郑州大学学报(工学版)

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2026年09月10 00:00

基于改进RRT-Connect算法的无人车路径规划

姚利娜，李金龙 — 2026年09月10 00:00

针对传统双向快速扩展随机树算法搜索盲目、节点冗余和路径不平滑等问题，对其在目标采样、节点扩展以及轨迹优化等方面进行了改进。首先，引入目标动态概率采样策略，根据当前随机树的扩展状态与目标点的位置，动态调整目标采样点的采样概率，对生成的随机点进行筛选，从而提高采样效率，加快算法收敛速度；其次，在节点扩展过程中加入基于逃出力的改进人工势场分量，在避免陷入局部最优的同时，提高无人车的目标搜索能力和节点扩展效率；最后，构建轨迹质量评估函数，分别对无人车在不同时刻下生成轨迹的安全程度、偏移程度以及平滑性进行代价评价并选取代价函数值最小的轨迹来引导无人车行驶。将所提改进算法与传统双向快速扩展随机树算法在不同测试环境下进行仿真，仿真结果表明：相比传统算法，所提算法在简单障碍物环境下规划出来的平均路径长度缩短了9.83%，平均规划时间缩短了85.40%，在狭窄通道环境下，所提算法规划出来的平均路径长度和平均规划时间分别缩短了10.56%和64.63%，在U形障碍物环境下，所提算法规划出来的平均路径长度和平均规划时间分别缩短了22.82%和66.92%。此外，所提算法在复杂环境下的规划成功率得到了显著提升，更适用于无人车的路径规划。

基于图卷积网络的三维手部姿态估计

2026年09月10 00:00

基于单张彩色图片的三维手部姿态估计由于手部存在遮挡、手部自相似性高等原因使预测结果存在误差大、手部结构不自然等问题。针对这些问题，首先，提出一个基于图卷积的三维手部姿态估计方法，使用Keypoint R‑CNN提取图像视觉特征和手部关键点二维位置信息，将特征信息输入到改进的自适应核图卷积模块（AK‑GraFormer）中；其次，引入带残差连接的AKGNN图核，自适应处理图数据以增强模型的特征学习与表达；最后，利用提出的评估指标监控动态训练策略以获得更优的估计结果。在HO‑3D_v3数据集与FreiHand数据集上进行实验，结果表明：在单张彩色图片手部三维姿态估计任务中，所提方法相比其他同类方法具有明显优势，刚性对齐后的平均每关节位置误差（PA‑MPJPE）最高降低了12.50个百分点，检测关节点百分比曲线下面积（AUC）最高提高了3.44个百分点。

主-被动混合控制的火电厂翻车机摘钩机器人系统设计

邱益,郭柳冰,梁杰 — 2026年09月10 00:00

为解决火电厂翻车机卸煤系统中人工摘钩作业存在的环境恶劣、劳动强度大及安全隐患等问题，提出了一种主‑被动混合控制构型的翻车机摘钩机器人。首先，对机器人机械结构进行设计，其本体由3个主动移动副、1个主动旋转副、1个被动移动副和1个被动旋转副组成。随后，通过图解法分析被动结构的运动适应性，并采用D‑H方法建立了整机的正、逆运动学模型，为运动控制奠定理论基础。在控制系统方面，设计了硬件架构，并结合线激光位移传感器的测量数据，提出一种车钩手柄识别算法，可获取末端夹爪与车钩手柄之间的位置信息P_g(x_g,z_g)，实现手柄的精确定位与夹取。为验证方案的有效性，开展了中试实验。结果表明：在50次摘钩操作中，机器人摘钩成功率达到100%，且所有关节力矩均未超过额定值。摘取高位车钩平均用时25 s，摘取低位车钩平均用时为30 s，均满足生产要求。各关节最大瞬时力矩为62.1 N·m，仅占系统极限的43.7%，显示出充足的安全裕度。实验结果体现出所设计的机器人对车钩轨迹不确定性的自适应能力，能够适配不同车型或同车型的路径偏差，同时证明了所提识别算法的精确性。

