东北大学学报（自然科学版）

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基于双决斗深度Q网络的自动换道决策模型

张雪峰，王照乙

2023, 44 (10): 1369-1376. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.001

摘要 ( 1046 )

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PDF(2568KB) ( 658 )

汽车自动变道需要在保证不发生碰撞的情况下，以尽可能快的速度行驶，规则性地控制不仅对意外情况不具有鲁棒性，而且不能对间隔车道的情况做出反应.针对这些问题，提出了一种基于双决斗深度Q网络(dueling double deep Q-network， D3QN)强化学习模型的自动换道决策模型，该算法对车联网反馈的环境车信息处理之后，通过策略得到动作，执行动作后根据奖励函数对神经网络进行训练，最后通过训练的网络以及强化学习来实现自动换道策略.利用Python搭建的三车道环境以及车辆仿真软件CarMaker进行仿真实验，得到了很好的控制效果，结果验证了本文算法的可行性和有效性.

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近红外光谱变分推断标定自适应方法研究

赵煜辉，齐天舒，芦鹏程

2023, 44 (10): 1377-1383. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.002

摘要 ( 480 )

HTML ( 30)

PDF(1156KB) ( 181 )

在近红外光谱分析中，已有的标定迁移方法多基于标准样本和无参数归纳模型，普遍存在模型生存周期短、适用范围小等问题.针对此问题，提出了一种参数化对齐源域(主仪器)和目标域(从仪器)特征分布的变分推断标定自适应(variational inference calibration adaptation， VICA)方法.VICA对源域数据进行主成分分析，建立源域特征的变分回归模型.在预测时，VICA首先将目标域数据投影到源域特征子空间中，然后建立源域特征和目标域特征的分布差异函数，通过最小化该函数得到目标域的概率密度模型，实现模型迁移.实验对比表明，VICA比现有的大多数标定迁移方法的标定效果更好.

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基于边缘横向协作的在线内容缓存与交付方法

柳明晗，陈香伊，陈雪萍，赵海

2023, 44 (10): 1383-1391. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.003

摘要 ( 545 )

HTML ( 19)

PDF(1136KB) ( 188 )

传统的网络架构无法满足用户对内容缓存的需求，并且在内容交付中存在低延迟要求和高通信成本之间的冲突.为了解决这些问题，在边缘节点横向协作场景下，提出了一种基于Lyapunov优化和分支定界法的在线内容缓存与交付算法，以平衡交付时延与成本、高效的决策内容缓存与内容交付.提出的算法基于Lyapunov优化理论分解连续问题为单时隙在线优化问题，并利用分支定界算法求解.仿真实验表明，提出的算法能在有限的内容交付成本预算下实现较低的平均内容交付时延、较高的内容命中率，并且能够自适应地平衡内容交付时延与交付成本.

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自适应调节医学CT序列图像窗宽窗位算法

陈锦林，原培新，侯浩南，赵钊

2023, 44 (10): 1392-1400. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.004

摘要 ( 592 )

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PDF(3667KB) ( 621 )

调窗处理能够提高医学CT图像对灰度的识别准确率，默认窗位窗宽(127.5， 255)局限性强，人工调窗不仅需要具备丰富的先验知识，而且效率低下无法广泛应用，为此提出一种自适应调窗算法.该算法首先根据序列图像最大和最小灰度值绘制直方图.其次设置相关参数，遍历直方图去除频数小于阈值T_○0的部分，再次遍历直方图将相邻两组频数差值小于阈值T_○1的部分合并.最后根据直方图计算窗宽窗位.通过对比实验表明，该算法在均方误差、信噪比和峰值信噪比方面都有所提高，能够有效地提高灰度识别准确率.

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基于斜投影算子的混合信号DOA估计算法

佘黎煌，张剑宇，张石

2023, 44 (10): 1401-1407. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.005

摘要 ( 565 )

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PDF(614KB) ( 272 )

为了提高混合信号的波达方向(direction of arrival， DOA)估计精度并降低其阵列孔径损失，提出一种基于斜投影算子的高精度DOA估计算法.所提算法将混合信号中独立信号与相干信号分两个阶段进行估计，首先利用ESPRIT(estimating signal parameter via rotational invariance techniques)算法处理阵元接收数据的协方差矩阵，得到混合信号中独立信号的DOA估计值；而后利用斜投影算子去除混合信号中独立信号的信息，得到新的协方差矩阵；利用新得到的协方差矩阵的信号子空间进行去相干处理；最后结合ESPRIT算法计算得到相干信号的DOA估计值.仿真结果表明，相较传统的混合信号DOA估计算法，所提算法在低信噪比情况下以及信号入射间隔较小的情况下有较高精度，有效地降低了阵列孔径的损失.在不同的采样快拍数下，本文算法也表现出更强的鲁棒性.

