东北大学学报（自然科学版）

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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

2024, 45 (11): 1521-1528. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.001

摘要 ( 434 )

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PDF(2041KB) ( 81 )

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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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

2024, 45 (11): 1529-1536. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.002

摘要 ( 377 )

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PDF(1902KB) ( 48 )

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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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

2024, 45 (11): 1537-1546. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.003

摘要 ( 398 )

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PDF(1136KB) ( 32 )

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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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

2024, 45 (11): 1547-1556. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.004

摘要 ( 322 )

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PDF(2026KB) ( 21 )

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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基于PP-PicoDet-XS的改进铝型材表面缺陷检测算法

马淑华, 李立振, 秦汉民, 沙晓鹏

2024, 45 (11): 1557-1564. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.005

摘要 ( 221 )

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铝型材在生产加工过程中会产生特征不明显和尺度大小不一等多类型的表面缺陷，针对现有人工抽检方法准确率低、实时性差、主观性强等问题，提出一种基于PP-PicoDet-XS的改进铝型材表面缺陷检测算法.改进的算法在主干网络中嵌入无参注意力SimAM，增强对深层有效特征的提取能力；使用SIoU（Scylla intersection over union）损失函数对训练过程进行优化，提高预测框的定位能力；采用量化蒸馏策略对模型进行压缩，提高推理速度.结果表明，改进的算法平均精度均值在交并比（intersection over union，IoU）阈值为0.5时达到了98.93%，在IoU阈值0.5~0.95范围内达到了57.60%，较未压缩的原始模型分别提高了1.73%和4.13%.将该算法部署到骁龙865移动端平台上进行推理，推理速度可达116.82帧/s，较未压缩的原始模型提高了47帧/s.

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低共熔溶剂中直接电解Bi₂O₃/CNTs制备Bi/CNTs复合材料

薛伟健, 李敏, 邓逸凡, 厉英

2024, 45 (11): 1565-1570. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.006

摘要 ( 335 )

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PDF(3055KB) ( 47 )

针对低温下金属氧化物溶解度及溶解速率低的现状，以多孔固态Bi₂O₃/CNTs（碳纳米管）复合圆片作为阴极，石墨棒作为阳极，在氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂电解液中直接进行电解获得Bi/CNTs复合材料.采用循环伏安法研究了固态Bi₂O₃电还原过程的电化学行为，伏安曲线上只存在一对氧化还原峰，表明固态Bi₂O₃被电还原为Bi是一步还原反应.采用恒电压电解法研究了电解电压对固态Bi₂O₃电脱氧的影响，XRD与EDS结果表明，在80 ℃，2.6 V电解4 h，固态Bi₂O₃/CNTs被完全电还原为Bi/CNTs；SEM结果表明，电解电压越大，产物的颗粒越大，表面孔隙越疏松.本文结果可为低共熔溶剂直接电解金属氧化物制备金属提供一种简单且绿色的方法.

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焦炉煤气基多能联供系统经济优化调度研究

冯明杰, 刘晟晖, 夏毓谦, 毛成

2024, 45 (11): 1571-1578. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.007

摘要 ( 277 )

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PDF(1344KB) ( 29 )

为了高效利用炼焦副产的焦炉煤气资源，同时满足用户多样化能源的需求，构建了以焦炉煤气为燃料的分布式多能联供系统，在考虑一次能源消耗、环境补偿成本和运行维护费用基础上，建立了能源协同高效利用的系统运行优化调度模型.在满足用户负荷和供能设备高效利用的基础上确定约束条件，采用改进的遗传算法，以日运行成本最低为优化目标，对系统在不同季节典型日的运行调度进行了优化研究.结果表明，所构建的多能联供系统具有良好的经济性，在优化调度条件下运行时，春夏秋冬四季典型日内的运行成本分别为3 480.17，4 752.25，3 168.23和4 464.02元，能源综合利用效率分别为65.10%，57.82%，67.25%和70.12%.与传统的以天然气为燃料的冷热电联供系统（combined cooling，heating and power，CCHP）相比，尽管系统的能源综合利用效率稍低，但在运行成本上有一定的优势，适合我国“煤多气少”的能源结构.