基于风场空间与气象融合的风电集群短期功率预测

2026年09月10 00:00

针对传统风电集群功率预测方法在空间上未有效考虑场站间气象关联特性，难以基于单场预测高效推演集群整体功率的问题，且为了充分挖掘离散型数值气象预报（NWP）异构气象信息的时空耦合复杂特性嵌入表征，提出一种基于注意力时空嵌入机制的多维度场站时空信息融合框架。首先，利用多头自注意力机制（multi‑head self‑attention）直接融合空间特征，增强模型对多场站空间功率关联的捕捉能力。其次，基于最大信息系数解构集群位置信息，构建反映气象关联的非欧几里得图数据结构，并结合时空注意力机制实现场站及其邻域时空特征的交叉融合，动态调整场站间影响权重以捕捉时空动态相关性。并通过编‑解码器架构将空间与时间特征集成至统一语义空间，捕获序列时间连续性。最后，基于中国西北地区实际风电场运行数据对所提模型进行验证。实验结果表明：所提方法RMSE与MAE两项误差评价指标比其他6种预测模型均显著降低，有效验证其先进性与适应性。

基于灰色预测 PI 的 HVDC 受端系统调相机励磁控制策略

2026年09月10 00:00

针对大容量同步调相机接入高压直流输电（HVDC）受端系统后，常规PI励磁控制在故障恢复阶段易出现母线电压超调及振荡的问题，提出一种基于灰色预测模型GM(1,1)的同步调相机PI励磁控制策略。该策略通过对受端母线电压序列进行灰色建模与趋势预测，提前获取电压偏差预测值，并将其作为PI控制器的输入，实现对励磁电压的前瞻性调节。基于CIGRE标准测试系统，构建了PSCAD/EMTDC与MATLAB/Simulink联合仿真平台，在多种典型扰动工况下，对比分析了灰色预测PI控制与常规PI控制的动态响应特性。仿真结果表明：所提控制策略能够有效补偿励磁系统的大惯性滞后，显著抑制母线电压超调并缩短系统调节时间；在三相短路故障下，母线电压最低值提高约4.5 kV，直流输送功率最低值提升约31 MW，系统恢复时间明显缩短。该策略兼具计算量低与实时性强等特点，可为HVDC受端系统同步调相机励磁控制优化提供有效技术途径。

熔盐潜热蓄热装置的动态释热特性分析

韩振兴, 许继雪, 王朝宇 — 2026年09月10 00:00

为了给基于熔盐潜热蓄热能量利用系统设计与制定运行策略提供更多关键信息，采用数值分析方法对基于二元共晶硝酸盐（\boldsymbol{NaNO_3}和\boldsymbol{KNO_3}，质量比为23∶27）的管壳式结构相变蓄热单元的放热过程进行研究。通过对空气作为传热流体的相变蓄热单元内熔盐凝固释热过程的仿真计算，分析熔盐内温度与液相率等的动态演变特性、相变蓄热单元放热速率以及空气出口温度等随时间变化规律。计算结果表明：熔盐内自然对流效应在其凝固释热过程中仍然扮演重要角色；相变期间，熔盐液相率变化基本遵循抛物线规律，放热速率和空气出口温度线性下降趋势明显。

