浙江工业大学学报

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徐建明，管意军

2021, 49(5): 473-481.

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为了将工控领域传统IO设备更好地接入PROFINET网络,设计了一种PROFINET耦合器设备。首先,设备基于TPS-1芯片,采用串行模式外接微控制器来处理PROFINET数据,通过PROFINET的槽/子槽数据模型匹配每个IO模块,建立一种基于地址和类型的查询机制,将PROFINET接口和RS485接口都集成到设备中;其次,以IO模块类型映射模块/子模块ID,从而对设备描述文件进行设计,利用西门子S7-300PLC控制器搭建系统测试平台,并通过STEP7软件进行组态;最后,以Wireshark软件抓取的数据帧对PROFINET启动过程和设备发送周期进行分析。实验结果表明:该设备实现了PROFINET RT和NRT通信功能以及PROFINET和RS485跨网通信功能。

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基于时间透镜的RZ码占空比调节技术研究

郭淑琴，魏诗涛

2021, 49(5): 482-486.

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为了在光域中实现对归零(RZ)信号占空比的调节,利用时间透镜成像系统可以进行时域展宽和压缩的特性,提出了一种基于时间透镜的RZ码占空比调节技术。在现有的利用FWM原理实现时间透镜成像系统中,通过调整两个泵浦脉冲之间的时间间隔,使得RZ信号脉冲的高电平部分的持续时间发生改变,进而对RZ输入信号的占空比进行调节。根据时间透镜成像系统的放大倍数M和原始RZ输入信号的周期T以及原始的占空比50%,理论推导出经过该系统之后得到的信号脉冲的占空比为M/(M+1),周期也由原来的T变为T(M+1)/2。使用Matlab仿真软件,模拟仿真了当M=3和M=1/3时,输出的RZ信号的占空比分别变为75%和25%,通过软件仿真验证了RZ码占空比调节技术的可行性。

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基于多角色节点的区块链可扩展方案研究与设计

戴波，赖旬阳，胡凯，马舒，陈波，姜清妍，郑妘

2021, 49(5): 487-493.

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区块链虽然对当前各类信息技术服务的可信管理产生了积极影响,但由于其在跨链扩展、统一监管和节点隐私等方面的不足,难以满足多链应用场景下的协同与扩展。笔者提出一种基于多角色节点的区块链技术及跨链方案,监管员角色作为区块链统一管理节点,在审计节点和验证节点的协同工作下,可通过为节点设置不同角色实现子链构建,并通过部署不同策略实现子链间的跨链资产转移,以此实现区块链系统的可扩展性,基于节点角色的权限控制可支持节点间的隐私保护。实验性能测试表明:笔者方案能高效满足区块链的可扩展和可监管需求,同时兼顾节点隐私保护。

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自适应积分终端滑模的自主车辆路径跟踪控制

孙哲，邹镓扬，潘佳怡，何德峰

2021, 49(5): 494-502.

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为了实现自主车辆在复杂行驶环境下有效的路径跟踪功能,车辆必须配备一个拥有鲁棒性的控制系统,因此提出了一种自适应积分终端滑模控制策略。首先,采用了一个二自由度的车辆动力学模型以及一个简化运动学模型,用来描述车辆行驶时的横向动力学和路径跟踪特性;其次,设计了一种自适应积分终端滑模控制器,并利用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性;最后,利用Matlab-Carsim联合仿真平台,以不同的车速分别在冰雪路面和干沥青路面上进行仿真测试,验证了所设计控制器的性能。仿真结果表明:当车辆行驶在不同的路面和速度工况下时,相较于传统滑模控制以及非奇异终端滑模控制,自适应积分终端滑模控制不仅拥有更高的控制精度,同时具有更强的鲁棒性能。

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一种基于时间序列链的股市预测方法

田贤忠，胡安娜，顾思义

2021, 49(5): 503-510.

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随着互联网的发展,如何在海量的数据中挖掘出有益的信息尤为重要。利用时间序列模型预测股票市场虽然早已被证实是有效性的,但是过去都停留在时间序列主题发现上,忽视了子序列也会随时间动态演化的情况。因此,基于近年提出的新概念——时间序列链,提出将其应用在股票市场预测中的算法,结合股票市场的特点,利用向量的余弦距离来模拟股票走势对子序列相似度的影响,同时提出基于CEEMDAN的子序列长度搜索算法来获取尽可能有效且有代表性的子序列长度,根据这些子序列长度来查找时间序列链并应用于股票预测。历史股票数据回测证明笔者算法的预测准确率在93%以上。

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基于改进双线性网络的腕骨区域骨龄评估方法

丁维龙，余鋆，李涛，丁潇

2021, 49(5): 511-519.

