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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2016年, 第56卷, 第9期 上一期    下一期
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    电子工程
    融合聚类与排序的图像显著区域检测  收藏
    刘杰, 王生进
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 913-919.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.059
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1317KB)
    显著区域检测是计算机视觉领域中一个极具挑战性的问题。当前,多数显著区域检测算法通过直接计算图像中每个像素或图像块与其一定范围内邻域的差异来判断像素的显著性。当图像背景杂乱或者图像中的前景和背景有相似特征时,这些传统方法的检测性能明显下降。该文提出一个基于再聚类的显著区域检测算法框架:首先,利用聚类算法将图像过分割得到的超像素再聚类成多个超像素簇,其中提出了自动确定尺度参数和聚类个数的方法;其次,基于聚类得到的超像素簇,该文又提出一个自动选择可能的背景簇的方法,并将其作为排序算法中的查询项来估计全图的显著性。在两个差异较大的公开数据集上,该算法实现了相对稳定的显著区域检测结果,而且在部分性能指标上明显优于其他5种算法。
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    基于Riemann核Fisher准则的极化SAR图像人造目标检测  收藏
    高伟, 殷君君, 杨健
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 920-924,929.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.055
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2032KB)
    人造目标检测是极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像自动解译中的重要环节。该文提出了一种基于Riemann核Fisher准则的人造目标检测方法。核函数通过Hermite正定矩阵流形上的Riemann度量来构造。极化协方差矩阵映射到核函数诱导的高维特征空间后用Fisher准则进行判别。该方法考虑到了极化SAR数据特殊的矩阵结构,并且不需要任何统计模型假设,因而特别适于检测极化SAR图像中的人造目标。以舰船目标检测为应用背景验证了该方法的有效性。实验结果表明:该方法优于其他常用的检测器,特别是在低目标杂波比条件下。
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    适于OBP卫星的Turbo码自适应部分迭代译码  收藏
    李航, 高镇, 赵明, 王京
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 925-929.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.056
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1091KB)
    为解决卫星星上处理平台星上资源有限与Turbo码译码复杂度高的矛盾,该文提出了一种适于卫星星上处理平台的自适应部分译码转发算法,通过降低迭代次数达到减少Turbo码译码器占用资源的目的。该算法的自适应包含2个层面:外层根据信道质量状态动态设定迭代次数范围;内层根据一种新的迭代停止准则提前停止迭代,该停止准则具有计算量小的优点。通过这2个层面的联合自适应,有效地降低了平均迭代次数,相比固定次数的部分迭代译码提高了算法的性能。
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    基于CPS的能源互联网关键技术与应用  收藏
    施陈博, 苗权, 陈启鑫
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 930-936,941.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.061
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1737KB)
    基于互联网的新技术、新模式的快速发展,对可再生能源的开发利用具有积极影响。以能源互联网为核心的第三次工业革命开始兴起,通过以信息、通信和传感技术为代表的信息物理系统(cyber physical system,CPS)与以电力技术为代表的能源系统深度融合,促进分布式可再生能源的充分利用与共享。在之前的能源互联网研究中,对于信息物理系统与能源领域的融合较少探讨。在此背景下,该文从CPS的概念出发,阐述能源互联网的技术体系与技术特征,围绕能源生产、传输、存储和分享深入探讨互联网与能源系统的融合,对基于CPS的能源互联网应用前景进行研究,分析制约其发展的困难与挑战,并提出发展建议。
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    基于多芯光纤的最小成本增长型网络设计  收藏
    李瑶, 华楠, 郑小平
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 937-941.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.048
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1232KB)
