东北大学学报（自然科学版）

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1. 基于跨模态融合的玻璃类似物分割方法

万应才, 房立金, 赵乾坤

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (1): 1-8. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230204

摘要（951）

HTML （85）

PDF（pc）（2021KB）（470）

玻璃和镜子等物体因缺乏明显纹理和形状，使得传统语义分割方法难以有效识别，影响视觉任务准确性.为了解决这个问题提出了一种基于Transformer的RGBD跨模态融合方法，用于玻璃类似物的分割.该方法采用Transformer网络，通过跨模态融合模块提取RGB和深度特征的自注意力，并利用多层注意力机制（MLP）整合RGBD特征，实现3种注意力特征的融合.RGB和深度特征被反馈到各自分支，以增强网络的特征提取能力.最终，语义分割解码器结合4个阶段的融合特征输出玻璃类似物的分割结果.结果表明，本文方法与EBLNet方法相比在GDD，Trans10k和MSD数据集上的交并比分别提高1.64%，2.26%，7.38%，与PDNet方法比较在RGBD-Mirror数据集上交并比提高了9.49%，验证了其有效性.

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2. 基于固定时间扰动观测器的智能网联车辆协同队列控制

李想, 孙振超, 高振宇

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1521-1528. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.001

摘要（879）

HTML （26）

PDF（pc）（2041KB）（356）

针对含有模型不确定及外部扰动的智能网联自主车辆快速协同队列控制问题，提出了一种基于扰动观测器的固定时间队列控制方案.首先，构建了固定时间扰动观测器，在设定时间内精确估计由模型不确定及外部扰动构成的复合扰动.其次，基于扰动观测器、反步法及固定时间理论，设计了一种固定时间协同队列控制器，使得车辆队列控制系统是固定时间收敛的，保证了车辆间跟踪误差在给定时间内收敛到零，且收敛时间只与控制器参数有关.通过Lyapunov理论，分别证明了单车稳定性及队列稳定性.最后通过5辆车辆组成的队列控制仿真验证了给定方案的有效性.

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3. 基于图卷积和卷积的行人轨迹预测算法

冯昂, 宫俊, 王念, 王景龙

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1529-1536. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.002

摘要（842）

HTML （18）

PDF（pc）（1902KB）（196）

行人轨迹预测取得了重要的进展，但现有的方法大多会受限于有限的车载计算资源，如何在自动驾驶车辆上实现高效的行人轨迹预测仍然存在着不足.针对该问题，提出了一种轻量化的行人轨迹预测算法，使用卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）和图卷积神经网络（graph convolutional neural network，GCN）来处理和融合多模态信息.首先基于CNN设计了多尺度特征处理模块，使用多个卷积模块捕获行人轨迹和场景信息在不同时间和空间尺度上的特征；然后基于GCN构造特征融合模块，用于高效地建立轨迹和场景特征之间的时空关系并获得多个预测表示，最后融合多个预测表示以获得行人轨迹预测结果.在PIE和JAAD数据集上的实验表明，所提方法在仅用最少网络参数的情况下取得了最佳的预测性能，验证了所提方法的有效性；对比先前最轻量化的方法，参数优化了73%.

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4. 基于非交互零知识证明的可验证全同态加密算法

孙劲桐, 周福才, 王强, 边澈

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1537-1546. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.003

摘要（821）

HTML （16）

PDF（pc）（1136KB）（864）

同态加密（homomorphic encryption，HE）由于低执行效率和无法保护数据完整性的问题严重限制了其在实际应用中的部署，尤其是在对延迟有严格要求的场景中，为此，提出了一种新的HE来解决这些问题并增强通用性.为了解决执行效率低的问题，设计了多线程矩阵乘法（multithreaded matrix multiplication，MMM）算法.利用MMM算法，可以将加密任务拆解分配给多个线程并行执行，达到加速的目的.针对恶意服务器场景下的数据篡改问题，设计了一个可验证加密机制，利用非交互零知识证明（zk-SNARK）技术保护外包计算中密文的完整性.结合MMM算法，设计了一种高效的基于零知识证明的可验证全同态加密算法（verifiable fully homomorphic encryption based on zk-SNARKs，zk-VFHE）.理论分析和实验结果表明，zk-VFHE比同类协议具有更快的执行速度和更高的安全性.