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FeCoNiCr系高熵合金铣削力仿真与实验研究

温雪龙, 张文波, 巩亚东, 李俊鹏

2024, 45 (11): 1579-1586. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.008

摘要 ( 306 )

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PDF(2743KB) ( 28 )

通过对高熵合金进行三维槽铣和侧铣的铣削力仿真分析，研究了不同加工参数对铣削力的影响规律.针对FeCoNiCrAl_0.1，FeCoNiCrAl_0.5，FeCoNiCrMo_0.1三种铸态高熵合金设计正交与单因素铣削实验，通过测量实验中的铣削力，探讨了不同加工方式、铣削参数、刀具和不同元素成分及含量对铣削力的影响规律.仿真及实验结果表明：随着铣削速度的增加，铣削深度和进给速度的减小，槽铣和侧铣的铣削力都减小，相同加工参数下槽铣的铣削切向力和法向力分别比侧铣高404.30%和761.06%. Al元素含量高的高熵合金铣削力大.HMX涂层刀具的铣削力小于SGS涂层刀具，铣削力平均降低10.6%.实验结果为高熵合金的高效加工提供了理论参考.

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深度残差收缩网络在滚动轴承故障诊断中的应用

张执锦, 李鹤, 黄宇实, 王文学

2024, 45 (11): 1587-1594. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.009

摘要 ( 215 )

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PDF(2228KB) ( 20 )

针对滚动轴承故障在强噪声环境下难以进行精准诊断的问题，提出一种基于池化融合的深度残差收缩网络用于滚动轴承故障诊断.首先，通过引入残差连接避免由于网络过深而带来的梯度消失或爆炸的风险；然后，采用多尺度池化特征融合提取振动信号更丰富的局部特征并通过注意力机制自动推导软阈值函数的最优阈值进行自适应去噪；最后，通过带标签的滚动轴承故障数据对所提网络进行训练，以实现滚动轴承在强噪声环境下的精准故障诊断.实验结果表明，在不同信噪比（signal?to?noise ratio，SNR）的噪声条件下，基于池化融合的深度残差收缩网络与传统的模型相比能实现更高的故障诊断精度.

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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

2024, 45 (11): 1595-1603. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.010

摘要 ( 276 )

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PDF(3375KB) ( 33 )

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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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

2024, 45 (11): 1604-1611. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.011

摘要 ( 337 )

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PDF(1157KB) ( 25 )

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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阶段采场“品”字形无井切槽爆破机理研究

安龙, 韩琳, 王智, 孙星

2024, 45 (11): 1612-1620. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.012

摘要 ( 257 )

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PDF(8763KB) ( 32 )

针对阶段采场切割立槽爆破施工难度大、成本高的问题，以山东某矿山为工程背景，开展阶段采场“品”字形无井切槽爆破机理研究.采用LS-DYNA数值模拟方法，分析“品”字形无井切槽爆破与垂直深孔落矿阶段矿房法无井切槽爆破的差异性，揭示了“品”字形无井切槽爆破的多自由面效应.数值计算结果表明，“品”字形无井切槽爆破方法，在侧向自由面与底部自由面组合作用下，柱状炮孔在长度方向上爆破应力分布更加均匀，增加了爆破在自由面处的破岩能力，降低了爆破对未爆区的损伤，提高了爆破能量的利用率.综合比较，“品”字形无井切槽爆破方法超挖率降低了23.2%，有效破岩应力增加12 MPa，未爆区围岩振动值降低了16.7%，大幅改善了阶段采场的切槽爆破效果.

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基于AD-Census的双目立体匹配改进算法

车德福, 尚祥祥, 王夺, 孙彦恩

2024, 45 (11): 1621-1628. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.013

摘要 ( 332 )

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PDF(2038KB) ( 29 )

针对绝对值之差（absolute difference，AD）-Census等传统双目立体匹配算法在低纹理区域、重复纹理区域匹配精度低的问题，提出一种融合大尺度窗口信息与曼哈顿距离的双目立体匹配算法.使用改进的绝对误差和（sum of absolute differences，SAD）代价与多灰度阈值Census代价计算得到融合代价，根据邻域像素与中心点的曼哈顿距离赋予权重，减少边缘像素对代价的影响.通过大尺度的窗口提取到的差异信息对融合代价进行筛选过滤，改善了算法在重复纹理区域、灰度相似区域精度较低的问题.与传统的AD-Census算法相比，该算法误匹配率减少约18%，对算法进行图形处理器（graphic processing unit，GPU）移植，使得算法在不同尺度分辨率的图像上运行速度提升1~2个数量级，满足双目立体匹配算法快速准确的需求.

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纤维滤袋孔径特征对过滤性能的影响

柳静献, 李亚霏, 吕超, 赵翰鹏

2024, 45 (11): 1629-1637. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.014

摘要 ( 191 )

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PDF(2397KB) ( 39 )

为探究袋式除尘滤料孔径特征及其对过滤性能的影响，分别选用针刺毡、水刺毡和覆膜类纤维滤袋共13种样品，采用泡点法对其最大孔径及平均孔径进行测试，利用场发射分析扫描电镜-Image-pro plus 6.0计算机图像软件联用分析针刺毡和水刺毡类纤维滤袋的孔径分布.结果表明：针刺毡最大孔径及平均孔径均大于水刺毡，覆膜类滤料的最大孔径及平均孔径最小；内部孔喉最大孔径及平均孔径会影响到透气度、过滤效率和过滤阻力的大小，随着孔径的增大，透气度逐渐增加；孔径越小则过滤效率越大.此外，水刺毡滤料的表观孔径分布较针刺毡滤料更加集中，分布更加均匀，这对提高滤料的过滤效率有一定程度的影响.