    为满足日益增长的业务需求,光网络需要根据需求进行增长型设计,以提升网络容量和性能。相比现有的光网络中的单芯光纤,多芯光纤可以成倍地提高光纤纤芯密度,为光网络的增长扩容提供更大的容量。该文研究了基于多芯光纤的增长型网络最小成本规划问题,通过建立和求解整数线性规划模型,得到最小新增网络成本和网络设施铺设方案。结果显示:多芯光纤与单芯光纤混合铺设策略可以使新增网络成本达到最小,拓扑增广也可以降低最小新增网络成本。
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    中国手语模态对句子加工的影响  收藏
    姚登峰, 江铭虎, 阿布都克力木·阿布力孜
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 942-948.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.050
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1521KB)
    该文系统地研究了中国手语模态对句子加工的影响,使用事件相关电位(ERP)技术来探索句子加工过程中手势模态的语义和语音信息对词汇通达的影响和时间过程。设计实验材料时,对句尾变化条件下目标手势的语义和音韵形式进行了系统的人为操纵。通过18个被试的实验,观察到将初级视觉特征映射到手势音韵特征的手势感知证据(时长100~200ms),紧接着是将目标手势音韵特征与语境信息匹配的负成分(时长200~400ms),以及表征语篇语境对语义制约的动态建构的负成分(时长400~650ms),它促进了手势的音义信息与句子信息的整合。音近和义近手势在时间进程和效应方向上存在着相似性,表明手语模态的词汇通达与有声语言类似,并消耗类似的在线处理成本。同时发现了手语模态独有的表征手语音韵特征加工已经完成的N300效应,它代表了手势音韵元素识别和手势识别之间的直接联系。实验结果表明:在进行句子加工时,被试首要考虑的是语境和目标手势匹配,并不是与手势的音韵特征匹配。这种结果可能是词汇选择时音近和义近相关信息相互作用的标志。
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    计算机科学与技术
    面向海洋观测的Cyberinfrastructure原型  收藏
    李秀, 欧阳小刚, 汤友华, 黄容生, 马辉
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 949-955.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.047
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1552KB)
    针对海底观测网建设过程中的多源异构数据集成、海量数据处理和科研协同工作等问题,构建了一个面向海洋观测的赛百平台(Cyberinfrastructure,CI)。通过整合底层分布式的计算、存储、数据、传感器等资源和设备,面向顶层特定的科研用户提供基于网络环境的高效计算服务、海量数据服务、科研应用服务等。通过集成科学工作流,开发数据分析模块,实现对海量观测数据的处理。运用虚拟组织技术,实现了基于网络的科研协同工作。实验结果表明:该系统可以显著提高海洋科研人员的工作效率。
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    基于代码改写的JavaScript动态污点跟踪  收藏
    王伟平, 柏军洋, 张玉婵, 王建新
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 956-962,968.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.063
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1470KB)
    随着Web技术的飞速发展,JavaScript的使用越来越常见,尤其是在追求快速及时响应的Web应用中,这也导致了众多安全问题的产生。该文提出了一种基于代码改写的JavaScript动态污点跟踪方法JSTA,通过JavaScript代码的改写,让改写后的代码在执行过程中对敏感数据进行污点标记和跟踪,可及时发现敏感数据泄露行为并给出告警。与以往的研究不同的是,JSTA是独立于JavaScript引擎实现的,可以适用于多种浏览器。测试结果表明,JSTA可有效地跟踪敏感数据并检测敏感数据泄露行为。
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    基于矩阵三角化分解的Cholesky分解及FPGA并行结构设计  收藏
    刘书勇, 林俊宇, 吴艳霞, 张博为
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 963-968.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.060
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1331KB)
    矩阵运算是高性能计算中核心问题之一,矩阵分解是提高矩阵运算并行性的重要途径,飞速发展的FPGA为并行运算结构提供了有力的环境支持。该文基于子矩阵更新同一化算法实现了Cholesky分解,基于FPGA设计了相应的并行结构。实验结果表明:与通用处理器的软件实现相比,本文实现的Cholesky分解的FPGA并行结果在核心计算性能上可以取得10倍以上的加速比,该算法针对矩阵三角化计算过程具有更高的数据和流水并行性。
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    自动化
