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1. 三维点云去噪技术
肖俊, 石光田
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 577-595.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.038
摘要2083)      PDF(pc) (14314KB)(1883)    收藏
调研点云去噪的相关研究工作,根据相关算法的实现原理将其划分为基于优化思想的传统算法和基于深度学习思想的去噪算法,论述每类算法的研究进展,并对代表性算法进行详细分析,结合数据集、评估指标、实验结果等对其进行深入比较,在此基础上讨论当前点云去噪技术面临的问题和可能的发展方向及趋势。
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2. 学习路径规划方法
罗中凯, 张立波
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 11-27.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.061
摘要748)      PDF(pc) (2927KB)(861)    收藏
旨在通过对学习路径规划研究现状的分析,为未来学习路径规划领域相关研究的发展提供借鉴。具体而言,首先介绍学习路径规划的定义以及学习路径规划方法中常用参数;然后按照使用算法的类别的不同,对学习路径规划算法进行详细分类,总结各类学习路径规划方法的优缺点;接着,对学习路径规划方法使用的数据集与评估方法进行介绍;最后,总结学习路径规划方法面临的挑战并对其未来发展趋势进行预测。
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3. Actor-critic框架下的二次指派问题求解方法
李雪源, 韩丛英
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 275-284.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.031
摘要503)      PDF(pc) (4937KB)(626)    收藏
二次指派问题(QAP)属于NP-hard组合优化问题,在现实生活中有着广泛应用。目前相对成熟的启发式算法通常以问题为导向来设计定制化算法,缺乏迁移泛化能力。为提供一个统一的QAP求解策略,将QAP问题的流量矩阵及距离矩阵抽象成两个无向完全图并构造相应的关联图,从而将设施和地点的指派任务转化为关联图上的节点选择任务,基于actor-critic框架,提出一种全新的求解算法ACQAP。首先,利用多头注意力机制构造策略网络,处理来自图卷积神经网络的节点表征向量;然后,通过actor-critic算法预测每个节点被作为最优节点输出的概率;最后,依据该概率在可行时间内输出满足目标奖励函数的动作决策序列。该算法摆脱人工设计,且适用于不同规模的输入,更加灵活可靠。实验结果表明,在QAPLIB实例上,本算法在精度媲美传统启发式算法的前提下,迁移泛化能力更强;同时相对于NGM等基于学习的算法,求解的指派费用与最优解之间的偏差最小,且在大部分实例中,偏差均小于20%。
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4. 我国昼夜非对称性增温时空变化特征及影响因素
何昶, 邓建明, 陈爽
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 596-604.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.042
摘要484)      PDF(pc) (4950KB)(355)    收藏
近几十年来,全球变暖的一个主要特征是昼夜增温呈现非对称性,即夜间增温速率大于白天增温速率,但该现象还未引起广泛关注。为了解我国昼夜气温日温差的时空变化特征及影响因素,搜集我国838个气象站点历史观测数据,运用趋势检验等方法,对1952-2018年间气温日温差(DTR)进行分析。结果表明:空间上,全国年平均DTR最高的地区分布在西北和西南地区,其次是东北和华北地区,最低为华中、华东和华南地区;季节上,一年中月平均DTR总体呈多峰分布,其中春季、秋季各有1个波峰,夏季有1个低谷;长期来看,1952-2018年期间年平均DTR呈下降趋势(τ=-0.396;p<0.01)。DTR的长期变化与蒸发量、日照时数、纬度和海拔呈正相关,与风速、降水量、相对湿度、站点气压、总云量和经度呈负相关。
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5. BSRF软X射线实验站真空联锁保护优化设计
李嘉良, 刘树虎, 尚从建, 王斐
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 677-686.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0069