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5. 软件定义智能控制系统未来发展展望

柴天佑, 郑锐, 贾瑶, 黄新宇, 宋延杰

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 1-10. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250079

摘要（780）

HTML （17）

PDF（pc）（4009KB）（232）

本文综述了软件定义控制系统研究现状并分析了控制系统在工业革命中的作用和发展状况，提出了软件定义控制系统的智能化发展方向.通过软件定义端边云协同的PID（比例-积分-微分）整定智能系统案例，表明将工业人工智能、工业互联网等新一代信息技术与软件定义控制系统紧密融合与协同,为发展软件定义智能控制系统开辟了新途径.最后，针对软件定义控制系统存在的难题和软件定义控制系统智能化存在的难题，提出了软件定义智能控制系统的主要研究方向.

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6. 基于Transformer的多尺度水下图像增强网络

杨爱萍, 方思捷, 邵明福, 张腾飞

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1696-1705. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.004

摘要（775）

HTML （18）

PDF（pc）（2486KB）（737）

基于CNN（convolutional neural network）的水下图像增强方法容易忽略全局特征，导致复原图像出现颜色失真、对比度下降等现象，影响全局视觉感知效果.因此，提出一种基于Transformer的多尺度水下图像增强网络.针对全局特征缺失问题，融入水下图像先验设计位置编码模块，构建适用于水下场景的Swin Transformer模块，并通过自注意力机制针对性地提取图像全局特征，提升全局感知性能；针对局部细节模糊现象，设计CNN模块关注水下图像纹理、边缘等局部特征，改善细节感知效果；构建转移融合模块，将Swin Transformer的全局注意力转移到卷积特征上，达成全局和局部特征的高效融合与利用.实验结果表明，所提方法在EUVP子集上的PSNR值最高可达23.47 dB，可有效增强全局视觉感知能力，显著改善图像视觉质量.

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7. 融合多尺度注意力机制的冠状病毒肺炎CT诊断方法

单鹏, 张林, 肖洪明, 赵玉良

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1673-1679. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.001

摘要（768）

HTML （22）

PDF（pc）（2222KB）（250）

人工智能诊断是肺部感染的重要辅助诊断方法之一.然而，现有的方法大多基于深度学习，具有模型稳定性不足、复杂度高、准确率低的问题.提出融合多尺度注意力机制的浅层模型，实现了准确率高并且结构简单的新型冠状病毒肺炎CT诊断.首先，将收集到的两个新型冠状病毒肺炎数据集融合成一个数据集，解决了因数据集不足导致训练的模型不稳定.其次，通过在浅层网络ResNet18后3层中引入多尺度注意力，弥补了模型特征提取能力的不足.最后，搭建了一个具有3层全连接层的分类器，改进模型的分类能力，进而提高了肺部CT的分类准确率.结果表明，所提模型准确率达到95.41%，性能超过ResNet50，ResNet101，VGG16，DenseNet169等网络，并且模型参数数量仅有12.24×10⁶，比ResNet50和VGG16等网络低50%左右.

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8. 支护力作用下双向不等压采场围岩应力和位移解析解

熊志朋, 李元辉, 李坤蒙, 肖贵轩

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1759-1768. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.011

摘要（760）

HTML （6）

PDF（pc）（1644KB）（342）

地下倾斜矩形采场的稳定性与顶板应力及位移的分布密切相关，而目前关于矩形开挖围岩应力及位移的解析方法应用于大宽高比倾斜矩形采场时误差较大，且并未考虑采场倾角和支护力的影响.本文基于复变函数理论，提出了大宽高比倾斜矩形采场的映射函数表达式，推导了采场在双向不等压应力和支护力作用下围岩应力和位移解析解，分析了采场倾角、宽高比和支护力对顶板应力和位移分布的影响.结果表明：解析解与FLAC模拟解的偏差小于5%；随着采场倾角的增大，顶板的应力和位移非对称分布趋势加剧，卸压程度和位移量逐渐降低；随着采场宽高比的增大，顶板卸压程度和位移量逐渐增大；采场支护体施加的支护力能够改善采场围岩的应力环境，降低顶板的下沉量.