    三维重建中的多模型融合:克服光照和尺度影响  收藏
    陈宝华, 邓磊, 段岳圻, 陈志祥, 周杰
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 969-973.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.046
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2639KB)
    互联网图像三维可视化通常使用运动恢复结构方法将互联网图像重构成为三维点云,用于支持用户在三维空间中自由移动观察三维点云和图像。但由于同一场景互联网图像间光照条件差异巨大,传统方法往往不会重构成唯一的三维点云,而是依照光照条件的分布,构建成多个独立的点云。该文提出了一种三维点云配准框架,将这些因为光照差异而分离的点云融合成为统一的点云。首先利用点云的三维几何特征而非二维图像特征描述点云,克服了光照差异对配准的影响。其次提出了一种克服尺度差异的配准方法,以解决不同尺度点云的匹配问题。在两个数据集上的实验证明了该方法的有效性。
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    基于组件的多分辨率动态结构建模与仿真  收藏
    彭功状, 毛华超, 张和明
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 974-979,984.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1963KB)
    针对复杂系统仿真中模型需要根据环境自适应改变,导致不同分辨率模型之间的一致性和并发性问题,该文提出了基于组件的多分辨率动态结构(CMDS)建模与仿真方法。该方法从高层统一控制系统动态结构变化,利用分辨率状态图实现系统仿真模型交互一致性,通过组件端口自适应技术达到系统仿真前后状态一致性。并在此基础上,设计了模型结构快速重构算法。最后以大系统变结构问题为例,表明CMDS能够充分利用不同分辨率模型的优势,依据具体的计算资源选择合适的分辨率模型,兼顾速度和精度。
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    土木工程
    带支撑箱形钢拱的平面外弹性屈曲性能分析  收藏
    赵思远, 郭彦林, 王宏
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 980-984.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.062
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1166KB)
    为提高钢拱的平面外稳定性,钢拱的平面外通常布置有一定数目的弹性离散支撑。该文研究了拱顶设置单个弹性支撑作用时,箱形截面钢拱的平面外弹性屈曲性能。首先采用能量法推导得到了弹性支撑作用下,箱形截面纯弯两铰拱和纯压两铰拱的平面外弹性屈曲荷载;其次结合无支撑拱的弹性屈曲性能,获得了弹性支撑的门槛刚度计算公式。该方法的结果与有限元计算结果吻合较好,可以作为离散支撑均匀分布的箱形截面钢拱平面外弹塑性稳定设计的基础。
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    浓雾下高速公路双车道间断放行措施  收藏
    谭金华, 石京
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 985-990.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.054
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1441KB)
    受浓雾影响,高速公路极易发生追尾等交通事故。该文建立了浓雾下高速公路双车道间断放行措施的元胞自动机模型,用于量化研究中国试行的浓雾下高速公路间断放行管理措施,探讨影响该措施的相关因素。数值模拟结果显示:高速公路采取双车道间断放行措施时,发生追尾事故的概率fa随着放行时间间隔ht的增大而降低;而且,不同的限速条件下,ht对应不同的临界值hmax,间断放行措施可在ht>hmax时保证浓雾下没有追尾事故发生;然而,在ht相同的条件下,雾区变长或两车道交错放行车辆均会增大fahmax。借助该结果,高速公路管理部门可以通过采取合适的间断放行方案,有效控制追尾事故风险。
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    低屈服点钢剪切型阻尼器试验研究  收藏
    许立言, 聂鑫, 樊健生, 刘付钧, 李盛勇, 黄忠海
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 991-996.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.053
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2684KB)
    针对滞回力学特性、低周疲劳性能以及耗能减震能力,进行了3组采用低屈服点钢BLY160的剪切型阻尼器的拟静力试验。试验选用2种尺寸型号的试件并采用了4种不同的加载方案,对比分析了不同加载历史下软钢的应变强化现象及低周疲劳性能,考察了阻尼器构件关键参数腹板宽厚比以及加劲肋尺寸的影响。试验结果表明:BLY160低屈服点钢材随等效塑性应变的累积有明显的循环强化现象,采用BLY160低屈服点钢的剪切型阻尼器初始刚度大,屈服位移小,变形能力强,具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性。
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    基于IFC的绿色性能分析数据转换与共享  收藏