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一种基于自适应搜索的多模态多目标优化算法

李占山，宋志扬，花昀峤

2023, 44 (10): 1408-1415. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.006

摘要 ( 589 )

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PDF(470KB) ( 317 )

为了解决目前基于分解的多模态多目标优化算法存在种群搜索能力不足，子种群中存在无用解和距离度量不具有普适性等问题，提出了一种基于自适应搜索的多模态多目标优化算法MOEA/D-AS.首先，该方法通过减少平均子种群的个体数量，进而增加参考向量的数量.其次，根据子种群当前状态自适应分配子种群的个体数量.最后，使用引入了局部种群信息的清除距离作为维护子种群的依据.将提出的算法与4种算法在2019年CEC多模态多目标测试问题和大规模多模态多目标测试问题上进行对比实验，实验结果表明，提出的算法可以有效解决多模态多目标优化问题.

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多级深度还原法制备Ti6Al4V粉体中镁热自蔓延产物浸出动力学

闫基森，豆志河，张廷安

2023, 44 (10): 1416-1423. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.007

摘要 ( 492 )

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PDF(1401KB) ( 174 )

对多级深度还原法制备Ti6Al4V合金粉体过程中的镁热自蔓延产物的浸出过程进行了研究，探究了原料粒度、浸出温度和盐酸浓度对浸出过程的影响. 结果表明，温度和盐酸浓度对Ti的浸出率有很大的影响.Mg浸出反应的表观活化能为47.38kJ/mol，反应级数为0.22.Ti浸出反应的表观活化能为103.4kJ/mol，反应级数为1.142.最终选择D₅₀为59.4μm的镁热自蔓延产物作为原料，采用30℃的浸出温度和1mol/L的盐酸作为浸出条件.经过180min的浸出可将镁热自蔓延产物中的Mg去除92.1%，钛的损失率为17.5%.

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气淬作用下熔渣粒化机理及破碎效果分析

刘晓宏，温治，肖永力，楼国锋

2023, 44 (10): 1424-1430. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.008

摘要 ( 557 )

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PDF(3792KB) ( 263 )

针对熔渣气淬粒化工艺，在实验的基础上开展了气淬作用下的熔渣粒化过程数值模拟.利用VOF模型追踪自由界面、Realizable κ-ε模型处理湍流流动.模拟得到了气淬熔渣粒化过程，并分析了熔渣破碎机理.进一步建立了无量纲数局部动量比，对熔渣的黏度及气渣局部动量比进行了影响因素分析.结果表明:熔渣存在两种破碎形式，一种为R-T不稳定性所产生的柱状破碎，主要由渣流迎风面和背风面存在的局部高压区所导致；另一种为K-H不稳定性主导的表面液膜破碎，其主要由气渣界面间的速度梯度所引起.熔渣黏度的增加会使熔渣的颗粒粒径增大，破碎效果降低；气渣局部动量比的增大增强了熔渣的表面液膜波动，使剥离的颗粒数量增多，破碎长度减小，熔渣破碎效果加强.

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含轴电流损伤的球轴承动力学建模及特性分析

李小彭，曲兴超，李柏涛，苏晶

2023, 44 (10): 1431-1439. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.009

摘要 ( 597 )

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PDF(2359KB) ( 191 )

以风力发电机球轴承为研究对象，提出了凹坑形式的轴电流损伤模型，分析该损伤对轴承动力学特性的影响规律.利用半正弦和分段激励函数建立了一个含长度、宽度和深度的损伤模型，用于描述轴电流的不同损伤程度；建立了含轴电流损伤的轴承动力学模型，来研究损伤凹坑的大小和形状及外载荷对轴承的振动特性影响；通过轴承的接触分析，研究了轴电流损伤程度对轴承载荷分布的影响；将仿真结果和实验对比，验证了模型的正确性.研究结果表明:所提出的模型可以准确地描述由凹坑形式的轴电流损伤导致的冲击激励与周期性变化现象；随着轴电流损伤程度的增大，轴承的振动响应和接触力变大，系统趋于不稳定.

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风力发电机主轴轴承零游隙位置概率分析

黄贤振，张鹏，李红雷，吕中

2023, 44 (10): 1440-1447. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.010

摘要 ( 478 )

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PDF(1495KB) ( 142 )

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配，需要确定轴承的零游隙位置.首先，采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量，从而确定轴承的零游隙位置.而后，建立了轴承零游隙的有限元位移模型，提出了一种更加准确的零游隙位置计算方法.考虑到随机因素的影响，提出了Kriging代理模型的方法，分析了风电主轴轴承零游隙下内外圈位置的概率分布特性.最后，数值算例表明，Kriging模型预测的最大误差在0.1%以内，表明所提出的方法具有较高的精度和适用性.

