东北大学学报（自然科学版）

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时变信道下基于LSTM的信道估计方法

季策，王鑫，耿蓉，梁敏骏

2023, 44 (11): 1521-1528. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.001

摘要 ( 929 )

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针对时变信道环境下传统信道估计方法性能受限，其他基于深度学习的信道估计方法估计精度低或复杂度高的问题，提出一种基于长短期记忆结构的信道估计网络，由双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory， BiLSTM)网络和多层感知器(multilayer perceptron， MLP)网络组成，即BiLSTM-MLP.首先，利用BiLSTM网络来学习信道的时变特性；然后，利用MLP网络进行去噪并重构信道估计.仿真结果表明，所提出的信道估计方法与传统方法相比，性能提升明显，与同类型的基于深度学习的估计方法相比，复杂度较低且性能更优.此外，所提方法还具有对不同导频密度的鲁棒性.

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基于骨架邻近像素匹配的光条中心提取方法

张铫，夏雨风，王梓琦，刘洋

2023, 44 (11): 1529-1536. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.002

摘要 ( 676 )

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提出一种基于骨架邻近像素匹配的线结构光条中心提取方法，分别在图像预处理阶段和光条中心提取阶段对传统方法进行改进.在图像预处理阶段，将马尔可夫随机场理论应用于二值图像去噪中，同时提出了一种基于连通域面积特性的ROI(region of interest)提取方法.在光条中心提取阶段，首先提出了一种光条骨架剪枝算法，对细化ROI得到的光条骨架进行剪枝、平滑，之后综合考虑光条图像的几何特性和灰度分布特性，基于邻近分析对ROI内各像素进行划分，继而求取出灰度重心，最后经Savitzky-Golay滤波后实现光条中心提取.实验结果表明，所提方法对不同类型光条的提取适用性强，相较于Steger法精度更高，且速度在其基础上提高了约6.98倍.

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基于约束式双通道模型的语音情感识别

孙颖，李泽，张雪英

2023, 44 (11): 1537-1542. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.003

摘要 ( 443 )

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针对语音情感识别过程中特征不充分的问题，提出了约束式双通道模型，从全局和局部两方面充分挖掘特征所包含的情感信息，从而提高情感识别率.通道1是针对语音特征的全局信息，通过改进门控循环单元，构建了BAGRU(bidirectional attention gate recurrent unit)模型，提高了语音特征之间的相关性；通道2是针对语音特征的局部信息，卷积神经网络与对抗训练结合，避免了局部信息相互干扰.通过双通道融合模型，根据通道特征重要程度生成不同权重，同时引入正交约束，解决了融合时产生特征冗余的问题.研究结果表明，在IEMOCAP和EMO-DB情感语料库上分别达到了62.83%和82.19%的识别精度，表现出了良好性能.

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基于变分模态分解的冻结步态识别方法

李寿涛，屈如意，张宇，于丁力

2023, 44 (11): 1543-1548. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.004

摘要 ( 494 )

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针对传统帕金森患者冻结步态识别方法自适应性不佳的问题，提出一种基于变分模态分解的冻结步态识别方法.首先采用变分模态分解代替传统时频分析方法对冻结步态信号进行充分的自适应分解.其次为提高算法识别精度和识别速度，选用CART模型作为集成分类器的基分类器并进行特征降维处理.最后针对不平衡数据集和单分类器性能有限的问题，进行了数据采样-集成分类器的设计并通过贝叶斯优化对识别算法进行超参数寻优.实验结果表明，相对于AdaBoost、Tomeklinks-AdaBoost和ROS-AdaBoost集成算法，RUSBoost集成算法可以更高效地完成冻结步态识别任务.

