郑州大学学报(工学版)

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2025年10月22 00:00

二〇二四年总目次

2025年10月22 00:00

IRS辅助无线感知系统的安全性能优化

2025年10月22 00:00

为解决多雷达场景下非法雷达(URS)窃取目标信息的感知安全问题,提出了一种基于智能反射表面(IRS)辅助的安全无线感知系统模型。该系统将具有感知功能的IRS安装于目标上,并采用两阶段感知方案。第1阶段:通过IRS感知单元估计所有雷达的角度信息;第2阶段:根据估计结果设计IRS反射系数以最大程度降低URS感知概率。具体地,在保证合法雷达(LRS)信噪比约束以及IRS反射相移模约束条件下,构建了一个最小化最大URS信噪比的优化问题,并提出了一种基于Dinkelbach和半正定松弛(SDR)技术的迭代优化算法。仿真结果表明:相比未安装IRS方案,LRS信噪比提升约3 dB,URS信噪比降低约12 dB,所提方案显著提升了系统安全性能。

基于伪孪生网络的无监督学习多语言神经机器翻译方法

2025年10月22 00:00

无监督神经机器翻译采用单语数据进行训练时会产生大量噪音信息,使得机器翻译模型在训练迭代过程中的误差不断积累,影响翻译效果。针对此问题,在跨语言预训练模型(XLM)的基础上,提出了一种基于伪孪生网络的无监督神经机器翻译方法。该方法将模型编码器分为两个模块,其中伪孪生网络部分引入了一种噪声过滤门机制,利用其对编码过程中的噪音特征进行过滤,使得模型能够更好地学习源语言和目标语言之间的映射关系。实验结果表明:在英语同德语、法语、罗马尼亚语3种语言之间的交互翻译任务中,所提方法相较于基线系统平均提升了3.5百分点,证明了其翻译效果的优越性,并使用消融实验对该模型各组件进行了有效性验证,同时在德译英翻译任务中模拟了该方法在不同噪声条件下的性能测试,表现出较好的抗噪性。

融合多模态信息的知识感知推荐方法

2025年10月22 00:00

图片、文本等多模态信息具有语义互补性,能够有效增强知识图谱中的实体表示,从而提高推荐的准确率和可解释性。通过分析推荐系统中具有语义相关性的多模态数据特点,提出了一种融合多模态信息的知识感知推荐方法。在知识图谱传播的基础上,整合与图谱中实体语义相关的多模态信息,并将其与对应的实体进行特征融合,用来丰富实体表示,以便探索用户潜在的兴趣偏好。该方法充分考虑了多模态信息间的依赖性和交互性,采用模态间注意力关注各模态的重要信息,获取具有语义关联的多模态嵌入特征;通过门控注意力将实体对应的多模态嵌入特征与实体表示融合,进一步丰富实体的多模态语义信息,从而增强用户和项目的表示。为了验证方法的有效性,在MovieLens-1M和Book-Crossing数据集上进行实验,并与RippletNet、KGAT、CKAN、LKGR、COAT、CKE、KGCN、SKGCR和KGCL这9种方法进行对比分析,实验结果表明:所提方法在AUC和ACC上均优于对比方法;在MovieLens1M和Book-Crossing数据集上,所提方法的AUC分别为0.936 6和0.763 7,与其他模型的平均值相比,增幅为0.027 2和0.029 1;所提方法的ACC分别为0.862 3和0.708 9,与其他模型的平均值相比,增幅为0.028 3和0.030 5。

基于特征转换和少数类聚类的微生物数据扩增算法

温柳英, 郑天浩 — 2025年10月22 00:00

微生物数据的高维、高零值率特性及少数类样本稀缺导致的类别不平衡,显著降低了分类器的少数类识别能力,而现有扩增算法对高不平衡比(IR)敏感且难以有效合成样本。针对此问题,提出了一种基于特征转换和少数类聚类的微生物数据扩增算法(FTMC)。首先,该算法在特征转换阶段采用主成分分析算法对高维数据进行降维,以缓解数据强稀疏性问题;其次,在少数类聚类阶段,使用K-means算法捕捉少数类的局部特征,获得多个聚类;再次,在聚类筛选阶段,基于每个聚类的密度和难度,结合IR和权重比来计算其权重值,并以此筛选出核心聚类子集,用于后续样本生成;最后,在样本扩增过滤阶段,利用线性插值算法,对筛选后的每个核心聚类进行样本扩增,并使用局部异常因子算法过滤异常点,确保扩增样本的质量。在12个微生物数据集上进行实验,并在3个分类器下对比8个同类型采样算法的性能,结果表明:FTMC生成的样本更具多样性,在Recall指标上平均提高了26.42%,证明该算法能正确识别更多的阳性样本。

