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2018年  第47卷  第3期

汽车人工智能专栏
Learning Virtual Impedance for Control of a Human-Coupled Lower Exoskeleton
HUANG Rui, CHENG Hong, GUO Hong-liang
2018, 47(3): 321-329. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.001
摘要:
This paper presents a novel variable virtual impedance control (VVIC) strategy which can adapt HEI to different pilots with a virtual impedance controller. The controller is model-based with a virtual impedance which models HEI between the pilot and the exoskeleton. To adapt different pilots with different HEI, a reinforcement learning method based on policy improvement and path integrals (PI2) is employed to adjust and optimize parameters of virtual impedance. We demonstrate the efficiency of the proposed VVIC strategy on a single degree-of-freedom (DOF) exoskeleton platform as well as a human-powered augmentation lower exoskeleton (HUALEX) system. Experimental results indicate that the proposed VVIC strategy is able to adapt HEI to different pilots and outperforms traditional model-based control strategies in terms of interaction forces.
下肢外骨骼机器人意图识别算法研究
陈启明, 黄瑞
2018, 47(3): 330-336. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.002
摘要:
下肢外骨骼机器人能让截瘫患者一定程度上恢复站立、行走等一些运动能力。其作为一种人机耦合的系统,人机交互接口(HMI)扮演着重要的角色。准确地获取穿戴者(截瘫患者)的运动意图,是下肢外骨骼机器人研发的主要挑战。针对当前意图识别主要采用手动阈值判断的方式,该文提出了一种利用机器人零力矩点(ZMP)特征,并基于支撑矢量机(online SVM)检测穿戴者运动意图的在线学习算法。最后在实际系统上完成该算法的验证。
Kinect与二维激光雷达结合的机器人障碍检测
肖宇峰, 黄鹤, 郑杰, 刘冉
2018, 47(3): 337-342. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.003
摘要:
在Kinect相机和二维激光雷达结合的基础上,提出了一种适用于移动机器人、低成本的障碍物三维感知方法。该方法首先通过Kinect相机和二维激光雷达联合标定建立深度图像点与激光雷达测距点的对应关系,然后,融合二者的检测数据得到环境障碍物位置。具体步骤为:1)Kinect相机与二维激光雷达分别从环境中获取深度图像和二维激光数据;2)将深度图像转换成虚拟二维激光数据;3)根据联合标定得到的对应关系融合虚拟激光数据与二维激光雷达数据,得到障碍物的位置。实物测试证明该方法正确有效,可用于移动机器人对环境障碍物的判断。
基于CNN多层特征和ELM的交通标志识别
孙伟, 杜宏吉, 张小瑞, 赵玉舟, 杨翠芳
2018, 47(3): 343-349. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.004
摘要:
针对传统神经网络仅利用端层特征进行分类导致特征不全面,以及交通标志识别中计算量大、时间长等问题,提出基于多层特征表达和极限学习机的交通标志识别方法。利用CNN网络提取多层交通标志特征图;采用多尺度池化操作,将提取出的各层特征向量联合形成一个具有多尺度多属性特征的交通标志特征向量;使用极限学习机分类器准确快速地实现交通标志的识别。实验结果表明,该方法能有效地提高交通标志识别的准确率,且具有较好的泛化能力和实时性。
车载移动执法中违规车辆智能检测研究
陈刚, 陈斌, 钱基德
2018, 47(3): 350-355. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.005
