2018年, 第58卷, 第7期　
刊出日期：2018-07-15

  

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计算机科学与技术
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  基于雷达信息的室内移动机器人的方位估计

  刘华平, 郑向梅, 孙富春

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 609-613. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.031

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  移动机器人的室内定位是机器人领域中的一个热点问题，移动机器人的定位包括位置与方位两方面。为对移动机器人方位进行有效的估计，该文提出了基于支持向量机（support vector machine，SVM）的机器人方位回归模型，选定激光雷达信息作为模型的输入量、机器人的方位作为输出量；并与基于极限学习机（extreme learning machine，ELM）的机器人方位回归模型进行对比。实验结果表明：基于极限学习机回归模型的均方误差为0.320 rad，训练时间为0.936 s；基于支持向量回归模型的均方误差为0.113 rad，训练时间为9 273 s。该回归模型可为机器人方位估计提供一定的应用价值。
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  动态故障诊断中的立体因果建模与不确定性推理方法

  董春玲, 赵越, 张勤

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 614-622. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.029

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  为满足复杂系统的动态、实时和高可靠性的故障诊断需求，克服动态不确定因果图（dynamic uncertain causality graph，DUCG）及其他概率图模型的局限，该文在DUCG理论的基础上扩展其时序因果表达与推理方法，建立了立体DUCG （Cubic DUCG）理论模型。采用动态的手段处理动态问题，以"逐步生长"的立体因果建模取消了时序模型中常见的Markov假设限制，以穿越式因果连接准确地表达动态系统下故障的产生、演变和发展；直观地刻画和处理动态负反馈等复杂故障逻辑因果关系；给出了严谨、高效的动态推理算法。宁德核电站1号机组CPR1000模拟机二回路系统上的故障实验结果表明：Cubic DUCG诊断推理准确、高效，能有效处理负反馈等复杂动态情形。
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  基于支持向量机和遗传算法的变压器故障诊断

  吐松江·卡日, 高文胜, 张紫薇, 莫文雄, 王红斌, 崔屹平

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 623-629. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.032

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  为了提高变压器故障诊断准确率，该文提出了一种基于支持向量机（support vector machine，SVM）和遗传算法（genetic algorithm，GA）的电力变压器故障诊断方法。基于5种常用油中溶解气体分析方法的20种不同输入建立初始特征集合，采用二进制方式将支持向量机惩罚因子、核参数及特征子集编码至遗传算法染色体，建立基于5折交叉验证正确率的适应度函数，联合优化最优特征子集和支持向量机参数组合。然后依据最优特征子集和参数组合训练诊断模型，并利用测试集和故障实例验证诊断性能。实例分析结果表明：该方法能准确、有效地诊断变压器故障，比基于传统特征子集的支持向量机-遗传算法模型、IEC三比值法、反向传播神经网络和朴素Bayes等方法具有更高的诊断准确率。
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  开源代码仓库增量分析方法

  许福, 杨湛宇, 陈志泊, 孙钰, 张海燕

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 630-638. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.029

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  代码溯源是开源软件复用中的常见实践，溯源过程依赖于高效的程序分析方法支撑。现有的程序分析方法主要识别完整的语法结构，分析时间依赖于整体代码规模，缺乏增量分析能力，难以满足大规模开源代码仓库的高效分析需求。针对开源代码仓库中相邻快照间高度相似的特点，该文提出了一种有效的增量分析方法，仅对快照中变更的代码进行分析，从而有效减少分析规模。首先解析文件快照获得历次代码的修改内容，其次设计映射算法将上述修改内容映射成完整的、可分析的函数，最后将上述函数转化为指纹进行函数比对。与传统分析方法相比，该文方法有效减少了开源代码仓库的分析规模，加快了函数比对速度，能更好地支撑代码溯源等开源软件复用需求。
  
水利水电工程
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  南水北调中线大型跨(穿)河建筑物综合风险评价

  韩迅, 安雪晖, 柳春娜

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 639-649. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.030

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  该文基于南水北调中线工程大型跨（穿）河建筑物的设计和建设质量信息，考虑不同类型建筑物的个性信息和外部条件，包括施工质量，建筑物自身的特征参数以及周边水文、地质的主要控制性参数等，构建了合理的指标体系，建立了包括静态风险和动态风险在内的综合风险评价体系，对大型跨（穿）河建筑物运行潜在的风险进行分类分级。其中静态风险通过神经网络计算得到，动态风险考虑了对洪水、冰冻、冲刷和拉应力的评估，最后综合风险指数通过与文献中结果对比得到验证，并通过案例计算进一步评价了方法的合理性。
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  长江流域鱼类多样性与流域特性关系分析

  石睿杰, 唐莉华, 高广东, 杨大文, 徐翔宇

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 650-657. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.033