液化天然气冷能与地热能耦合梯级利用系统分析

2026年09月10 00:00

为提升液化天然气（LNG）接收站冷能综合利用效率，以海南洋浦LNG接收站为研究对象，提出一种LNG冷能与地热能耦合梯级利用系统，旨在实现不同品位能量的阶梯式转化与利用。系统将LNG气化过程划分为4个温度阶段，分别匹配相应工况的朗肯循环进行余热回收发电。同时，引入地热蒸汽作为高温热源驱动朗肯循环，并在放热后回注地热储层，实现地热资源的可持续开发。在发电基础上，系统耦合蒸馏法海水淡化单元，利用朗肯循环后的余热进行海水淡化，实现冷热电联供。采用HYSYS软件对系统开展流程模拟，设定LNG进口温度为‑162 ℃、气化压力为0.1 MPa，地热蒸汽温度为115 ℃、压力为0.1 MPa，冷却水温度为25 ℃。在模拟基础上，对各朗肯循环子系统及整体系统进行㶲分析，评估能量利用效率与㶲损分布。结果表明：系统净输出电功率为25 372.1 kW，淡水产量为2 781.5 kg/h，整体㶲效率为47%。4个温度阶段的朗肯循环发电量分别占总发电量的60.9%、23.2%、4.6%及11.3%。㶲损失分析显示，换热器为系统中主要的㶲损源，其㶲损失远高于压力设备，是能量损失最集中的环节。该系统通过朗肯循环实现地热与LNG冷能的高效耦合发电，不仅提升了能源综合利用效率，还有效缓解了LNG冷能直接排放对海洋环境造成的低温污染问题。

可微分神经网络架构搜索综述

2026年09月10 00:00

神经网络架构搜索（NAS）是深度学习领域的交叉研究，旨在自动化地设计神经网络结构。NAS需要反复训练和评估大量候选网络，计算代价高。可微分神经网络架构搜索（DNAS）可将离散架构搜索问题转化为可微的连续优化问题，降低计算代价。为此，首先，从搜索空间、搜索策略和性能评估策略3个方面构建了可微分网络架构搜索算法框架；其次，分析、对比和总结了其参数化操作的性能估计偏差、架构过拟合与搜索稳定性问题以及优化搜索空间与提升效率问题的改进策略；再次，比较分析了典型DNAS算法在图像分类数据集上的错误率、参数量以及搜索消耗时间与实验硬件条件；最后，指出DNAS在边缘设备部署、医学信号分析和跨模态匹配等复杂场景中的应用潜力，并提出面向多目标优化、任务驱动搜索空间设计及跨任务迁移复用的未来研究方向。

一种面向交通流量预测的自适应时空图卷积网络

2026年09月10 00:00

针对现有交通流量预测方法未能充分利用节点属性指导图结构学习，以及在捕获复杂时空相关性方面存在局限性等问题，提出了一种结合自适应图结构学习和时空卷积架构的自适应时空图卷积网络（AdpSTGCN）。首先，设计一种基于节点属性的自适应图结构学习方法，从全局和局部两个视角动态学习道路网络的空间关系；其次，提出一种专用的时空卷积网络架构，有效地捕获交通流量中的时空相关性，进一步提升模型对复杂时空关系的建模能力，同时引入递进式训练策略来解决模型训练中可学习参数过多和数据稀疏性问题；最后，在高速公路交通数据集 METR‑La、PEMS‑Bay 中分别进行了 15、30、60 min 的交通流量预测实验。实验结果表明：AdpSTGCN 模型相较于多个基线模型，在 MAE、RMSE、MAPE 3 个预测误差指标上均表现最优。这说明该模型在未来短期和长期交通流量预测任务上均具有更优的建模能力，为城市交通疏导提供了理论依据。

基于三重提示和对比学习的中文医疗命名实体识别

2026年09月10 00:00

针对中文医疗小样本命名实体识别任务中预训练知识表征不足、边界模糊及类别混淆等问题，提出一种基于三重提示引导的多阶段识别方法。首先，构建三重提示学习机制，通过边界定位、类型判别与语境验证的分步推理范式，结合离散模板的可解释性与连续向量的可优化性，增强模型对实体结构的解析能力；其次，设计双向门控网络，动态调控提示信息与文本表征的特征交互，强化复杂术语的语义捕获效果；最后，引入对比学习优化特征空间分布，提升实体类内聚合度与类间区分度。实验结果表明：该模型在 IMCS‑V2‑NER、cMedQANER 和 CCKS2019 3个医疗命名实体识别数据集上 F1 值分别达到91.86%、84.06%和88.93%。证明该方法能够稳定提升实体识别性能，并在低资源场景下表现出较好的泛化能力。

