东北大学学报（自然科学版）

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基于观测器的时滞T-S模糊广义切换系统的异步无源控制

杨冬梅，王傲

2021, 42 (11): 1521-1526. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.001

摘要 ( 735 )

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PDF(388KB) ( 392 )

引入了一种新的无源不等式到T-S模糊广义切换系统中，进而研究了一类子系统切换与基于观测器的控制器切换存在不同步情况的系统无源性问题.首先，运用分段李雅普诺夫函数和模型依赖平均驻留时间的方法，通过无源性过剩的子系统来弥补无源性不足的子系统，从而确保切换系统的整体无源性;然后，利用线性矩阵不等式的方法得到时滞T-S模糊广义切换系统的全局一致指数稳定和严格指数无源的充分条件，并据此设计出相应的观测器和控制器，最后给出数值算例证明该方法的有效性.

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分数阶微分Whittaker平滑器

单鹏，何年，李志刚，吴缀

2021, 42 (11): 1527-1532. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.002

摘要 ( 735 )

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PDF(656KB) ( 270 )

目前Whittaker Smoother(WS)算法应用广泛，该算法的核心在于用整数阶微分来表示粗糙度.但整数阶微分表示过于单一，不够灵活，不能真实反映出信号的粗糙度.相反分数阶微分表示丰富，可以更好地描述真实信号的粗糙度.因此，本文用分数阶微分来改进WS算法，使它更加灵活有效.采用Riemann-Liouvile(RL)和Grumwald-Letnikov(GL)两种不同的分数阶微分计算方法来实现分数阶WS算法.此外，通过数学推导，实现分数阶WS算法的自动选参.含有尖锐峰的核磁共振谱实验结果表明:分数阶WS算法可以提取更多的真实信息;Marzipan红外光谱实验结果表明:与原有整数阶WS算法相比，光谱定量分析的精度更高.

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基于改进TADW的链路预测算法

陈东明，孙政平，于开帅，王冬琦

2021, 42 (11): 1533-1539. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.003

摘要 ( 591 )

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PDF(539KB) ( 264 )

针对经典的节点相似性链路预测算法只考虑网络拓扑结构或者节点属性信息的问题，使用词嵌入模型Word2vec学习得到节点文本属性信息的表示，进而改进TADW(text-associated deep walk)算法，弥补其语义信息表示能力的不足.基于改进的TADW图嵌入方法提出一种融合网络拓扑结构和节点属性信息的相似性指标，并基于此相似性指标提出链路预测算法.在三个真实数据集上的实验结果表明所提出算法可以提高预测精度，并具有更好的鲁棒性，同时使用图嵌入的方法有效解决了网络数据的稀疏性问题.

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一种基于深度学习的实时视频图像背景替换方法

谢天植，雷为民，张伟，李志远

2021, 42 (11): 1540-1546. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.004

摘要 ( 992 )

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PDF(1228KB) ( 613 )

针对视频会话业务的实时性需求，提出一种轻量级深度学习网络模型实现视频图像的实时背景替换功能.网络模型包含语义分割和背景替换两个模块.语义分割模块整体架构采用编解码结构，编码端使用编码器模块、空洞卷积金字塔池化模块、注意力模块以及增益模块提取特征；解码端使用解码器模块、调整模块以及编码器模块恢复图像，再传入背景替换模块完成背景替换.该网络模型在本文设定的数据集训练后分割精确度达到94.1%，分割速度达到42.5帧/s，在实时性和准确性上达到较好的平衡，具有很好的实用效果.

