华南理工大学学报(自然科学版)

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1. 面向边缘特征的实时模板匹配方法

王世勇, 乾国康, 李迪, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (9): 1-10. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220745

摘要（875）

HTML （24）

PDF（pc）（5488KB）（2074）

模板匹配是机器视觉领域的一项共性关键技术，目前基于边缘特征的模板匹配方法存在搜索时间长、在复杂环境下匹配准确率低等问题。为了在保证鲁棒性的同时提升实时性，提出了一种面向边缘特征的实时模板匹配方法。首先，在模板创建阶段，提出了一种新型边缘稀疏方法，通过置信评分机制筛选出模板中不变性强的边缘点，在保留模板关键特征的同时降低模板信息冗余，进而保证稳定性并提升计算效率。其次，在基于金字塔搜索的图像匹配阶段，提出了一种顶层提前筛选方法，采用归一化曼哈顿距离作为限制条件在顶层搜索结果中排除错误目标位姿，以加快后续各层的搜索速度。构建了5种工况不同的数据集，对所提模板匹配方法进行了对比验证，并将其应用于面向自由平面位姿的快速视觉点胶工艺。实验结果表明，所提模板匹配方法在显著提升匹配速度的同时能够保证高准确率，并且能够有效克服光照、旋转、缺陷、多目标、遮挡等干扰因素，满足机器视觉场景中对图像匹配的鲁棒性和实时性要求。

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2. 负压吸附桥梁检测爬壁机器人的本体结构优化设计

黄海新, 王峥, 程寿山, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (12): 21-33. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220695

摘要（556）

HTML （19）

PDF（pc）（5565KB）（1529）

针对桥梁高墩、梁底等区域检测困难的问题，设计开发了一款基于负压吸附的桥梁病害检测爬壁机器人。针对其自身的吸附稳定性，建立并推导了满足抗滑移和抗倾覆条件下的吸附力指标计算式，据此确定能在各角度壁面实现稳定吸附时机器人所需的最小吸附力。结果表明：为确保机器人可靠工作，吸附模块需提供53.0 N的吸附力；结合经验公式给出离心叶轮的初步设计方案并利用Fluent对叶轮流域进行流体力学仿真及响应面优化，建立了由吸附力与扭矩共同构成的评价函数，并给出了函数值最佳时的叶轮设计参数，使吸附模块在满足稳定性的前提下，综合评价函数值较初设方案提升了3.4 %；对负压腔进行拓扑优化，综合考虑拓扑优化结果及负压腔气动性能，获得了腔体内加强肋的构造及布置形式，其中与车轮支撑臂相衔接的加劲肋为“八”字形与直线型镂空构造设计；优化后负压腔的最大竖向位移值减小为原模型的18.5 %，而质量仅增加了16.9 %，加强肋的精准布设效果明显，成功将竖向变形控制在了合理的范围内。最后，利用UTR6180型光敏树脂借助3D打印工艺完成了样机制作，其尺寸约为300 mm×280 mm×15 mm，质量约为1.15 kg。将样机置于多工况下进行性能测试，结果表明：本研究设计开发的爬壁机器人可在多种桥梁壁面稳定吸附并行进，不存在打滑、漂移现象。

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3. 多类型公交线路的运行可靠性优化策略

赵小梅, 朱香原, 汪秦, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (8): 32-39. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220493

摘要（1725）

HTML （36）

PDF（pc）（894KB）（1465）

公交系统因运行时间不稳定、到达时间难以被准确预估而使得出行者满意度较低。随着城市的多元化发展，公交线路也逐步多样化，不同类型线路公交车的运行时间波动差异大，造成公交车调度运营困难、乘客出行不便。针对上述问题，文中首先以簇内误差平方和（SSE）为衡量指标，采用K-means++算法对站点进行聚类，将不同类型公交线路的运行特性和可靠性影响因素作为考虑因素，确定各线路大站快车备选站点集；然后以最小化公交车辆运行成本、乘客出行成本和可靠性成本为目标，考虑全程车和大站快车的运行过程、车头时距等约束，构建大站快车与调速联合策略优化模型，以决策不同类型公交线路大站快车站点、全程车与大站快车的发车时刻和车辆路段运行速度；最后采用遗传算法对优化模型进行求解，选取北京市公交线路进行案例分析。结果表明：大站快车策略有利于降低公交车辆的运行成本，调速策略能更好地降低乘客出行成本和可靠性成本，而大站快车和调速联合优化策略可有效地降低公交系统的总成本。