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带外鳍振动驱动机器人的运动机理及试验研究

郭俞良，郭瑞，唐陈伟，姚红良

2023, 44 (10): 1448-1454. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.011

摘要 ( 562 )

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PDF(2384KB) ( 121 )

为了满足垂直管道检测的需求，设计了一种带外鳍振动驱动的机器人，并进行了运动机理研究.根据机器人的结构，考虑摩擦和冲击这两个非光滑非线性因素，建立了机器人系统的非光滑多体动力学模型.进行了机器人的频域和时域响应数值仿真分析，并研究了不同负载质量参数对机器人的影响.开发了机器人样机，包括单片机、无线控制模块等.对机器人进行竖直管道爬行测试，在测试过程中给机器人增加了额外的质量来验证机器人的负载能力.试验结果验证了数值模拟结果的正确性，机器人的最大向上爬行速度为10.8mm/s.

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基于BP神经网络的TBM刀盘关键位置应变重构

霍军周，葛利涵，张占葛，李高瑞

2023, 44 (10): 1455-1463. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.012

摘要 ( 397 )

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PDF(2200KB) ( 167 )

为解决恶劣工况下全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine，TBM)关键主承力结构应变监测难、监测不准的难题，提出了一种基于BP神经网络和有限元分析的TBM刀盘关键位置应变重构方法.首先，通过静、动力学有限元分析确定了TBM刀盘关键位置，并提取了刀盘典型易损特征子结构.其次，基于有限元技术和实验设计(design of experiments，DOE)方法，分别进行了标准件和特征子结构多载荷下静力学有限元分析，并构建了载荷-应变数据库.最后，运用BP神经网络建立了标准样件和刀盘特征子结构的应变重构模型，并进行了标准样件的实验验证.结果表明，重构应变的平均误差为10%，验证了方法的可行性，为TBM刀盘复杂结构的应变重构提供了一种可行的方法.

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基于深度学习的挖掘机工作阶段的分类与识别

刘伟嵬，邓剑洋，张靖文，牛东东

2023, 44 (10): 1464-1474. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.013

摘要 ( 505 )

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PDF(1788KB) ( 283 )

为实现对挖掘机作业循环各工作阶段的自动识别，采用以执行机构先导压力、主泵压力和功率为识别对象的智能识别方法.根据执行机构先导压力的变化划分工作阶段，并用主泵压力和功率验证.以各工作阶段起始特征波形作为其起始标志，以时间窗滑移方式提取起始特征并确定最佳时间窗宽度，采用深度学习的方法识别各标志.对比了深度学习中分类识别领域应用广泛的ResNet和LSTM的识别效果，发现LSTM的识别效果更好，对测试集的识别准确率最高可达到99.75%.采用LSTM对测试数据进行识别，识别正确率仅有82.54%，说明存在误识别.提出以挖掘机工作阶段的逻辑顺序和设定主泵功率阈值作为校正依据对误识别进行校正，识别正确率可提升至99.72%.结果表明，该方法识别准确率高，可有效识别作业循环各工作阶段.

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基于深度学习轻量化的改进SSD煤矸快速分选模型

李娟莉，魏代良，李博，文小

2023, 44 (10): 1474-1480. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.014

摘要 ( 482 )

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PDF(1626KB) ( 150 )

针对SSD目标检测模型参数量大、运行速率低的问题，在SSD模型的基础上提出一种新的煤矸快速识别模型DSR-SSD.应用深度可分离卷积代替主干特征提取网络中的普通卷积，减少了模型的计算量；将RFB模块融入到SSD模型中，提高了模型的特征提取能力.经验证，DSR-SSD模型的识别速率为113.99帧/s、精确率为95.17%.将DSR-SSD与SSD，Faster-RCNN，YOLOv3三种模型对比，发现DSR-SSD模型与SSD模型相比，精确率提高了2.29%，识别速率提高了60.89%；同时，DSR-SSD模型的精确率比Faster-RCNN模型高2.86%，比YOLOv3模型高2.71%，识别速率分别是Faster-RCNN模型和YOLOv3模型的14.90倍和3.65倍，证明了DSR-SSD模型性能优越.

