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1. 基于TOUGH2和FLAC3D的流固弱耦合程序开发及验证
刘夏临,张晟斌,陈佺,舒恒,刘尚各
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (8): 1485-1494.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.08.002
摘要   HTML PDF(pc) (1589KB)(464)   

传统、新型岩土工程问题诸如压缩空气含水层储能、充气截排水技术、二氧化碳地质封存、油气地下储备工程等均涉及气水两相流与应力耦合. 针对这一工程实际,根据非饱和土气水两相渗流-应力弱耦合理论,开发了基于TOUGH2与FLAC3D的气水两相渗流-应力耦合计算搭接程序. 该计算程序能够较为真实地模拟气水两相渗流问题,能够探讨流动过程中气水的相互作用及其对过程的影响. 程序考虑了气水两相渗流与土体骨架变形直接的相互作用,反映了这一过程中孔隙度、渗透率、毛管压力和土体物理力学参数的变化,实现了更为完善的气水两相渗流与应力弱耦合分析. 通过与经典的排水试验和模型试验对比,验证了该程序可以较为准确地模拟气水两相流-应力之间的相互作用.

2. 仿生视角的数字孪生系统信息安全框架及技术
李琳利,顾复,李浩,顾新建,罗国富,武志强,刚轶金
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 419-435.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.001
摘要   HTML PDF(pc) (1417KB)(286)   

为了推动工业信息安全防御模式从静态的被动防御向主动防御转变,缓解安全专家严重不足与陡增的信息安全需求之间的矛盾,从仿生视角搭建数字孪生系统的信息安全主动防御体系框架,以数字孪生安全大脑为核心,提出以主动防御为目的的5类关键技术:基于云边协同的安全数据交互及协同防御技术、仿生的平行数字孪生系统主动防御技术、仿生的平行数字孪生系统安全态势感知技术、基于免疫系统的数字孪生系统主动防控技术、基于AI的数字孪生系统的反攻击智能识别技术. 给出数字孪生车间信息安全建设的应用案例,验证了数字孪生信息安全在智能制造中的适应性.

3. 直接空气捕集CO2吸附剂综述
王涛,董昊,侯成龙,王欣茹
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 462-475.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.005
摘要   HTML PDF(pc) (1561KB)(246)   

综述直接空气捕集CO2吸附剂的研究进展,对比碱/碱土金属基吸附剂、金属有机框架吸附剂、负载胺基吸附剂、变湿吸附剂的优缺点,从吸附容量与胺效率、动力学与载体选择、再生方式与能耗、热稳定性与抗降解等方面对吸附剂性能进行评估. 简要叙述相关工程示范项目和技术经济性;总结研究中存在的问题,展望未来的研究方向.

4. 考虑非线性模型不确定性的航天器自主交会控制
张科文,潘柏松
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (4): 833-842.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.04.024
摘要   HTML PDF(pc) (1412KB)(243)   

考虑航天器交会模型不确定性的问题,提出基于一般非线性相对运动方程的自适应控制策略. 针对复杂非线性系统中由外部扰动及目标星轨道参数引起的线性与非线性不确定性问题,通过自适应神经网络对模型结构进行参数化近似. 结合自适应反推技术和李雅普诺夫稳定方法进行自适应控制器设计,能够实现控制目标,保证所得闭环系统的渐近稳定性. 为了探究同时存在模型不确定性和输入约束的情况下航天器相对运动的自适应控制设计,提出辅助控制系统来分析和解决输入约束的影响. 针对相对运动提出的自适应控制策略保证了闭环系统的稳定性,使得模型未知参数的自适应估计满足最终一致有界性. 对不同案例分析比较的数值仿真结果验证了提出控制方法的有效性.