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目前,基于深度学习的骨龄分类方法一般采用全手图像作为输入,或者通过标注额外的边界框或关键点来挖掘局部信息。针对全手图像骨龄评估方法容易丢失局部细节信息的问题,提出一种利用腕骨区域特征的骨龄评估方法,该方法将手腕骨的腕关节区域图像作为研究对象,在仅使用单区域图像标注的前提下,利用细粒度识别模型中局部关注和判别细微差异的能力进行骨龄评估。为了提高骨龄评估的精确度,对细粒度识别网络B-CNN(Bilinear CNN)进行改进,在其基础特征提取网络中加入融合了残差结构和注意力机制的特征学习网络,并且根据骨龄预测值的分布特点改进损失函数。经过数据实验,与AlexNet,ResNet和DenseNet等图像分类模型进行比较,结果表明笔者方法有效地提升了模型识别的能力。与现有的全手图像和额外标注的方法相比,笔者方法在仅使用单区域标注的情况下,提高了骨龄评估的准确率。

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基于时态聚类模糊综合评价的基金评级算法

孟志青，金诗思

2021, 49(5): 520-531.

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基金评级指标数据是一种具有时间属性的时态数据,被评定的基金级别是随着时间变化的,因此,如何给出一个客观的基金评价方法是非常困难的问题。通过对基金数据在时间粒度上的变换,改进了模糊综合评价法,建立了一种新的基于时态聚类模糊综合评价的基金评级算法(以下简称TCF算法)。针对科技、传媒及通讯类行业基金进行了实证分析,从准确性和稳定性两个角度表明:TCF算法具有良好的适用性,同时随着时间的变化,采用TCF算法所得到的评级结果比其他基金评级机构的评级结果更优,因此该算法对提高证券基金评级的准确性有一定的帮助,能为基金评价理论提供一种新的算法。

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半扩散边界下污染土中污染物一维扩散解析解

王哲，盛健超，李西斌

2021, 49(5): 532-538.

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针对以往大多关于污染物扩散研究假设的理想边界,在单层污染土层介质中考虑了更贴近实际情况的半扩散边界,并建立了该边界条件下污染物向周围土层扩散的模型。基于分离变量法得到了污染土中浓度随深度及时间变化的解析解。利用Matlab编制了相应计算程序并与COMSOL TDS模块数值仿真和已有解析解的结果进行对比,验证了解析解的可靠性。分析了复杂边界条件对污染物扩散及污染物通量的影响及其敏感性。结果表明:浓度随S di值增大而减小;S di值相差越大对土层内上下浓度分布影响越大;通量随S di值增大而增大,但增速降低。

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基于隧道点云数据的超欠挖检测应用研究

张豪，谢明君，韦征，俞旻韬

2021, 49(5): 539-545.

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隧道中检测超欠挖的传统方法效率低且结果受布设测点个数影响,将三维激光扫描技术应用于隧道超欠挖检测中可提供快速有效的测量结果。首先,介绍隧道中三维点云数据的采集及点云数据处理方法;其次,将常用曲线拟合中的三次B样条曲线拟合方法推广到可应用于隧道曲面拟合中的双三次B样条曲面拟合,提出基于设计面外法线方法求解隧道超欠挖检测;最后,结合浙江省内某一在建铁路隧道工程实例,对隧道K136+200~K136+260里程段进行超欠挖分析,将分析结果与现场全站仪检测结果进行对比。结果表明:三维激光扫描技术检测结果更接近真实情况,可广泛应用于隧道超欠挖检测。

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基于遗传最小二乘支持向量机的初次给水管漏损时间预测模型

陈磊，王培永

2021, 49(5): 546-549.

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为克服基于交叉验证的最小二乘支持向量机(LSSVM)建模耗时长的不足,采用全局寻优能力较强的自适应遗传算法(AGA)优化LSSVM的参数,建立了以覆土深度、管径、水压和道路等级为输入的基于AGA-LSSVM的初次给水管漏损时间预测模型。计算结果表明:与基于交叉验证的LSSVM模型相比,基于AGA-LSSVM模型的建模耗时更少,预测性能更强。

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基于湍流动力学模型的油水分离装置

韩利，安宇，吴杨，方济中，张庆霞，潘洁，马锐，钱勇，曾晰

2021, 49(5): 550-557.

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目前,各变电站采用在变压器底部建筑蓄油池的方式处理变压器废油,废油混入雨水后形成油水混合物,不仅浪费能源、外泄造成污染,而且还会造成安全隐患。为了解决上述问题,基于新型旋流微泡浮选原理以及湍流动力学,设计一套回流式含油废水高效处理装置,在所设计浮选柱旋流器内将油水混合液体进行分离,由于油、水两相间存在密度差,在混合体系中会发生水中油滴、气泡升浮以及油中水滴沉降的现象,油滴在浮选柱气浮段发生重力场中的聚结行为,聚结形成大的油滴更有利于后续分离。油水分离后将过滤液体回流至池中,通过多次循环高效分离,实现变压器油的提取分离收集和积水清洁化。同时从理论、Fluent软件仿真、自动化和结构优化等方面对该设备进行了研究,通过试验加以验证并且得出了一系列最优控制参数,在最优参数下油水分离效率可达90%。

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CS-VMD与Teager包络谱在齿轮故障特征提取中的应用

边杰，梅庆，陈亚农，袁巍，王金舜

2021, 49(5): 558-563.

