2013年第36卷第4期文章目次

任夏楠 , 邓兆祥

2013, 36(4):1-10. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.001

[摘要](2119) [HTML](475) [PDF 8.72 M](1374)

摘要:
提出了一种完全能观线性MIMO(multi-input multi-output)系统的能观矩阵的线性无关行向量的搜索方案，并基于此搜索方案提出了一种将完全能观线性MIMO系统化为Luenberger能观规范型的变换矩阵的构造方法。通过对几个定理的证明，阐述了此非奇异变换矩阵与Luenberger能观规范型的关系，提出了将Luenberger能观规范型按照结构的差异划分为广义和狭义2种规范型的观点，并给出了完全能观线性MIMO系统的广义和狭义Luenberger能观规范型实现的充要条件，用3个实例验证了上述观点和方法的正确性和可行性。同时给出了一种方法使得一类不满足Luenberger能观规范型实现条件的线性MIMO系统能够在不改变系统物理结构的前提下变换为Luenberger能观规范型，并通过2个实例的分析和比较对此方法进行了阐述。

2 成形磨齿砂轮包络计算的双参数点矢量族法

李国龙 , 林超 , 李先广 , 王攀攀

2013, 36(4):11-18. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.002

[摘要](2663) [HTML](589) [PDF 8.38 M](1777)

摘要:
成形磨齿砂轮母线一般为多段直线、圆弧构成的组合曲线，砂轮扫掠体包络面的计算远比常规回转刀具复杂。双参数点矢量族包络法，将砂轮母线上离散点及其法向矢量定义为点矢量且每个点矢量唯一对应着一个虚拟球，点矢量的回转运动生成纬线圆，点矢量包络运动等效生成过球心的截圆，纬线圆与截圆的交点即为特征点；建立了特征点的解析计算模型，特征点由虚拟球几何参数及虚拟球心速度决定，虚拟球几何参数可直接采用点矢量信息计算；分析了典型五轴成形磨齿机的运动几何特性，进行了磨齿机惯性坐标架与活动坐标架的坐标变换，给出了基于磨齿数控代码的虚拟球心速度计算方法；通过1个计算实例验证了文中方法的有效性。该方法可用于五轴成形磨齿的几何仿真、精度评估及路径优化中。

3 风洞6PUUS并联实验台运动位置控制仿真及结构优化

谭兴强 , 谢志江 , 谢永春

2013, 36(4):19-25. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.003

[摘要](2221) [HTML](424) [PDF 7.80 M](1273)

摘要:
针对风洞模型实验平台的6PUUS并联机构，分析了其工作原理及运动要求，运用并联机构运动学逆解及空间笛卡尔坐标变换理论求出了该类机构在任意实验给定欧拉角下的拉杆运动位置和滑块的运动插补路径。根据空间位置插补求解算法，验证了该算法的正确性。通过仿真分析获得了这类并联机构在工作范围内不发生滑块相撞的关键因素，最后结合机构参数的变化，对比优化前后的拉杆和动平台尺寸参数，证明该方法和仿真程序可以为这类并联机构的优化设计和奇异位形的辅助分析提供帮助。

4 危险源安全评价的离散Hopfield神经网络

刘胜 , 刘娜 , 杨育 , 贾建国

2013, 36(4):26-32. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.004

[摘要](1725) [HTML](356) [PDF 7.41 M](1353)

摘要:
为了快速有效地评价危险源等级，及时响应危险事故给周边人口及环境带来的危害，在考虑引发危险事故人员、设备、原料、技术、环境因素基础上，构建了系统的危险源安全评价指标体系。结合离散Hopfield神经网络结构特点及原理，建立了基于离散Hopfield神经网络的危险源安全评价模型，并通过实例验证该模型，合理客观地对危险源进行评价分级。

5 改进人工免疫网络算法在电力短期负荷预测中的应用

张昀 , 周湶 , 任海军 , 孙才新 , 马小敏 , 李剑 , 伍科

2013, 36(4):33-38. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.005

[摘要](1902) [HTML](297) [PDF 5.90 M](1289)