    林佳瑞, 张建平
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 997-1002.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.057
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1530KB)
    该文提出一种基于建筑信息模型(building information modeling,BIM)数据标准工业基础类(industry foundation classes,IFC)的绿色性能分析数据转换与共享方法。首先,通过分析IFC标准与常用绿色性能分析数据格式gbXML的结构及其对绿色性能信息的描述机制,建立了二者主要信息元素之间的映射关系;并提出了IFC向gbXML的自动转换方法,实现了绿色性能分析数据的转换与共享。最后,将上述方法在实际案例中进行了测试验证。结果表明:该方法实现了IFC向gbXML的自动转换,支持不同参与方与应用之间绿色性能分析数据的交换与共享,有效降低了信息重复建模成本,提高了效率。
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    机械工程
    球床堆燃料元件串列提升碰撞过程动力学特征  收藏
    刘洪冰, 黄岸, 常保华, 王力, 都东
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 1003-1008,1015.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.058
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2302KB)
    球床堆采用气力输送方式实现球形燃料元件在堆芯外数十米垂直管路中的提升。通过向管路中先后加入2个燃料元件,可以实现串列提升模式,进而提高燃料元件的输送效率。在提升过程中,燃料元件之间会发生碰撞。研究燃料元件碰撞过程的动力学特征,可以为分析串列提升模式的可行性和可靠性提供重要基础。该文基于计算流体力学研究了提升管路内的流场特征,对燃料元件进行了受力分析,在此基础上建立了燃料元件提升过程的动力学模型,研究了燃料元件的动力学特征。研究结果表明:燃料元件之间的碰撞力不会导致其发生破损;经历几次碰撞后,2个燃料元件会被一起提升,提升过程稳定,提升效率较高。在有机玻璃实验平台上开展实验,实验结果验证了串列提升模式的可行性。研究结果为燃料元件气力输送提供了基础,也为球床堆设计提供了依据。
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    环境科学与工程
    低水温下悬浮和附着活性污泥胞外多聚物特性  收藏
    周律, 邢秀娟, 彭标, 方国锋
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 1009-1015.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.051
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2348KB)
    污水生物处理中,对胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)进行成分分析是理解污泥稳定性、絮凝性以及相关生物代谢机制的重要基础。通过对比研究传统的序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中悬浮活性污泥和序批式移动床生物膜反应器(sequencing batch moving bed biofilm reactor,SBMBBR)中生物膜特性以及2种反应器在低温运行中3种形态污泥EPS成分,探讨了EPS成分对低温(6℃和10℃)条件下,2种反应器的适应性及污染物去除效果的影响。结果表明:在低温条件下,胞外蛋白质(protein,PN)为各种形态污泥EPS中的主要成分,紧密附着型EPS(tightly-bound EPS,TB-EPS)占EPS总量的比例最高;有机负荷和水温度等工艺条件的变化对EPS中PN和胞外多糖(polysaccharides,PS)的单位体积质量比PN/PS影响较大;悬浮活性污泥EPS中PN/PS比生物膜的低;10℃时反应器低负荷运行时污泥的EPS含量大于高负荷运行时的,而6℃时各种形态污泥中EPS含量随负荷的升高呈现出上升的趋势。
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    化学与化学工程
    基于自适应迭代学习控制的MPC系统经济性能设计  收藏
    王振雷, 刘学彦, 王昕
    清华大学学报(自然科学版). 2016, 56 (9): 1016-1024.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.24.024
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2636KB)
    针对模型预测控制(model predictive control,MPC)系统经济性能设计问题,结合自适应迭代学习控制的设计思想,提出了一种自适应步长迭代学习控制(adaptive step iterative learning control,ASILC)策略。该策略将系统变量方差与控制器参数之间的关系近似成离散的线性区间组合,并借助上一步迭代的过程信息,自适应地更新迭代步长,逐步使系统的经济性能达到最优。将该方法应用于乙烯裂解炉控制系统中,仿真结果表明:与迭代学习控制方法相比,ASILC能更快地收敛到最优工作点附近,得到最优经济性能下的控制器参数λ,经过7次优化迭代后经济性能目标值提高了28.92%。
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