基于自适应多头超图卷积网络的小样本回归模型

2026年09月10 00:00

针对图神经网络基于二元边结构难以捕捉多节点间的高阶交互，并且固定拓扑的图结构无法适应动态数据分布等问题，提出一种基于自适应多头超图卷积网络的小样本回归模型（AM‑HGCN）。首先，通过动态超图构建方法融合特征相似度与拓扑结构，结合k跳邻居(k‑hop)和k近邻(k\_NN)策略生成多尺度超边，自适应捕捉特征间的交互关系；其次，设计多头超图卷积网络，利用并行注意力头提取异构特征，并通过动态门控机制融合多粒度信息，增强模型的表达能力；最后，引入模型无关元学习框架，通过内外循环优化实现快速任务适应。在数据集Boston Housing、Energy Efficiency、IMDB、MinilmageNet上的实验表明：对于结构化数据集，AM‑HGCN在评价指标上显著优于主流基线模型，其中决定系数最高为0.775，验证了其对复杂关系建模的有效性。消融实验进一步证明，动态超图与多头注意力机制的协同作用是小样本回归性能提升的关键，实验结果验证了所提方法的有效性。

基于 YOLO-IDOD 的红外动态目标实时检测算法

2026年09月10 00:00

针对现有红外目标检测算法对动态目标检测时存在未充分利用时序信息挖掘连续帧之间的关联性导致检测精度不高的问题，提出一种以DAM与CACONV为核心的基于YOLO‑IDOD的红外动态目标实时检测算法。以YOLOv12s作为基础网络架构，首先，在输入端引入动态关注模块，使用光流网络计算短时光流特征，抑制背景运动噪声，使网络关注实际目标的运动特征，提升检测精度；其次，在网络架构中引入通道注意力卷积模块，该模块在输入通道与输出通道均增加通道注意力机制，使网络能够更好地理解与关注DAM模块输入的数据特征；最后，将上述模块作为优化动态目标检测模型中的即插即用模块，使网络具备时空聚合与特征选择能力，提升网络对于红外动态目标检测的泛化性能。实验结果表明：改进后的YOLO‑IDOD模型在自建数据集IRDA和公共数据集FLIR_ADAS_v2的混合数据集上对红外动态目标检测取得的准确率P、召回率R、mAP@50和mAP@95分别为79.9%、62.5%、77.7%和57.3%，相较于改进前的YOLOv12s基准模型在维持召回率的同时准确率提升5.2个百分点、mAP@50提升4.6个百分点、mAP@95提升2.4个百分点，显著提升了动态目标的检测精度与泛化能力。

基于界面形貌三维重构的高聚物-粉土剪切特性分析

2026年09月10 00:00

为探究高聚物密度对高聚物‑粉土界面接触形态及界面剪切特性的影响机制，采用界面无损分离与三维激光扫描相结合的方法，开展了高聚物‑粉土三维界面形貌特征扫描试验，得到了不同密度下的界面粗糙度参数。结合界面直剪试验，研究了不同高聚物密度影响下高聚物‑粉土界面粗糙度参数、界面剪应力‑位移关系、界面剪切力学强度参数及界面剪切强度的变化规律。在此基础上，利用COMSOL软件建立了一种随机三维粗糙界面有限元模型，进一步探讨了不同界面粗糙度下高聚物‑粉土界面剪切损伤机制。结果表明：基于三维界面重构的有限元数值模型可准确预测不同密度下高聚物‑粉土界面剪切应力‑位移关系，且高聚物‑粉土界面在直剪荷载下的主要损伤特征表现为界面凸起处形成的应力集中，密度越大凸起点越多，应力集中越明显。高聚物‑粉土界面粗糙度和剪切强度均随高聚物密度的增大而增大，且高聚物‑粉土界面粗糙度和剪切强度满足线性关系。