摘要439)      PDF(pc) (6983KB)(134)    收藏
北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线实验站为超高真空系统,与上游光束线通过电磁插板阀连接。用户在实验中换样易发生失误操作行为,在未关闭阀门状态下,给真空系统放气,损坏仪器设备。为避免造成真空事故,提出对原手动保护措施进行优化,设计真空安全联锁保护系统。将真空计、气动角阀和电磁插板阀用电气元件联锁控制,旨在保证用户换样时实验站真空安全的基础上,提高用户操作的便捷性和可靠性。安全联锁保护系统控制柜落地后经过多次调试检验和试运行后确认符合预期设计要求,并在软X射线标定实验中正式应用。此外还探讨了安全联锁保护系统在未来高能同步辐射光源(HEPS)光束线站的应用前景,为建设HEPS光束线站真空联锁保护系统提供工程设计经验。
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6. 右江盆地构造演化与卡林型金矿成矿作用
冯宏业, 琚宜文, 朱洪建, 余坤, 乔鹏, 琚丽婷, 肖蕾
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 614-636.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0084
摘要426)      PDF(pc) (20326KB)(426)    收藏
右江盆地(又称南盘江盆地)经历了古生代-早中生代原型盆地-叠合盆地的复杂构造演化,最终表现为残留盆地。根据大地构造背景、沉积系列组合和岩浆岩发育情况,加里东运动之后右江盆地演化过程分为6个阶段:陆内伸展盆地(早期裂谷)演化阶段(D21-D12)、大洋伸展盆地(裂陷洋盆)演化阶段(D2-T1)、洋盆消亡及前陆挠曲盆地演化阶段(T21-T13)、褶皱造山及碰撞后伸展阶段(T13-J1)、NW向陆内挤压造山阶段(J2-K21)和局部伸展阶段(K31-E)。盆地内产出中国重要的卡林型金矿,矿体多赋存于冲断-褶皱带中。这些金矿具有多期成矿特征,大规模成矿主要开始于挤压背景,并持续至造山后伸展阶段,其中集中成矿期有2个。第1期形成于挤压碰撞相关的前陆挠曲盆地演化阶段-碰撞后伸展阶段(235~193 Ma,盆地中南部卡林型金矿),该期成矿受扬子板块和印支板块碰撞造山与古太平洋板块向欧亚板块的俯冲叠加诱发的岩浆熔融作用及其相关热液活动或变质热液控制。第2期为NW向陆内挤压造山-局部伸展阶段(148~103 Ma,整个右江盆地卡林型金矿),该期成矿主要受NW向挤压造山对先存构造叠加改造过程中的岩浆-热液活动影响。早三叠世前伸展背景下岩浆-热液活动对金具有初次富集作用,早白垩世晚期后岩浆-热液活动对金成矿具有叠加改造作用。成矿流体具有混合来源特征,盆地中南部卡林型金矿成矿热液以变质热液为主,盆地中部多为混合来源热液,盆地北部则主要为岩浆热液。通过对比分析,认为不同测年方法获得的年龄可在一定程度上代表成矿年龄,建议利用多种方法联合应用限制卡林型金矿的成矿时代。
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7. 国家公园“资源价值”与“游客感知”对比研究——以大熊猫国家公园四川片区为例
任庆柳, 杨兆萍, 韩芳, 蒲玉林
中国科学院大学学报    2023, 40 (3): 333-342.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0075
摘要410)      PDF(pc) (1801KB)(189)    收藏
国家公园是旅游人地关系理论创新发展及实践应用的最佳案例地。自然教育和生态游憩是展示国家公园资源价值的重要窗口,是全民参与人地和谐关系构建的重要途径。通过游憩活动展示资源价值,并被游客感知、传承和传播,是国家公园资源价值的实现过程。从地学价值、生态价值、美学价值和人文价值等4个维度,解析四川大熊猫国家公园的资源价值特征及载体要素;采用内容分析法评估游客对不同类型资源价值的感知收益和关注度;采用IPA模型对比分析“资源价值-游客感知”的协同状态。研究表明:1)不同维度资源价值的游客感知存在较大差异,游客感知收益依次为地学价值(55.42%)>生态价值(24.45%)>美学价值(17.62%)>人文价值(2.51%),高频词呈现显著的“长尾”分布特征,语义网络图呈现“双核心、多节点”的关系格局;2)地学价值和生态价值的“游客感知收益”与“资源价值”的协同度相对较高,游客对人文价值的认知度低,对美学价值感知较为表象化,还需进一步提升游客对资源价值科学内涵的整体认知程度。本文研究结果可促进形成“价值感知—环境意识—生态行为”的良性循环,为优化国家公园自然教育体系提供重要决策依据。
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8. 遥感影像区域覆盖数据集筛选方法
闫雪静, 刘巍, 刘士彬, 段建波, 夏玮
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 523-530.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.006