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基于Mel频谱和LSTM-DCNN的矿山微震信号混合识别模型

赵永，焦诗卉，赵乾百

2023, 44 (10): 1481-1489. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.015

摘要 ( 543 )

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PDF(1547KB) ( 222 )

微震监测是保证矿山安全生产的有效手段，微震信号识别精度直接影响着微震事件的判定及分析结果.鉴于此，以夏甸金矿微震监测数据作为样本，建立了基于Mel频谱和长短时记忆(long short-term memory，LSTM)神经网络与深度卷积神经网络(deep convolutional neural networks，DCNN)混合的矿山微震信号识别模型.首先对监测信号进行预处理，利用Mel时频谱降低干扰频段的权重并减小样本尺寸.然后利用LSTM和DCNN模型分别提取信号的时间特征及空间特征.通过多种模型的对比分析，结果表明本文提出的Mel-LSTM-DCNN混合模型对微震信号识别准确率最高.该模型为矿山准确识别微震信号提供参考.

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带翼缘板圆钢管顶进过程土体变形数值模拟

赵文，王志国，王昭鹏，王鑫

2023, 44 (10): 1490-1498. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.016

摘要 ( 536 )

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PDF(1457KB) ( 114 )

在传统管幕工法的钢管两侧分别焊接上下两条钢板(称为翼缘板)，并将相邻钢管翼缘板焊接形成新型管幕结构.由于翼缘板的存在，顶进过程土体变形规律与圆形钢管不同.本文应用Midas GTS有限元分析软件，对不同钢管直径、翼缘板位置的带翼缘板圆钢管顶进过程进行模拟.结果表明，随上下翼缘板间距增大或管径的不断增加，管顶土体沉降、管底土体隆起、翼缘板处土体竖向位移不断增大；当顶管开挖面距离监测断面一节管长时，监测断面位置土体隆起；顶至监测断面位置时，土体变形变为沉降；当顶管位置超过监测断面一节管长后，土体变形趋于稳定；同时通过拟合曲线，得到了土体变形与上下翼缘板间距、管径的函数关系.

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多盐耦合环境下混凝土腐蚀损伤发展模型

贺盛，王萧，于鹏，李玉滔

2023, 44 (10): 1499-1506. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.017

摘要 ( 534 )

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PDF(837KB) ( 166 )

以SO^2-₄，Cl^-与Mg²⁺作为主要离子模拟工厂中实际恶劣化学腐蚀环境，开展现场暴露试验及室内模拟试验.研究了不同浸泡方式、水胶质量比、腐蚀溶液质量分数及干湿周期对混凝土劣化影响，采用超声波检测分析混凝土劣化程度.结果表明:在多盐耦合作用下，混凝土的损伤层厚度随腐蚀时间持续增加且速度逐渐减小.腐蚀前期Cl^-与SO^2-₄先进行反应，混凝土内外浓度差较大，腐蚀速度快；腐蚀中期镁盐参与腐蚀，导致缺陷再发展，但浓度差减小，腐蚀速度放缓.基于试验结果提出损伤发展模型，得出室内模拟试验腐蚀1.37d相当于现场半浸泡试验腐蚀1d，结果较为准确.

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考虑需求信息和电子口碑的酒店合作伙伴选择方法

尤天慧，张茜婷，曹兵兵，袁媛

2023, 44 (10): 1506-1513. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.018

摘要 ( 443 )

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考虑旅行社在选择合作酒店时会关注备选酒店的需求信息和电子口碑的发展趋势，提出一种考虑这两类信息的酒店合作伙伴选择方法.首先基于备选酒店需求和电子口碑信息构建有向加权图，具体地，依据备选酒店的需求信息确定有向加权图节点权重，并给出一种考虑备选酒店电子口碑横向、纵向发展趋势的权重修正系数，用来计算时间权重，在此基础上，采用TOWGA算子计算备选酒店的电子口碑评价值，并依据评价值进行两两酒店比较来确定有向边及其权重；然后基于PageRank算法求解各备选酒店的排序值；最后通过一个实例分析说明本文提出方法的可行性和有效性.

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时间压力下驾驶舱界面视觉搜索绩效研究

周垚，陈登凯，谭晓雪，赵敏

2023, 44 (10): 1514-1520. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.019

摘要 ( 394 )

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PDF(4839KB) ( 216 )

为探究不同时间压力下飞机驾驶舱界面搜索特征从而提升任务绩效，通过模拟飞机飞行状态下的任务搜索过程，采用眼动追踪、绩效评估及量表测量等方法来获取被试的视觉搜索轨迹与任务绩效数据并对所获取的多通道数据进行分析.结果表明:在不同时间压力(无、低、高)与不同界面复杂度(简单、复杂)下被试的视觉搜索特征存在显著差异；高时间压力与复杂界面显示都会给被试带来较高的心理认知负荷；时间压力在简单界面显示中存在倒“U”型关系.研究为飞机驾驶舱复杂人机界面设计提供了科学的理论依据.

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