基于适应度地形分析的优化算法调度方法

朱晓东, 任春晓, 刘晓兰, 陈　科, 余春明 — 2025年10月22 00:00

由于不同的优化问题具有不同的适应度地形,而一种优化算法通常只在某一种适应度地形上有更好的效果,因此,提出了一种基于适应度地形分析的优化算法调度方法(FL-AMAS)。首先,通过提取优化目标函数的局部峰簇数特征来描述优化问题的地形特征,根据地形特征选择相应具有优势的算法,利用对算法的调度发挥不同算法的最大优势;其次,根据优化问题对探索性与开发性的平衡要求,选择了具有高开发能力的哈里斯鹰优化算法(HHO)和具有高探索能力的差分进化算法(DE)作为调度使用的算法,根据不同的适应度地形特征来选择更适合的算法。实验结果表明:在基准测试集上,相较于单独使用HHO,FL-AMAS在收敛性能上提升了75%;与DE算法相比,FL-AMAS收敛性能提升了40%。将FL-AMAS与6种先进算法进行比较,在75%的基准测试集上,FL-AMAS的收敛精度均优于这些算法。通过调度其他类型优化算法的结果进行对比,也验证了所提调度方法的有效性和扩展性。

基于基因重组知识蒸馏策略的对抗攻击方法

刘明林, 周传金, 王润泽, 王　超, 曹仰杰 — 2025年10月22 00:00

针对传统集成攻击方法存在因计算资源(包括训练数据和训练时间)需求高而在应用中受限制的问题,提出了一种基于基因重组的低计算复杂度集成攻击方法,通过生成更多样的集成模型来增强现有对抗攻击的迁移性。首先,将基因重组思想引入知识蒸馏领域,在此过程中,学生模型被视为独立个体,其参数被看作该个体的基因,每一轮的蒸馏学习视为基因的一次进化;其次,通过在进化过程中随机交换学生模型的参数,实现了人为的基因重组,从而获得更优的后代基因,通过设置不同的蒸馏温度,能够获得多个多样化的学生模型;再次,将这些多样化的学生模型与源教师模型进行集成;最后,使用集成模型生成迁移性更强的对抗样本。在ImageNet验证集子集上的实验结果表明:相较于其他算法,所提方法显著提高了对抗样本的迁移性。以ResNet152作为源模型并采用PGD攻击为例,所提方法在11种黑盒模型上的迁移攻击成功率表现最优,比基线PGD方法平均提高了34.52百分点,比PGI方法平均提高了5.30百分点,比DGM方法平均提高了2.12百分点。

基于CSI主成分分割的人体动作识别方法

2025年10月22 00:00

传统的基于信道状态信息(CSI)进行人体动作识别的方法具有输入数据冗余、提取特征单一等问题。基于此,提出了一种基于CSI主成分的双层滑动窗口机制分割的人体动作识别方法。首先,对振幅进行去异常值、降噪,对相位进行线性校准、降噪;其次,利用基于主成分分析的双层滑动窗口机制对预处理后的CSI数据进行活动分割,去除与运动无关的信息,提升模型的训练效率;再次,通过卷积神经网络与双向循环门控单元对CSI数据的空间和时间两个维度进行分析,并融合多头注意力机制聚焦关键信息,实现对人体动作的高精度识别;最后,在WiAR和BAHAR两个公开数据集上进行实验验证,结果表明:所提方法可以有效地对多种环境下的多种人体活动进行识别,并减少50%的数据量,WiAR数据集准确率达96.53%,极大改善了输入数据冗余和提取特征单一问题,所提方法优于其他现有的识别方法。