5. 基于生成式对抗网络和多级小波包卷积网络的水下图像增强算法
温佩芝,陈君谋,肖雁南,温雅媛,黄文明
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (2): 213-224.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.001
摘要   HTML PDF(pc) (1464KB)(242)   

为了解决水下图像的雾模糊和偏色问题,针对水下图像成像模型提出基于生成式对抗网络(GAN)和改进卷积神经网络(CNN)的水下图像增强算法. 利用生成式对抗网络合成水下图像,以对配对式水下图像数据集进行有效扩充. 利用多级小波变换,以不丢失特征分辨率的方式对水下图像进行多尺度分解,然后结合卷积神经网络利用紧凑式学习方式对多尺度图像进行特征提取,并利用跳跃连接以防止梯度弥散,克服水下图像的雾模糊效应. 利用风格代价函数学习彩色图像各通道间的相关性,提高模型的色彩校正能力,克服水下图像色彩失真的问题. 实验结果表明,相较对比算法,在主观视觉和客观指标上,本研究所提算法拥有更优秀的综合性能及鲁棒性.

6. 多角色多策略多目标粒子群优化算法
王万良,金雅文,陈嘉诚,李国庆,胡明志,董建杭
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 531-541.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.012
摘要   HTML PDF(pc) (1227KB)(202)   

针对粒子群算法在解决复杂多目标问题时存在过早收敛和多样性不足的问题,提出多角色多策略多目标粒子群优化算法(MOPSO_RS). 该算法根据粒子的角色划分指标,给不同性能的粒子赋予不同角色;提出多策略的学习参数调整方法和多策略的全局最优粒子选取方法,帮助种群执行各种搜索策略. 不同的学习参数使各角色粒子获得不同的搜索策略,以调整粒子的探索和开发能力. 不同的全局最优粒子使各角色粒子搜索不同区域,提高种群的搜索效率. 为了避免算法陷入局部最优,引入带有高斯函数的变异算子,使粒子根据其角色朝向不同的全局最优粒子变异,提高算法的求解精度. 实验结果表明,对比其他改进多目标算法,MOPSO_RS具有良好的收敛性和多样性,并验证了所提策略的有效性.

7. 基于知识增强的图卷积神经网络的文本分类
王婷,朱小飞,唐顾
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (2): 322-328.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.013
摘要   HTML PDF(pc) (1936KB)(198)   

针对文本分类问题,提出新的基于知识增强的图卷积神经网络(KEGCN)分类模型. KEGCN模型在整个文本集上构建了一个包含单词节点、文档节点、外部实体节点的文本图,不同类型节点之间使用不同的相似性计算方法;在文本图构建完成后将其输入到2层图卷积网络中学习节点的表示并进行分类. KEGCN模型引入外部知识进行构图,捕获长距离不连续的全局语义信息,是第1个将知识信息引入图卷积网络进行分类任务的工作. 在4个大规模真实数据集20NG、OHSUMED、R52、R8上进行文本分类实验,结果表明,KEGCN模型的分类准确率优于所有的基线模型. 将知识信息融入图卷积神经网络有利于学习到更精准的文本表示,提高文本分类的准确率.

8. 太湖隧道软土基坑长期稳定性分析与变形预测
周傲,王斌,李洁涛,周欣,夏文俊
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (4): 692-701.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.04.008
摘要   HTML PDF(pc) (1611KB)(175)   

以太湖隧道某大型基坑工程为背景,构建基于支持向量机方法的智能反演系统,开展室内软土蠕变实验,提出结合智能反演和蠕变实验的分析方法. 结合现场监测数据,综合确定相关土层的基本物理力学参数及蠕变相关参数. 结合现场超载作用下软土基坑的变形进行分析,验证了该方法在进行软土基坑超载作用下长期稳定性分析及变形预测中的可适用性. 将该方法应用于太湖隧道的超载优化设计,取得了良好的效果.

