面向数据驱动材料设计的专用数据库及信息管理系统

随着材料设计逐渐向"数据驱动"的方向发展,数据集的规模和质量实际上成为各类智能算法发挥效益的瓶颈.文献报道或尚未公布的海量实验数据是构建高质量数据集的宝库,但长期以来缺乏用于存储、整理、产生有关数据集的专门数据库或数据管理系统.本文以高温永磁合金代表体系Sm-Co基多元合金为例,介绍了本课题组构建的集成数据采集、数据标注、数据抽取与转换的一体化智能数据库及其管理系统.对材料的元素成分、物相组成、晶体结构、制备工艺、性能及其测试方法等各方面的数据建立了关系模型,实现了相关数据的逻辑关联并高度结构化,从而可根据具体的材料设计需求检索出高质量的数据集.建立的信息管理系统可实现多用户在线标注数据,具有数据录入准确高效、数据统一规范、最大程度消除冗余信息等特点.应用实践表明,建立的专用数据库及信息管理系统在数据驱动材料设计研究领域可发挥重要作用.     

多源异构感知数据融合方法及其在目标定位跟踪中的应用

物联网的全面感知产生了海量的感知数据,并且感知数据呈现为显著的多源异构性.因此,如何实现海量多源异构感知数据的智能处理是一个具有挑战性的课题.数据融合是处理多模态数据并挖掘提取有价值信息的有效手段,但针对多源异构数据,特别是非结构化的视频多媒体信息,如何实现高效的融合计算还面临许多问题需要解决.本文针对物联网多源异构感知信息的处理问题,提出多层次的多源异构数据融合方法,并以基于无线信号、视频和深度感知数据的目标定位跟踪应用为切入点,重点研究多源异构数据的处理、特征表示和数据融合方法.根据不同类型数据的特性采用不同的数据融合方法,通过挖掘无线信号、视频和深度等多源异构数据内在的关联性,实现多源异构数据有价值信息的有效利用.实际复杂场景的实验表明,本文提出的基于多源异构数据融合的目标跟踪和定位方法,能够解决传统依赖单源同质数据的目标跟踪方法所面临的光照变化和遮挡交错等难点问题,并且可以获得较为准确的运动目标三维位置,具有良好的跟踪定位效果.     

非均匀尺寸气泡形成的层流泡状流

对于非均匀尺寸气泡形成的泡状流,根据气泡尺寸分布将气泡划分成若干组,使每组内气泡尺寸近似均匀一致,对液相和每组气泡建立了基本方程.通过分析气泡在流场中的运动和受力,给出相应的本构关系式,建立了封闭的多流体模型,用于描述非均匀尺寸气泡形成的层流泡状流. 模型预测值与实验数据对比表明所建立的多流体模型能够较好地描述非均匀尺寸气泡形成的层流泡状流动.     

基于多特征的域间路由节点安全状态评估方法

域间路由节点安全状态评估能够实现对BGP节点安全状态的直观、实时描述,可为制定合理的安全策略,及时定位、抑制异常路由事件提供数据参考.然而由于完整的异常域间路由集难以获取,使得传统基于数据融合的状态评估方法不再适用.分析BGP节点间交互路由过程中存在的统计特征以及这些特征与域间路由节点安全状态的关系,进而提出一种基于多特征的安全状态评估方法.以平均路径长度和路由事件发生频率等属性为安全特征,并借鉴云模型理论转换定量特征为定性概念的思想,构建域间路由安全特征云,将正常态下的多属性综合安全特征转换为安全正常态,然后通过度量安全特征偏离正常态的程度来计算节点偏离正常态的程度,由此得到域间路由节点面临安全威胁的概率.实验结果表明,该方法能够实现对域间路由节点安全状态的评估,准确性高、实时性强,可为域间路由系统的安全稳定运行提供有力支撑.     

