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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)
      2018年, 第58卷, 第6期 上一期    下一期
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    机械工程
    螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化  收藏
    王琪, 周驰, 桂良进, 范子杰
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 529-538.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.023
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (12344KB)
    针对螺旋锥齿轮齿面设计需进行多次试算的问题,提出了齿面加载性能多目标优化问题数学模型的建立及求解方法。建立了包含最大接触应力、加载传动误差、加载接触区范围和齿根弯曲应力的齿面加载性能多目标优化问题的数学模型;建立了考虑齿根弯曲应力计算的加载接触分析模型,用于计算优化问题中的目标函数和约束函数;采用Kriging代理模型结合多目标遗传算法对该优化问题进行求解;通过对驱动桥螺旋锥齿轮副进行多目标优化,实现了接触区完全位于理想接触区且无边缘接触,最大接触应力降低11.7%,加载传动误差降低27.9%,大小轮最大齿根弯曲应力分别降低2.0%和12.6%。通过对优化后的齿面进行驱动桥加载接触印迹台架试验,对接触区进行了验证,结果显示优化得到的接触区与试验结果吻合良好,验证了优化方法的可行性和正确性。
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    基于PCA和SPC-动态神经网络的风电机组齿轮箱油温趋势预测  收藏
    黄忠山, 田凌, 向东, 韦尧中
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 539-546.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.026
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2258KB)
    针对风电机组齿轮箱油温趋势预测中存在的信号非线性、多变量相关、各相关变量之间存在数据冗余等问题,同时为了克服人工神经网络离线训练的不足,该文提出了一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)和动态神经网络的齿轮箱油温趋势预测模型,并结合统计过程控制(statistical process control,SPC)实现该模型在线学习能力。确定影响油温变化的相关变量集,利用PCA消除相关变量间的数据冗余,采用有外部输入的非线性自回归动态神经网络(nonlinear autoregressive with external input,NARX)对油温和相关变量集进行建模,采用考虑残差分布规律的SPC方法控制模型在线学习行为。实际应用结果表明:该方法具有较高的稳定性和准确度,能够有效实现油温趋势预测。
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    基于色彩分割及信息熵加权特征匹配的刹车片图像分类算法  收藏
    赵磊, 张文, 孙振国, 陈强
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 547-552.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.025
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2868KB)
    在基于机器视觉的汽车刹车片外观检测中,刹车片图像前景分割及形状特征的提取和匹配算法是刹车片分类的关键。为实现汽车刹车片外观高精度检测分类,该文提出并实现了一种包括前景分割、几何特征提取及特征模板匹配的图像处理算法。该算法首先将工业相机拍摄得到的红、绿、蓝(red green blue,RGB)格式图像转换到色调、饱和度、明度(hue saturation value,HSV)色彩空间,利用其中的饱和度S通道从暗色传送带背景中分割刹车片;然后提取刹车片区域的多维几何特征进行特征融合;最后采用基于信息熵加权的改进特征匹配算法,通过刹车片特征的信息熵对特征空间的Manhattan距离进行加权。对98张、54类刹车片图像进行了分类实验,结果表明:算法准确率为95.00%,每张平均耗时110 ms,可以应用于刹车片生产过程中的实时自动分类。
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    误差均衡立体五基元超短基线水声定位  收藏
    王虹入, 王中秋, 漆随平, 胡桐, 邹靖, 曹自力
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 553-557.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.009
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1548KB)
    采用单平面基阵进行超短基线水声定位,当声源俯仰角接近基阵平面,会导致定位误差增加。为解决该问题,提出了基于空间五基元立体基阵子阵误差均衡的定位方法。该方法将空间立体基阵划分为正交的三基元子阵,在各子阵局部坐标系中分别解算定位结果,通过坐标变换将子阵局部坐标系转化为立体阵全局坐标;最终定位数据时,根据原局部坐标系下解算结果与理论结果的误差大小进行加权,对全局坐标系下的数据加权平均。MATLAB的仿真表明:该方法可实现空间立体基阵全空间方位目标声源的定位解算,定位精度比单一基阵面提高4倍以上;并解决了声源目标俯仰角接近单基阵平面时,定位精度误差急剧增大的问题,使整个定位空间内的定位结果误差变化均衡。