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9. 冰雪路面条件下多场景自动驾驶车辆主动避障路径规划

裴玉龙, 翟双柱

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (3): 1-11. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239039

摘要（746）

HTML （56）

PDF（pc）（4698KB）（899）

针对自动驾驶车辆在冰雪路面易失稳的问题，提出改进的快速扩展随机树（RRT）路径规划算法.首先，建立冰雪路面车辆动力学模型，引入路面附着系数；然后，采用结合车头指向及转向角的全局目标偏向性采样，结合避撞检测与速度-附着系数下的最大曲率约束，改善传统RRT算法问题；最后，使用双五次多项式平滑路径，满足稳定性、制动器约束及舒适性.通过MATLAB-Simulink与CarSim联合仿真，比较改进RRT算法与传统算法在多场景条件下的性能.实验表明，改进RRT算法显著提升路径平滑度，降低曲率突变，用时短、成功率高，且在冰雪路面行驶时稳定性良好.

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10. 含小型粗骨料UHPC中栓钉连接件的抗剪性能

王衍, 王者超, 李昌昊, 崔鹏

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1604-1611. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.011

摘要（725）

HTML （8）

PDF（pc）（1157KB）（1317）

随着钢-超高性能混凝土（ultra?high performance concrete, UHPC）轻型组合梁跨径不断增加，梁内水平剪力增幅明显，故栓钉连接件的抗剪性能设计愈加关键.通过标准推出试验研究钢-含小型粗骨料UHPC板间栓钉抗剪力学性能，揭示了标准推出试件的荷载-滑移量行为与破坏模式，提出了单钉抗剪刚度和单钉抗剪承载力计算方法.试验结果表明：推出试件破坏模式为栓钉连接件根部被剪断，推出试件破坏滑移量在0.5~1.2 mm之间，单钉极限抗剪强度为400.7 MPa.理论计算结果表明：依据现有规范，按照破坏荷载0.5倍或滑移量达到0.2 mm时，设计栓钉抗剪刚度偏安全，单钉抗剪承载力范围为95.51~129.20 kN，是试验值的62.7%~84.8%.含小型粗骨料UHPC板中栓钉连接件在设计时，抗剪刚度应考虑折减系数为0.57~0.73，承载能力无需折减.

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11. 基于改进人工势场的多UUV编队避障方法

徐红丽, 贾本卿, 栾阔

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1547-1556. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.004

摘要（723）

HTML （5）

PDF（pc）（2026KB）（650）

针对多自主水下航行器（unmanned underwater vehicle，UUV）编队在水下未知环境协同避障时，易陷入局部最小值问题和编队分散而导致的编队通信丢失问题，提出一种基于改进人工势场法的编队避障策略来优化UUV的协同避障路径.首先，基于领航跟随法建立UUV之间的编队控制，采用指数形式的改进人工势场函数，解决传统形式的势场因势场突变而导致的紧急转向问题，同时在斥力场引入前向速度、偏离角度，并引入偏离度斥力结合修正角来优化最终避障控制指令，采用一种虚拟点导引法解决局部最小值问题.最后，兼顾编队影响，设计一种UUV的协同避障策略，优化队形偏离度与恢复队形时间.实验结果验证了本文算法在多UUV编队避障的有效性.

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12. 基于全局残差注意力和门控特征融合的CNN-Transformer去雾算法

李海燕, 乔仁超, 李海江, 陈泉

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (1): 26-34. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239041

摘要（718）

HTML （23）

PDF（pc）（8026KB）（530）

为解决现有图像去雾算法因缺乏全局上下文信息、处理分布不均匀的雾时效果差且复用细节信息时引入噪声的缺陷，提出了基于全局残差注意力和门控特征融合的CNN-Transformer去雾算法.首先，引入全局残差注意力机制编码模块自适应地提取非均匀雾区的细节特征,设计跨维度通道空间注意力优化信息权重.然后，提出全局建模Transformer模块加深编码器的特征提取过程，设计带有并行卷积的Swin Transformer捕捉特征之间的依赖关系.最后，设计门控特征融合解码模块复用图像重建所需的纹理信息，滤除不相关的雾噪声，提高去雾性能.在4个公开数据集上进行定性和定量实验，实验结果表明：所提算法能够有效地处理非均匀雾区域，重建纹理细腻且语义丰富的高保真无雾图像，其峰值信噪比和结构相似性指数都优于经典对比算法.