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初始温度对掺氢天然气可燃下限的影响

尚融雪, 孙浩英, 庄紫喧, 李刚

2024, 45 (11): 1638-1644. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.015

摘要 ( 250 )

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PDF(989KB) ( 37 )

实验研究不同初始温度下掺氢天然气可燃下限变化规律，分析初始温度对掺氢天然气近极限预混燃烧影响机制，并利用Le Chatelier及Kondo公式对掺氢天然气可燃下限进行理论计算.研究发现，掺氢天然气可燃下限随掺氢比增加逐渐下降，高温下这种变化趋势更显著；掺氢天然气可燃下限随初始温度升高近线性下降，高温下H自由基摩尔分数的升高显著增强H+O₂=O+OH对近极限预混燃烧过程的主导促进作用. Le Chatelier公式能较准确预测掺氢天然气可燃下限随掺氢比变化规律.当掺氢比较低时，Kondo公式能较准确预测掺氢天然气可燃下限随初始温度近线性变化趋势，但当掺氢比和初始温度较高时，掺氢天然气近极限预混燃烧过程主导反应及重要自由基摩尔分数显著变化，使其预测结果准确性显著降低.

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新型管幕工法修建地铁车站地层变形特性及参数优化

邱建, 赵文, 路博, 孙旭

2024, 45 (11): 1645-1655. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.016

摘要 ( 182 )

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PDF(2077KB) ( 26 )

针对传统管幕工法承载力低及施工工序复杂等难题，提出了一种新型管幕工法—小直径管幕顶板工法，并应用于沈阳地铁和平南大街站工程.首先，参照实际工程构建了三维有限差分模型，对施工过程中地层变形特性进行研究；然后，阐明了管幕参数对车站施工结束后跨中最大地表沉降、管幕施工造成的地层扰动、管幕刚度以及造价4个指标的影响规律；最后，结合模糊数学理论优化了管幕参数.研究结果表明：小直径管幕顶板工法修建地铁车站时，拆除导洞壁施作顶板阶段是施工过程中控制地层变形的关键阶段，影响上述4个指标的最关键参数为钢管直径，优化后的最佳参数组合：钢管直径为400 mm、钢管间距为800 mm、钢管壁厚为10 mm、管内混凝土为C40、钢管采用Q390钢.

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社交具身代理类型与表现形式对代理接受度的影响

李峰香, 郭伏, 李明明, 任增根

2024, 45 (11): 1656-1663. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.017

摘要 ( 298 )

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PDF(1080KB) ( 22 )

结合脑电、眼动追踪和主观问卷调查方法探究代理类型与表现形式如何影响用户神经生理及心理反应，进而影响社交具身代理接受度.结果表明：人们对动物类型代理感到更陌生，驱动了无意识的知觉处理和编码，占用更多的注意力资源；用户认为人物类型比动物类型代理更具有自主意识.动物类型代理和表现形式为真实形象的代理对用户具有较高的吸引力或者其复杂程度更高，需要用户投入较多注意力资源.与用户自身形象接近的真人女性代理的好感度最高，真宠物狗最低；真人女性代理的接受度最高，卡通女性和卡通宠物狗次之，真宠物狗最低.研究结论为设计虚拟社交伙伴类社交具身代理提供指导.

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基于BODS的全渠道定价与退款策略

孙月, 郝焕焕, 邱若臻

2024, 45 (11): 1664-1672. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.018

摘要 ( 201 )

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针对拥有“线上购买商店配送”（buy?online?and?deliver?from?store，BODS）、“线上购买线上退货”（buy?online?and?return?online，BORO）和“商店购买”（buy in?store，BS）3种销售渠道的全渠道零售商的定价和退款策略优化问题，分别构建了在全额退款策略和部分退款策略下的定价与退款决策模型，确定了零售商的最优价格和退款策略.进一步地，分析了配送范围、不同渠道消费者比例和退至线上或商店的产品残值等因素对最优价格、退款策略以及利润的影响，探究了零售商实施全额退款策略或部分退款策略的条件.最后，通过数值算例进行了验证.结果表明，当退至线上的产品残值小于等于退至商店的产品残值时，部分退款策略优于全额退款策略，反之，商店配送范围内线上渠道消费者中选择BORO渠道的消费者比例将影响零售商的退款策略.

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