要 ( 2570 )

基于序列快速离散傅里叶攻击不适合实际应用场景中伪随机序列发生方式复杂、序列常不连续等特点，提出了改进的傅里叶攻击算法，放宽了原攻击条件，允许序列发生器包含记忆位等.改进的傅里叶攻击算法在蓝牙加密算法上验证了其有效性.通过结合傅里叶谱性质及滤波思想，可以提高傅里叶攻击算法的效率，改进后的算法用序列的位移叠加取代了快速离散傅里叶攻击在有限域解方程的耗时操作，大幅降低了攻击的计算复杂度.

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基于无硬盘Honeypot的入侵防御系统

叶禾田, 蔡昀璋

2012,46 (02): 289-295.

摘要 ( 2787 )

通过DRBL(Diskless Remote Boot in Linux)建立无硬盘环境的诱捕系统（Honeypot system），并融合入侵防御系统优越的入侵检测与防御能力，使入侵防御系统不仅能检测恶意活动也具备诱捕功能.当检测出恶意行为时及时警告网络管理人员，并立即将恶意行为引导至Honeypot，由与恶意行为互动的过程，详细纪录其活动行为、入侵方法、入侵管道，以供网管人员日后进行系统修补更新时参考，可大幅减少系统漏洞和大幅提升系统安全性.

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尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响

张曦, 苏玉民, 王兆立

2012,46 (02): 296-300.

摘要 ( 3108 )

研究了尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响. 设计了一套摆尾仿生推进装置，实验分析了仿金枪鱼、仿海豚、仿白鲸3种尾鳍的推进性能. 同时采用数值方法对尾鳍的水动力性能进行了计算. 实验和数值结果表明，仿金枪鱼尾鳍的平均推力系数和输入功率系数最小，推进效率最高. 对尾涡的分析表明，仿金枪鱼尾鳍尾涡强度最弱，分布范围最小.

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40Cr 钢的高温蠕变行为

杨垂锦, 陈巨兵

2012,46 (02): 301-305.

摘要 ( 3648 )

研究了40Cr钢在不同温度和应力水平下的蠕变行为，并根据实验数据绘制得到蠕变曲线.在实验条件下，40Cr钢的蠕变曲线呈现出较长的稳态阶段和较短的减速阶段与加速阶段.并且其蠕变的稳态速率可以用NortonPower规律来描述，蠕变数据符合MonkmanGrant关系的一般形式.同时，基于实验数据，建立了40Cr钢高温蠕变的非线性本构方程，并通过最小二乘法确定本构方程中的参数.将该本构方程计算得到的结果与实验数据进行了比较，发现用该本构方程可以较好地描述40Cr钢的蠕变行为.

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