郑州大学学报(工学版) /oa 封面-目录-封底 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2024030801 Cover - Table of Contents - Back Cover 2024年03月06 00:00 2024年02期 0 0 573375 跨临界 CO2 循环系统控制优化策略的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202311001 控制策略作为跨临界 CO2 循环系统的重要组成部分,是保证系统高效节能运行的关键。 介绍了系统最优 排气压力经验计算和泊金汉 π 定理的反馈控制、基于梯度追踪和极值寻优的实时在线控制以及基于神经网络的预 测控制等,详细分析了系统控制策略的发展历程和未来发展趋势,并总结如下:离线控制建立简单、成本低,但易受 到环境因素和系统部件变化的影响而导致控制性能降低;实时在线控制策略可以实时追踪系统最大能源效率对应 的排气压力,但由于寻优过程费时较长,导致控制系统的收敛时间过长;模型预测控制系统可以实现实时优化和快 速收敛,有着良好的发展前景。 结合新能源汽车、建筑供暖、轨道交通、商超冷藏、军工等实际场景对跨临界 CO2 循 环系统控制策略的应用特点和未来发展趋势进行分析,进一步说明了提高控制策略的适用性是未来研究的重要方 向,并分析将广义预测控制、强化学习等具有自适应属性的方法应用于跨临界 CO2 循环系统控制策略的可行性,同 时探讨了开发适用于大规模循环系统和储能系统控制策略在我国“双碳”背景下的重要意义。 2024年03月06 00:00 2024年02期 1 11 5023204 王定标<sup>1,2</sup>, 段鸿鑫<sup>1,2</sup>, 王光辉<sup>1,2</sup>, 申奥奇<sup>1,2</sup>, 刘鹤羽<sup>1,2</sup> ,秦翔<sup>1,2</sup> 基于轻量化 YOLOv5 的交通标志检测 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202210038 为了提高道路交通标志的检测速度,提出一种基于轻量化 YOLOv5 的改进模型。 首先,使用 Ghost 卷积和 深度分离卷积(DWConv)构建新的主干模块,减少计算量和参数量;引入加权特征融合网络( BiFPN) 结构,增强特 征融合能力;将 CIoU 损失函数替换为 SIoU 损失函数,关注真实锚框与预测的角度信息,提升检测精度。 其次,对 TT100K 数据集进行优化,筛选出标签个数大于 200 的交通标志图片和标注信息共 24 类。 最后,实验结果取得 84%的准确率、81. 2%的召回率和 85. 4%的所有类别平均精确率的平均值 mAP@ 0. 5,相比原始 YOLOv5,参数量减 少 29. 0%,计算量减少 29. 4%,mAP@ 0. 5 仅下降 0. 1 百分点,检测帧率提升了 34 帧 / s。 使用改进后的模型进行检 测,检测速度有了明显提升,基本达到了在保持检测精度的基础上压缩模型的目的。 2024年03月06 00:00 2024年02期 12 19 7053883 张 震, 王晓杰, 晋志华, 马继骏 基于核相关滤波和卡尔曼滤波预测的混合跟踪方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202206005 针对核相关滤波(KCF)跟踪算法在遮挡场景中出现跟踪性能降低甚至跟踪失败的问题,提出了一种核相 关滤波和卡尔曼滤波(KF)预测相结合的模型自适应抗遮挡图像目标跟踪算法 KCF-KF。 首先,考虑到传统 KCF 目 标跟踪算法中缺少遮挡评估的问题,通过引入响应图的峰值旁瓣比来对图像目标的遮挡情况进行判断,并将遮挡 类型划分为部分遮挡和严重遮挡。 其次,根据遮挡程度采取不同的模型更新策略,当目标无遮挡或者部分遮挡时, 替代传统 KCF 跟踪算法中采用固定学习率更新模型的方法,通过自适应地调整模型学习率来更新目标外观模型, 避免跟踪漂移;当目标被严重遮挡时,停止 KCF 模型更新。 