信息与控制杂志

信息与控制杂志2020年第1期

• 复杂网络中的链接预测

  刘维, 陈崚

  复杂网络中的链接预测已经在物理学和计算机科学界引起了越来越多的关注.链接预测算法可用于提取缺失信息、识别虚假交互、评估网络演化机制等.本文全面总结和分析了链接预测的应用以及主要方法，包括基于相似度、基于机器学习、基于矩阵运算和基于概率模型的方法等.此外，还介绍了在特定网络上的链接预测问题以及关于链接预测结果的评价指标，最后讨论了链接预测未来的研究方向和挑战.

• 混沌时间序列分析与预测研究综述

  韩敏, 任伟杰, 李柏松, 冯守渤

  复杂系统产生的混沌时间序列普遍存在于天文、水文、气象、环境、金融等领域.混沌时间序列的分析与预测对于理解复杂系统特性、探究系统演化规律具有重要作用.本文介绍了复杂系统中混沌时间序列分析与预测的研究热点问题，主要从实际复杂系统中的混沌时间序列的研究背景、多元混沌时间序列的降维方法、含噪声混沌时间序列的建模方法、非平稳混沌时间序列的在线建模手段以及混沌时间序列的中长期预报等方面进行阐述，同时总结并展望了未来的研究趋势.

• 线性时滞系统稳定性最新研究综述

  陈军, 徐胜元, 张保勇

  线性时滞系统稳定性分析，一直是控制领域研究的热点问题之一.特别是在Wirtinger-based积分不等式提出后，线性时滞系统的稳定性问题掀起了一轮研究热潮.基于不等式的Lyapunov-Krasovskii（L-K）泛函方法得到了迅速发展并逐渐成为研究线性时滞系统稳定性问题的主流方法.本文将主要讨论基于不等式的L-K泛函方法在线性时滞系统稳定性研究中的最新成果.首先，回顾了一些具有代表性的积分不等式和矩阵不等式，并分析了其对减小稳定性条件保守性所起的作用.其次，讨论了最近几年发展起来的具有代表性的L-K泛函.最后，给出了总结并展望了线性时滞系统稳定性研究将来所要解决的一些问题.

• 基于CNN和HOG双路特征融合的人脸表情识别

  丁名都, 李琳

  为了避免传统表情识别方法中复杂的特征手动提取过程，同时能够提取到更多的表情特征，本文提出一种双路特征融合模型，将卷积神经网络（CNN）和方向梯度直方图（HOG）方法结合起来进行研究.在第一条通道上，对人脸表情图像进行归一化预处理，并使用可训练的卷积核提取隐式特征；在第二条通道上，提取出人脸面部表情的HOG特征，然后输入到卷积神经网络中的全连接层上；最后将融合特征传递至输出层，采用Softmax分类器进行识别并输出结果.本文在FER2013和CK+表情数据库上进行实验，结果验证了方法的有效性.

• 加权聚合深度卷积特征的图像检索方法

  李恒, 赵广社, 王鼎衡, 刘美兰, 马凡波

  针对目前基于深度卷积特征的图像检索方法无法充分突出图像显著性区域特征和不能有效抑制背景噪声等问题，提出了一种加权聚合深度卷积特征的图像检索方法.根据逆文档频率，该方法对拥有较少特征和紧密特征的特征图赋予较大权重，生成差异性加权向量.由于不同图像表现的特征不同，该方法选择最能真实反映图像特征的一组特征图，计算出权重矩阵并对其进行滤波处理，最终生成选择滤波加权矩阵.公开数据集上的实验结果表明，本文提出的方法能够有效地增强图像特征的辨别能力，在图像检索精度上优于其它同类方法.

• 基于边缘梯度算法的多移动机器人协作地图构建

  黄宜庆, 王正刚, 王徽, 葛愿

  为了提高未知环境下移动机器人构建地图的效率，提出了一种基于边缘梯度算法（EGA，Edge gradient algorithm）的多机器人协作地图构建方法.将未知环境划分成4个区域，以分布式分配方式对多移动机器人系统分配不同的搜索任务，有效避免了多移动机器人陷入凹型障碍物区域.该算法能够使移动机器人在远离障碍物时具有较大的视野，而靠近障碍物时视野因障碍物遮挡而变窄，从而获得更加精确的地图构建数据.通过围绕障碍物运动来采集障碍物的相对坐标信息，从而构建未知环境的全局地图，在理论上系统分析了边缘梯度算法的收敛性.最后，通过多组仿真实验，验证了本文方法能够高效快速地完成未知环境障碍物的地图构建.

• 可重构模块化蛇形机器人研制及多运动模态研究

  朱威, 郭宪, 方勇纯, 张学有

  蛇形机器人通过改变自身的形状可以在复杂的地形环境中有效地运动，然而传统的一体化设计面临着任务搜救效率低、机器人本体维修困难、机体灵活性差等挑战性问题.针对这些问题，本文研制了新一代可重构模块化蛇形机器人并研究了相应的多模态运动方法.具体而言，新型蛇形机器人可以由任意多个模块通过连接机构重构而成，每个模块都是集成了驱动、控制、通信、电源于一体的可独立运动的单元，模块之间的连接机构采用新型的便于切换的勾爪-插销机构.另外，本文针对该可重构模块化蛇形机器人进行了多模态运动方法研究，具体包括轮式机器人运动模态、平面蜿蜒模态、侧向蜿蜒模态、行波模态、攀爬模态、自主拆分模态等，并具体分析了攀爬运动及单模块转弯运动的性能.最后，基于自主研发的可重构模块化蛇形机器人样机对每种运动模态进行了实验验证.