基于Hvorslev面的超固结土本构模型

基于Hvorslev面、当前屈服面和参考屈服面之间的相互关系, 提出潜在强度的概念, 并将其与特征状态应力比一起引入到统一硬化参数中来建立超固结土的本构模型. 所提出的模型能够反映超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩和剪胀等应力应变特性以及应力路径对它的影响, 此超固结土模型仅比剑桥模型增加了一个材料参数, 即Hvorslev面的切线斜率. 通过Fujinomori粘土的常规三轴排水试验结果证明了基于Hvorslev面的超固结土模型能够合理地描述超固结土的基本力学特性, 同时还预测了等向压缩条件的应力应变关系和不排水三轴试验条件下的应力路径.     

基于反射式软件中间件的运行时软件体系结构

提出一种基于软件体系结构(SA)的软件维护与演化方法. 通过运行时软件体系结构(RSA), 系统的运行状态与行为以SA的形式展现, 且操纵该SA视图能导致运行系统进行相应改变, 这种因果关联通过反射式软件中间件实现. 作为一个准确、实时、语义丰富、可操作的SA视图, RSA视构件与连接子为“白盒”实体, 以精确、完整地描述运行系统. 同时, 通过扩展传统的SA描述语言, 以形式化描述RSA, 并使之具备继承设计阶段SA所富含语义的天然能力. 本方法在反射式J2EE应用服务器PKUAS中得到实现, 并通过性能测试考察了RSA对运行系统整体性能的影响.     

考虑时间效应的UH模型

分析时间对土的效应,在对现有理论和试验数据总结分析的基础上提出了瞬时正常压缩线的概念;基于蠕变规律,建立老化时间与超固结度的关系;采用UH模型(以统一硬化(United Hardening)参数作为硬化参量建立的三维超固结土弹塑性本构模型)的再加载公式计算瞬时变形,提出超固结土一维弹黏塑性应力应变关系;分析一维弹黏塑性应力应变关系的演化规律,定义特征速率并给出其与超固结参数的关系;在UH模型屈服面方程中引入折算时间,建立三维弹黏塑性本构模型.该模型在UH模型的基础上考虑时间效应,不仅能够描述土的剪切蠕变、松弛、速率效应等黏性规律,而且能够反映土的剪胀、软化等超固结性质;与修正剑桥模型相比,仅增加一个次固结系数来反映土的蠕变规律;该模型在瞬时加载条件下退化为UH模型,从而使弹塑性与弹黏塑性框架得到统一.     

基于Web Service的分布式可视化研究

本文提出并设计了一个基于Web Service的分布式可视化框架(DV4WS).它采用新型的分布式计算模型Web Service访问远程可视化算法来实现数据的分布式可视化.本文描述了DV4WS的原理、体系结构及任务执行过程.同时为了验证该平台的有效性,本文利用目前数据量较大的股票数据进行分布式可视化研究评估了该系统的性能,并与串行结果进行了分析和比较.实验结果表明,该平台对于解决数据密集型应用领域的可视化是行之有效的.     

有限状态机的行为阶段聚类及其对测试的应用

提出了有限状态机的行为阶段和行为阶段聚类的新概念, 它是介于有限状态机的行为级描述和低层描述(状态表或状态图)之间的一种新的抽象级别. 给定一个有限状态机的低层描述, 可以对它的状态按某种规则进行聚类来简化对有限状态机的分析. 给定一个有限状态机的行为描述, 可以直接从中提取行为阶段, 并通过对行为阶段进行聚类来分析它的功能. 详细阐述了对状态或者行为阶段进行聚类的理论和方法. 行为阶段聚类描述可以应用于对有限状态机的功能分析、验证和测试中. 作为行为阶段聚类描述的一种应用, 建立了一种用于测试产生的新的故障模型——行为阶段转换故障模型, 并利用对行为阶段的聚类来加速基于此故障模型的测试产生, 实现了一个寄存器传输级的自动测试产生系统ATCLUB. 实验结果表明, ATCLUB与其他测试产生系统相比有很高的效率, 并且能够产生相当短的测试序列, 以达到对电路门级固定型故障的较高的覆盖率.     