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    核能与新能源工程
    基于波长位移光纤的232Th+ZnS(Ag)闪烁体中子探测器  收藏
    白召乐, 周琦, 杨楠, 刘锋, 杨中建, 陈宝维, 王建龙
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 558-562.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.028
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1266KB)
    闪烁体光纤探测器是近年来发展起来的一种可用于中子测量的新型探测器,为了提高闪烁体光纤探测器的中子探测效率,该文以232Th+ZnS(Ag)为探测器材料,利用波长位移光纤代替普通光纤收集和传输信号,并对改进的探测器的探测效率进行了理论分析和实验验证。研究结果表明:波长位移光纤探测器的计数率约为普通光纤的1.7倍。该探测器应用于加速器驱动次临界系统的中子探测,获得了次临界反应堆实验装置中子的分布变化规律,与计算结果较为一致。
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    含黏性力最速降线问题的最优化解法及其在ADS设计中的应用  收藏
    李胜强, 谭铭, 张展博
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 563-569.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.029
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (2804KB)
    为优化加速器驱动次临界系统(ADS)靶件束窗形状设计,该文研究了一类含黏性力的最速降线问题。采用变分法进行分析,最终需数值求解一组非线性积分方程。针对Newton迭代法在高黏性系数情况下难以获得收敛解且无法获得近似解的缺陷,提出一种最优化求解思路。通过数值试验比较了4种启发式最优化算法的计算效率,并选择粒子群算法与Newton迭代法作进一步对比。结果表明:在高黏性系数情况下粒子群算法计算效率优于Newton迭代法,并且粒子群算法在该问题上近似线性收敛。用最速降线取代半椭圆的束窗形状后,流动分离更晚且流道滞止区更小,有利于提升换热效率。
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    物理与工程物理
    基于证据推理法的城镇综合承灾能力网格化评价方法  收藏
    陈涛, 陈智超
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 570-575.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.024
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1542KB)
    目前针对区域综合承灾能力的研究大多仍基于城市尺度,少有针对城镇尺度的研究,且针对区域综合承灾能力的研究大多以行政单元为评价单元,精度稍显粗糙。该文根据华东某县级市实际城镇特色建立城镇综合承灾能力评价指标体系,基于证据推理法结合层次分析法,以1 km×1 km的网格为基本评价单元,从定性、定量数据两方面完成对该市综合承灾能力的评估。该文主要探索了高精度的城镇综合承灾能力评价方法,得到网格化的高精度评价结果,发现“抗灾能力→空间布局因素→重大危险源”这一指标在整体评价中具有突出重要作用,评价结果与该地区实际情况基本吻合。该评价方法对城镇级别应急管理具有很好的应用价值,对提升城镇区域减灾防灾能力有积极意义。
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    基于E-V融合的线上-线下联合监控技术  收藏
    唐诗洋, 疏学明, 胡俊, 吴津津, 申世飞
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 576-580.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.019
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2292KB)
    近期在世界各地发生的群体性事件、恐怖事件等社会安全事件对社会安全管理提出了新的挑战。在警力资源有限的情况下,如何有效处理这类重大突发事件就成为公共安全研究的一个重要课题。针对现存的安全问题,基于线上-线下多源信息联合监控方案,该文提出一种基于E-V融合的信息融合系统,该系统同时采集手机信号数据(E数据)和监控摄像头数据(V数据),并通过数据融合从两方面获取人的位置与身份信息。通过实验室测试,结果表明:该系统能够在少数人情况下完成视频的人物位置信息、手机MAC(media access control)地址、手机接收信号强度(receive signal strength,RSS)信息的融合,完成作为线上信息与线下信息结合点的功能。
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    基于局部压缩感知的行为识别  收藏
    王文峰, 陈曦, 王海洋, 彭伟, 钱静, 郑宏伟
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 581-586.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.024