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基于改进SNN-HRL的智能体路径规划算法

赵钊，原培新，唐俊文，陈锦林

2023, 44 (11): 1548-1555. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.005

摘要 ( 536 )

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针对SNN-HRL等传统Skill discovery类算法存在的探索困难问题，本文基于SNN-HRL算法提出了融合多种探索策略的分层强化学习算法MES-HRL，改进传统分层结构，算法包括探索轨迹、学习轨迹、路径规划三层.在探索轨迹层，训练智能体尽可能多地探索未知环境，为后续的训练过程提供足够的环境状态信息.在学习轨迹层，将探索轨迹层的训练结果作为“先验知识”用于该层训练，提高训练效率.在路径规划层，利用智能体之前获得的skill来完成路径规划任务.通过仿真对比MES-HRL与SNN-HRL算法在不同环境下的性能表现，仿真结果显示，MES-HRL算法解决了传统算法的探索问题，具有更出色的路径规划能力.

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具有状态约束和输入非线性的PMSLM自适应神经网络控制

曹阳，郭健

2023, 44 (11): 1556-1563. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.006

摘要 ( 474 )

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针对永磁同步直线电机系统中存在的模型不确定性、状态约束以及输入非线性(如非线性电磁驱动力/输入受限)问题，提出了一种基于神经网络的自适应控制器.具体来说，为了降低噪声敏感性，进一步提高跟踪精度，采用仅依赖于参考轨迹的期望信号来替代测量信号.然后，设计神经网络在线逼近未知模型和非线性函数，并通过构造连续控制的方法来处理逼近误差.此外，构造障碍李雅普诺夫函数确保系统在运行过程中状态始终满足约束条件；并且通过严格的理论分析证明了跟踪性能满足要求.最后，通过仿真实验验证了所提控制器的有效性和鲁棒性.

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改进的复合高斯型杂波模拟方法

成怡，银培文

2023, 44 (11): 1564-1570. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.007

摘要 ( 540 )

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PDF(1286KB) ( 108 )

零记忆非线性变换(ZMNL)方法和球不变随机过程(SIRP)是模拟复合高斯型杂波的主要方法.针对基于传统ZMNL与SIRP方法中的K与Pareto分布雷达杂波仿真中存在的形状参数只能为整数或半整数的问题，通过增加支路利用Gamma函数第二参数的可加性，提出将Gamma函数的概率密度函数(PDF)转化为二阶非线性常微分方程，并求解产生任意参数下的Gamma分布随机数，从而将复合高斯型分布杂波的形状参数扩展到一般实数.仿真实验表明:提出的方法不仅适用于非整数或非半整数形状参数值的杂波仿真，而且进一步提高了拟合度.

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一种基于卷积神经网络的胎儿头围自动测量方法

杨超然，廖珊珊，陈达，康雁

2023, 44 (11): 1571-1577. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.008

摘要 ( 422 )

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PDF(3736KB) ( 317 )

在产前超声筛查过程中，为了能够帮助医生在丘脑标准平面上快速、精确地测量胎儿头围，提出一种新颖的双分支卷积神经网络直接分割胎儿颅骨边界，2个分支通过共享层相互促进，有效地提高了颅骨边界的分割精度，特别对局部不清晰或者不连续的边界仍然有着较好的分割效果，具有较高的鲁棒性.本方法的测量过程不需要过多的后处理操作，并且模型属于轻量级网络，便于部署.该方法应用在Grand-Challenge中的HC18数据集及从医院采集的300例数据上，均取得了较好的结果，对比其他主流分割网络如U-Net，Res-U-Net，U-Net++，CE-Net等，所提方法具有更高的分割精度及更小的测量误差.

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梯度结构中间坯制备超细晶低碳钢的组织特性与强化机理

李慧杰，韦浩，徐晓宁，叶其斌

2023, 44 (11): 1578-1584. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.009

摘要 ( 557 )

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PDF(2894KB) ( 265 )

通过中间坯超快冷工艺，在0.2%C-2%Mn普碳钢中获得表层铁素体和心部马氏体的梯度层状组织，实现了钢板压下量约50%的大变形温轧.大变形马氏体经450℃和530℃退火后，制备出平均晶粒尺寸为0.52μm和0.66μm的超细晶组织.利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和准静态拉伸试验等手段，研究了超细晶钢板的微观组织与力学性能.结果表明，相较于610℃退火粗晶钢板，450℃和530℃退火超细晶钢的屈服强度可提升2～3倍，平均屈服强度分别达到了1475MPa和1196MPa，延伸率也显著下降.晶界强化和位错强化是超细晶钢强度提升的主要强化机制，而加工硬化率降低导致了超细晶钢的塑性下降.