考虑温度影响的UH模型

首先分析了温度对饱和粘土力学特性的影响规律,基于真强度概念并结合潜在强度的确定方法推导出不同温度下饱和粘土临界状态应力比的理论计算公式;随之将温度作为变量引入到姚仰平等人提出的UH模型（采用统一硬化（Unified Hardening）参数建立的三维超固结土弹塑性本构模型）中,建立了能够考虑温度影响的UH模型;并根据姚仰平等人提出的变换应力方法,将模型简单地三维化.该模型继承并发展了UH模型,不仅能够描述某一恒温下超固结土的硬化、软化、剪胀等应力应变特性,而且能够反映由于升温引起的体积变化特性.与修正剑桥模型相比,所提出的模型仅增加了一个参数来反映粘土的前期固结压力随温度升高而降低的特性.在常温时此模型就退化成原始的UH模型,而在常温且无超固结时就退化为修正剑桥模型.模型的温度适用范围为介于孔隙水熔点与沸点之间的温度（例如本文所采用试验所涉及的介于适用范围内的温度20℃~95℃）.通过与已有的试验结果对比分析表明,模型能够较为合理地描述超固结土的基本力学特性.     

DMM:虚拟机的动态内存映射模型

内存虚拟化方法一直是虚拟机管理器设计中最重要的部分.文中提出了VMM进行内存管理的一种机制:虚拟机(VM)的动态内存映射模型,它允许VMM在虚拟机运行时,动态地改变它的物理内存与机器物理内存的映射关系.利用DMM,VMM向上能够方便地实现按需取页、页面交换、Ballooning、内存共享、copy-on-write等虚拟机高级内存管理技术,向下能够兼容多种虚拟化架构.它所提供的一种模块化的分层体系结构,能有效地将上层的内存管理策略和底层的内存虚拟化实现很好地融合起来,为实现特征可调的内存管理提供了可能.文中给出了动态内存映射模型的基本原理,并阐述了利用该模型,实现各种虚拟机内存管理技术的相应机制和步骤.同时,在一个开源的虚拟机管理器(KVM)上实现了动态内存映射机制.测试表明,该机制具有良好的灵活性和可扩展性,能够在充分保证虚拟机访问内存的性能的前提下,实现虚拟机内存的动态管理和调配.     

多目标机器学习钢的四种力学性能

预报钢材的力学性能对其研发和应用都具有重要作用.本文对360条源自日本国立材料研究所(NIMS)数据库的钢材数据,使用正则化线性回归、随机森林和人工神经网络三种机器学习方法对钢材的疲劳强度、拉伸强度、断裂强度和硬度四种力学性能进行多目标机器学习,即使用一组特征变量来描述这四种目标函数,并使用MultiTaskLasso、特征重要性和复相关系数三种方法对特征变量的重要程度进行了排序,也用"面积法"来平衡模型复杂度(特征个数)与预测精度,且通过线性回归给出了基于化学成分、制备工艺参数、夹杂物参数的解析表达式,对四种力学性能具有较好的预测能力.作为对比,本文还使用原子半径、价电子数和鲍林电负性等9种原子尺度特征替代9种元素特征后进行多目标机器学习建模和预测,计算结果显示原子尺度特征同样具备较好的预测能力.     

高分辨雷达距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器

本文提出了一种非高斯杂波中的距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器(RDST-GASD).采用了频率-慢时间子空间模型来描述宽带雷达回波信号序列.杂波的统计模型采用球不变随机向量描述,各距离单元内的杂波具有相同的归一化协方差矩阵和不同的功率(非均匀),并且假设可以得到只含有杂波的参考单元的数据以估计杂波的协方差矩阵.通过理论分析证明了RDST-GASD对杂波的功率和协方差矩阵都具有恒虚警的性质.对于宽带雷达,在相参处理时间内,目标回波通常存在越距离单元走动,RDST-GASD进行了距离对齐处理,从而实现了有效的相参积累,提高了检测性能.     