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基于相空间重构的心冲击信号房颤检测方法

蒋芳芳，王浩乾，程天庆，洪楚航

2021, 42 (11): 1547-1554. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.005

摘要 ( 599 )

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PDF(1071KB) ( 386 )

针对房颤事件中的节律异常特性，提出应用相空间重构算法提取心冲击(ballistocardiogram， BCG)信号的二维节律特征，并对重构过程中的最优嵌入维数和时间延迟参数进行了讨论.首先，将心脏搏动视为非线性动力学系统，应用相空间重构理论将一维时间序列映射到高维相空间中，从而获取BCG信号中表征房颤过程节律异常的相空间轨迹特征.其次，探讨了重构过程中适于房颤诊断的最优嵌入维数和时间延迟参数，并结合卷积神经网络实现了对房颤的智能诊断.最终，通过对59名受试者提取到的2000组BCG数据进行十折交叉验证，所提方法的分类准确率达到91.00%，与基于经典时频特征的机器学习方法相比较，有较为明显的提高，从而验证了所提方法的优越性.

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Fe-Al微叠层复合材料的制备及界面表征

祖国胤，张影，魏振雄，满婷

2021, 42 (11): 1554-1561. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.006

摘要 ( 658 )

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PDF(2166KB) ( 292 )

将多层纯铁和纯铝薄板交替叠放，采用“热轧复合—冷轧减薄—合金化热处理”工艺流程制备了Fe-Al金属/金属间化合物微叠层复合材料(Fe-Al MIL)，研究了合金化温度对该复合材料微观组织、相组成、相变及力学性能的影响.结果表明:所制备的Fe-Al微叠复合材料Fe/Al界面结合状态良好;随合金化温度的升高，化合物层厚度随之增加，当温度低于Fe-Al固-半固态反应温度655℃时，Fe₂Al₅和FeAl是化合物层的主要物相，而高于655℃时，则会在化合物层和Fe金属界面处出现少量交替分布的FeAl₃和Fe₃Al;DSC曲线上呈现出~559，~571和~667℃三个放热峰，分别代表FeAl₃，Fe₂Al₅和FeAl的相转变;固-固和固-液合金化后得到的Fe-Al MIL力学性能较差，均易发生分层断裂现象，而固-半固态合金化热处理后其力学性能最佳.

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NdFeB基底温度对TiN防护膜耐腐蚀性的影响

谢元华，邓文宇，王朋阳，万亿

2021, 42 (11): 1562-1568. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.007

摘要 ( 474 )

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PDF(1796KB) ( 227 )

在钕铁硼(NdFeB)稀土永磁体腐蚀防护过程中，针对基底温度对TiN防护膜防护效果影响较大的问题，采用磁控溅射技术在NdFeB永磁体表面沉积TiN防护膜，通过场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、电化学检测及永磁无损检测等手段对样品进行表征，分析基底温度对TiN膜微观结构及腐蚀防护性能的影响.结果表明:基底温度对TiN薄膜性能影响较大，温度的升高有助于晶粒生长，TiN(111)晶面取向更加明显;腐蚀测试结果显示基底温度300℃时耐腐蚀性最强，但磁性能损失最大.基底温度在100℃时TiN膜层的耐腐蚀性能较强，磁性能损失较小，对基底具有最佳的防护效果.

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基于SSO算法优化神经网络的数控机床热误差建模

黄智，刘永超，廖荣杰，曹旭军

2021, 42 (11): 1569-1578. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.008

摘要 ( 700 )

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PDF(2727KB) ( 220 )

针对影响五轴数控机床加工精度的复杂热特性，提出了一种用于摇篮式五轴数控机床热误差建模方法.该方法主要采用鲨鱼嗅觉优化(SSO)算法和神经网络的复合建模方式，有效提高了机床热误差预测模型的精度和建模效率.首先通过使用热成像仪筛选出机床的温度敏感点，然后将温度传感器布置在机床热敏感点的位置，将采集到的热特性数据采用本文所提方法进行热误差建模，结果表明，该方法在建模速度和精度上要优于ABC和PSO神经网络，最后将该热误差预测模型应用于五轴数控机床热误差补偿实验，将试件加工精度提高了32%.