最后,应用严重遮挡之前的运动信息构建卡尔曼滤波器 状态空间和位置输出模型,设计卡尔曼滤波算法预测运动目标轨迹来估计遮挡情景下的目标位置,从而解决在遮 挡场景中目标跟踪失败的问题。 采用 OTB-2013 标准数据集进行大量实验,结果表明:所提的混合跟踪算法 KCF&#x2;KF 的距离精度为 0. 796,重叠成功率为 0. 692。 与其他传统跟踪算法相比,该混合算法的跟踪精度和跟踪成功率均 优于其他算法,并且在遇到目标遮挡挑战时具有更好的跟踪性能,有效地解决了跟踪过程中的遮挡干扰问题。 2024年03月06 00:00 2024年02期 20 26 10153679 范文兵, 张璐璐 基于卷积和可变形注意力的脑胶质瘤图像分割 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202210037 对于脑胶质瘤图像分割这类密集预测的医学影像分割任务,局部和全局依赖关系都是不可或缺的,针对卷 积神经网络缺乏建立全局依赖关系的能力,且自注意力机制在局部细节上捕捉能力不足等问题,提出了基于卷积 和可变形注意力的脑胶质瘤图像分割方法。 设计了卷积和可变形注意力 Transformer 的串行组合模块,其中卷积用 于提取局部特征,紧随其后的可变形注意力 Transformer 用于捕捉全局依赖关系,建立不同分辨率下局部和全局依 赖关系。 作为一种 CNN-Transformer 混合架构,所提方法不需要任何预训练即可实现精准的脑胶质瘤图像分割。 实验结果表明:所提方法在 BraTS2020 脑胶质图像分割数据集上平均 Dice 系数和平均 95% 豪斯多夫距离分别为 83. 56%和 11. 30 mm,达到了与其他脑胶质瘤图像分割方法相当的分割精度,同时降低了至少 50%的计算开销,有 效提升了脑胶质瘤图像分割的效率。 2024年03月06 00:00 2024年02期 27 32 3026153 高宇飞, 马自行, 徐 静, 赵国桦, 石 磊 基于图游走和图注意力的点云分类与分割 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202306060 针对点云特征提取中远距离特征和局部几何结构信息欠缺的问题,提出了一种基于图游走和图注意力的 点云分类与分割网络。 首先,利用带有导向性的图游走算法,对点云全局特征补充额外的几何信息和远距离特征 信息;其次,嵌入图注意力机制,使模型聚焦于点云的关键区域,提升网络的特征提取能力;最后,在初始点云中提 取距离特征作为初始残差嵌入到网络中,避免网络过平滑。 在 ModelNet40 数据集、ScanObjectNN 数据集进行了点 云分类实验,在 ShapeNetPart 数据集与 Toronto-3D 数据集上分别进行了点云部件分割与点云语义分割实验,实验结 果表明:相较于基准网络 DGCNN,分类精度分别提升了 1. 3 百分点、5. 6 百分点;分割精度分别提升了 1. 2 百分点、 33. 1 百分点。 通过在 ModelNet40-C 数据集上进行稳健性分析,验证了所提网络具有较强的鲁棒性。 2024年03月06 00:00 2024年02期 33 41 4833490 李文举<sup>1</sup>, 姬倩倩<sup>1</sup>, 沙利业<sup>2</sup>, 储王慧<sup>1</sup>, 崔 柳<sup>1</sup> 基于 CLIP 和交叉注意力的多模态情感分析模型 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202306065 针对多模态情感分析中存在的标注数据量少、模态间融合不充分以及信息冗余等问题,提出了一种基于 对比语言-图片训练(CLIP)和交叉注意力( CA) 的多模态情感分析( MSA) 模型 CLIP-CA-MSA。 首先,该模型使用 CLIP 预训练的 BERT 模型、PIFT 模型来提取视频特征向量与文本特征;其次,使用交叉注意力机制将图像特征向 量和文本特征向量进行交互,以加强不同模态之间的信息传递;最后,利用不确定性损失特征融合后计算输出最终 的情感分类结果。 