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25%K₂O-30%Na₂O-45%SiO₂熔渣中超声空化行为的数值模拟

焦石岩，廖相巍，闵义，刘承军

2023, 44 (11): 1584-1590. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.010

摘要 ( 490 )

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PDF(1569KB) ( 293 )

为了明晰熔渣体系中超声的空化行为，应用Rayleigh-Plesset方程模拟1020℃条件下25%K₂O-30%Na₂O-45%SiO₂熔渣中空化泡的运动行为.结果表明，在空化核尺寸15μm，声压振幅3.039MPa的条件下，空化泡在频率25kHz由一次振荡溃灭变为多次振荡才溃灭的瞬态空化，36kHz变为无周期稳态空化，63kHz变成周期稳态空化，呈现振幅降低和溃灭时间变长的特点.在空化核尺寸15μm，频率20kHz 的条件下，空化泡在声压2.4MPa处由稳态空化变为一次振荡溃灭的瞬态空化，17MPa处变为2次振荡溃灭的瞬态空化， 170MPa处变为多次振荡才溃灭的瞬态空化，呈现振幅增大和溃灭时间变长的特点.在声压振幅3.039MPa，频率20kHz的条件下，空化泡在空化核2μm由稳态空化变为一次振荡溃灭空化，21μm 变为多次振荡才溃灭的空化，33μm变为非周期稳态空化，呈现振幅降低和溃灭时间变长的特点.

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应用于PECVD过渡流模拟的NS/DSMC双向耦合方法特性研究

刘万锁，岳向吉，蔺增

2023, 44 (11): 1591-1596. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.011

摘要 ( 564 )

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PDF(1531KB) ( 246 )

将纳维-斯托克斯(NS)方程方法与直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法耦合以实现过渡流态计算.相对过去欠缺反馈机制的单向耦合方法，提出以NS，DSMC速度场相互修正边界值的方法实现双向耦合方法的反馈机制，这对于非稳态研究和数值修正十分重要.结果表明，双向耦合结果与全局DSMC结果有高相似性，相对单向耦合具有更高的效率、稳定性及精度，提高耦合强度可以提升稳定性与精度.双向耦合通过采用全局NS结果边界值获得更高的子域收敛性、稳定性及精度.提出超前演算方法可以增强DSMC域的时间耦合性，为非稳态计算奠定基础.

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微型溅射离子泵的阳极筒长度对抽气特性的影响

耿健，王晓冬，郭美如，任正宜

2023, 44 (11): 1596-1603. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.012

摘要 ( 456 )

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PDF(1562KB) ( 187 )

基于粒子云网格法与蒙特卡罗法，使用VSim软件对微型溅射离子泵内部潘宁放电的工作过程进行了分析.建立了二维仿真模型并得到了氮气离子入射阴极板时的入射能量、入射角度和入射位置等参数.将非垂直溅射产额理论与仿真得到的结果相结合，分析了阴极板上溅射产额的分布规律.根据离子入射参数与溅射产额，计算得到了微型溅射离子泵对氮气的抽速.计算值与实验结果一致性好并且该方法可以给出溅射离子泵抽速阈值对应的压力.仿真结果中增加阳极筒长度可以降低微型溅射离子泵抽速阈值对应的压力，并通过实验证明.

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预应力膨胀支柱支护的进路式采场跨度扩大技术

李坤蒙，于鹏飞，姜凯元，李元辉

2023, 44 (11): 1604-1611. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.013

摘要 ( 492 )

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PDF(2004KB) ( 179 )

为提高矿石产能，研发上向进路充填采矿法采场跨度扩大技术.通过数值模拟可知，相比于原岩矿柱，膨胀支柱支护条件下采场顶板垂直变形增加10mm，塑性区体积增加15.8m³.而相比于无支护，膨胀支柱支护可限制采场顶板最大垂直位移13mm和减少塑性区体积160.1m³.开展现场工业性试验，监测膨胀支柱承载力与采场顶板垂直变形.采场顶板变形和膨胀支柱承载力随间柱回采不断增大，支柱的最大承载力不超过655.6kN，采场顶板最大下沉量不超过10mm.从技术经济效益分析，试验采场利润约达26.7万元，采场跨度从3m扩大至9m，矿石回采率提高30%.