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4. 公共交通乘客的活动模式和规律性研究

陈艳艳, 王子帆, 孙浩冬, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (8): 40-50. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220658

摘要（739）

HTML （17）

PDF（pc）（2146KB）（1371）

为了探究公共交通乘客的活动模式和规律性，文中利用北京市2020年10月份3周的公共交通智能卡数据，构建乘客多天的出行活动序列，利用PrefixSpan算法挖掘乘客的频繁活动模式序列，并基于最长公共子序列的方法定义活动模式相似性度量方法，分别计算了个体乘客日活动序列相似度和不同乘客之间的活动模式相似度，基于乘客间的相似度，利用层次聚类算法对乘客进行分类。结果表明：工作日或非工作日之内的相似度明显高于工作日与非工作日之间的相似度；在工作日中，周五与其他天的活动序列相似度较低；在不同周次的同一天，乘客的活动序列相似度更高。层次聚类结果显示，乘客有4类典型的活动模式导向，分别为娱乐购物导向、生活外出导向、工作通勤导向和个人事务外出导向，并且活动模式为工作通勤导向的乘客个体的日活动序列相似度高于其他活动模式的乘客。文中研究结果可有助于科学制定精准化的公共交通运营管理和服务政策。

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5. 车路协同系统关键技术研究进展

林泓熠, 刘洋, 李深, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (10): 46-67. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230200

摘要（8341）

HTML （48）

PDF（pc）（1996KB）（1255）

随着城市汽车保有量的稳步增长，道路交通拥堵问题日益凸显，给城市发展带来了巨大压力。为了有效应对这一挑战，开发能够提高交通效率并降低能源消耗的方法显得至关重要。在当前环境下，车路协同系统作为实现绿色智慧交通系统的一种理想选择，可通过整合和优化各种交通资源，实现交通效率的提升和能源消耗的降低，进而为实现“双碳”目标提供了重要技术支持，已成为交通领域研究和实践的重要方向。本文详细解析了车路协同的基本概念、研究方法和应用场景，并深入讨论了其4个核心技术模块：融合感知、驾驶认知、自主决策和协同控制。文章回顾并总结了这些模块中从传统方法到最新的深度强化学习方法的研究成果，并深入探讨了这些技术和方法在提升交通效率、降低能源消耗和增强道路安全性方面的应用潜力。最后，文章剖析了车路协同系统在实际应用中可能遇到的诸多挑战，如信息传输的安全性、系统的稳定性、环境的复杂性等。为了克服这些挑战，文章从开发整合车端和路端信息的数据集、提升多源感知信息的融合精度、增强车路协同系统的实时性和安全性与优化复杂条件下多车协同决策控制的方法等4个方面展望了未来的发展方向。因此，本文不仅对于车路协同技术的进一步发展具有重要的参考价值，也对于城市交通系统的未来规划和建设具有重要的指导意义。

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6. 多尺度时空信息融合驱动的图神经网络故障诊断方法

赵荣超, 吴百礼, 陈祝云, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (12): 42-52. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220593

摘要（1709）

HTML （5）

PDF（pc）（4157KB）（1176）

行星齿轮箱作为机械系统中常见的减速装置，由于长期在强噪声环境和变工况工作条件下运行，导致采集到的振动信号故障特征微弱、信号模式多变难以识别，针对行星齿轮箱故障诊断效果不佳，泛化能力差的问题，提出一种多尺度时空信息融合驱动的图神经网络故障诊断方法来提高故障诊断模型准确率和泛化能力。该方法首先构建多尺度卷积核对原始时序信号进行不同尺度特征提取，削弱强噪声信号对有效信息的掩盖作用并增强故障特征的表达能力；然后再构造通道注意力机制，根据通道特征重要程度，给不同尺度卷积核提取的特征自适应分配不同权重，对含有关键故障特征的信息片段进行特征强化；最后对卷积输出的多尺度特征，构造空域下的图数据并通过图卷积网络聚合多尺度特征，从而有效利用数据的时序多维信息和空域结构关联信息，实现多尺度下时空域故障信息的深度融合，提高诊断的准确精度和模型的泛化性能。通过利用具有行星齿轮箱结构的风电装备故障数据集对所提方法进行验证，并与其他深度学习方法（第一层宽卷积核深度卷积神经网（WDCNN）、长短时记忆网络（LSTM）、残差网络（ResNet）、多尺度卷积神经网络（MSCNN））进行比较，结果表明：本研究提出的方法在跨负载和跨转速两种工况下的平均诊断准确率分别可以达到98.85%与91.29%，明显优于其他对比方法，验证了本研究提出的方法的强泛化性能和优越性。