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视觉搜索中图标布局的影响机理

金涛，明成业，周淑芳，何家敏

2021, 42 (11): 1579-1584. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.009

摘要 ( 584 )

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PDF(636KB) ( 311 )

采用视觉搜索范式，研究图标视觉特征及数量变化对图标布局认知绩效的影响.实验表明，当图标数量N=6时，仅图标视觉特征主效应显著，布局方式对搜索速度无显著影响，图标视觉特征是认知绩效的主要影响因素;当图标数量N=15时，仅图标布局方式主效应显著，横向排列搜索速度最快.通过图标数量的连续性变化实验发现，图标数量超过10个，横向排列反应时显著低于纵向排列，两者错误率无显著差异;随着图形面板 L_○长度 / S_○宽度比值的降低，两者平均反应时差距逐渐缩小，趋于一致.研究表明，图标数量的变化对布局方式和视觉特征的认知绩效产生显著影响.

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基于并行叠加的国土空间开发适宜性评价

杨宜舟，吴立新，郭甲腾，刘善军

2021, 42 (11): 1585-1590. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.010

摘要 ( 478 )

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PDF(981KB) ( 137 )

在国土空间大数据环境下，基于传统串行叠加分析计算的国土空间开发适宜性评价性能已达极限，需研究并行化方法，以利用更多的计算资源提升国土空间开发适宜性评价的效率.在分析基于多空间对象叠加综合评价原理的基础上，通过引入空间数据预处理方法、空间数据划分方法及并行空间索引，提出并实现了以并行叠加分析为核心的国土空间开发适宜性评价方法.西南四省的国土空间建设用地适宜性评价应用实验表明:本文方法相比传统方法性能提升了至少30倍，且节约了大量的人力物力资源，解决了传统架构下国土空间开发适宜性评价计算效率低或无法胜任的难题.

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液氮冷却作用下三类高温岩石力学性能试验研究

董硕，沙松，蒙世仟，荣冠

2021, 42 (11): 1591-1599. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.011

摘要 ( 559 )

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PDF(1641KB) ( 295 )

为了研究液氮冷却对高温岩石物理力学性能的影响，对不同温度下(25~350℃)的花岗岩、片麻岩和砂岩试样进行液氮冷却处理，开展了一系列的物理力学试验研究，结合微观观察结果分析了各类岩石的损伤机理.结果表明，提高加热温度能够加剧液氮对岩石内部结构的损伤，随温度的升高，岩石的孔隙率、峰值应变逐渐增大，而纵波波速、抗压强度和弹性模量则相反.高温和液氮冷却所产生的热应力导致岩石内部裂纹的萌生和扩展，且微裂纹主要沿石英矿物边界发育.随着加热温度的升高，微裂纹的数量呈逐渐增加的趋势，这是岩石宏观特性退化的主要原因.三类岩石对加热和液氮冷却处理的敏感度不同，这与岩石在成岩作用、矿物成分、胶结类型以及孔隙结构方面的差异有关.

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基于Voronoi块体模型的砂岩力学特性研究

孙浩，陈帅军，金爱兵，李海

2021, 42 (11): 1600-1608. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.012

摘要 ( 539 )

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PDF(1445KB) ( 255 )

PFC软件中球形颗粒和平行黏结接触模型(PBM)被广泛应用于岩石力学特性模拟研究.然而，球形颗粒和PBM存在两个明显缺陷:球形颗粒与岩石材料的晶粒形状相差较大;无侧限抗压强度与抗拉强度之比(压拉比)偏低.基于此，以山西吕梁地区典型砂岩为例，通过Voronoi剖分建立刚性块体数值试样，并使用软化黏结接触模型(SBM)对砂岩试样进行模拟分析.研究结果表明，基于刚性块体和SBM的数值模拟相较于传统基于球形颗粒和PBM的数值模拟而言，主要具有3个优点:与球形颗粒试样相比，刚性块体间自锁效应增大，刚性块体模型间的配位数明显提高，更能模拟真实砂岩的晶粒形状和晶粒间力学行为;软化黏结模型能模拟出砂岩更大的压拉比，更能真实表征砂岩在多应力路径下的力学特性;采用基于刚性块体和SBM的数值模型能够真实反映砂岩典型的剪切破坏模式.