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基于PHF-LSM模型节理对应力阴影效应的影响

李明，陈昭，梁力

2023, 44 (11): 1612-1620. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.014

摘要 ( 417 )

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PDF(1886KB) ( 124 )

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂计算模型，建立了含节理分布的岩石材料模型，将其计算结果与裂缝几何特征和诱发应力理论解对比验证模型正确性，在此基础上分析节理对水力裂缝应力阴影效应的影响.计算结果表明:基于弥散裂缝模型的PHF模型应使用等效开裂区域最外侧结点位移差作为裂缝等效开度；节理的存在会影响裂缝注水过程中水压力变化，同时会引起裂缝等效开度的增大；较大的节理入射角度与距注水点较小的节理高度会产生更大诱发应力，同时会引起最小主应力方向的改变，导致更强应力阴影效应，裂缝偏转加强.

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基于机器学习的泥水盾构关键掘进参数预测与优化

刘克奇，杜佃春，赵文，丁万涛

2023, 44 (11): 1621-1630. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.015

摘要 ( 597 )

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PDF(3066KB) ( 474 )

探明泥水盾构施工过程中关键掘进参数(如刀盘转速、主推进力、刀盘扭矩等)对开挖面泥浆支护效果及盾构能耗的影响规律，是保障盾构快速掘进和降低盾构机械损耗的重要前提.本研究依托济南穿黄隧道东线盾构项目掘进参数集计算各掘进环的场切深指数(FPI)和扭矩切深指数(TPI)；采用掘进比能将掘进参数集划分为优配数据集以及待优化数据集，并分别基于支持向量回归和人工神经网络方法建立了关键掘进参数的预测模型.结果表明:盾构场切深指数和扭矩切深指数可有效描述掘进地层的同一性.盾构掘进比能呈对数正态分布特征，可有效表征盾构掘进工作状态并评估盾构各项掘进参数的配置水平.同一地层中当盾构掘进能耗水平波动较大时宜采用人工神经网络预测模型对刀盘转速以及盾构主推进力进行优化.

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基于融合多注意力机制的深度学习的盾构荷载预测方法

陈城，史培新，王占生，贾鹏蛟

2023, 44 (11): 1631-1638. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.016

摘要 ( 370 )

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盾构荷载作为盾构的主要性能指标，准确的荷载预测对于保证盾构安全高效工作和周边环境稳定具有重要意义.鉴于传统预测方法精度差的局限性，本研究以数据的高维度特征和时序特征为切入点，提出一种结合卷积神经网络、双向长短期记忆神经网络和注意力机制的混合模型(CNN-BiLSTM-Multiattention，CBM)，对盾构荷载进行精准预测.该模型不仅可以提取数据的高维度特征和时序特征，还能突出高维度特征的重要性和关键时间节点信息.通过实验证明了相较于4种现有的模型，本文所提出的模型在3种评价指标上均优于其他模型，对推力和扭矩预测的准确率达到94.2%和96.2%.

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堆石颗粒浸水破碎引起堆石料湿化变形研究

王晋伟，迟世春，邵晓泉

2023, 44 (11): 1638-1646. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.017

摘要 ( 413 )