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7. 考虑道路负载均衡的码头多AGV无冲突路径规划

温惠英, 元昱青, 林译峰

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (10): 1-10. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230227

摘要（2002）

HTML （26）

PDF（pc）（3304KB）（1099）

随着集装箱运输需求的日益增长以及新型信息技术的广泛应用，集装箱码头作业自动化成为国内外港口发展的主要趋势。集装箱码头作业自动化可有效提高码头的作业效率和安全性，降低码头对人力资源的需求和运营成本。水平运输系统是集装箱码头装卸系统的重要组成部分，同时也是实现集装箱在码头前沿与堆场之间运转的重要纽带，其运行的稳定性和调度的合理性将直接影响码头自动化装卸系统的运行效率。自动导引车（AGV）是自动化集装箱码头常用的水平运输设备，承担着从前沿岸桥到后方堆场的集装箱运输任务。在实际作业过程中，多辆AGV同时运作难免会发生冲突和拥堵。基于此，文中采用基于冲突搜索的双层算法（CBS算法）解决码头多AGV协同作业产生的冲突问题，上层算法搜索AGV间的冲突，下层算法采用A*算法对AGV进行路径规划，并在A*算法中引入负载因子，使得规划路径避开拥堵点，实现码头道路的负载均衡。对于码头多任务点连续作业场景下的多车路径规划，基于CBS算法采用一种滑动时间窗冲突解决方法（STWCR）以提升运算效率。通过仿真实验验证了文中所提算法能够有效解决码头多AGV路径规划的冲突问题，同时均衡路网负载，缓解道路局部拥堵现象，提高道路资源的利用率。研究成果为自动化集装箱码头水平运输系统优化提供了参考。

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8. 温度荷载作用下植筋锚固纵连无砟轨道界面的性能演变

路宏遥, 许玉德

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (8): 21-31. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220735

摘要（567）

HTML （14）

PDF（pc）（5162KB）（1047）

为明确温度荷载作用下纵连板式无砟轨道植筋后层间界面的性能演变，结合现场轨道板温度场监测数据生成荷载谱，开展复合试件植筋前后界面力学与疲劳性能试验；基于试验结果建立了考虑界面损伤全过程的无砟轨道植筋空间精细化有限元模型，分析了不利温度荷载作用下层间界面的应力状态和损伤特征；引入界面损伤起始温度荷载的概念，计算了植筋锚固后层间界面出现损伤的起始温度荷载的变化情况，明确了黏结性能退化后界面出现脱黏风险时间的演变情况。结果表明：植筋后层间界面的承载能力显著提高，脱黏破坏的临界位移与荷载值分别提高了76.38%和153.41%，且表现出更好的疲劳性能，说明采用合理的植筋方式降低无砟轨道层间界面脱黏的风险是可行的。植筋锚固并未能够根本上限制温度力在无砟轨道结构内的传递，对板边界面位置处的损伤抑制作用有限，同时易导致植筋孔附近界面出现隐蔽性损伤，其最大损伤值可达0.944。随着服役年限增加，引起层间界面出现起始损伤的起始温度荷载不断降低，界面处于良好黏结状态的安全温度变化幅度由30.3 ℃下降至16.3 ℃，可能发生界面损伤风险的天数增加了64.29%，未进入极端天气时层间界面可能已出现损伤。工务部门需结合线路实际病害发展情况调整所关注的板温范围，动态调整维修阈值的设定标准。

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9. 基于时空双细胞状态的轴承剩余使用寿命预测方法

李方, 郭炜森, 张平, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (9): 69-81. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220809