摘要:
提出了一个面向高速道路交通车辆违规行为移动执法智能检测模型。系统模型分为车道线检测、车辆检测与跟踪、逆透视变换及几何量算、面向车道定位的地图精细匹配等4个子模块。该系统模型算法在实际高速公路环境中进行了车辆违规行为检测,以及车道线检测、车辆目标及跟踪等专项测试以表征其对车辆违规行为的检测能力。测试结果表明,该系统模型具备在一定的复杂交通环境中车辆违规行为辨识能力。相关专项测试表明,该模型可以快速及准确地检测记录违规车辆。
基于感兴趣区域模型的车道线快速检测算法
钱基德, 陈斌, 钱基业, 陈刚
2018, 47(3): 356-361. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.006
摘要:
为满足智能车载视频取证设备对车辆违章行为取证时检测车道线准确性和时效性的要求,提出一种基于感兴趣区域模型的结构化道路车道线的快速检测算法。该算法首先基于结构化道路具有车道线与路面对比度高的特点,采用Soberx边缘检测算子检测车道的边缘信息,然后在感兴趣区域模型基础上,采用改进的Hough变换检测出可能的车道线。为准确提取车道线完成车道的准确检测,该算法基于透视图像消失点原理,采用逆透视变换消除伪车道线完成车道准确定位。实验表明,该算法定位精度高、快速快、鲁棒性好,能够满足高速公路智能车载视频设备取证的性能要求。
一种基于平行坐标系的车道线检测算法
王旭宸, 卢欣辰, 张恒胜, 肖亚敏, 解梅
2018, 47(3): 362-367. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.007
摘要:
针对现有车道线检测技术依赖霍夫检测导致的速率过慢问题,提出了一种基于平行坐标系的车道线检测算法。基于平行坐标系将直线可视化,并对其检测速率加以对比和分析。结果表明,在仿真环境下基于平行坐标系的车道线检测算法,其准确性与霍夫检测相仿,且速率有很大的提升。
车辆多模式多目标自适应巡航控制
章军辉, 李庆, 陈大鹏
2018, 47(3): 368-375. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.008
摘要:
为增强量产ACC对前车驾驶意图的预判与自适应能力,发展了一种多目标自适应巡航控制算法,建立闭环纵向跟驰模型。基于模型预测控制理论,综合协调巡航过程中驾驶员期望响应、跟驰安全性、车辆自身物理限制等控制目标,并引入松弛向量以确保滚动在线优化存在可行解。采用待优化目标与控制输入权重调校以及控制器工作域边界松弛的策略,将ACC系统划分出6种工作模式,同时采用模糊推理与加速度加权平均策略,以实现工作模式最佳匹配与平稳过渡。仿真结果表明,多模式设计策略与多目标控制算法能够一定程度上提升ACC系统的适应性与友好性。
车辆复合电源功率分配稳定控制策略研究
王琪, 罗印升, 倪福银
2018, 47(3): 376-381. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.009
摘要:
针对混合动力电动汽车蓄电池-超级电容器复合电源功率分配问题,提出了一种基于滑模变结构和李雅普诺夫的稳定控制策略。滑模变结构控制策略的控制目标包括稳定直流母线电压和精确跟踪超级电容器电流参考值。同时,基于李雅普诺夫理论,对闭环控制系统进行了稳定性分析。在ADVISOR仿真环境下进行仿真研究,并搭建实验样机,进行实验研究。仿真和实验结果表明,该复合电源功率分配控制策略能很好地实现两个控制目标,控制系统实现全局渐近稳定。
时变信道下车载HDAF协作通信误码性能分析
邱斌, 肖海林, 聂在平, 金晓晴
2018, 47(3): 382-388. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.010
摘要:
车辆快速移动带来的信道时变特性降低了智能车载协作系统的误码性能。因此,该文提出了一种基于一阶自回归模型(AR1)的车载混合译码放大转发(HDAF)协作通信方法,该方法通过AR1的多普勒频偏相关系数来刻画时变信道特性,根据信道增益自适应选取HDAF协作通信方式,提升了智能交通系统的可控性安全。同时,分析了车载移动速度和信道状态信息(CSI)估计精度对误码性能的影响。数值分析表明,车载系统能通过增加CSI的估计精度,有效地减少车辆快速移动引起的误码平顶值。该方法相对于放大转发(AF)和解码转发(DF)协作通信方式,平均误码性能分别提高了约3.6 dB和1.5 dB。
一种车载自组织网络高效数据分发机制研究
余玲飞, 龚海刚, 刘念伯, 周圣二
2018, 47(3): 389-396. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.011
摘要:
提出了一种基于路边停放车辆辅助通信的高效数据分发机制,该机制将路边停放的车辆组织为簇,通过簇缓存并转发移动车辆节点的数据,从而有效地提高数据分发效率。仿真实验表明,该机制能够以较低的数据递交延迟获得较高的数据递交率。
通信与信息工程
具有提高Q值退耦结构的MEMS谐振器研究