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考虑三维形貌参数的结构面峰值剪切强度预测新模型

王述红，尹宏，张泽，魏崴

2021, 42 (11): 1609-1617. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.013

摘要 ( 460 )

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PDF(923KB) ( 297 )

为进一步修正Grasselli结构面三维形貌参数系统，获得一个能够反映结构面剪切机理的预测模型.深度分析视倾角和分布参数，提出单值分布函数A^*_θ△*，并将其作为权重函数参与平均视倾角的计算;定义相对分布参数C^*，揭示了分布参数对结构面抵抗剪切的控制作用;最后，提出一个新的峰值剪切强度预测模型，利用国内外学者发表的50组数据验证，新模型相较于Grasselli系模型的预测精度最佳.另外，定义了分布参数C的物理和数学边界，从理论上解释了实验值不小于1的现象，总结了视倾角的分布规律和初始剪胀角的构成，将Grasselli系模型从理论上划归至统一形式.新的预测模型参数更为简洁，物理意义和数学定义明晰，同时能够较好地揭示结构面的剪切机理.

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注浆锚杆界面应力分析及临界锚固长度计算

张耀升，王连广，黄小斌，陈百玲

2021, 42 (11): 1618-1624. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.014

摘要 ( 622 )

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PDF(1635KB) ( 263 )

为了明确注浆岩锚在半无限锚固长度下的受力机理，分析了锚杆界面的受力关系，给出相应的锚杆拔出方程.然后假定锚杆弹性部分沿锚固深度方向的剪应力分布呈四分之一椭圆弧，进而给出了注浆锚杆临界锚固长度的计算公式.对4根锚固长度分别为6.0m和8.5m的锚杆进行了原位拉拔试验，以验证所给公式的正确性.结果表明，计算得到的轴向应变分布曲线与试验结果一致，轴向应变随着锚固深度的增加呈非线性减小.计算得到的临界锚固长度为5.3m，与试验结果相差3.6%.最后，通过与前人研究进行比较后发现，本文所给公式具有一般性，且通过本文所给公式计算得到的结果相对保守.

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基于优化的残差网络的锈蚀钢筋图像分类

方亮，周云，唐志泉

2021, 42 (11): 1625-1633. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.015

摘要 ( 512 )

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PDF(1768KB) ( 263 )

通过实验研究提出一种基于残差网络(ResNet)的锈蚀钢筋分类方法，为开发锈蚀钢筋现场准确定量评价方法提供新思路和技术参考.以1478根直径12mm和14mm，锈蚀率1.45%~56.10%的钢筋为研究对象，利用工业相机在实验室条件下拍摄图像，结合数据增强技术，共获得23648张样本图像，并根据锈蚀率确定11类标签.基于深度卷积神经网络搭建ResNet结构，并利用Adam算法进行迭代优化，通过对比不同数据集的实验结果评估分类准确率和训练轮数.为验证所提方法的适用性，将不同直径钢筋的样本图像组合成6种数据集进行训练与测试.研究表明，经过100次迭代训练，针对6种数据集的钢筋锈蚀程度分类准确率均在93.2%以上，最高达98.8%.该方法支持混合直径的锈蚀钢筋高精度分类，具有良好的实际应用性.

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变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

李刚，张晓宇，黄庭川，张洋洋

2021, 42 (11): 1634-1640. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.016

摘要 ( 605 )

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PDF(1371KB) ( 369 )

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律，基于1m³粉尘爆炸测试系统，搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道，以玉米淀粉为实验介质，通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法，研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势，在变径点之后增幅明显变大，缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势，其在变径后衰减幅度显著升高，缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长，相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.