实验结果表明:该模型比其他多模态模型准确率提高 5 百分点至 14 百分点,F1 值提高 3 百分点 至 12 百分点,验证了该模型的优越性,并使用消融实验验证该模型各模块的有效性。 该模型能够有效地利用多模 态数据的互补性和相关性,同时利用不确定性损失来提高模型的鲁棒性和泛化能力。 2024年03月06 00:00 2024年02期 42 50 3983812 陈 燕<sup>1,2</sup>, 赖宇斌<sup>1</sup>, 肖 澳<sup>1</sup>, 廖宇翔<sup>1</sup>, 陈宁江<sup>1</sup> 基于关键实体和文本摘要多特征融合的话题匹配算法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202306050 随着网络的快速普及,互联网新闻的数量剧增,在这种情况下,如何有效地找到更加符合特定主题的相关 报道成为一个迫切需要解决的问题。 针对这一问题,提出了基于关键实体和文本摘要多特征融合的话题匹配算 法。 首先,使用 W 2NER 模型进行命名实体识别,通过词频、TF-IDF、词的合群性、词词相似度和词句相似度特征,提 取关键的实体。 其次,使用 Pegasus 模型进行文本摘要,通过 BiLSTM 融合关键实体特征与文本摘要特征,得到新闻 文本的深层次语义特征。 再次,使用交叉注意力机制对待匹配新闻进行特征交互,增进彼此的联系。 最后,融合新 闻文本的深层次语义特征和文本交互特征,共同参与文本话题匹配的判断。 在来自于搜狐的真实数据上进行了不 同算法的对比实验,结果表明:所提算法准确率和精确率均与其他算法效果相近,召回率和 F1 值均有所提升。 2024年03月06 00:00 2024年02期 51 59 6464343 纪 科<sup>1,2 </sup>, 张 秀<sup>1,2</sup> , 马 坤<sup>1,2</sup> , 孙润元<sup>1,2</sup> , 陈贞翔<sup>1,2</sup> , 邬 俊<sup>3</sup> 多模态命名实体识别方法研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202306043 为了解决多模态命名实体识别(MNER)研究中存在的文本特征语义不足、视觉特征语义缺失、图文特征融 合困难等问题,多模态命名实体识别方法相继被提出。 首先,总结了多模态命名实体识别方法的整体框架以及各 部分常用的技术,随后对其进行梳理并分类为基于 BiLSTM 的 MNER 方法和基于 Transformer 的 MNER 方法,并根 据模型结构将其划分为前融合模型、后融合模型、Transformer 单任务模型、Transformer 多任务模型等 4 类模型结构。 其次,在 Twitter-2015、Twitter-2017 2 个数据集上,分别对这 2 类方法进行实验,结果表明:多特征协同表示能增强各 模态特征的语义,多任务学习能够促进模态特征融合或者结果融合,从而提升 MNER 的准确性。 建议在 MNER 的 未来研究中,着重关注通过多特征协同表示来增强模态语义,通过多任务学习促进模态特征融合或结果融合等方 向的研究。 2024年03月06 00:00 2024年02期 60 71 3268693 王海荣, 徐 玺, 王 彤, 荆博祥 云原生环境下基于移动目标防御的 ReDoS 防御方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202211010 针对云原生环境中正则表达式拒绝服务(ReDoS)攻击的防御方式存在效率低、无法进行主动防御的问题, 提出了基于移动目标防御(MTD)技术的 ReDoS 攻击防御方法。 首先基于云原生环境下的微服务应用特点,对攻防 双方的行为进行了分析;其次,基于 Kuberneters 设计了基于 MTD 的防御系统,并提出基于拓扑信息和请求到达速 率的动态和静态的多维微服务权重指标、基于排队论的服务效率判断指标以及轮换时机选择方法来指导关键微服 务的选择和关键微服务的轮换时机;最后,给出了基于异构度和服务效率的多维指标 MTD 异构轮换算法,并使用 Python 进行了仿真,结果表明:所提算法防御时延比动态伸缩缩短了 50%左右;并且防御开销在第一次攻击之后趋 于平稳,不会持续增长。 