摘要370)      PDF(pc) (6362KB)(283)    收藏
随着遥感卫星技术的发展,遥感数据的时空分辨率不断提升,呈现出大数据、海量化的趋势,为遥感数据的筛选工作带来了挑战。传统的遥感数据检索往往出现查询结果数据量大、重叠度高的问题,需要人工进一步挑选数据,效率低且准确度不高,因此如何从大量遥感影像中快速准确地找到所需数据是目前亟需解决的问题。采用区域覆盖数据集筛选算法,利用影像的有效范围将目标区域分割成互不重叠的碎块,根据影像包含的碎块数量、成像时间和云量等参数建立归一化数学计算模型,得到一个综合代价,根据代价的大小筛选出最优影像组合,将目标区域完全覆盖。通过Landsat8数据证实了方法的有效性,并通过并行计算提升了筛选效率。
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9. ΛφBVBV(q,δ)的关系
葛阿君, 汪和平, 燕敦验
中国科学院大学学报    2023, 40 (6): 721-725.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.035
摘要370)      PDF(pc) (819KB)(271)    收藏
得到ΛφBV空间嵌入BVq,δ)空间的充要条件,并给出严格证明过程,当φ满足Δ2条件时,BVq,δ)⊂ΛφBV不成立。
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10. 基于EEMD-Prophet-LSTM的滑坡位移预测
王震豪, 聂闻, 许汉华, 简文彬
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 514-522.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.002
摘要370)      PDF(pc) (10558KB)(291)    收藏
对于阶跃型滑坡位移这一非稳态自然过程,提出一种结合集合经验模态分解法(EEMD)、Prophet和长短时记忆网络(LSTM)的滑坡位移预测方法。以白水河滑坡位移数据为例,采用EEMD将位移时间序列分解为若干个本征模态函数(IMF)和残差(RES),将包含周期因素、随机因素的IMF叠加视为波动项,RES视为趋势项。分别采用Prophet和LSTM预测趋势项与波动项,两项预测结果叠加得到滑坡位移预测值。结果表明:该方法对于少量数据的白水河滑坡位移预测拟合度(R2)达到0.98以上,优于支持向量机、人工神经网络等传统机器学习方法。且此方法对八字门滑坡各监测点的预测精度R2同样在0.96以上,证明了此方法的有效性。
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11. 基于高频夏普比率和稳健相关系数的资产选择
张杉桦, 张三国
中国科学院大学学报    2023, 40 (6): 834-842.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.039
摘要364)      PDF(pc) (4086KB)(204)    收藏
高频夏普比率是衡量收益和风险的指标,可以避免估计高维分析中的协方差矩阵,所以在目前的投资组合构建方法中被普遍使用。近年提出的D-SEV方法,通过测量股票收益和高频夏普比率指数之间的相关性,来进一步构建投资组合。然而,D-SEV中用来度量股票与高频夏普比率的相关性的方法存在一些问题,如缺乏稳健性和计算速度慢。在本文中,使用由Sourav Chatterjee提出的新的相关系数来代替。新的相关系数保证了稳健性,特别是它可以降低异常值对相关性的影响,比如对资产价格有很大影响的重大事件。同时它的计算速度也非常快。大量的模拟表明,新的相关系数在几个不同的模型中的表现优于D-SEV和其他传统方法。2019年和2020年的上证和深证股市数据也显示,新的相关系数选择的资产组合比D-SEV选择的资产组合的年化收益高出8%,同时也拥有较高的夏普比率。
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12. 基于共轴双旋翼无人机的目标检测与薄弱位置定位系统设计
冯航涛, 曾少锋, 张璐, 杨旭, 刘智勇
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 701-709.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.017
摘要363)      PDF(pc) (10908KB)(252)    收藏
由自主控制算法控制的非载人无人飞行器在执行定向打击等危险任务中往往比有人机具有更大的优势。然而,在执行爆破任务的时候,无人机在不同场景下的检测算法鲁棒性往往无法得到保证,这极大地影响了无人机对目标的定位效果,导致执行任务的成功率大幅降低。为解决上述问题,提出利用基于跨域的目标检测算法提高无人机在不同场景下检测算法的鲁棒性,并通过在线GPS聚类算法提高无人机对目标定位的稳定性。同时,鉴于目标爆破位置对爆破结果的影响,提出一种薄弱部位定位算法,提高爆破的精确度和成功率。