摘要（274）

HTML （20）

PDF（pc）（2547KB）（1000）

轴承作为众多生产设备中重要的部件之一，对其剩余使用寿命的研究有较大的价值。文中针对传统轴承剩余使用寿命预测中未充分考虑不同环境下的衰减状态变化和时序相关性而导致的预测误差大的问题，提出了一种基于时空双细胞状态自适应网络（ST-DCSN）的轴承剩余使用寿命预测方法。采用一种时间状态和空间状态并存的内嵌卷积操作双状态循环网络，并引入时空双细胞状态和子细胞状态差分机制，实现对轴承衰减状态的自适应感知。该方法在时间和空间维度上对轴承监测数据进行特征状态有效捕捉，从而解决轴承剩余使用寿命预测中环境和时序问题对预测性能的影响。为了探究文中所提方法的有效性以及对比其他近年优秀方法的优越性，采用两个真实的轴承寿命加速衰减实验数据集FEMTO-ST和XJTU-SY对文中所提方法进行了验证，分别进行了消融实验和对比实验，并以4种指标对预测性能进行评价。消融实验结果表明，相比去除空间状态细胞和去除动静态子细胞的组别，完全版本的ST-DCSN能够得到更平稳以及性能指标更好的预测结果。对比其他方法，文中所提方法能够得到更优秀的预测性能，体现在拟合性更高以及轴承寿命末期预测结果的平稳性更好，证明了ST-DCSN方法能有效提高轴承剩余使用寿命预测的准确性。

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10. 基于最小化各向同性误差的LiDAR-双目相机标定方法

陈忠, 刘梓琛, 张宪民

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (2): 1-9. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220178

摘要（1813）

HTML （1581）

PDF（pc）（2491KB）（942）

LiDAR（Laser Imaging，Detection，and Ranging，激光雷达）与双目相机的多模态数据融合是3D重建领域的一个重要研究方向，两种传感器各有优缺点，通过多模态数据融合可以实现互补，获得更好的重建效果。为了实现数据融合，首先需要将两种数据统一到同一个坐标系下，LiDAR与相机之间外参的高精度标定结果对后续的3D重建十分重要。在LiDAR与相机的外参标定过程中，受LiDAR点云的稀疏性与其定位误差的影响，提取精确的特征点并构建正确的点对应关系是一个挑战性的问题。此外，LiDAR在球坐标系下完成测量工作，而大多数标定方法忽略这一特性，直接使用笛卡尔坐标测量结果进行标定，引入了沿坐标轴各向异性分布的误差，导致标定精度下降。针对该问题，有研究者提出了各向异性权重方法，但仍存在一些缺陷。文中提出了一种最小化LiDAR球坐标误差的LiDAR与双目相机标定方法。首先，提出了一种使用形心特征点的新的标定板，改善特征点的提取精度；其次，将各向异性的LiDAR笛卡尔坐标误差转换为各向同性的球坐标误差，直接最小化球坐标误差求解外参。实验研究表明，本文提出的各向同性误差法相比各向异性权重方法保证求解结果为全局最优，且在牺牲部分精度的前提下所需标定样本数大幅减少，在最优标定误差为2.75 mm的情况下牺牲3.6%的精度能够减少约54.5%的数据量。

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11. 再生砖粉粒径对水泥水化动力学与微结构发展的影响

余其俊, 马婷, 张同生, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (11): 63-73. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220784

摘要（2062）

HTML （17）

PDF（pc）（6244KB）（888）

随着城镇化和旧城改造进程的推进，我国建筑废弃物的产生量与堆存量日益增长，废弃黏土砖占建筑废弃物总量的50%~70%。有研究发现：再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力，但会导致水泥基材料的力学性能显著降低。为探究粒径对再生砖粉活性与水泥水化动力学的影响，文中采用高能球磨制备了不同粒径的再生砖粉，表征了再生砖粉的物理化学性质与水化活性，分析了再生砖粉粒径对再生砖粉-硅酸盐水泥体系水化过程、微观结构和力学性能的影响，并基于Krstulovic-Dabic模型获取体系的水化动力学参数，实现水化进程的量化评价。结果表明：随再生砖粉粒径的减小，硅铝矿物晶格畸变的程度变大、表面结合能降低，导致其水化活性提高；水化早期再生砖粉主要起物理填充作用，可加速再生砖粉-硅酸盐水泥体系的早期水化，提高结晶成核与晶体生长→相边界反应→扩散过程转变时的水化程度；随再生砖粉粒径的减小，火山灰反应的开始时间提前且程度增高，最终使掺入30%小粒径再生砖粉水泥的后期强度超过纯水泥的强度，为再生砖粉在水泥基材料中的高效应用奠定基础。

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12. 沥青混合料骨架细观接触的高通量计算

唐成, 王端宜, 贠迪, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (4): 135-144. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220514