9. 基于参数优化的机器人花键装配偏角感知识别方法
支乐威,陈教料,王佳才,胥芳,张立彬
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 452-461.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.00.004
摘要   HTML PDF(pc) (1595KB)(167)   

针对花键装配过程中存在轴孔偏角引起的卡阻导致装配成功率低的问题,提出基于参数优化的机器人花键装配偏角感知识别方法. 根据花键装配的特点,利用力传感器采集花键装配过程中的力/力矩信号,基于混合鲸鱼优化算法(HWOA)的极限学习机(ELM)识别偏角的力信号并构建偏角经验库. 结合支持向量数据描述(SVDD)算法,实现了未定义偏角的感知和偏角经验库的自我更新,以及用偏角的感知识别指导机器人完成花键装配任务. 实验结果表明,所提方法对未定义偏角感知成功率和对已知偏角的识别精度分别为98.8%、98.12%,能有效指导机器人进行花键装配.

10. 基于改进GhostNet-FCOS的火灾检测算法
张融,张为
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (10): 1891-1899.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.10.001
摘要   HTML PDF(pc) (2209KB)(166)   

针对现有火灾检测算法检测精度不佳和算法模型复杂度过高的问题,提出基于改进GhostNet-FCOS的火灾检测算法. 该算法以目标检测网络FCOS为基础,降低通道维数并选用GhostNet作为特征提取网络,以实现轻量化火灾检测算法. 引入动态卷积,在不增加网络宽度和深度的情况下优化主干网络的基础模块,提高对形态多变的火焰图像的特征提取能力. 增加空间注意力模块,优化网络空间特征的表达. 改进正负样本定义和回归损失函数,优化训练过程中算法模型对标注框内不同区域的关注程度. 在自建火灾数据集和公开数据集中的实验结果表明,该算法在检测精度和模型复杂度方面具有优势. 该算法在自建火灾数据集中的检测精度为90.9%,参数量为4.58×106,浮点计算量为31.45×109.

11. 基于强化学习的多路口可变车道协同控制方法
徐小高,夏莹杰,朱思雨,邝砾
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (5): 987-994, 1005.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.05.016
摘要   HTML PDF(pc) (2154KB)(163)   

为了解决传统的可变导向车道控制方法无法适应多路口场景下的复杂交通流的问题,提出基于多智能体强化学习的多路口可变导向车道协同控制方法来缓解多路口的交通拥堵状况. 该方法对多智能体强化学习 (QMIX)算法进行改进,针对可变导向车道场景下的全局奖励分配问题,将全局奖励分解为基本奖励与绩效奖励,提高了拥堵场景下对车道转向变化的决策准确性. 引入优先级经验回放算法,以提升经验回放池中转移序列的利用效率,加速算法收敛. 实验结果表明,本研究所提出的多路口可变导向车道协同控制方法在排队长度、延误时间和等待时间等指标上的表现优于其他控制方法,能够有效协调可变导向车道的策略切换,提高多路口下路网的通行能力.

12. 铁路桥隧工程技术接口的关键要素均衡优化
鲍学英,李亚娟,胡所亭,班新林,王琳,许见超
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 558-568.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.015
摘要   HTML PDF(pc) (1195KB)(160)   

为了实现对艰险山区铁路桥隧工程技术接口关键要素的协调优化控制,将多属性效用函数与“三一”要素转化结构结合,构建技术接口的关键要素均衡优化模型. 分析质量、进度、成本、安全要素间的关系,将它们的关联性以函数形式量化,并利用“三一”要素转化结构确定关键要素间的“主附”维度,构建艰险山区铁路桥隧工程技术接口的关键要素均衡优化目标函数. 基于技术接口对关键要素的作用机理,利用ANP确定均衡优化函数的决策偏好系数,采用基于偏好向量引导的高维目标协同进化算法(ASF-PICEA-g)求得均衡优化模型的最优解,并在整体模型的最优解下得到各关键要素的较优解. 以藏木特大桥与安拉隧道为例,对其技术接口构建均衡优化函数并进行优化分析,结果验证了构建的均衡优化函数的合理性以及ASF-PICEA-g在求解该模型方面的有效性.