2024年03月06 00:00 2024年02期 72 79 4889141 扈红超, 张帅普, 程国振, 何威振 基于多目标优化的燃料电池汽车实时能量管理策略 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202307005 为了降低混合动力系统的燃料消耗并延缓动力元件的老化,提出了一种基于多目标优化和路况分类的能 量管理策略(EMS) 。 首先,构建了燃料电池与锂电池的电气模型,并引入了等效氢耗模型和燃料电池老化模型。 其次,设计了基于规则的多模式 EMS,在此基础上,为了进一步降低系统的等效氢耗,并延长其使用寿命,基于多目 标白鲸算法(MOBWO)对 EMS 参数进行优化。 再次,为了使所设计的 EMS 适用于不同的路况,提出了基于长短期 记忆网络( LSTM)的驾驶路况实时分类方法,旨在根据分类结果切换 EMS 的控制参数以达到最优效果。 最后,在 仿真平台上对所提算法进行分析。 结果表明:与基于规则的方法相比,所提方法氢耗量降低了 2. 3%,燃料电池的 老化程度降低了 1. 02%,验证了所提 EMS 能够有效降低混合系统的燃料消耗,并且能够延缓燃料电池老化,从而 提升了系统的经济性和耐久性。 2024年03月06 00:00 2024年02期 80 88 8967345 于坤杰, 王思雨, 杨 朵, 符汉文, 廖粤峰 基于灰狼算法和极限学习机的风速多步预测 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202301016 为了提高风速的多步预测水平,提出了一种基于数据信号分解和灰狼算法优化极限学习机的混合预测模 型。 首先,使用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解算法将原始风速时间序列分解为若干本征模态函数和一 个残差序列,并使用偏自相关函数法对模型输入进行特征选择;其次,在分解子序列上分别建立模型并进行预测, 构造多输入多输出策略的极限学习机神经网络,使用灰狼优化算法求解其中的最优化隐含层权值和偏置;最后,对 子序列进行重构并得到最终的预测结果。 使用时间分辨率为 15 min 的多组实测资料开展模拟实验,所提模型在 3 个风电场的均方根误差分别为 0. 859、0. 925、0. 927 m / s,均低于其他对比模型,验证了该模型在未来 4 h 风速预 测即 16 步预测中的有效性。 2024年03月06 00:00 2024年02期 89 96 5450496 张文煜, 马可可, 郭振海, 赵 晶, 邱文智 用于新能源发电的新型升降压转换器及其控制策略 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202301030 针对新能源发电装置输出电压变化大难以实现储能的问题,提出一种基于 PI 控制器结合前馈控制的新型 单管耦合型升降压转换器,通过调节耦合电感的变比灵活调节电压转换比,同时降低了开关器件电压应力,采用无 源钳位电路,起到回收漏感能量和抑制开关管电压尖峰的作用,与传统升降压转换器相比具有更宽电压转换比,输 入电流连续和开关管电压应力小等优势;利用 PI 控制器结合前馈控制策略实现闭环控制,保证了转换器整个输入 电压范围内良好的输入暂态响应。 详细分析了转换器的工作原理并推导了转换器稳态特性,将所提转换器与其他 单管升降压转换器的各项性能进行比较。 推导了转换器的小信号模型,同时利用伯德图验证 PI 参数设计的正确 性,分析了 PI 控制器结合前馈控制策略的设计过程。 最后,搭建了一台额定功率 100 W,20 ~ 60 V 输入、48 V 输出 的实验样机,通过升压和降压模式下的实验来验证所提转换器的性能,同时验证了 PI 控制器结合前馈控制策略的 可行性,其中升压模式最大效率为 97. 08%,降压模式最大效率为 97. 10%。 