摘要（1904）

HTML （96）

PDF（pc）（2884KB）（813）

为实现沥青混合料骨架细观接触的高通量计算，首先提出了近邻列表法与改进的窗搜索法两种接触计算方法；然后，使用4种（AC13、AC16、OGFC13及SMA13）沥青混合料对比了两种新方法与遍历法、窗搜索法及iPas软件在计算精度与效率方面的差异，采用虚拟试件研究了可实现计算速度与精度均衡的图像分辨率范围；最后，就高通量计算方法的适用性进行了验证。结果表明：近邻列表法可避免遍历法不可能发生接触集料对的冗余接触计算，改进的窗搜索法通过形态学膨胀处理即可完成传统窗搜索法环扫一周的目的；近邻列表法、遍历法、窗搜索法、改进的窗搜索法及iPas软件尽管计算原理存在差异但具有一致的精度；不同计算方法的计算效率排序为近邻列表法>遍历法>改进的窗搜索法>iPas软件>窗搜索法；图像分辨率的降低会提高接触计算的速度但是会降低接触点计算结果的准确性，综合考虑精度与效率的要求，图像分辨率范围处于0.05~0.075 mm/pixel时可实现计算速度与精度的均衡；近邻列表法能有效地实现沥青混合料骨架细观接触的高通量计算。

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13. 表达外源蛋白的CHO-DG44细胞株的蛋白质组学研究

谢秋玲, 谭楚敏, 王亚玉, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2022, 50 (11): 74-81. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220031

摘要（2055）

HTML （11）

PDF（pc）（1605KB）（794）

为给细胞株基因工程改造提供背景条件，文中以TNFR-Fc为模式蛋白，比较两株不同来源的CHO-DG44细胞在生长代谢以及外源蛋白TNFR-Fc表达方面的差异，采用iTRAQ结合2D LC-MS/MS技术，比较CHO-DG44 （A）/TNFR-Fc和CHO-DG44 （B）/TNFR-Fc细胞株的蛋白表达谱，并对差异蛋白进行了蛋白类型分析、差异基因GO富集分析和差异基因KEGG富集分析。结果表明：两株CHO细胞在生长代谢及外源蛋白表达方面存在一定的差异；通过对比蛋白表达谱发现的192种差异表达蛋白中，上调蛋白104个、下调蛋白88个；就蛋白类型而言，酶类所占的比例最多，达到38.02%；差异蛋白主要富集在包括蛋白质折叠、谷胱甘肽代谢过程、碳水化合物代谢过程、细胞内蛋白质转运、蛋白质稳定化等生物过程；差异蛋白主要涉及氨基酸的生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、三羧酸循环等信号通路。不同CHO细胞株在氨基酸的生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生等方面的蛋白差异，可能是引起两株细胞生长代谢以及外源蛋白表达方面的差异的原因。

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14. 基于胶囊网络和注意力机制的智能合约漏洞检测方法

陆璐, 赖锦雄

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (5): 36-44. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220167

摘要（627）

HTML （22）

PDF（pc）（1557KB）（767）

近年来，随着智能合约的数量越来越多，因合约漏洞而造成的经济损失愈发严重，智能合约的安全性越来越受到广泛的关注。基于深度学习的漏洞检测方法能够解决早期传统智能合约漏洞检测方法检测效率低、准确率不足的问题，但大多现有基于深度学习的漏洞检测方法都是直接使用智能合约源代码、操作码序列或字节码序列作为深度学习模型的输入，会因引入过多无效信息而削弱有效信息。为此，文中提出了一种基于胶囊网络和注意力机制的智能合约漏洞检测方法。考虑到程序的执行时序信息，文中通过提取智能合约的关键操作码序列作为源代码特征，然后利用胶囊网络和注意力机制的混合网络进行训练，其中胶囊网络模块用于提取智能合约的上下文信息以及局部与整体的联系，注意力机制用于给不同的操作码按照其重要程度分配不同的权重。实验结果表明，文中提出的算法在智能合约数据集中的F₁分数和准确率分别为94.48%和97.15%，与其他传统检测方法和深度学习方法相比有较明显的性能提升。

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15. 基于DAEKF算法的锂离子电池主要状态在线联合估计

罗玉涛, 吴志强

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (1): 84-94. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220050