13. 基于深度学习的中文字体风格转换研究综述
程若然,赵晓丽,周浩军,叶翰辰
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 510-519, 530.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.010
摘要   HTML PDF(pc) (874KB)(157)   

根据中文字体风格转换研究发展的不同阶段进行方法分类,简要回顾传统方法,梳理分析深度学习方法. 介绍常用的公开数据集和评价标准. 分别从提高生成质量、增强个性化差异、减少训练样本数量和学习书法字体风格共4个方面展望未来研究.

14. 基于图卷积模仿学习的分布式群集控制
郭策,曾志文,朱鹏铭,周智千,卢惠民
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (6): 1055-1061.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.06.001
摘要   HTML PDF(pc) (894KB)(147)   

针对受限通信条件下机器人群集协同控制问题,提出基于图卷积模仿学习的分布式群集控制策略. 该策略旨在实现群集内避障、速度一致性的基础上,提高群集鲁棒性,提升避免群集分裂的成功率. 提出基于熵评价的群集鲁棒性量化评价指标,建立节点和链路重要性的均衡分布与群集鲁棒性的联系. 提出重要度相关图卷积网络,用于实现受限通信条件下非欧氏数据的特征提取和加权聚合. 采用图卷积模仿学习方法,根据提升群集鲁棒性的要求设计集中式专家策略,通过对集中式专家策略的模仿,得到分布式群集协同控制策略. 设计仿真实验,证明所得的分布式策略基于受限通信条件实现了接近集中式的专家策略的控制效果.

15. 结合大气散射模型的生成对抗网络去雾算法
屠杭垚,王万良,陈嘉诚,李国庆,吴菲
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (2): 225-235.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.002
摘要   HTML PDF(pc) (1688KB)(146)   

为了提高图像去雾的性能, 提出结合大气散射模型生成对抗网络的去雾算法. 算法在pix2pix GAN基础上进行改进, 将网络的生成器改进成双解码器结构,通过双解码器分别生成无雾图像和透射率图, 并结合大气散射模型还原雾图像,以进一步提高图像分解的质量. 在马尔科夫判别器结构中,采用反向学习机制代替随机裁剪机制,以有效降低因采用随机裁剪算法而导致的判断结果不准确的概率. 在原有的损失函数上,加入雾霾损失函数,提高图像转化的质量. 在STOS和NYU数据集上进行消融实验和对比实验. 大量实验表明所提出方法在PSNR和SSIM指标上比原算法Pix2pix GAN有所提高, 且均优于现有去雾算法,复原图像具有清晰度高、噪声低、纹理丰富的优点.

16. 铝硅合金实体关系抽取数据集的构建方法
刘英莉,吴瑞刚,么长慧,沈韬
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (2): 245-253.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.004
摘要   HTML PDF(pc) (1157KB)(144)   

针对材料领域没有适合材料实体关系抽取技术研究工作的公开数据集这一问题,通过研究高硅铝合金喷射沉积文献提出铝硅合金实体关系抽取数据集的构建方法. 在材料领域专家的指导下制定铝硅合金实体关系抽取数据集的构建标准,并根据构建标准对收集的数据进行实体标注和关系标注. 在标注完成后,通过数据预处理生成铝硅合金实体关系抽取数据集. 通过实体关系联合抽取模型进行实验,验证该数据集可以应用于实体关系抽取任务. 与公开数据集相比,材料数据集句子的语义和语法更为复杂,长句更多,导致实体关系联合抽取模型在材料数据集上的表现略差. 针对上述问题,在实体关系联合抽取模型上加入自注意力机制,使该模型整体的F1值提高了约5.8%. 该数据集的构建方法具有普适性,可以通过该构建方法构建材料数据集.