摘要:
针对现有的短期负荷预测方法易陷入局部极值以及预测精度不高等缺陷，文中提出了一种基于改进免疫算法优化BP神经网络的短期智能负荷预测方法。通过利用改进的矢量距优化免疫网络，从而达到优化网络的目的。融入免疫调节原理，引入抗体浓度的概率选择式，采用自适应变化策略重新设计变异算子，利用新的变异尺度设计种群抗体，采用新的神经元适应度函数，并结合免疫网络调节的进化算法进行网络学习。实例分析表明，基于改进免疫网络优化的BP网络短期负荷预测算法比混沌算法优化BP网络算法精度更高，更具实用性。

6 多维并行遗传算法在列车追踪运行节能优化中的应用

卢启衡 , 冯晓云

2013, 36(4):39-44. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.006

[摘要](1932) [HTML](400) [PDF 5.78 M](1679)

摘要:
为了研究先行列车与追踪列车在移动闭塞信号系统控制下进行追踪运行时的综合节能优化控制问题，构建了以能耗与运行时间误差为目标的列车节能控制模型。该模型以列车的操纵手柄级位与列车的工况转换点(即操纵手柄级位改变时，列车的位置)为控制变量。在此基础上，提出了静态与动态速度约束条件(即线路的静态速度约束与先行列车的运行状态对其后的追踪列车所产生的动态速度约束)，结合外部惩罚函数，利用多维并行遗传算法对该问题进行了求解。求解时，根据GA的进化代数动态的调整交叉与变异概率，提高粗粒度搜索与细粒度搜索的效率。同时，采用了坡道三分法和实数编码法来缩短染色体长度，提高收敛速度。最后，在移动闭塞信号系统列车运行仿真平台上验证了该优化控制算法的正确性与有效性。

7 旋转抛物面天线馈源相位中心的仿真分析

汪泉弟 , 罗宏伟

2013, 36(4):45-50. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.007

[摘要](2634) [HTML](448) [PDF 6.79 M](1860)

摘要:
针对工程中确定抛物面天线馈源近似相位中心的实际困难，提出了一种确定圆锥喇叭馈源近似相位中心的仿真计算方法。该方法通过在反射器的焦点附近沿轴线移动馈源，当抛物面天线增益的计算结果最大时，该位置便是馈源的近似相位中心。建立了旋转抛物面天线的仿真模型，对所选的高斯脉冲激励的设置进行了阐述，分析了馈源相关参数的计算。在4~5 GHz频率范围内，选取6个频点进行了仿真研究，计算获得了对应频点的近似相位中心的位置和天线增益，然后分别对6个相位中心位置进行全频段仿真，最后确定了在4~5 GHz频段内馈源的最佳近似相位中心的位置。方法可用于不同类型的抛物面天线，为抛物面天线馈源位置的确定提供有益的指导。

8 连续时间系统滑模趋近律的改进

姚中华 , 孙跃 , 唐春森 , 王智慧 , 戴欣

2013, 36(4):51-55. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.008

[摘要](1919) [HTML](340) [PDF 4.98 M](1632)

摘要:
分析了连续时间系统传统趋近律的优缺点，提出了一种新的趋近律.该趋近律以切换函数绝对值的取值1为界，切换函数绝对值大于1和小于或等于1时分别采用2种不同的趋近律，进一步加快了系统状态趋近切换面的速度，同时保留了指数趋近律当系统状态靠近切换面时速度渐缓有利于减小系统抖振及幂次趋近律平滑进入切换面的优点，并利用台车式倒立摆模型了作了仿真，仿真结果验证了新的趋近律的有效性。

9 新颖的面向网络服务的动态信任模型

张晓琴 , 陈蜀宇

2013, 36(4):56-63. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.009

[摘要](1429) [HTML](302) [PDF 7.83 M](2007)

摘要:
提出一种新颖的面向网络服务的动态信任模型。引入信任评价与区间直觉模糊数的对应关系，给出基于信任需求属性的经验信任、邻居推荐信任及代理推荐信任的计算、合成、及综合运算。同时，采用精确函数比来确定信任属性的权重因子，而时间序列权重因子则由指数分布的逆形式确定。最终以总体信任的得分函数及心性因素来区分信任服务。仿真实验表明，该模型可有效的建立实体间的信任关系并遏制恶意实体的攻击。

10 快速非匀质图像分割方法

孙建中 , 熊忠阳 , 张玉芳

2013, 36(4):64-70. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.010

[摘要](1702) [HTML](336) [PDF 8.54 M](1449)