摘要（1634）

HTML （20）

PDF（pc）（3301KB）（699）

为实现三元锂离子电池荷电状态（SOC）、能量状态（SOE）和健康状态（SOH）这3种主要状态的在线联合估计，并应对电动汽车实际使用工况中各种噪声干扰带来的开环累积误差问题，提高锂离子电池在线估计的稳定性，提出了一种基于双自适应扩展卡尔曼滤波（DAEKF）算法的三元锂离子电池多时间尺度主要状态在线联合估计方法。在二阶RC模型基础上推导DAEKF算法的状态空间方程，用带遗忘因子的递推最小二乘法（FFRLS）进行在线参数辨识，以微观时间尺度进行锂离子电池SOC和SOE的在线估计，以宏观时间尺度进行锂离子电池SOH的在线估计，从而实现锂离子电池3种主要状态的在线联合估计。最后，以NVR18650B型三元锂离子电池的不同运行工况对所提出的方法进行实验验证。实验结果表明：在两种验证工况下，文中方法都能够快速收敛辨识模型参数，微观时间尺度中SOC和SOE的估计误差均稳定保持在1%以内，宏观时间尺度中SOH的估计误差稳定保持在1.6%以内；与EKF算法相比，文中所提出的方法具有更高的估算精度以及更好的估计收敛性和稳定性。

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16. 新型分离式实心板梁桥全过程受力性能分析

蒋冬启, 吴浩, 范进

华南理工大学学报(自然科学版) 2024, 52 (1): 38-51. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220770

摘要（331）

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PDF（pc）（9491KB）（656）

为研究新型分离式实心板梁桥的全过程受力性能，以主梁净距、主梁数目和预应力筋配置情况等为关键参数，基于ABAQUS有限元软件平台对该桥梁体系开展非线性数值分析，探究分离式实心板梁桥从施工、运营到加载破坏的损伤演变及失效模式。结果表明：主梁破坏与主梁-桥面板组合破坏为分离式实心板梁桥结构的两类主要破坏模式。当主梁净距较小时，全桥各梁变形基本一致，承载能力较高，易发生主梁破坏；反之，主梁净距较大时，桥梁横向传力性能较弱，不同主梁之间存在变形滞后现象，易发生主梁-桥面板组合破坏。对于相近桥宽和跨径的分离式实心板梁桥，主梁间距过大不利于横向协同受力，全桥承载能力会降低约40%~50%；主梁数目较少的桥例可通过增加预应力筋配置数量来改善承载性能，单梁承载力提高幅度可达10%~30%，但预制阶段的上拱问题在设计中应予以重视。与一次浇筑整体式梁桥相比，该组合梁桥体系全过程受力分析所得的位移和应力响应历程有所区别，但极限承载能力差异较小。总体而言，新型分离式实心板梁桥具有良好的承载和变形能力，且自重小、建筑高度低、施工便捷，在国内具有良好的应用前景。

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17. 超声速边界层气动光学效应及控制研究

田立丰, 郭美琦, 丁浩, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (2): 137-146. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220390

摘要（476）

HTML （4）

PDF（pc）（3122KB）（574）

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题，气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响，使飞行器偏离目标位置，甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂，激波、膨胀波以及湍流边界层的存在，使得流场的折射率在空间上分布不均匀，在时间上存在高频脉动。其中，边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程，是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象，并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性，且脉动频率高，因此折射率分布极为复杂，光线透过后不仅会发生偏折，还会导致成像模糊和能量分散，严重影响成像制导的精度，通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩，来降低甚至消除超声速边界层转捩对光学传输性能的影响。以超声速旋成体飞行器光学窗口周围的边界层流场为研究对象，本文采用添加扰动片的流动控制方法对边界层气动光学效应变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明：随着攻角的增大，光程差分布由沿着对称面对称分布逐渐过渡为沿流向的变化，且逐渐平缓；施加了扰动片控制后，原本处于光学窗口上方的边界层转捩位置后移，窗口上方流场由转捩区逐渐变为层流区，抑制气动光学效应的效果显著。

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18. 基于多尺度时空特征和篡改概率改善换脸检测的跨库性能

胡永健, 卓思超, 刘琲贝, 王宇飞, 李纪成

华南理工大学学报(自然科学版) 2024, 52 (6): 110-119. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230105

