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（979）

HTML （87）

PDF（pc）（2021KB）（485）

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. 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（887）

HTML （28）

PDF（pc）（4009KB）（331）

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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3. 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（814）

HTML （18）

PDF（pc）（2486KB）（760）

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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4. 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（790）

HTML （22）

PDF（pc）（2222KB）（269）

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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5. 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（780）

HTML （6）

PDF（pc）（1644KB）（351）

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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6. 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（772）

HTML （56）

PDF（pc）（4698KB）（921）

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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7. 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（753）

HTML （24）

PDF（pc）（8026KB）（561）

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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8. 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（732）

HTML （19）

PDF（pc）（5616KB）（1089）

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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9. 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（723）

HTML （8）

PDF（pc）（2121KB）（336）

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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10. 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（717）

HTML （9）

PDF（pc）（1261KB）（102）

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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11. 基于ConvGRU融合注意力机制的工业混合气体智能识别方法

孟凡利, 李书畅, 王浩, 苑振宇

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 37-48. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240164

摘要（713）

HTML （9）

PDF（pc）（4835KB）（102）

针对传统半导体气敏传感器在气体识别方面存在的数据依赖度高和混合气体识别精度不足的问题，本研究提出了1种融合门控循环单元（GRU）、卷积与注意力机制的ConvGRUAttention网络模型.采用经验小波变换（empirical wavelet transform，EWT）对原始信号进行时频域转换与多尺度分解，抑制噪声并降低数据依赖，提高了模型的鲁棒性.本模型通过卷积层提取局部动态特征，利用GRU捕捉信号的长期依赖，并引入注意力机制动态优化多尺度信号的特征权重，增强模型的特征提取和泛化能力.通过实验验证，定性识别准确率达到了100%，定量识别的均方根误差为3.3×10^-6.与传统方法相比，混合气体检测精度显著提高.

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12. 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（701）

HTML （5）

PDF（pc）（5943KB）（39）

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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13. 考虑尺寸效应的大型轴承疲劳寿命分析

罗忠, 杨曜嘉, 郑思佳, 周吉来

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1751-1758. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.010

摘要（696）

HTML （3）

PDF（pc）（1181KB）（354）

针对大型轴承疲劳寿命分析过程中尺寸效应的问题，对大型轴承进行疲劳寿命分析并深入研究了尺寸效应所产生的影响规律.通过建立接触载荷计算模型，确定接触力分布情况，结合Lundberg-Palmgren理论，计算出不同尺寸下大型轴承的疲劳寿命，分析得到了滚珠个数与直径耦合关系以及滚道中心圆直径等参数对大型轴承疲劳寿命的影响并讨论了大型轴承在疲劳寿命方面的尺寸效应，为大型轴承的设计与选用提供了参考.研究结果表明：减小沟曲率系数、增大接触角和滚道中心圆直径可延长大型轴承的使用寿命，滚珠直径的变化对大型轴承寿命的影响要大于滚道中心圆直径变化对其寿命的影响，且接触角的增大会增强尺寸效应，而沟曲率系数的增大则会削弱这一效应.

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14. 基于有限元模拟的SUV汽车铝合金轮毂轻量化设计

陈晓明, 余建业, 刘顺, 曾翀

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (1): 99-109. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230192

摘要（683）

HTML （16）

PDF（pc）（5359KB）（806）

基于有限元分析和性能测试对铝合金汽车轮毂进行轻量化设计.首先，利用ANSYS Workbench对轮毂模型进行结构静力学分析，得到车辆静止满载状态下轮毂的应力和变形分布规律.其次，通过对轮毂前6阶模态的分析，得到轮毂各阶固有频率和变形量，并探明轮毂在发动机和路面激励下的共振规律.然后，在轮毂弯曲疲劳、径向疲劳和冲击仿真的基础上，对轮毂轮辐进行拓扑优化以获得轻量化轮毂模型.最后，对轻量化轮毂进行性能试验，并将轻量化轮毂与原始轮毂的试验结果进行对比，分析优化前后的轮毂各项性能的变化，确保轻量化后的轮毂模型符合强度要求.