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为研究堆石料的湿化变形，首先通过室内颗粒破碎试验分析了粒径对岩石颗粒强度和软化系数的影响；然后依据散粒集合体应力与应变张量表达式和岩石颗粒的软化系数，建立了饱和与干燥试样的应力-应变转换关系，结合双线法预测了堆石料的湿化变形；最后通过算例分析了该方法的有效性.结果表明:浸水湿化会降低岩石颗粒的强度，饱和与干燥玄武岩颗粒的强度均服从Weibull分布；颗粒特征强度随粒径的增加而降低，但是Weibull模量和颗粒的软化系数没有明显的粒径相关性.堆石料饱和与干燥试样的应力-应变关系可通过岩石颗粒软化系数进行变换；由饱和试样的应力-应变关系和岩石颗粒软化系数可估算堆石料浸水后因颗粒破碎引起的湿化变形.算例中预测结果与试验结果整体比较接近，表明岩石颗粒浸水后强度降低导致的颗粒破碎是堆石料产生湿化变形的主要原因.

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基于率相关内聚力本构模型的混凝土细观单轴受拉性能

肖诗云，王杨

2023, 44 (11): 1647-1655. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.018

摘要 ( 455 )

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混凝土宏观率相关效应研究已经取得了十分丰富的成果，其细观结构和材料参数显著影响混凝土宏观力学性能，因此，从细观尺度研究混凝土动态性能是揭示混凝土宏观率相关效应的重要途径.本文引入应变率影响，修正界面内聚力本构模型，从细观尺度研究了不同骨料含量和骨料形状的混凝土在不同加载速率下的单轴抗拉破坏模式和力学特性.分析结果表明:随着加载速率增加，混凝土破坏裂缝分布更加均匀；混凝土抗拉强度的增量与应变率的对数呈线性关系；混凝土抗拉强度随骨料含量增加近似线性减小，但骨料形状对其影响很小.

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电晕驻极针刺毡滤袋表面静电势特征及过滤性能

吕超，舒瑞，柳静献，孙熙

2023, 44 (11): 1655-1662. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.019

摘要 ( 364 )

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袋式除尘器用针刺毡滤袋经电晕驻极后其表面初始静电势分布及其衰减特性尚不清晰，从而限制了该技术在工业除尘领域的实际应用.利用自制单针-板电极负直流高压电晕驻极装置对针刺毡滤袋进行电晕驻极处理，将滤袋表面网格化细分为驻极核心区域、中间区域及边缘区域，分别探究不同驻极电压、驻极温度、驻极时间和滤袋材质对各个区域内表面初始静电势及其衰减特性的影响规律.在此基础上，对最优驻极工艺条件下得到的驻极针刺毡滤袋过滤性能进行评估.结果表明:即使对于同一滤袋，不同驻极区域内表面初始静电势及其衰减规律随驻极电压、驻极温度及驻极时间的变化规律也各不相同.当滤袋表面电荷密度达到饱和状态时，进一步升高驻极电压反而会降低其核心区域内表面初始静电势；驻极时间主要影响核心区域内表面初始静电势，对于非核心区域内初始表面静电势几乎没有影响；提升驻极温度可显著提高非核心区域内表面初始静电势；表面初始静电势越小、驻极温度越低、驻极时间越长均能有效降低电晕驻极针刺毡滤袋表面静电势衰减速度.电晕驻极处理使得针刺毡滤袋对于0.3及0.5μm颗粒物捕集效率提升显著，提升幅度高达28.79%及18.14%，同时其压差几乎保持不变.

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智能互联环境下场景化服务对价值共创的影响

孙浩博，孙新波

2023, 44 (11): 1663-1672. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.11.020

摘要 ( 586 )

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以探索智能互联环境下场景化服务的创新动因及其对价值共创维度与结果的影响为研究核心，采用探索性案例研究方法，以海尔食联网为案例对象，基于场景理论与价值共创理论，对智能互联环境场景化服务影响价值共创的维度进行解析.研究得出智能互联环境下场景化服务的创新动因有外部的用户需求拉力、数智技术推力及内部的核心资源能力、战略发展能力；场景化服务在价值主张、价值共创主体、价值共创载体、价值共创过程4个维度产生影响，产出了用户价值、企业价值与生态价值.本文研究了智能互联环境下场景化服务价值共创实现机理，拓展了智能互联时代价值共创理论.数智时代需求升级趋势下，企业发展场景化服务有助于实现精准满足用户需求.

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