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (21858KB)
    压缩感知在目标跟踪领域已取得成功应用,但其在行为识别领域的研究尚不成熟.该文提出了局部压缩感知的思想,结合压缩跟踪与质心定位,实现了视频目标行为的有效识别。局部压缩感知是选定行为敏感区域进行压缩跟踪,基于区域质心轨迹和速度的计算与分类,对目标行为进行认知计算。实验结果表明:借助局部压缩感知,能实现一些特殊的全局目标行为(如奔跑、跌倒等)和局部目标行为(如微笑、眨眼等)的识别,并保证了识别率及识别精度。因此,该文提出的局部压缩感知方法在视频监控目标行为识别领域的应用具有一定的探索意义与研究价值。
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    土木工程
    基于BIM的建筑空间与设备拓扑信息提取及应用  收藏
    张建平, 何田丰, 林佳瑞, 陈星雨, 张永利
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 587-592.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.018
    摘要 ( 8 )   HTML    PDF (1783KB)
    建筑空间与设备拓扑信息是建筑设计优化、运维管理的基础数据。然而在传统建筑设计与运维过程中,信息存储割裂,难以实现信息集成应用。建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术实现了各专业信息的统一描述、存储与管理,可显著提升拓扑信息的提取与应用效率。该文引入BIM数据标准工业基础类(industry foundation classes,IFC),提出了建筑空间与设备的集成拓扑模型,研究了空间与设备拓扑信息的提取与集成技术。在此基础上,该文研发了原型系统并采用实际项目数据进行了应用验证。应用结果表明:该系统可以有效避免重复建模,充分利用BIM的丰富信息,实现空间与设备拓扑信息的综合应用。
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    碱激发电炉镍渣的反应产物性能  收藏
    王强, 杨峻, 王登权
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 593-597,602.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.028
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (3778KB)
    为研究碱激发电炉镍渣的反应产物性能,使用氢氧化钠和水玻璃两种激发剂对电炉镍渣进行激发,测定反应放热、砂浆抗压强度、产物形貌和结构。试验结果表明:5%掺量的氢氧化钠激发电炉镍渣砂浆抗压强度最大;水玻璃掺量10%时,激发电炉镍渣的最佳模数为0.5;碱度高有利于前期抗压强度的增加,而硅酸根离子则有利于后期抗压强度的增加;无论使用氢氧化钠还是水玻璃,碱激发电炉镍渣只生成非晶态产物,且氢氧化钠激发电炉镍渣生成的凝胶较水玻璃激发生成的更为致密;相较于原料,碱激发电炉镍渣生成了硅氧连接聚合度更高的产物,但无法形成新配位形式的铝氧连接结构。
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    电子工程
    电子发票管理与公共服务体系设计与实现  收藏
    柴跃廷, 于潇, 黄亚东
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 598-602.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.020
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1049KB)
    为了满足电子商务发展对电子发票的需求,从根本上解决纸质发票存在的不开票、虚开票、假发票等顽症,该文给出了电子发票的概念,提出了自动生成、集中管理、在线稽查、智能服务的电子发票管理与公共服务模式,规划设计了由安全电子发票开具系统、区域电子发票信息管理与服务平台、电子发票信息交换与共享平台构成的电子发票管理与公共服务体系的总体结构,开展了系统实现和应用验证工作,并取得了初步成效,为进一步研究建立适应电子商务发展需要的新型税收管理与服务方式奠定了基础。
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    基于波束形成与最大似然估计的近距离双麦克风语音增强算法  收藏
    宫琴, 郑硕
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (6): 603-608.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.027
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (2526KB)
    为了解决波束形成法直接应用于近距离双麦克风系统时存在的问题,如目标信号低频段能量损失、多方向的竞争性语音噪声难以被有效抑制等,该文提出一种基于波束形成与最大似然估计的两步去噪方法。该方法首先使用加权叠加滤波器对混合声源进行时频分解,然后通过2个零点分别在0°和180°的波束形成图的幅频响应比值,设置各时频单元所对应的初步掩蔽值,在避免低频滚降现象出现的情况下,抑制本底噪声;最后根据统计模型和简化的最大似然估计法,抑制多方向的竞争性语音噪声,进一步增强目标信号。测试结果表明:在低信噪比、多种类型噪声源共同存在的情境下,该方法可以在无需低通滤波或宽带波束补偿的情况下,恢复原始信号的能量分布特点,明显提升信噪比。
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