东北大学学报（自然科学版）

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1. 基于Stacking集成的RF-ET-KDE烧结过程物理指标区间预测模型

康增鑫, 陈进朝, 王金杨, 吴朝霞

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1369-1378. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.001

摘要（905）

HTML （65）

PDF（pc）（2555KB）（960）

由于烧结过程中存在众多不确定性因素，使得机理分析和点预测结果的可靠性不足.基于此提出随机森林-极限树-核密度估计（random forest-extreme tree-kernel density estimation，RF-ET-KDE）算法对物理指标（粒度、水分）进行区间预测.首先，采用数据预处理和特征选择操作筛选出最适合建模的特征变量.其次，使用基于Stacking的RF-ET算法对指标进行点预测，该算法使得模型有较高的准确性和泛化性.然后，采用KDE算法计算指标的预测误差，得到了一定置信水平下的分布区间和区间预测结果.最后，用所建模型与其余组合模型进行对比.结果表明，RF-ET算法有较高的点预测效果，KDE算法可以很好地量化指标的误差，可以得到较高可靠度的区间预测结果.

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2. 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（887）

HTML （85）

PDF（pc）（2021KB）（454）

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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3. 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（802）

HTML （26）

PDF（pc）（2041KB）（295）

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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4. 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（730）

HTML （16）

PDF（pc）（1902KB）（181）

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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5. 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（729）

HTML （16）

PDF（pc）（1136KB）（785）

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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6. 基于多模态特征工程和TSNet的心脏异常检测算法

刘纪红, 薛维, 徐超

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1394-1400. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.004

摘要（723）

HTML （13）

PDF（pc）（4015KB）（403）

心电图（electrocardiogram，ECG）和心音图（phonocardiogram，PCG）是心脏疾病诊断中常用的图像，单一的方法进行心脏疾病诊断效果不佳.基于多模态特征工程，数据集经过切分和归一化预处理后，使用格拉姆角场（Gramian angle fields，GAF）进行时间序列数据重建，形成图像模型.提出一种适用于该图像模型的双流自融合网络（two?stream self?fusion network，TSNet），使用双流自融合（two?stream self?fusion，TS）模块替代底层卷积操作，更好地融合ECG和PCG的异构信息.经Physio Net Challenge 2016 a数据集测试，该算法的准确率、F1值、精确率和召回率最佳值分别达到95.3%，95.4%，96.2%，99.4%，相较其他心电和心音多模态卷积神经网络算法，精度更高.

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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（716）

HTML （22）

PDF（pc）（2222KB）（219）

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. 基于TST-LSTM模型的烧结料层透气性预测

刘梦园, 吴朝霞, 王金杨, 閤光磊

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1379-1385. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.002

摘要（698）

HTML （23）

PDF（pc）（1484KB）（332）

烧结过程中烧结料层透气性对烧结矿的质量影响较大，因此需建立模型准确预测烧结料层透气性.由于传统编码-译码模型不能够满足时间序列的依赖关系，提出一种模型时序转换与长短期记忆网络（time?series transformer-long short?term memory，TST-LSTM）模型.此模型对变换神经网络模型的译码器部分进行处理，结合LSTM模型的优势，对烧结料层透气性进行了实时预测.最终用预测模型与传统的反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）模型、支持向量回归（support vector regression，SVR）模型和长短期记忆（long short?term memory，LSTM）模型的仿真结果进行比较.结果表明，TST-LSTM模型预测性能较好且稳定.根据实际烧结过程进行仿真预测，验证了所提方法的有效性.

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9. 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（692）

HTML （6）

PDF（pc）（1644KB）（305）

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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10. 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（690）

HTML （17）

PDF（pc）（2486KB）（689）

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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11. 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（677）

HTML （56）

PDF（pc）（4698KB）（796）

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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12. 基于SPWVD-STFT的海面弱目标检测方法

成怡, 王阳

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1401-1408. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.005

摘要（670）

HTML （10）

PDF（pc）（2912KB）（434）

为了进一步提升时频域特征检测海面弱目标的能力，提出一种平滑伪魏格纳-威利分布（smoothed pseudo Wigner-Ville distribution，SPWVD）-短时傅里叶变换（short?time Fourier transform，STFT）海面弱目标检测算法.首先，采用STFT对回波信号进行时频特征分析，优化SPWVD的时频特征分析结果，并引入 K-medoids聚类算法对二者时频矩阵进行降噪处理.然后，提取时频域特征多普勒频率稳定度（Doppler frequency stability，DFS），利用快速凸包学习算法获得虚警可控的判决区域，从而判定海杂波与目标.最后，基于IPIX数据集中实测数据的实验结果表明所提出的检测算法在相同虚警率下比时频三特征检测器的平均检测概率高6.3%.