预测ICI治疗响应的凹惩罚Logistic回归模型

穆晓霞1, 张红梅2, 宋学坤3, 李钧涛4 — 2025年10月22 00:00

为提升黑色素瘤患者对免疫检查点抑制剂(ICI)治疗响应的预测准确性,提出了一种整合批量RNA测序和单细胞RNA测序数据的新方法。首先,通过皮尔逊相关性分析构建患者-细胞相关性矩阵,采用Louvain算法对单细胞RNA测序数据进行细胞分群;其次利用CellChat工具量化细胞群在免疫响应相关通路中的重要性;最后,通过引入基于细胞间通信网络构建的细胞群重要性评价准则,并结合群极小极大凹惩罚,提出了二重群极小极大凹惩罚Logistic回归模型(DMCPLR)。在GSE35640数据集上的实验表明,DMCPLR模型的预测准确率达到80.18%,精确率、召回率和F1分数分别为82.24%,89.71%和85.11%,显著优于包括Lasso回归和随机森林在内的14种对比方法的性能,同时,将致命错误率降至8.30%。消融分析实验证实,细胞群权重机制和L2正则化项的引入能够提高模型的性能。

基于数据驱动的风电场等效建模及主动尾流控制

张建华, 张梦佳, 黄德豪, 赵　思 — 2025年10月22 00:00

为减小尾流干扰对风电场的总输出功率的影响,在提出的风电场偏航优化控制框架中,设计了一种Informer神经网络算法,建立了面向偏航控制风电场输出功率等效模型。在此模型的基础上,进一步提出了以风机偏航角为决策变量的场级输出功率最大化问题,采用粒子群优化算法进行求解,以获得各风力机的最优偏航角,从而有效减小场间尾流干扰。首先,搭建了一个由14台风机组成、布局为Penmanshiel风电场的模拟风电场;其次,利用风力数据对风电场进行等效建模,并将Informer模型结果与LSTM、GRU、RNN、Transformer等模型结果进行对比。结果表明:所建立的Informer智能等效模型能较好地契合风电场的实际特性,将所提算法与螳螂搜索算法进行比较,在风速10 m/s、风向195°的风况下,所提算法使得风电场总功率提升了1.94 MW;在连续风况(某日实测风数据)下,风电场总功率平均提升292.97 kW,提升效果均优于螳螂搜索算法,验证了所提算法能很好地提高风电场整体输出功率。

考虑光伏预测误差和并网波动率的储能容量配置

2025年10月22 00:00

为满足并网要求并保障电力系统的稳健运行,提出了一种以降低光伏预测误差、平抑并网功率波动以及最小化等年值成本为目标的双层优化模型。上层规划旨在实现等年值成本最小化,其成本构成包括系统的投资、设备更换、维护费用以及碳排放效益成本。为提升系统经济性,提出了一种模糊遗传粒子群算法对模型进行优化分析;在下层规划中,模型以最小化预测误差和并网波动率为目标。基于超级电容器和蓄电池的不同特性,构建了充放电功率分配策略,从而提升系统的响应速度和延长蓄电池循环寿命。采用求解器进行控制,以实现对光伏预测误差的补偿和平滑光伏输出波动。最后,基于上述模型构建模型评估指标函数,并以某光伏电站为例进行案例分析,结果表明:所提算法在此模型中拥有更快的收敛速度和更寻优能力,同时优化后模型相较于优化前,预测误差的RMSE、MAPE分别降低99.95%和99.97%;最大并网波动率降低96.08%,验证了所提策略的有效性和实用性。

考虑多类型极端天气的配电网多维韧性评估方法

2025年10月22 00:00

全球极端灾害频发,极端天气事件严重威胁配电网安全运行。为提高配电网应对极端灾害的韧性,提出了一种多类型极端天气模型及多维韧性评估方法。首先,基于台风、暴雨及冰暴灾害影响机理,构建统一的配电网元件故障率模型,并利用蒙特卡洛采样与K-means聚类算法筛选典型故障场景;其次,提出基于综合权重法的多维韧性评估指标体系,涵盖防御力、适应力和恢复力,并构建多源协同优化的灾后恢复模型以验证所提韧性评估方法的有效性;最后,以IEEE33节点和IEEE69节点系统为例,对比加固线路、分布式电源动态调度、提高移动电源容量3种措施。结果表明:所提方法较传统主观赋权评估法得分提升11.2%,评估结果更加准确全面。