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13. 基于改进YOLOv8的铆接孔表面缺陷检测

郝博, 徐新岩, 赵玉欣, 闫俊伟

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1595-1603. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.010

摘要（707）

HTML （3）

PDF（pc）（3375KB）（565）

飞机蒙皮、尾翼等零件上的铆接孔表面质量关乎飞机整体装配性能，目前铆接孔缺陷检测大多为传统人工检测，易出现漏检现象.因此，提出一种具有创新性的改进YOLOv8的铆接孔表面缺陷检测方法.采用可变形卷积替换常规卷积，解决特征提取中感受野形状固定的问题.嵌入SimAM注意力机制，增强网络在背景和目标对比度较低状况下的辨识能力.使用WIoU边界框回归损失函数代替CIoU损失函数，降低低质量图像对模型训练的影响，提高模型的鲁棒性和泛化能力.为验证本文模型的性能，以带铆接孔的6061铝合金板代替飞机蒙皮进行检测.实验结果表明，本文模型在铆接孔测试集上mAP_0.5和准确率分别达到了0.918和0.920，较原始YOLOv8模型分别提高了24.1%和25.3%.

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14. 半导体制程设备铝合金涂层腐蚀失效行为研究进展

赵阳, 王宇航, 张涛, 王福会

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (3): 28-45. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240182

摘要（704）

HTML （19）

PDF（pc）（5616KB）（919）

在半导体制程设备中，在高温、真空、强腐蚀气体及其等离子体耦合作用下，铝合金涂层极易发生失效.在氯基等离子体中，阳极氧化涂层极易被刻蚀去除，Y₂O₃涂层的刻蚀速率约为阳极氧化涂层的1/50；在氟基等离子体中，阳极氧化涂层和Y₂O₃涂层均存在氟化物层剥落导致的颗粒问题.通过调节电解液的成分/温度、制备纯铝层可提高阳极氧化涂层的耐蚀性能，提高Y₂O₃涂层的致密性同样可降低涂层的刻蚀速率，结合远程等离子体清洗技术，避免带电粒子轰击腔室材料，可显著减少反应腔室中颗粒的产生.在刻蚀和薄膜沉积过程中，腔室表面成分发生变化，进而改变等离子体状态，将引发多种工艺缺陷.

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15. 小型磁吸附爬壁机器人的设计与实验验证

唐陈伟, 李建磊, 姚红良, 贾如玉

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (1): 68-75. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230221

摘要（688）

HTML （7）

PDF（pc）（2121KB）（327）

针对传统爬壁机器人结构复杂、体积庞大等问题,设计了一种能够在竖直壁面上移动的新型小型磁吸附爬壁机器人，可满足在狭小空间内运动的需求.基于振动驱动理论，设计了具有扭转特性的足部结构并采用磁吸附的黏附机制，建立了爬壁机器人的动力学模型.通过数值仿真，分析了激振频率和外部负载对机器人运动速度的影响规律，结果表明，在无负载时，机器人最大爬壁速度可达58.7 mm/s，而在负载0.7倍自身质量条件下，其最大爬壁速度为44.9 mm/s.实验验证进一步表明，机器人在无负载和负载条件下的最大爬壁速度分别为56.5和30.2 mm/s，并通过调节激振频率，可以实现对机器人运动速度和方向的有效控制.

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16. 基于AD-Census的双目立体匹配改进算法

车德福, 尚祥祥, 王夺, 孙彦恩

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1621-1628. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.013

摘要（681）

HTML （18）

PDF（pc）（2038KB）（471）

针对绝对值之差（absolute difference，AD）-Census等传统双目立体匹配算法在低纹理区域、重复纹理区域匹配精度低的问题，提出一种融合大尺度窗口信息与曼哈顿距离的双目立体匹配算法.使用改进的绝对误差和（sum of absolute differences，SAD）代价与多灰度阈值Census代价计算得到融合代价，根据邻域像素与中心点的曼哈顿距离赋予权重，减少边缘像素对代价的影响.通过大尺度的窗口提取到的差异信息对融合代价进行筛选过滤，改善了算法在重复纹理区域、灰度相似区域精度较低的问题.与传统的AD-Census算法相比，该算法误匹配率减少约18%，对算法进行图形处理器（graphic processing unit，GPU）移植，使得算法在不同尺度分辨率的图像上运行速度提升1~2个数量级，满足双目立体匹配算法快速准确的需求.