2024年03月06 00:00 2024年02期 97 105 10256537 罗 朋, 陈光浩, 杨东红, 郭 磊 桥梁预拱度对行车舒适性的影响及桥面线形调整 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202211024 为研究成桥预拱度对连续刚构桥行车舒适性的影响,以多座主跨跨径为 110 ~ 200 m 的连续刚构桥为研究 对象,首先,采用滤波白噪声法建立桥面时域模型,并与按余弦曲线设置的成桥线形叠加模拟成桥后的桥面不平 度;其次,采用 MATLAB / Simlink 搭建车辆-桥面系统模型,以加速度均方根值( RMS) 作为桥梁边跨、中跨桥面的行 车舒适性评价指标,以最大瞬态振动值(MTVV)作为边跨峰值处短时内的行车舒适性评价指标;最后,分析采取经 验法按照余弦曲线设置成桥预拱度的桥梁其跨径和设计时速对边、中跨 RMS 值的影响,以及成桥预拱度取值对边 跨 3L / 8 处 MTVV 值的影响。 研究结果表明:在边跨、中跨处 RMS 值均小于 0. 315 m / s 2 ,说明采取经验法按照余弦 曲线设置成桥预拱度并不影响中跨处的行车舒适性;在边跨 3L / 8 处 MTVV 值在短时内存在大于 0. 345 m / s 2 的情 况,说明在边跨峰值处短时内会产生一定不舒适感。 提出了一种基于桥面铺装层施工优化边跨 3L / 8 处和边墩墩 顶桥面线形的方法,改善了边跨的行车舒适性。 2024年03月06 00:00 2024年02期 106 113 5949431 郑元勋, 孔 孟, 王博立, 王长柱, 陈 静 基于最大团理论的自治交叉路口控制方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202210008 现有自治交叉路口控制策略缺乏前瞻性、容易发生死锁导致控制系统执行效率过低,针对这一问题,设计 了一种基于最大团理论的车路协作自治交叉路口控制策略。 首先,对车辆行驶的时空轨迹进行建模,构建可以描 述车辆间行驶冲突关系的冲突矩阵;其次,将冲突矩阵转换成冲突关系图,通过设立 3 个求解阶段,求解冲突关系 图中最大团的补集,将其作为接受车辆预约请求集合,使得每个批处理周期内更多车辆成功预约通过交叉路口的 请求,在保证车辆在交叉路口行驶安全的基础上,提高了交叉路口的通行效率。 仿真实验结果表明:相比于先来先 服务控制策略、交通信号控制策略及基于禁忌搜索的控制策略,车辆的平均等待时间分别减少 40%、17%及 8%,单 位时间内交叉路口的通过车辆数分别提升 30%、18%及 9%,证明了该策略的有效性,不仅能够提高交叉路口的吞 吐量,还能有效降低车辆平均等待时间。 2024年03月06 00:00 2024年02期 114 120 3500552 刘明剑, 朱云鹤, 张思佳, 孙 华 受压混凝土中硫酸根离子的扩散与损伤机理分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202310041 针对沿海、盐渍土环境下荷载和硫酸盐侵蚀的耦合作用对混凝土结构耐久性造成的损伤,提出了一种受 压混凝土中硫酸根离子扩散的数值模型。 首先,基于 Fick 第二定律,考虑应力和混凝土孔隙率之间的关系建立了 荷载作用下混凝土内硫酸根离子的理论扩散模型;其次,通过自编程序构建包含水泥砂浆、界面过渡区和天然骨料 的混凝土三相随机凸多边形骨料模型,从而实现了受压混凝土中硫酸根离子扩散的细观模拟;最后,通过与受压混 凝土在硫酸盐溶液中全浸泡的实验结果对比分析,验证了理论模型和细观模型的有效性。 进而对不同水灰比的受 压混凝土试件在不同浓度硫酸盐溶液中的离子扩散与损伤过程进行了数值分析,分析结果表明:随着压应力水平 的提高,同深度处硫酸根离子浓度逐渐减小;与压应力相比,侵蚀溶液浓度和水灰比对硫酸根离子扩散的影响更加 明显;水灰比对压应力抑制离子扩散程度的影响要大于侵蚀溶液浓度;适当减小水灰比更有利于受压状态下的混 凝土抵抗硫酸盐侵蚀。 2024年03月06 00:00 2024年02期 121 128 10162974 金立兵, 王振豪, 武 甜, 谢志恒, 周 品