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13. 基于多层次深度模型的社交网络核心谣言传播节点识别
李元, 张栖, 朱建明, 焦建彬
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 136-144.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.057
摘要361)      PDF(pc) (3614KB)(272)    收藏
鉴于在线社交网络谣言控制的时效性与及时性,提出一种基于多维特征的两阶段图卷积网络(MSF-GCN)学习模型。该模型试图在尽早的时间实现精准定位核心谣言传播节点,从源头上阻断谣言扩散。通过将MSF-GCN方法与其他基准方法在谣言数据集上进行比对,实验结果验证了MSF-GCN学习模型更加有效。
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14. 面向Ad-Hoc协作的局部观测重建方法
陈皓, 杨立昆, 尹奇跃, 黄凯奇
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 117-126.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.028
摘要360)      PDF(pc) (9211KB)(301)    收藏
在多智能体强化学习的研究中,如何进行Ad-Hoc协作,也就是说如何适应种类和数量变化的队友,是一个关键问题。现有方法或者有很强的先验知识假设,或者使用硬编码的规则进行合作,缺乏通用性,无法泛化到更一般的Ad-Hoc协作场景。为解决该问题,提出一种面向Ad-Hoc协作的局部观测重建算法,利用注意力机制和采样网络对局部观测进行重建,使得算法认识到并充分利用不同局面中的高维状态表征,实现了在Ad-Hoc协作场景下的零样本泛化。在星际争霸微操环境和Ad-Hoc协作场景上与代表性算法的性能进行对比与分析,验证了算法的有效性。
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15. 三维黏弹性模型在月球冷却产生的热应力计算中的应用
金一民, 陶莎, 石耀霖
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 1-10.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.059
摘要353)      PDF(pc) (8323KB)(281)    收藏
月球冷却过程中积累的热应力是影响月球内部力学环境的重要因素之一。使用三维黏弹性有限元模型计算月球热应力的积累过程,并通过对比实验分析黏性参数对热应力大小的影响。计算结果表明月幔深部和浅部的热应力状态存在截然的分界。浅部热应力以切向挤压为主,挤压应力最大值出现在月壳底部;深部径向和切向正应力的大小主要受浅部径向正应力的控制,径向和切向热应力均为拉张,但由于黏性松弛差应力的积累和松弛动态平衡,而处于接近“静水压”状态。假设月球岩石圈的黏度大于1028 Pa·s,则现今月壳和浅部月幔水平挤压热应力可以达到数百MPa,而月幔深部的拉张热应力可达到数十~100 MPa。因此,震源深度较浅的浅源月震可以用热应力来解释。而深源月震成因仍是一个困难的问题,推测深部月幔的拉张热应力为孔隙结构的发育提供了条件,而月幔底部的熔融层提供了高压孔隙流体,从而降低了深部月幔介质的破裂强度。
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16. 基于分层模糊聚类和小波卷积神经网络的SAR图像变化检测算法
张萌, 潘志刚
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 637-646.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.013
摘要350)      PDF(pc) (7162KB)(269)    收藏
传统的合成孔径雷达(SAR)图像变化检测方法存在受散斑噪声影响大、图像深层信息难以利用、检测精度低等问题。针对以上问题,提出一种基于卷积神经网络和模糊聚类的SAR幅度图像变化检测算法。首先通过基于Gabor纹理的FLICM算法对差异图进行预分类,基于预分类结果自动选取可靠的训练样本,无需人工进行样本标注;引入多尺度通道注意力机制,并采用MSCA_WCNN完成二次分类,最终得到变化检测结果。本文算法在提取SAR图像不同尺度特征的同时能够对无关特征通道进行抑制,从而有效利用图像特征;小波卷积神经网络在保留图像有用信息的同时实现了去噪功能,增强了算法的鲁棒性。采用真实的星载SAR图像数据进行对比实验,实验结果表明,本文算法具有较高的检测精度,验证了算法的有效性。
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17. 利用有限元热应力计算方法对热事件月震成因的探讨