摘要:
针对灰度非匀质图像分割困难及效率低下的问题，提出一种基于局部区域活动轮廓模型快速分割方法。该方法结合核函数和割测度定义一个新的能量函数。一方面，在中心点被核函数掩模的局部区域内，用邻近点的加权均值拟合数据项能有效处理图像的非匀质分布。另一方面，用割测度逼近的曲线长度作为全局正则性，利于轮廓快速定位于物体边界。最后，在轮廓演化过程中，使用基于栅格图的最大流算法，避免了传统模型计算代价高昂的水平集函数。合成图像和真实图像的实验结果表明，提出的方法能有效快速地分割灰度非匀质图像中的弱边缘物体及多灰阶复杂结构物体；同时，对初始轮廓线位置和噪声具有较好的鲁棒性。

11 耦合混沌系统的脉冲拟同步

金环 , 李传东 , 刘超

2013, 36(4):71-74. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.011

[摘要](1501) [HTML](398) [PDF 5.09 M](1283)

摘要:
研究了在参数失配的情况下，采用脉冲控制方式实现耦合混沌系统的拟同步条件。通过详细的理论分析和严谨的理论推导，得出了在欧式范数下误差边界以及误差边界、脉冲间隔和控制增益的函数关系。最后，利用MATLAB进行数值仿真，验证此方法的可行性和有效性。

12 用于气敏传感器漂移补偿的数据选择方法

刘涛 , 黄智勇

2013, 36(4):75-79. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.012

[摘要](2043) [HTML](301) [PDF 4.82 M](1300)

摘要:
针对传感器在线漂移补偿中可能存在多种状态的样本，进而引起误判的情况，提出了一种新的数据剔除与判别方法，该方法将传感器阵列响应曲线斜率作为依据进行数据剔除，同时将输入样本与模式识别算法中的记忆知识进行对比，从而进行数据归类，以此避免识别错误的发生。实验表明：该方法配合在线漂移补偿方法后，能够自动判断当前样本所处状态。识别正确率由37.5%提升至100%。

13 采用CDD模型的自适应图像修复算法

印勇 , 李丁 , 胡琳昀

2013, 36(4):80-86. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.013

[摘要](2004) [HTML](412) [PDF 8.40 M](1356)

摘要:
在CDD模型基础上，提出了一种自适应图像修复算法，引入在不同曲率选择不同修复模型的自适应系数q，使得在大曲率时使用CDD模型，其他时候使用TV模型，大大减少了CDD模型的修复时间；引入在不同变化程度选择不同扩散方式的自适应系数p，使得在破损区图像边缘较多，即大梯度时使用接近TV的模型，而在平坦区，即小梯度时使用接近热扩散的方程，使得修复效果更佳。实验证明该算法在修复速度和修复效果上都要优于CDD模型。

14 利用分形维数实现亚像素图像匹配

罗元 , 蒋秋照 , 张毅

2013, 36(4):87-92. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.014

[摘要](1918) [HTML](481) [PDF 6.37 M](1768)

摘要:
图像匹配是图像分析领域中的一个很重要的研究内容。图像相关性的研究是提高图像匹配精度的关键，分形由于具有自相似这一重要特征在充分利用图像相关性方面独具潜力。本文提出了一种基于分形维数的亚像素图像匹配算法，该方法通过在被匹配图中遍历搜索模板子区和对子区进行次子区划分，采用最优盒计数法求取模板子区和搜索子区中次子区的分形维数，根据统计相关性原理找到相似性最大位置，然后利用分形插值法将匹配点定位到亚像素级，实现高精度的图像匹配。实验证明，该方法具有良好的匹配效果。

15 科氏流量计的时变信号处理方法

沈廷鳌 , 涂亚庆 , 张海涛 , 苏奋华

2013, 36(4):93-98. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.015

[摘要](2385) [HTML](329) [PDF 8.37 M](1889)

摘要:
针对实际应用中科氏流量计流量缓变的特性，首先建立频率、幅值和相位均按照随机游动模型变化的改进时变信号模型，其次采用一种跟踪信号频率变化能力更好的陷波算法对信号进行滤波，以求其频率；并采用自适应谱线增强器从含有噪声的信号中提取出基频信号；然后通过短窗截取，采用修正的滑动DTFT递推算法实时计算两路信号之间的相位差和时间差，求得质量流量。仿真及实测结果表明，研究方法不仅可以跟踪变化的频率和相位，而且在测量小相位时具有较高的精度，整套算法计算量小，可用于科氏流量计的实时信号处理。