鲍景富, 张超, 吴兆辉
2018, 47(3): 397-401. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.012
摘要:
为了提高MEMS谐振器的品质因数(Q值),该文设计一个微型的具有能量退耦作用的外框作为支撑结构。所设计的AlN压电谐振器工作在30 MHz横向振动模态,其Q值可以达到4.3×104,对应的f·Q乘积为1.29×1012。谐振器频率与外框的机械谐振频率比值约10:1,减小了谐振器到基底的能量耦合,从而降低能量损耗并提高谐振器Q值。通过理论和有限元分析并对谐振器的频率响应进行建模,两种方法的模型结果一致,说明了具有能量退耦外框的谐振器能降低锚点造成的能量损耗,从而有效地提高横向振动模态AlN压电谐振器的Q值。
忆阻超混沌Lü系统的隐藏动力学特性研究
乔晓华, 徐毅, 孙玉霞, 武花干
2018, 47(3): 402-409. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.013
摘要:
通过改进经典Lü系统并引入忆阻元件,提出了一种新颖的基于忆阻的改进型Lü系统。该忆阻系统的最大特征是不存在任何平衡点,因此形成的动力学行为都是隐藏的。采用理论分析、李雅普诺夫指数和分岔图等非线性系统分析,研究了该忆阻系统随忆阻增益变化的周期、准周期、混沌和超混沌等复杂的隐藏动力学行为。此外,在初始条件不同时,该忆阻系统存在3个不同极限环以及混沌吸引子和周期极限环的共存多吸引子现象。制作硬件电路,验证了理论分析和数值仿真结果,表明了该忆阻超混沌Lü系统有着十分丰富而复杂的隐藏动力学特性。
新颖高温超导紧凑型双CT结构带通滤波器
周立国, 李怀明, 褚慧敏, 杨常林, 谭雪薇, 粟立勇, 羊恺
2018, 47(3): 410-414. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.014
摘要:
设计了一种新颖的平面单螺旋菱形谐振器,采用平面单螺旋菱形谐振器设计滤波器时易于构成无交叉耦合线的紧凑型CT单元。利用CT单元在通带边缘产生传输零点,提高滤波器的边带抑制性能,实现滤波器整体结构的小型化设计,整个电路在视觉上具有立体感的美观效果。结合自拟的带通滤波器耦合矩阵,在面积为13.5 mm×3.8 mm、厚度为0.5 mm、介电常数为24.1的YBCO/LaAlO3/YBCO双面高温超导薄膜上,设计了通带为2 850~3 000 MHz的六阶新颖高温超导紧凑型双CT结构带通滤波器,该结构的带通滤波器可以实现两个传输零点、边带抑制度大于45 dB/MHz;同时二倍频通带在6 GHz处,实现了宽阻带。实物测试结果与理论设计能很好地吻合。
计算机工程与应用
基于粒子滤波和地图匹配的融合室内定位
周瑞, 鲁翔, 卢帅, 李志强, 桑楠
2018, 47(3): 415-420. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.015
摘要:
为提高室内定位的精确性与合理性,该文提出使用粒子滤波融合WiFi指纹定位和行人航位推算,应用室内地图对定位结果进行匹配与矫正。地图匹配中,首先通过室内地图约束粒子的不恰当转移来解决粒子的穿墙问题,然后采用基于回退的穿墙矫正算法对行走轨迹中的穿墙现象进行矫正。仿真实验中,经过粒子滤波融合后估计的行走轨迹更加接近真实轨迹,优于WiFi指纹算法和行人航位推算算法估计的轨迹,而经过地图匹配与矫正后,定位精度和合理性得到进一步提高。
趋优算子和Levy Flight混合的粒子群优化算法
张新明, 王霞, 涂强, 康强
2018, 47(3): 421-429. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.016
摘要:
针对Levy Flight粒子群优化算法(LFPSO)普适性不强和搜索效率不高等问题,提出了一种改进的LFPSO算法(ILFPSO),即趋优算子与Levy Flight混合的粒子群优化算法。首先,对Levy Flight进行改进,防止产生无效解,得到改进的Levy Flight;然后,将既有一定全局搜索能力又有较强局部搜索能力的趋优算子与改进的Levy Flight有机融合,以便更好地平衡算法的全局和局部搜索能力;最后,对速度边界动态调整,有利于搜索前期找到全局最优点和搜索后期找到局部最优解。28个benchmark函数优化仿真结果表明,与4种最先进的PSO改进算法LFPSO、ELPSO、SRPSO和RLPSO相比,ILFPSO更具有竞争性的优化性能、更好的普适性和更快的运行速度。
基于局部马尔科夫随机场的模型校准嘴唇分割方法
鲁远耀, 周腾鹤, 闫捷
2018, 47(3): 430-435. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.017
摘要:
为了有效挖掘人说话时的唇动特征,提出了一种综合局部区域马尔科夫随机场(Markov random field,MRF)特性和模型校准的嘴唇分割方法。将嘴唇区域图像从RGB转换到LUX色彩空间,并利用对数化色彩分量U实现初始化轮廓的确定。沿轮廓选取固定半径的圆形窗口函数界定局部区域,再利用马尔科夫随机场进行嘴唇分割,并使用基于Kullback-Leiller(KL)距离的模型校准方法使局部区域之间的分割结果相互协调。实验证明,该方法可以在皮肤中分离出嘴唇,分割准确率高,鲁棒性好,具有较高的实用价值。
二分网络中多步物质扩散推荐算法的逼近分析
周海平, 沈士根, 黄龙军
2018, 47(3): 436-442. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.018
摘要:
物质扩散推荐算法由于其简洁有效的特点自提出以来便受到了广泛关注。然而,至今为止,人们对该算法的研究大多停留在二分网络中的两步扩散过程,而对多步扩散过程少有涉及。该文利用矩阵分析的方法对二分网络中的多步物质扩散过程进行了研究,通过对扩散转移矩阵 W 的性质进行分析,发现当扩散步数N趋于无穷时 W N收敛。与之对应,在多步扩散之后,网络中的资源分布最终会达到一个稳定状态,且此时每个节点最终获得的资源数与该节点的度成正比,而与资源的初始分布状态无关,这导致推荐算法将完全根据物品的热门程度进行推荐,推荐结果也不再具有个性化特点。研究结果表明二分网络中的物质扩散推荐算法随着扩散步数的增加将逐渐失去个性化特性。
基于离散粒子群优化的鲁棒Web服务组合
叶恒舟, 陆湘鹏
2018, 47(3): 443-448. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.019
摘要:
服务于互联网业务的Web服务,其服务质量(QoS)具有内在的不确定性,增加了QoS感知的Web服务组合优化难度。假设QoS及其聚合服从正态分布,构建一种QoS感知的鲁棒Web服务组合优化模型,重点讨论两个独立的正态分布随机变量的和、最大值、最小值和积的期望与均方差的计算方法。通过重新定义加减法操作算子,选择合适的适应度函数,设计一种支持约束条件的离散粒子群优化算法求解该模型。仿真实验表明,该模型具有较好的精度,所获取的组合服务具有较好的鲁棒性。
基于缓存候选结果集的轨迹隐私保护方法
张少波, 刘琴, 李雄, 王国军
2018, 47(3): 449-454. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.020
摘要:
在基于位置服务的连续范围查询过程中,针对相交区域需要重复查询的问题,提出一种基于缓存候选结果集的轨迹隐私保护方法。该方法采用二级缓存机制,分别在用户端和匿名器中缓存用户查询得到的候选结果集,供用户移动轨迹上的后续查询点使用,以减少用户与服务器之间的交互,降低用户信息暴露给服务器的风险。同时通过基于Markov模型的移动位置预测方法进行k-匿名,提高缓存的命中率。安全分析表明该方法能有效保护用户的轨迹隐私。实验结果显示该方法能减小服务器的计算和通信开销。
复杂性科学
城市公交网络运行演化分析与瓶颈甄别
王璞, 谭倩, 徐仲之, 鲁恒宇, 林涛
2018, 47(3): 455-461. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.021
摘要:
传统公交网络运行速度优化多基于人工调查开展,存在成本大、周期长、不精确、覆盖线路及区域有限等问题。该文基于深圳公交GPS数据和地图匹配算法,分析典型区域公交网络的运行态势,并采用渗流理论基本原理识别网络中的关键瓶颈路段。研究发现关键瓶颈路段与常规意义上的最拥堵路段并不一致,关键瓶颈路段上的车辆行驶速度对整个公交网络的运行效率影响非常大,优化关键瓶颈路段上的车辆行驶速度,可明显提高公交网络连通性及整个公交网络的运行效率,可作为改善公交网络运行效率的一个高效、低成本方法。
中国航空网络时序特征分析
牟建红, 黄格, 吕欣
2018, 47(3): 462-468. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.022
摘要:
该文着重研究时序信息对中国航空网络拓扑结构和传播行为的影响。将网络分割为24个时间窗口,研究拓扑结构在序列中的变化特性;考虑网络中事件发生的时间间隔,建立时序网络上的SIR传播模型以及基于时间特性的节点分类方法。结果表明,度-集聚系数和介数-集聚系数在8:00时出现正相关向负相关的转变;节点上航班出港行为的时间爆发性存在明显差异,但整体上可降低网络的传播速度和感染范围。该研究成果对进一步认识航空网络及受航空网络影响的疾病传播等动力学过程具有重要意义。
复杂网络视角下国际贸易研究综述
吴宗柠, 樊瑛
2018, 47(3): 469-480. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.03.023
摘要:
对国际贸易网络的相关研究进行了综述。首先从国际贸易经典网络模型、适应度模型、双曲模型、流网络模型、多层贸易耦合网络模型和二分网络模型等6个模型,介绍了国际贸易网络的建模方式;然后从国际贸易网络统计特征、社团结构、演化模型和动力学行为等方面,梳理了国际贸易网络结构与功能的相关研究,最后总结了对国际贸易网络的研究并探讨了未来值得研究的课题。