张君策, 胡才博, 石耀霖
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 50-64.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.045
摘要344)      PDF(pc) (14838KB)(315)    收藏
在前人工作的基础上,考虑月表向内吸收的太阳光照热量和向外释放的月球热辐射热量,以及与温度、深度相关的月壤热力学参数的非线性,开发了适合研究月壤温度、变形和热应力时空演化的热弹性耦合有限元并行程序,利用4组有限元模型研究不同的月壤特征厚度对月表温度、变形和热应力时空演化的影响。计算结果表明,月表月壤温度呈现1个月球日(29.5个地球日)的周期性变化,赤道月表的温度在100~385 K之间变化,变化幅度随深度增加指数衰减,影响深度约达50 cm。温度的周期性变化引起月表垂直位移也呈现上升和下降的周期性变化,以及月表水平正应力的挤压和拉张的周期性变化。总体而言,水平应力白昼是挤压,夜晚是拉张,其中拉应力增长速率最快的时刻是18:00,拉应力最大的时刻是06:00。月壤特征厚度对温度、水平正应力的时空分布的影响较大。热应力的量级有可能达到月表岩土抗张强度,张应力增长最快和幅值最大时段与观测到的月球浅表热事件发生的早晚频度较高相吻合。
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18. 光生反应γp→π-Δ++中的核子激发态
朱一鸣, 杨富中
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 35-41.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0042
摘要343)      PDF(pc) (4263KB)(96)    收藏
运用有效拉氏量方法分析LEPS合作组首次发布的关于γp → π-Δ++反应的高精度微分截面和极化观测量Beam asymmetry(Σ)的实验数据。把t道的π和ρ交换,u道的Δ交换,s道的核子N交换以及使光生反应振幅满足规范不变性的推广接触项作为背景项,尝试在s道进一步引入核子激发态交换的贡献以描述此实验数据。分析表明,如果在模型计算中不引入s道核子激发态交换的贡献,背景项的理论计算结果虽然能够大体上描述γp→π-Δ++反应的微分截面的实验数据,但是无法描述极化观测量Σ的实验数据;在s道中引入核子激发态N(1860)5/2+,模型计算结果就能够很好地同时描述LEPS实验组的微分截面和极化观测量Σ的实验数据。
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19. 一种面向PUF的模糊提取器设计与实现
宋敏特, 侯凯, 茹占强, 王争光, 宋贺伦
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 127-135.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.054
摘要343)      PDF(pc) (7892KB)(305)    收藏
基于SRAM等方案实现的物理不可克隆函数(PUF)易于受电压变化、热噪声等环境因素影响,存在可复现性较差的内在缺点,因此极大限制了其在密码和通信等领域的应用。借助BCH码的精确纠错译码特性,设计了一种具有大纠错容量的模糊提取器,用于实现SRAM原始数据的重建。搭载本设计的SRAM PUF芯片在华虹宏力0.11 μm CMOS平台制造,模糊提取器部分消耗面积为306 267 μm2,搭载的本源BCH码具有127 bit的码长和27 bit的纠错能力,满足PUF的实际应用需求。
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20. 稳健的个体化亚组分析
张晓灵, 任明旸, 张三国
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 151-164.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.037
摘要342)      PDF(pc) (1144KB)(252)    收藏
异质群体的亚组分析是实现个体化医疗和个性化营销的关键所在。基于回归的方法是亚组分析的主要流派之一,这种范式将预测变量分为具有异质效应和同质效应的两部分,并根据异质变量是否相同将样本分为不同的亚组。然而,现有的基于回归的亚组分析方法大多有两大局限性:第一,它们仍然认为亚组内的样本是同质的,没有充分考虑个体效应;第二,没有考虑到同质变量中常见污染现象,这将导致模型结果出现较大偏差。为应对这些挑战,提出一种稳健的个体化亚组分析方法。使用多向分离惩罚函数估计模型异质部分的个体化效应,并使用γ散度得到同质部分的稳健估计。还提出一种高效的交替迭代的两步算法,这一方法结合了坐标下降法和交替方向乘子法。数值模拟和对皮肤黑色素瘤数据的分析进一步验证了所提方法的有效性。
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