16 超环面弯晶在X射线单色背光成像中的应用

毋玉芬 , 肖沙里 , 刘利锋 , 施军 , 钱家渝 , 刘慎业 , 韦敏习 , 陈伯伦

2013, 36(4):99-102. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.016

[摘要](2391) [HTML](701) [PDF 5.96 M](1526)

摘要:
基于Bragg衍射理论，分析了超环面晶体分析器实现等离子体在子午和弧矢2个方向等比例放大成像的原理，采用云母作为衍射晶体，研制了对激光等离子体进行二维成像的超环面晶体分析器，其子午和弧矢曲率半径分别为290 mm和196 mm，用于衍射成像时的Bragg角度为54°。采用铬靶X射线源辐照金属网格目标，网格的网孔尺寸为200 μm×200 μm，通过超环面晶体分析器对铬靶Kα谱线的衍射，在X射线IP板上得到了网格的二维背光衍射图像，并与球面晶体分析器成像效果进行了对比。实验结果表明，与球面晶体分析器相比，超环面晶体分析器可实现在子午和弧矢2个方向等放大比的X射线背光成像，且分析器具有较高的空间分辨力，当光源尺寸为500 μm，成像放大倍数为1.86倍时，其空间分辨力达到67 μm。

17 手指运动姿态检测及假肢手指动作实时控制

侯文生 , 万莎 , 吴小鹰 , 万小萍 , 蔡全 , 郑小林 , 陈海燕

2013, 36(4):103-109. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.017

[摘要](2677) [HTML](1091) [PDF 9.05 M](1921)

摘要:
设计了一种通过实时检测手指关节弯曲角度控制假肢手指动作的实验系统。系统主要由手指运动姿态实时检测、关节角度分析、控制与驱动电路、欠驱动机电假肢手4部分组成，假肢手包含拇指、食指、中指3个独立动作的手指；利用加速度传感器ADXL330实时检测手指运动姿态信息，由DSPTMS320F2812微处理器实时检测手指关节运动的瞬时角度变化并进行PWM脉冲编码，控制步进电机运动以驱动假肢手指关节转动。并分别对加速度传感器检测手指运动和假肢手指动作实时控制进行了实验测试；实验结果表明，系统采用的加速度传感器ADXL330能实时检测手指运动姿态，利用手指关节角度信息能有效驱动假肢手指屈伸，并通过三指配合完成抓握动作。

18 红外破碎人体目标的水平集修复算法

谭勇 , 郭永彩 , 高潮

2013, 36(4):110-117. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.018

[摘要](1755) [HTML](322) [PDF 9.09 M](1715)

摘要:
许多图像分割方法提取红外人体目标时的结果常存在破碎现象，需要修复。将图像修复转化为图像分割问题，首先应用薛定谔变换使人体碎片形成连通区域，然后提出一种综合图像区域和边缘信息的水平集分割模型提取该连通区域，模型收敛时目标修复完成。实验结果表明，该方法可自动确定目标碎片位置与归属，排除背景干扰，填补目标内部缺损，胶连缺损人体轮廓段，修复结果与真实外形总体相似度高于80%，内部残缺率低于4%，通过优化模型参数可获得良好鲁棒性。

19 SLEUTH模型支持下的重庆市主城区城市扩展模拟

黄鸿 , 秦高峰 , 冯海亮

2013, 36(4):118-124. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.019

[摘要](2107) [HTML](497) [PDF 9.65 M](1133)

摘要:
选取城市化速度较快和生态环境压力突出的重庆市主城区为研究对象，对该区域城区扩展进行模拟与预测。以研究区1988年、1993年、2000年、2007年4期遥感影像及城市规划图等为数据源，结合RS和GIS技术对数据进行处理作为模型输入数据，对SLEUTH模型进行校正获取适合研究区的最佳参数组合，进而对研究区1988~2007年间的城区扩展进行历史重构，并对该区域未来10年城区扩展情况进行预测。研究结果表明：首次将该模型应用到重庆地区，模型对研究区域的城区扩展模拟精度较高，未来10年该区域城市化速度有逐渐加快趋势，这与目前的土地规划决策、道路建设、经济结构及政策等因素密不可分。