摘要（226）

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目前大多DeepFake换脸检测算法过于依赖局部特征，尽管库内检测性能尚佳，但容易出现过拟合，导致跨库检测性能不理想，即泛化性能不够好。有鉴于此，文中提出一种基于多尺度时空特征和篡改概率的换脸视频检测算法，目的是利用假脸视频中广泛存在的帧间时域不连续性缺陷来解决现有检测算法在跨库、跨伪造方式和视频压缩时性能明显下降的问题，改善泛化检测能力。该算法包括3个模块：为检测假脸视频在时域上留下的不连续痕迹，设计了一个多尺度时空特征提取模块；为自适应计算多尺度时空特征之间的时空域关联性，设计了一个三维双注意力机制模块；为预测随机选取的像素点的篡改概率和构造监督掩膜，设计了一个辅助监督模块。将所提出的算法在FF++、DFD、DFDC、CDF等公开大型标准数据库中进行实验，并与基线算法和近期发布的同类算法进行对比。结果显示：文中算法在保持库内平均检测性能优良的同时，跨库检测和抗视频压缩时的综合性能最好，跨伪造方法检测时的综合性能中等偏上。实验结果验证了文中算法的有效性。

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19. 搭接相位信号交叉口非机动车过街行为分析

温惠英, 刘浩, 杜颖新, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2023, 51 (8): 1-11. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220779

摘要（488）

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为提高信号交叉口非机动车通行的安全水平，本研究以广州市典型的搭接相位控制信号交叉口的调查数据为基础，基于C5.0决策树算法对非机动车过街行为进行影响因素分析。考虑到一个信号周期内的不同时段对非机动车过街行为的影响，本研究将一个完整的信号周期按照非机动车过街的风险冲突划分为对向绿灯风险期、同向绿灯安全期、同向绿灯风险期和垂直方向风险期4个风险时段，并根据非机动车在交叉口的等待选择和闯红灯情况将过街行为分为冒险型、机会型和守法型3类，通过构建C5.0决策树模型分别研究3类过街行为的影响因素并分析评价模型的分类效果。结果表明：决策树模型分类结果的整体准确率大于83.04%，AUC（受试者工作特征曲线下的面积）值大于0.880，模型预测精度较优；搭接相位控制信号交叉口非机动车的过街行为主要与交通环境显著相关，而与骑手的行为因素显著性较低，到达风险期、非机动车信号灯设施、冲突机动车流量、车道数和过街风险对冒险型过街行为的发生存在显著影响，其中到达风险期为最主要的影响因素；车道数、红灯时间和到达风险期对机会型过街行为的发生存在显著影响，其中车道数为最主要的影响因素；冲突机动车流量、信号周期、车道数、过街区域和过街风险对守法型过街行为的发生存在显著影响，其中冲突机动车流量为最主要的影响因素。

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20. 基于代理模型辅助NSGA-Ⅱ算法的地铁接驳公交优化

唐进君, 任茂昕, 李志涛, 等

华南理工大学学报(自然科学版) 2024, 52 (11): 95-105. DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230595

摘要（523）

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城市轨道交通与地面公交之间的便利衔接是满足居民多元化出行需求，促进城市公共交通系统发展的关键。现有研究在建立公交线路优化模型时缺少对一些重要微观指标的考虑，例如高峰期需等待多班公交的比例和车内拥挤度等。同时对线路运营中随机性和异质性要求的考虑也存在不足，导致其在实际应用中表现欠佳。为解决上述问题，该文从公交的服务过程出发，以乘客出行成本与企业成本最小化为目标，建立考虑运行速度、车辆类型、发车频率、线路票价、车辆拥挤程度、线路线型等影响因素的优化模型，使用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行模型求解，并针对遗传操作部分进行改进。同时为提高求解精度，设计了一种微观仿真算法对解进行评估。在此基础上，采用Kriging代理模型进行辅助计算以提高算法求解效率。最后，以深圳市地铁公交接驳为例，采集地铁与公交IC卡刷卡数据，对提出的算法进行验证。同时，进一步对线路票价、运行速度、运营车型以及客流大小等因素进行了灵敏度分析，依据分析结果提出了运营线路的改善建议。结果表明，该算法相较于传统NSGA-Ⅱ算法能在相同的求解时间下得到更好的线路优化方案，方案平均节省约35.49%的总成本，且迭代速度提高26.94%。由此可见，该文提出的地铁接驳公交优化方法对提升接驳效率与运营水平均具有实际意义。

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