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  鱼类多样性是反映流域水生态系统的关键指标。该文基于鱼类多样性分析了影响长江流域水生态系统的主要因素。采用相关分析和灰色关联分析识别了影响鱼类多样性的主要因素。进一步通过多元线性回归建立了鱼类多样性与流域特性之间的定量关系。结果表明：影响长江上游干支流鱼类多样性的主要因素是海拔和流域面积等自然因素，除了通天河、金沙江上段、雅砻江等海拔3 500 m以上的流域之外，其他上游干支流的主要影响因素是径流量。中下游鱼类多样性的主要影响因素从自然因素转变为土地利用类型，反映出人类活动对水生态系统的影响逐渐增强。
核能与新能源工程
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  高温气冷堆核电站计算机化规程流程的建模和验证

  徐晓娜, 黄晓津

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 658-663. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.033

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  为了满足高温气冷堆核电站计算机化规程流程验证的需要，针对高温气冷堆核电站"多个核蒸汽供应系统模块带一台汽轮机"的结构和运行特点，该文利用改进的着色Petri网建模方法，建立了常规规程执行流程模型和有中断的变体规程执行流程模型，并基于模型对计算机化规程执行进行了形式化验证。对一个典型的高温气冷堆核电站异常事件处理规程的案例进行分析，结果表明：基于改进着色Petri网的规程建模和验证方法有效，为高温气冷堆核电站计算机化运行规程系统的研制提供了重要的理论依据。
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  基于光纤传感的玻璃封接预应力测量

  李明泽, 闫贺, 刁兴中, 张勇

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 664-670. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.017

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  为实现对玻璃中预应力的测量，该文提出了一种基于光纤传感的玻璃封接预应力测量方法。将光纤Bragg光栅传感器植入封接玻璃预留孔中，加热使玻璃熔融，再冷却固化从而使光纤传感器、玻璃、金属同时烧结在一起。通过光纤传感信号的实时监测，实现了对封接温度的实时测量。通过光纤传感信号的变化，计算出了封接玻璃中测量路径的轴向压缩应变，结合有限元分析得到玻璃中的全局应力分布。实验结果表明：光纤传感器可实现对封接过程温度和应力的监测，以玻璃中预应力为指标可以实现对封接工艺的优化。
  
机械工程
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  高速电主轴中主轴-机壳振动传递力学模型

  刘成颖, 郑烽, 王立平

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 671-676. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.015

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  主轴的振动是影响机床加工精度的重要因素，且包含大量机床的工况信息。在保证精度的条件下，为实现主轴振动加速度能够在机壳外部测量，建立了主轴与机壳之间的振动传递力学模型。针对力学模型中的未知参数，基于Hertz理论和最小二乘法理论相结合的方法求解出轴承的线性刚度；基于Hooke定律，利用Ansys软件求解出电主轴固定基座的刚度。以170XDS20Z11型电主轴作为实验对象进行实验验证与仿真分析。结果表明：在机壳上测量振动信号，通过该模型可以高效、准确地推导出主轴真实振动。此理论可以运用到主轴振动间接测量方法中，提高测量精度。
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  Q&P980超高强钢的循环加载性能和微观组织表征

  韩飞, 周子浩, 王允

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 677-683. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.030

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  为研究超高强钢的循环加载性能，以淬火配分（quenching & partitioning，Q&P）980超高强钢为研究对象，通过循环次数、循环位置以及各向异性的拉伸实验，得到真实应力应变曲线，分析卸载环的性质，对其力学性能进行准确表征，再通过金相显微镜、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）等检测手段，分析相应的微观组织变化。发现随着形变程度的增加，卸载和重新加载斜率不断降低，回弹应变、延伸率和强度不断增加，相应的奥氏体含量不断下降，即具有相变诱导塑性（transformation induced plasticity，TRIP）效应。当变形程度相近时，随着循环次数的增加，回弹应变不是持续增加，而是在循环次数增加到10时出现回弹应变减小的情况。循环加载过程会减弱板材的各向异性，但是对弹性模量和回弹的影响不大。
汽车工程
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  多交叉口工况的网联汽车最优节油驾驶策略

  辛喆, 余舟, 郭强强, 林庆峰, 李升波, 徐晨翔

  清华大学学报（自然科学版）. 2018, 58(7): 684-692. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.036

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  针对网联汽车在多交叉口工况的通行过程，提出了一种多信号灯配时已知条件下的节油驾驶求解方法，并建立了相应的驾驶策略。将两信号灯下的节油策略辨识问题构建为约束型最优控制问题，该问题以发动机油耗为性能指标，以车辆纵向动力学模型为状态方程，并考虑了车辆性能约束、环境约束等。为求解该问题，提出了以动态规划为核心的反向递推计算方法，发现了车辆加速-匀速-减速的3段式节油行驶模式。以此为基础，将车辆在多信号灯下的节油驾驶策略辨识问题转化为有向图的最短路径求解问题，并采用Floyd-Warshall最短路径算法进行求解，得到了各交叉口道路限速相同及不同工况下的车辆节油驾驶策略。