20 热害矿井冷负荷分析

姬建虎 , 廖强 , 胡千庭 , 陈孜虎

2013, 36(4):125-131. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.020

[摘要](1796) [HTML](444) [PDF 6.40 M](1317)

摘要:
以热害矿井风流为研究对象，建立能量平衡方程，通过理论推导出非稳定多股流冷负荷表达式、稳流冷负荷表达式、稳定流忽略动能变化、忽略势能变化、忽略风机做功影响等5种情况下冷负荷表达式，推导了井下湿空气焓变的表达式和围岩散热计算过程，案例分析和计算矿井冷负荷，对热害矿井治理和设计具有良好的理论指导意义。

21 微细通道内甲烷部分催化氧化的反应特性

吴晟 , 冉景煜 , 张力

2013, 36(4):132-141. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.021

[摘要](1617) [HTML](360) [PDF 12.83 M](1100)

摘要:
基于详细基元反应机理，对微细通道内Rh催化剂表面低浓度CH4部分催化氧化的反应特性进行了数值研究，重点考察了进口温度、CH4/O2体积比以及H2O对CH4部分催化氧化的影响。结果表明：在Rh催化剂表面，CH4的反应为动力学控制，而O2的反应为扩散控制；由于O2的高反应性，CH4首先与O2发生氧化反应，完全氧化产物和部分氧化产物均有生成；当O2被消耗以后，CH4与H2O发生重整反应，而CO2的重整反应没有发生；C/O体积比的增加会导致重整区积碳量的增加，从而CH4的转化率以及部分氧化产物的生成量降低，甚至重整反应停止；添加H2O能够有效地抑制积碳，并促进H2和CO2的生成。

22 曲墙式土体隧道围岩结构的爆炸动力响应

程选生 , 王建华 , 苏佳轩

2013, 36(4):142-149. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.022

[摘要](1696) [HTML](496) [PDF 10.83 M](1126)

摘要:
为了找出爆炸动力作用下的力学规律、隧道围岩结构的薄弱部位和最容易失效的单元，通过建立土体隧道动力分析有限元整体模型，综合考虑非线性动力方程的求解方法、材料模型的选取、爆炸冲击波的输入方法和收敛性及流固耦合效应的实现因素，利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟，探讨了土体隧道围岩结构在爆炸作用下不同单元的时间历程曲线，分析了爆炸作用下土体隧道围岩结构的动力响应问题，从而为隧道的抗爆设防设计提供参考依据。

23 冻结过程路基土体水分迁移特征分析

许健 , 牛富俊 , 牛永红 , 侯仲杰

2013, 36(4):150-158. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.023

[摘要](1968) [HTML](692) [PDF 9.98 M](1169)

摘要:
以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象，进行了冻结过程中封闭系统下土体水分迁移试验，试验结果表明：试样中温度的变化是先快后慢，最终试样内部温度随深度的变化呈现出一个稳定的温度梯度分布；温度势对水分迁移的影响甚微，温度梯度是导致含水量梯度产生的一个重要诱导因素，当温度的变化致使土体发生冻结时，冻结区的液态水含量急剧减小，从而引起其基质势能的急剧降低，促使土中未冻水沿着温度降低的方向迁移。基于上述试验，通过建立二维温度场与水分场耦合效应模型，应用有限元数值方法对室内封闭系统下模型试件的温度场、水分场进行了数值模拟，计算值与实测值基本吻合，验证了水热耦合数值计算模型的正确性。该模型可用于模拟季节性冰冻地区路基土体中水分迁移的变化规律，为冻胀防治提供依据。

24 地震系数法隧道上覆土柱的合理计算高度

耿萍 , 何悦 , 何川 , 晏启祥

2013, 36(4):159-164. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.04.024

[摘要](1842) [HTML](330) [PDF 6.60 M](1635)

摘要:
在隧道埋深较大时，地震系数法由于夸大了隧道上覆土柱地震惯性力的影响，与实际工程和震害现象严重不符。因此，要提高现有地震系数法的适应性，迫切需要对地震系数法进行修正。首先依据地震系数法进行抗震计算，分析其局限性；并在Ⅴ级围岩条件下，分别采用地震系数法﹑反应位移法和时程分析法，对不同跨度的洞室进行抗震计算，最终得出Ⅴ级围岩条件、不同跨度下地震系数法的上覆土柱合理计算高度，研究成果可供隧道工程抗震计算参考。

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