减振垫浮置板道床减振性能及参数优化

2026年09月10 00:00

地铁列车运行引起沿线环境振动及建筑物二次结构噪声问题越发突出，有必要开展减振垫浮置板道床减振性能及参数优化研究。首先，以郑州某地铁运营线路为工程实例，现场实测了普通整体道床和减振垫浮置板道床的振动信号，通过1/3倍频谱分析，得到了Z计权振动加速度级，相较于普通整体道床，减振垫浮置板道床具有优良的减振效果，可达12.80 dB；其次，运用ABAQUS软件，建立了减振垫浮置板道床‑隧道‑土体有限元模型，基于实测数据验证了模型的准确性和采取假定的合理性，采用单因素分析法研究结果表明：适当降低扣件刚度、增加浮置板密度和降低减振垫静态模量，能够提高减振垫浮置板道床的减振效果。最后，提出了一种减振垫浮置板轨道的扣件刚度、减振垫静态模量和浮置板密度等优化参数配置方案，经有限元模拟对比分析，优化后的减振垫浮置板道床能够实现更加理想的减振效果。

跨走滑断层球墨铸铁管道滑入式接口失效风险分析

2026年09月10 00:00

跨断层分段管道在地表位错作用下容易在接口处发生漏水失效，现阶段缺乏考虑断层地表破裂位置、地表位错量等不确定性的接口失效风险定量评估研究。为此，提出一种结合概率断层地表位错危险性分析与蒙特卡罗模拟的接口失效风险评估框架，量化管道穿越区域的地表位错危险性及接口年失效概率。以穿越云南曲江断裂的某公称直径1400 mm、单节管长6 m的球墨铸铁管道为例开展分析，管道穿越区域重现期475 a、975 a、2 475 a的地表位错量分别为0.70 m、1.49 m、3.08 m；当断层‑管线交角为70°时，接口年失效概率最小，约为3.43×10⁻³，失效模式为旋转失效。研究表明：随着断层‑管线交角及管径的增大，接口失效模式由受拉失效逐渐过渡至旋转失效；接口年失效概率受地表位错分布模型影响。建议实际工程中结合断层‑管线交角、管径等具体参数选取相对保守的地表位错分布模型评估接口失效风险。

生物医用镁合金的高可靠性设计策略及研究进展

2026年09月10 00:00

镁及其合金因其优异的生物相容性和力学匹配性，在血管支架、胆道支架、骨组织工程支架、骨钉、骨板、多孔牙种植体等医用植入体方面表现出巨大的应用潜力，在生物医用材料领域备受瞩目。然而，面对人体复杂多变的生理环境，镁合金耐腐蚀性差，镁合金器械易于降解，导致其性能过早衰退，可靠性不足。在镁合金的设计中，不仅需要考虑不同的体内环境，还需要考虑器件在长期服役过程中的性能改变及可靠性。综述了镁合金的高可靠性设计策略，包括合金成分设计、工艺调控、表面改性、计算机模拟等；总结了目前镁合金在骨科、心血管外科、普外科、口腔科等领域的应用及相关材料的设计工作；提出了生物医用镁合金未来的发展将聚焦于可控降解、材料功能化和智能化设计等方面，为镁合金的临床医用提供参考和借鉴。

增容剂对聚丙烯微纤复合材料微观形貌和性能的影响

2026年09月10 00:00

为解决聚丙烯（PP）/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）原位微纤复合材料中PP基体与PET微纤两相因相容性差导致的力学性能提升受限问题，基于“熔融共混‑高速热拉伸”原位成纤技术，通过添加马来酸酐接枝聚丙烯增容剂（PP‑g‑MAH）成功制备出PP/PET/PP‑g‑MAH三相微纤复合材料，分析了增容剂含量对微纤复合材料微观形貌、结晶、流变及力学性能的影响。研究发现，增容剂会显著减小原位成纤前PET球形颗粒的相畴尺寸，改善界面相容性；原位成纤后使PET微纤拉伸比显著提升至14.2，得到包含最小直径202 nm且分散均匀的PP微纤复合材料。PET微纤协同少量增容剂会显著加速PP基体结晶速率、提升熔体黏弹性。相比纯PP拉伸性能，通过添加增容剂、原位成纤工艺分别使复合材料拉伸强度提升11.5%和24.5%，通过两者耦合作用可使强度提升30%，同时拉伸断裂能较两相共混物提高217%。最终证明通过增容剂协同原位成纤技术可实现PP基体的增强增韧。