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“政产学”协同对创业活跃度的影响——基于三螺旋视角的定性比较分析

贾建锋，刘伟鹏，张卫国

2021, 42 (11): 1640-1649. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.017

摘要 ( 479 )

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PDF(533KB) ( 149 )

为探讨影响省份间创业活跃度差异的因果复杂机制，借鉴三螺旋理论，整合“政产学”3个层面的6个前因要素，应用组态思维和定性比较分析(QCA)方法进行分析.研究发现:单个“政产学”要素并不构成高创业活跃度的必要条件，各地区没有按照某一固定模式提升创业活跃度.高创业活跃度的驱动机制可以分为三条路径:“政学”协同主导型、“政产”协同主导型与“产学”协同主导型.现阶段没有任何一个地区的高创业活跃度是通过“政产学”三者完美协同提升的，仅限于其中两者间协同运转.

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二维板材圆形件剪冲的四块排样算法

潘卫平，樊治平，黄敏

2021, 42 (11): 1650-1655. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.018

摘要 ( 603 )

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PDF(409KB) ( 178 )

针对二维板材圆形件剪冲下料问题，提出一种基于四块排样方式的下料算法.这种排样方式将一张板材划分成四个块，在每块中排放具有相同长度和方向的条带;条带中排放若干行同种圆形件.构造排样算法生成单张板材上圆形件的四块排样方式，首先确定圆形件在条带中的布局;然后构造递归算法生成条带在块中的布局;最后采用隐式枚举算法确定板材的最优四块划分.采用列生成算法调用上述排样方法生成多个不同的排样方式，按照单纯型原理择优选择一组排样方式形成下料方案，并对小数解进行圆整操作.使用文献例题和实际生产实例将本文算法与文献算法进行对比，结果表明: 本文算法下料方案板材利用率比四种文献算法分别高0.49%， 0.32%， 6.04%和1.50%，计算时间能满足实际应用需要.

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基于动态情绪驱动的人员应急疏散模型

李佳洋，唐加福，郭恩铭

2021, 42 (11): 1656-1662. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.019

摘要 ( 725 )

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PDF(2198KB) ( 272 )

针对应急疏散中人员的动态疏散行为，将情绪感知及传染机制引入行人运动策略，以SIS(susceptible-infectious-susceptible)模型为基础构造了人员情绪更新函数，提出了情绪感知域界定，改进了元胞自动机的动态场.通过仿真实验对所构建动态情绪驱动人员疏散运动模型的性能开展分析，验证了该模型符合个体运动的动态特征.同时探讨了动态行为切换的情绪强度阈值、感染系数和平静系数等因素对疏散过程的影响.结果表明:个体情绪强度阈值决定了系统的个体最终状态，而感染系数和平静系数影响状态变化速率，进而影响疏散时间.该研究为疏散人群管理提供理论依据.

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考虑车内拥挤状态的公交弹性发车间隔优化

裴玉龙，杨世军，潘恒彦

2021, 42 (11): 1663-1672. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.11.020

摘要 ( 537 )

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PDF(2520KB) ( 242 )

为提高常规公交的出行服务质量，建立了考虑车内拥挤状态的公交弹性发车间隔优化模型.通过量化车内拥挤状态，给出各拥挤状态下的乘车成本;建立了线路各区间的拥挤状态转移函数.考虑乘客的车内拥挤状态感知，建立站点乘客随时间的上下车数量的度量模型;构建乘客出行成本度量模型，以乘客出行成本与车辆运营亏损之和最小化为目标函数，建立了公交弹性发车间隔优化模型;并设计遗传算法对模型进行求解.结果表明:优化模型能够有效降低出行成本.模型对等待成本有着“补短板”效果，对乘车成本有着“削峰”效果，即通过增加乘客到站量小站点的等待成本，降低乘客到站量大站点的等待成本，削弱乘车成本峰值的手段，达到总成本最低的效果.

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