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针对传动系统中齿轮故障特征不明显、难以准确提取以及在进行模态分解时VMD输入参数需要人为设定的问题,提出一种CS-VMD与Teager包络谱相结合的齿轮故障特征提取方法。首先,使用CS算法对VMD方法的模态分解个数、二次惩罚因子和时间延迟进行参数自适应确定;其次,使用参数自适应确定的CS-VMD方法对齿轮故障仿真信号和实测信号进行模态分解;最后,对分解得到的各模态分量进行Teager包络谱分析,进而提取各模态分量中的齿轮故障特征。仿真与实测信号分析结果表明:所提出的方法可以有效地分解齿轮故障非平稳信号和提取齿轮故障特征频率,验证了该方法在齿轮故障特征提取中的可行性。

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超声改性对树脂材料吸附氨氮的影响及其表征

吴成强，邵倩，张叶，桂湘也

2021, 49(5): 564-568.

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采用超声改性001×7树脂,评价超声时间、温度和功率对改性树脂吸附氨氮性能的影响。结果表明:在超声时间30 min、温度40℃、功率50 W的条件下制备的改性树脂吸附效果较好;动态吸附试验显示,在进水氨氮质量浓度200 mg/L、流速10 BV/h的条件下,改性树脂饱和吸附容量为87.96 mg/g,穿透点体积为110 BV,其穿透点体积比未改性时提高41.02%。机理研究表明:改性树脂比表面积为229.07 m2/g,孔容为1.31 cm3/g,磺酸基团容量为2.75 mmol/g,与改性前相比分别提高了9.78%,11%和13.6%。研究结果可以为氨氮废水的树脂吸附处理提供基础数据。

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一种融合专家知识和监测数据的水质预测模型

韩晓霞，陈媛，胡冠宇，唐帅文

2021, 49(5): 569-576.

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为了解决目前水质预测中未考虑局部无知性这一问题,提出一种基于幂集置信规则库(Belief rule base with power set,PBRB)的水质预测模型。该模型能够有效融合专家知识与定量数据,并能在描述多种不确定性的同时,将传统的辨识框架扩展到幂集,使其能够很好地表达无知性从而提高水质预测精度。此外,利用协方差矩阵自适应进化策略(Covariance matrix adaptive evolution strategy,CMA-ES)算法对PBRB模型进行优化。仿真结果表明:PBRB模型能准确预测一段时间内水质变化趋势,预测精度高于其他传统方法。

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低压均质对鱼肌原纤维蛋白功能特性的影响

聂小华，刘海珍，唐麒雯，吴聪聪，孙培龙

2021, 49(5): 577-581.

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以花鲢肌原纤维蛋白为研究对象,经不同的均质压力(10~40 MPa)处理后,探究其在乳化性质、起泡性质和流变学性质等方面的变化规律。结果表明:低压均质在一定程度上降低了肌原纤维蛋白的平均粒径,并增加了其Zeta电位绝对值,且肌原纤维蛋白的溶解性、乳化活性和乳化稳定性、起泡能力和起泡稳定性得到提高,表观黏度减小,流动性增强。动态流变学分析显示:低盐环境中肌原纤维蛋白无明显变性峰,均质处理后储能模量和损耗模量呈现降低趋势。研究结果可为改善食品蛋白质功能特性的应用提供理论依据。

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纳米结构大豆蛋白在食品中的应用进展

向宁，吴思弘，夏久洁，孙培龙

2021, 49(5): 582-590.

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纳米技术在食品领域有着广泛的应用,涉及食品加工、食品包装和食品安全监测等方面。许多食品蛋白质已被用于开发和制造纳米结构材料,近年来各种纳米形式的大豆蛋白(如纳米颗粒、纳米纤维、纳米水凝胶和纳米管等)因其独特新颖的功能特性引起越来越多研究者的兴趣。大豆蛋白纳米颗粒和纳米纤维是最重要的两种大豆蛋白纳米结构,大豆蛋白纳米颗粒可作为Pickering乳液的稳定剂和充当生物活性成分或营养物质的载体,大豆蛋白纳米纤维具有增稠/凝胶作用、稳定界面和递送营养和药物的功能特性。笔者针对大豆蛋白纳米颗粒和纳米纤维的形成、表征及其应用等方面展开介绍,为纳米结构大豆蛋白的研究提供理论依据。

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