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17. 多类型能量路由器研究综述

孙秋野, 邢荣达, 沈千翔, 孙振奥

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 11-21. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250063

摘要（681）

HTML （6）

PDF（pc）（1261KB）（62）

在能源互联网中，能量路由器（ERs）是实现多端口能量转换和能量流主动调控的核心组件之一.本文将ERs分为3类：电能路由器、信息能量路由器和多能能量路由器.根据类别间的差异，将ER的研究划分为4个层面：电力变换，侧重多端口的电力变换拓扑与控制；能量路由控制，主要关注端口间功率流的调控；信息处理与优化控制，强调信息的获取、传输并据其优化能量的流动；多能协调，以多能综合利用为主要目标.以4个层面研究为基础，探讨了ER的拓扑、控制、通信和多能优化等技术，以及不同层面间的关联性.

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18. 电缆隧道环境下工业智能巡检机器人定位研究

王玉涛, 安俊炜, 秦长生, 郭伟帆

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 49-58. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240212

摘要（681）

HTML （3）

PDF（pc）（5943KB）（29）

电缆隧道封闭狭长，存在重复布设的电缆架和相似的场景纹理，属于退化场景.针对该场景，提出了1种基于点线特征融合的视觉惯导SLAM(simultaneous localization and mapping)算法.该算法通过长度抑制和短线拟合来改进高维线特征，使其能够更有效地描述结构化显著的隧道场景.此外，针对电缆隧道中特征相似导致的回环检测失败问题，引入具有高效识别和精确位姿估计的ArUco标记，限定回环发生区域，并利用最小化位姿变换筛选最佳回环帧，从而提升回环检测的准确度和定位精度.最后，在电缆隧道内采集数据集并进行实验验证.结果表明，相对于VINS–Mono(visual inertial system–Mono)，所提算法的绝对轨迹精度平均提升了69.73%，满足了电缆隧道巡检的应用需求.

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19. FeCoNiCr系高熵合金铣削力仿真与实验研究

温雪龙, 张文波, 巩亚东, 李俊鹏

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (11): 1579-1586. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.008

摘要（666）

HTML （6）

PDF（pc）（2743KB）（592）

通过对高熵合金进行三维槽铣和侧铣的铣削力仿真分析，研究了不同加工参数对铣削力的影响规律.针对FeCoNiCrAl_0.1，FeCoNiCrAl_0.5，FeCoNiCrMo_0.1三种铸态高熵合金设计正交与单因素铣削实验，通过测量实验中的铣削力，探讨了不同加工方式、铣削参数、刀具和不同元素成分及含量对铣削力的影响规律.仿真及实验结果表明：随着铣削速度的增加，铣削深度和进给速度的减小，槽铣和侧铣的铣削力都减小，相同加工参数下槽铣的铣削切向力和法向力分别比侧铣高404.30%和761.06%. Al元素含量高的高熵合金铣削力大.HMX涂层刀具的铣削力小于SGS涂层刀具，铣削力平均降低10.6%.实验结果为高熵合金的高效加工提供了理论参考.

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20. 2.5D C_f/SiC复合材料与SiC陶瓷微磨削性能对比试验研究

巩亚东, 李远峰, 温泉, 任启震

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (1): 52-60. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230206

摘要（664）

HTML （8）

PDF（pc）（3348KB）（359）

为探究2.5D C_f/SiC复合材料与SiC陶瓷的微尺度磨削过程，对比2种材料在同一工艺参数下表面显微形貌、表面粗糙度与磨削力的差异，并分析工艺参数变化对磨削性能评价参数的影响；采用直径为0.9 mm的500 #电镀金刚石微磨具对2种材料分别进行单因素微磨削试验.结果表明，2.5D C_f/SiC复合材料去除过程不同于SiC陶瓷，这是因为复合材料增强纤维的存在，有效抑制了微磨削过程中裂纹的扩展；在同一工艺参数下，2.5D C_f/SiC复合材料表面微观形貌较好、缺陷少、表面粗糙度小，而无纤维增强的SiC陶瓷表面微观形貌较差、缺陷多、表面粗糙度大；SiC陶瓷的平均磨削力大于2.5D C_f/SiC，并且在微磨削过程中，2.5D C_f/SiC的实时磨削力信号较平稳，而SiC陶瓷的实时磨削力信号存在尖刺.

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