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13. 预制钢板夹心混凝土组合板与柱连接及其有限元分析

陈百玲, 殷悦, 高海洋, 王连广

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1476-1484. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.014

摘要（669）

HTML （57）

PDF（pc）（4564KB）（348）

为满足装配式组合板-柱结构节点的承载要求，提出了两种预制钢板夹心混凝土组合板与结构柱节点的连接构造.利用ABAQUS有限元软件建立了组合板-柱连接节点的数值计算模型，分析了预制节点在冲切荷载作用下的承载性能及主要设计参数对其受力和变形性能的影响.结果表明，预制连接节点与同参数条件下的现浇节点相比，能够在保证良好延性的同时显著提升抗冲切承载力，说明连接组件能够对节点抗冲切性能产生积极贡献.此外，在外环板-贯穿螺栓连接中，建议选择方形或十字形外环板且强度等级与组合板一致，均取为Q345，并采用16个贯穿螺栓放射排布.对于外伸组合板-环向法兰连接，建议法兰厚度控制在20 mm左右，以获得最优的性价比.

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14. 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（667）

HTML （5）

PDF（pc）（2026KB）（574）

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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15. 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（658）

HTML （8）

PDF（pc）（1157KB）（1182）

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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16. 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（657）

HTML （23）

PDF（pc）（8026KB）（488）

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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17. 石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料性能及水化机理

王营, 顾晓薇, 王青, 胥孝川

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1459-1468. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.012

摘要（653）

HTML （14）

PDF（pc）（8684KB）（364）

为分析石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料的性能及水化机理，对不同质量分数的钢渣、石灰复合胶凝材料的力学性能和工作性能进行讨论，并通过XRD等检测手段探究复合胶凝材料的水化产物、化学结构以及微观形貌.研究结果表明：石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料中钢渣最佳质量分数为30%，养护28 d抗压强度达到32.3 MPa；复合胶凝材料水化产物主要为C-（A）-S-H凝胶、水化碳铝酸钙、Ca（OH）₂、方解石，其中C-（A）-S-H凝胶相互交错搭接为复合胶凝材料提供主要抗压强度；石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料中钢渣质量分数在20%~30%时不会对胶凝材料中C-（A）-S-H凝胶生成量产生较大影响且可以促进矿渣水化；适量钢渣具有充填效应使复合胶凝材料中微裂缝减少，基体更加致密，提高复合胶凝材料的力学性能.

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18. 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（649）

HTML （3）

PDF（pc）（3375KB）（534）

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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19. 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（631）

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PDF（pc）（5616KB）（641）

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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20. 柔性机械臂运动速度的PI控制策略

李小彭, 陈国文, 尹猛, 付嘉兴

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (10): 1409-1416. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.006

摘要（626）

HTML （6）

PDF（pc）（1798KB）（1086）

柔性机械臂和柔性负载会随着机械臂位姿的改变，导致转动惯量等具体参数发生改变，进而对伺服驱动系统的输出转速产生影响.采用相同阻尼系数的极点配置方法对驱动系统的比例-积分（proportional-integral，PI）控制器参数进行调节，使PI控制器随机械臂位姿改变自动调节参数，动态稳定电动机输出转速.根据拉格朗日原理和连续体振动理论建立数学模型，通过状态方程获得传递函数，采用相同阻尼系数极点配置方法调节PI控制器参数，应用到转速环控制中.分析阻尼系数与自然频率对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响.通过数值仿真证明，合理调节阻尼系数可以减小伺服驱动系统转速波动.通过与齐格勒-尼科尔斯法则自整定（Ziegler-Nichols self-tuning，Z-N）方法的对比，表明相同阻尼系数的极点配置方法使系统达到稳定的时间更短.

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