17. 面向可重构制造的数字孪生映射建模与监控仿真
冷柏寒,夏唐斌,孙贺,王皓,奚立峰
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (5): 843-855.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.05.001
摘要   HTML PDF(pc) (1929KB)(144)   

针对数字孪生在可重构制造系统(RMS)的应用问题,提出面向RMS的数字孪生与制造仿真一体化平台(DTMSIP)架构. DTMSIP架构充分适配RMS动态重构特性,可以在RMS构型设计中实现仿真分析. 对面向RMS的数字孪生映射进行建模,通过引入孪生实体(TE),实现RMS车间的多源异构数据集成,并分别建立机床与构型的数字孪生映射. 建立数字孪生方法在RMS重构中的应用流程,通过信息物理融合迭代与构型仿真优化迭代,DTMSIP可以服务于RMS的系统重构. 为了验证所提出方法的可行性,使用虚幻引擎四(UE4)为一套实际的模块化RMS构建数字孪生平台,并将当前构型以及4种规划构型作为仿真输入. 通过分析重构成本、生产周期与系统平衡率3项指标,实现对构型的量化综合分析,实现了重构设计流程加速.

18. 融合注意力机制的高效率网络车型识别
柳长源,何先平,毕晓君
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (4): 775-782.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.04.017
摘要   HTML PDF(pc) (1118KB)(142)   

为了解决现有的车型识别算法对车型特征描述不充分的情况,提出融合注意力机制的高效率网络车型识别算法. 利用高效率网络中的复合缩放方式来平衡网络的深度、宽度和分辨率,将深度可分离卷积集成到基础特征提取模块中来提高模型准确率. 增加双通道的残差注意力机制来关注图片中的关键信息,获得含有更加丰富语义信息的特征图. 在网络的末端添加单独的softmax分类器,使用标签平滑正则化对损失函数进行处理,减小模型过拟合的问题. 在BIT-Vehicles数据集上进行实验,结果表明,提出方法的平均分类准确率为96.83%,较改进前的模型提高了1.11%,优于现有DCNN、Faster-CNN的改进算法,较Faster R-CNN提升了7.16%.

19. 具有隐私保护的车联网空间众包任务分配方法
刘雪娇,王慧敏,夏莹杰,赵思苇
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (7): 1267-1275.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.07.001
摘要   HTML PDF(pc) (1158KB)(127)   

为了解决传统车联网空间众包中集中式空间众包服务器不可信和易遭受攻击给用户隐私带来极大威胁的问题,提出区块链架构下具有隐私保护的车联网空间众包任务分配方法. 基于区块链技术,设计分布式可信的车联网空间众包系统. 采用多密钥全同态加密算法实现任务分配,支持对不同车辆用户 (密钥) 的密文数据进行任务分配,降低隐私泄露的可能性. 实验分析表明,采用该方法能够有效地保护用户隐私信息,任务分配的计算时间开销与现有研究方法相比下降了34.3%,提高了任务分配的效率.

20. 隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验研究
李瀚源,李兴高,马明哲,刘浩,杨益
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (4): 631-639.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.04.001
摘要   HTML PDF(pc) (1711KB)(126)   

为了探究隐伏断层错动下盾构隧道结构受力特点及地层破坏模式,基于盾构隧道纵向等效连续化模型,开展隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验. 研究隧道结构纵向受力特征、环缝接头张开量与断层错动的关系,采用数值模拟手段验证模型试验结果的合理性. 试验及数值计算结果表明,隐伏断层错动下隧道结构纵向受力变化明显,断层错动对隧道结构纵向受力的影响范围小于60 m. 在断层顶部投影面附近的盾构管片环缝存在明显的张拉变形,在正断层错动下盾构环缝接头更容易产生张拉大变形. 正断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受拉状态,逆断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受压状态. 在正断层错动下地层发生明显的剪切变形,呈现倒三角形剪切变形扩展规律,地表产生横向贯穿裂缝,逆断层错动下的地层剪切变形相对较弱.