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15. 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（682）

HTML （9）

PDF（pc）（3348KB）（382）

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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16. 智能反射面辅助认知无人机网络的鲁棒安全通信方法

李安, 郭涛, 黎豪, 洪升

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1717-1725. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.006

摘要（681）

HTML （4）

PDF（pc）（974KB）（313）

针对认知无人机网络中，作为次用户发射机的无人机难以准确获取窃听信道的信道状态信息而使次级系统安全性能下降的难题，提出一种利用智能反射面（intelligent reflecting surface，IRS）辅助无人机认知通信增强次用户安全传输性能的鲁棒方法.在满足主用户干扰温度约束的条件下，建立确定性模型描述窃听信道的信道状态信息（channel state information，CSI）的不确定性，联合优化智能反射面的相移矩阵、无人机的飞行轨迹和发射功率，最大化次用户的最差平均保密速率.并针对该优化问题的非凸性，基于交替优化、连续凸近似、S-Procedure和半定松弛方法，提出了一个有效的三阶段迭代算法.实验结果表明，相比于非鲁棒方案，所提出的鲁棒方案可以显著提升次用户的安全传输性能.

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17. 直动式溢流阀的压力波动可靠性灵敏度分析

查从燚, 孙志礼, 刘勤, 董鹏飞

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1744-1750. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.009

摘要（672）

HTML （5）

PDF（pc）（1158KB）（232）

液压设备服役环境复杂，常面临强振动、冲击等极端条件，这些因素与结构相关不确定性参数耦合极易引起溢流阀调定压力波动从而造成设备工作异常.考虑环境振动及不确定性因素的影响，提出了一种直动式溢流阀压力波动失效的可靠性分析模型.通过建立振动环境下溢流阀的动力学模型实现溢流阀动态特性分析，并以其调定压力波动偏差是否超过标准规定值为判别条件，建立溢流阀压力波动失效的极限状态方程；进一步地使用Kriging模型进行可靠性灵敏度分析以获取各参数对压力波动失效现象的贡献程度.结果表明：振动频率对可靠性的影响最为显著，阀芯质量和振动幅度次之，受控腔容积和敏感腔容积影响最小.研究结果可为振动环境下溢流阀发生压力波动失效行为的调控提供理论参考.

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18. 改进PSO-PH-RRT*算法在智能车路径规划中的应用

蒋启龙, 许健

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (3): 12-19. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239047

摘要（672）

HTML （27）

PDF（pc）（2392KB）（246）

在机器人控制、智能车自主导航等应用场景中，路径规划需要考虑到环境中的障碍物、地形等因素.针对路径规划中快速拓展随机树（RRT）算法拓展目标方向盲目、效率较低的问题，提出了基于粒子群算法优化的均匀概率快速拓展随机树（PSO-PH-RRT*）算法.该算法在基于均匀概率的快速拓展随机树（PH-RRT*）算法的基础上，利用粒子群算法更新方向概率作为随机树节点的速度方向，从而改善了节点的位置更新策略，并将节点到目标向量的距离和轨迹平滑度作为粒子群算法的适应度函数.最后在多种障碍环境下进行仿真.结果表明，PSO-PH-RRT*算法能大大减少迭代时间成本，同时改善路径长度和平滑度.

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19. 考虑铣削表面形貌的工艺参数可靠性优化

黄贤振, 王旭, 丁鹏飞, 姜智元

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (3): 80-87. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230275

摘要（672）

HTML （11）

PDF（pc）（2578KB）（335）

针对球头铣削过程进行研究，旨在完成铣削工艺参数的可靠性优化.首先，根据球头铣刀切削刃运动轨迹，利用Z映射（Z-MAP）算法对加工形成的表面形貌进行仿真，引入表面粗糙度（R_a）衡量加工后的表面质量，通过表面形貌分析实验验证表面形貌仿真模型的准确性；然后，考虑到铣削过程中加工表面质量、刀具使用寿命以及工艺参数不确定性的实际约束条件，建立以主轴转速、刀具进给速度、轴向切深、径向切深为优化变量，以材料去除率（Q）的最大化为优化目标的工艺参数可靠性优化模型；最后，基于灰狼优化算法对优化模型进行求解以获得最优工艺参数，并通过铣削实验验证优化结果的可行性.

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20. 单目视频图像序列三维重建方法

沙晓鹏, 曹加奇, 李文静, 秦晔

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (12): 1680-1687. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.002

摘要（661）

HTML （9）

PDF（pc）（2964KB）（638）

针对单目场景下的三维重建，由于运动模糊和小基线图像的存在导致图像模糊、特征点匹配低、重建精度差等问题，提出一种单目视觉系统的三维重建方法.首先，根据图像的边缘信息利用小波变换检测原始数据中的模糊图像并剔除，通过几何鲁棒性准则筛选出宽基线图像，得到用于三维重建的清晰图像；其次，提出了基于区域划分的错误匹配特征点剔除算法，剔除重复匹配和错误匹配特征点；最后，提出3种不同区域增长方式获取更多特征点进行三维点计算.结果表明，提出的方法有效地去除了错误匹配特征点，提高了特征点匹配的准确率，获得了更多的点云数量，提高了重建模型的精度和完整度.

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