• 基于改进多目标差分灰狼算法的配电网无功优化

  张涛, 余利, 姚剑峰, 冯朕, 郭玥彤

  配电系统静止同步补偿器（Distribution Static Compensator，DSTATCOM）接入配电网能够有效解决高渗透率的光伏与时变负荷对主动配电网带来的影响.对含DSTATCOM与并联电容器组（capacitor banks，CB）的配电网进行协调无功优化能够有效解决分布式光伏以及时序负荷对系统电能质量的影响.本文以有功网损、电压偏差以及补偿容量最小为目标函数，建立了DSTATCOM与CB的配电网协调无功优化模型.针对原始灰狼算法（gray wolf optimization，GWO）中不足，提出多目标差分灰狼算法（multi-objective differential evolution gray wolf optimization，MODEGWO）.最后以IEEE 33节点系统为例，引入某地区典型日光伏与负荷的时序波动功率，对含DSTATCOM与并联电容器组进行协调无功优化，得到动态运行策略.仿真结果验证了所提模型与算法的正确性与有效性.

• 基于小波变换和压缩感知对煤岩体声发射信号降噪方法

  王雨虹, 石玉文, 付华, 徐耀松

  针对煤岩体声发射信号具有随机非平稳、易受噪声信号干扰的特点，提出一种基于小波变换和压缩感知理论相结合的煤岩体声发射信号降噪方法.该方法利用噪声信号不具有稀疏性的特点，在小波分解的基础上进行压缩感知的压缩重构与降噪处理，使噪声信号与煤岩体声发射信号最大程度分离，该方法不仅达到降噪的目的，还避免了小波阈值滤波中阈值选取对降噪效果的影响.与小波阈值滤波、小波包降噪方法和压缩感知方法在选取不同压缩比、观测矩阵、重构算法对降噪效果进行对比.仿真结果表明，所提方法能够有效地抑制噪声信号的干扰，提高信号信噪比，降低均方误差，具有较强的实用价值.

• 考虑潮汐影响的泊位分配与船舶调度集成优化

  郑红星, 吴云强, 邵思杨, 徐海栋

  针对港口作业中大船需乘潮进出港口的现实，研究潮汐影响下的泊位分配与船舶进出港次序集成优化问题.考虑船舶偏好泊位与进出港时段等约束，以到港船舶作业时间成本、偏离偏好泊位成本和滞期成本之和最小为目标，构建混合整数线性规划模型，并设计了改进禁忌搜索算法来求解.在算法中，为修正无效与质量较劣的解设计了修复策略；为提高算法的搜索效率，给出了集中性解与多样性解的数量的变化方式与长——短禁忌表.算例分析验证了模型和算法的有效性，可为集装箱港口的作业调度提供参考.

• 一种基于梯度提升树的肌电信号最优通道选择方法

  马乐乐, 赵新刚, 李自由, 张道辉, 徐壮

  针对肌电识别中粘贴较多的电极引起的通道冗余问题，提出了一种基于梯度提升树（Gradient Boosting Decision Tree，GBDT）模型的最优通道组合选择方法.首先，手动提取每个通道肌电信号常用的5个特征，然后利用GBDT模型生成隐含的新特征.其次，对所有通道组合下的原始特征和新特征进行组合并训练另外的GBDT模型，用于预测每种组合的动作识别率.最后，选择出最优的通道组合用于在线控制实验.实验结果表明，最优的通道组合具有较高的离线识别率和在线控制精度，能实现对机器手准确实时的控制.使用肌电识别系统多次进行在线控制实验时，选择最优的通道组合可以减少电极的粘贴数量，减少多余通道带来的信息冗余和干扰，从而提高系统的实用性和鲁棒性.

• 基于改进自适应卡尔曼滤波的容错控制

  罗鑫辉, 戴邵武, 戴洪德

  针对离散系统的执行器和传感器故障以及存在的白噪声干扰，提出了一种基于改进自适应卡尔曼滤波和动态输出反馈的容错控制方法.在白噪声干扰下，该方法利用改进的自适应卡尔曼滤波对系统执行器和传感器故障进行同步估计，同时利用李亚普诺夫函数分析了改进自适应卡尔曼滤波的收敛性；对于系统状态不完全可测的问题，根据得到的故障信息，基于动态输出反馈和圆盘稳定定理设计容错控制器，使系统响应恢复到正常状态.最后利用飞行控制系统模型对提出的方法进行了验证，仿真表明该方法不仅能对执行器和传感器故障进行同步估计，而且在故障情况下能够对系统响应进行修正，具有良好的容错控制能力.