贝叶斯变点检测的滚动轴承剩余寿命预测方法

2025年10月22 00:00

针对滚动轴承运行退化呈现随机变点的多阶段特征,提出了一种新型的多阶段退化过程剩余寿命预测方法。首先,以离线历史数据估计各阶段模型的先验参数;其次,针对单一在线设备,通过贝叶斯变点检测方法进行变点的实时检测,采用贝叶斯更新方法在变点出现前对第1阶段参数进行更新,变点出现后对第2阶段进行更新;最后,利用多阶段模型进行剩余寿命预测。数值仿真和实例研究结果表明:基于贝叶斯变点检测的滚动轴承寿命预测方法可以提高85%的变点检测精度,进而实现高精度的多阶段剩余寿命预测。

考虑众包员供给动态性的末端配送优化方法

李嫚嫚, 雷海泷, 赵博选 — 2025年10月22 00:00

考虑众包员供给动态性,针对自营配送员与众包员共存情景,提出了一种末端配送优化方法。以众包员报酬、客户指派方案以及多行程车辆路径为待优化决策,基于时空网络建立客户服务约束、载重约束、时间窗约束以及车辆-众包员时空协同约束,构建以最小化配送成本为目标的混合配送优化模型。根据问题特征改进最小成本插入法、设计10种破坏算子,并依据模拟退火算法思想接受差解改进自适应大邻域算法求解模型,获取末端配送方案。结果表明:对于100个客户的案例,改进自适应大邻域算法以平均48.5 s获得的配送成本比GUROBI耗时1 h的更低,平均降低了24%;与模拟退火相比,改进自适应邻域算法获得的配送成本也更低,最大降低了5.5%。协同自营配送员与众包员的混合配送模式比自营配送模式的配送成本低;混合配送模式适用于时间窗紧凑、车辆行驶成本高、就业机会少的末端配送场景;众包员供给动态性显著且随机地影响混合配送模式的配送成本。

基于光滑整形器的水电定子测量臂残余振动抑制

梁　杰, 胡城君, 杨　炯, 高　琳 — 2025年10月22 00:00

水轮发电机定子圆度的测量主要依靠人工推动测量臂至多个待测点完成评价,该过程费时费力。为进一步提高测量效率,设计了一套定子圆度测量系统,用光滑整形器(SIS)对测量臂停止阶段的残余振动进行抑制。首先,利用仿真对SIS整形器和已有的零振动整形器(ZV)、零振动一阶微分整形器(ZVD)和极不敏感整形器(EI)在残余振动、时滞和灵敏度3个方面进行对比;其次,通过实验测试平台对上述整形器的效果进行测试;最后,在青海羊曲水电站进行了现场测试。结果表明:SIS鲁棒性最好,在系统参数不够精确时,对其抑振效果的影响最小;当系统阻尼比和固有频率不够准确时,SIS整形器仍能实现较好的抑振效果,对测量臂末端残余振动峰值抑制率为91.6%;具备SIS整形器的定子圆度测量系统在保证精度的同时,将定子圆度测量时的振动衰减时间减少了87.9%。

TBM三滚刀协同线性切割和回转切割破岩数值模拟

2025年10月22 00:00

全断面隧道掘进机TBM掘进过程中刀盘上的盘型滚刀存在协同破岩过程。为了研究滚刀协同破岩对TBM破岩效率的影响,采用有限元数值模拟方法,分析了三滚刀线性切割协同破岩和回转切割协同破岩对TBM破岩效率的影响。根据临空面数量将三滚刀协同破岩划分为同次破岩、顺次破岩、由内向外破岩、由外向内破岩4种模式,结果表明:有两个临空面的由外向内破岩的破岩滚动力、法向力以及比能的整体趋势均最小,即4种破岩模式中由外向内破岩效率最高;当刀间距与贯入度的比值为30时,滚刀破岩比能最小,破岩效率最高;滚刀线性切割试验数据向回转切割试验数据转化时,滚动力和比能的换算系数均为1.35,法向力的换算系数为0.87。该结论为TBM运行过程中操作参数的设置以及刀盘的设计提供了理论依据。

融雪盐环境下低放热高聚物材料的冻融损伤特征

2025年10月22 00:00

针对盐冻融环境对低放热高聚物材料的影响,研究了低放热高聚物材料在盐溶液(CaCl2、CH3 COOK)和纯水中冻融循环后的吸水率、质量和抗压强度的变化规律。首先,开展电镜扫描(SEM)试验,从微观角度分析材料的质量和抗压强度损失机理;最后,根据损伤力学理论,以质量损失率和抗压强度损失率为参量,推导损伤变量D,建立冻融损伤演化方程。结果表明:随着冻融循环次数增加,材料的吸水率先增加后略微减小,而质量和抗压强度逐渐减小,表明材料受到一定的冻融损伤,冻融损伤来自材料内部胞体结构的变形和破裂;材料在盐溶液,尤其是CaCl2溶液中的冻融损伤更大;冻融200次后,不同密度试件在CaCl2溶液中的平均质量损失和平均强度损失分别约为纯水中的1.7倍和1.5倍,密度越大,材料的抗冻融能力越强。

花园口-夹河滩段湿地景观格局变化及水沙要素响应关系

2025年10月22 00:00

黄河下游花园口至夹河滩段湿地是黄河廊道生态系统的重要组成部分,其形成、演变和退化与黄河独特的水沙情势变动相关。为明确该区段不同类型湿地景观格局演变特征及其对径流量、输沙量和水位等水沙要素变化的响应机制,以黄河下游花园口至夹河滩段为研究区,利用1994—2023年12期Landsat卫星影像构建湿地景观数据库,通过土地利用转移矩阵和景观格局指数,定量分析湿地类型的时空变化、斑块特征和景观结构;并结合花园口水文站的径流量、水位、输沙量等数据,重点揭示湿地不同类型景观格局特征与水沙要素之间的响应关系。结果表明:①1994—2023年花园口站径流量呈上升趋势,输沙量与水位整体呈下降趋势;②研究区内河流、坑塘、滩涂和荒草等湿地类型的面积整体呈萎缩态势,年均减少5.90 km2,湿地向耕地的转化最为显著;③景观水平上,调水调沙政策实施后,湿地景观整体连通性增强,景观丰富度和均匀度有所提升且趋于稳定;④坑塘、滩涂和荒草湿地中最大斑块指数、平均斑块面积、蔓延度指数与花园口站输沙量以及水位有显著的相关关系,与输沙量的相关关系较强。研究结果可为黄河流域湿地生态保护和修复提供理论依据。

下游边墩平面闸门门槽受剪承载力

2025年10月22 00:00

由于缺乏系统研究,长期以来《水工混凝土结构设计规范》要求对承受较大闸门推力的平面闸门门槽进行受剪承载力复核却未能给出计算公式。作为规范修订专题研究,针对侧边和末端自由的边墩下游门槽开展了受剪承载力试验研究。以拉西瓦水电站进水口事故闸门门槽为原型,进行了两批次共14个事故闸门门槽结构的受剪承载力静力试验,研究了门槽结构受剪破坏过程和破坏形态,讨论了门槽结构受剪承载力的影响因素,基于影响因素分析和试验结果回归,提出了下游门槽受剪承载力计算公式以及门槽尺寸和混凝土强度的下限要求,并应用于实际工程。研究表明:门槽结构的受剪破坏为脆性破坏,破坏模式为起始于门槽内缘的裂缝在剪力作用下倾斜伸入下游墩墙形成斜向裂缝,余留混凝土不足以承担闸门推力时,门槽结构发生破坏;混凝土抗拉强度、横向钢筋用量以及闸墩颈部宽度与门槽受剪承载力正相关,其中横向钢筋用量的影响有上限。所提出的计算公式可用于复核平面闸门门槽结构受剪承载力。