PDMiner:基于云计算的并行分布式数据挖掘工具平台

随着信息技术和互联网的发展,各种信息呈现爆炸性增长,且包含丰富的知识.从海量数据信息中挖掘得到有用的知识仍然是一个挑战性的课题.近几十年来,数据挖掘技术,作为从海量数据信息中挖掘有用信息的关键技术已经引起了广泛的兴趣和研究.但是由于数据规模的增长,以往的很多研究工作并不能有效地处理大规模数据,因此,开发设计或者扩展已有算法使之能处理大规模数据集,已经成为数据挖掘中非常重要的研究课题.近年来,基于云计算的数据挖掘技术研究已经成为一个热点话题,本文中我们研究开发一个基于大规模数据处理平台Hadoop的并行分布式数据挖掘工具平台PDMiner.在PDMiner中,开发实现了各种并行数据挖掘算法,比如数据预处理、关联规则分析以及分类、聚类等算法.实验结果表明,并行分布式数据挖掘工具平台PDMiner中实现的并行算法:1)能够处理大规模数据集,达到TB级别;2)具有很好的加速比性能;3)大大整合利用已有的计算资源,因为这些算法可以在由这些商用机器构建的并行平台上稳定运行,提高了计算资源的利用效率;4)可以有效地应用到实际海量数据挖掘中.此外,在PDMiner中还开发了工作流子系统,提供友好统一的接口界面方便用户定义数据挖掘任务.更重要的是,我们开放了灵活的接口方便用户开发集成新的并行数据挖掘算法.     

P2P环境下的基于多种用户共享行为的防污染方案

P2P环境下的文件污染问题威胁着系统的安全性和可用性,甚至可能导致系统消亡.当前的信誉机制和基于文件特征等防污染方案存在未考虑多种用户共享行为、难以获得大量原始数据和版本发布初期恶意欺骗等问题.本文首次发现用户共享习惯差异性、用户特别长时间保留个别文件等多种用户共享行为,并分析其对防污染方案的影响.提出了基于多种用户共享行为的防污染模型,减弱了多种用户共享行为干扰和版本发布初期恶意欺骗等问题.设计了结构化P2P网络下低开销的实现机制,自动收集大量用户共享文件信息,解决了难以获取大量原始数据的问题.文中还给出了系统参数配置方案.基于真实系统运行日志的模拟实验证明该方案能够准确、快速地区分出虚假文件,降低虚假文件下载次数,保证接近100%的真实文件下载比例,有效抵抗文件污染的攻击.     

涌现计算: 从无序掌声到有序掌声的虚拟现实

以音乐厅自发同步掌声作为研究对象，建立了一个描述复杂多个体系统集体行为的非线性涌现模型．基于这个模型，开发了一个仅仅依靠局部相互作用的涌现计算实验平台，揭示了涌现行为的不确定性和多样性．通过对多人鼓掌过程数据的分析，发现了观众的掌声在从无序转向同步过程中存在一个明显的临界区域，并得到了掌声同步的基本判据：若耦合系数c1和c2满足条件0．02≤C2≤0．965c1＋0．018，则掌声能够实现同步．     

大规模矢量地图与多分辨率DEM快速叠加的方法

高分辨率矢量地图数据与数字高程模型的无缝可视化,能增强两者在空间信息表达和分析中的作用.如何实现两者高精度实时无缝三维可视化是地理信息科学的一个重要研究内容.文中提出一种基于利用帧缓存和Voronoi图的方法,实现了大规模矢量地图的快速简化,并有效保持了简化前后拓扑关系的一致性,以此为基础建立了矢量地图的多细节层次模型,完成了视点相关多分辨率的叠加操作.此方法普适于各种DEM多分辨率模型,且可视化的性能不受地形数据集复杂度的影响,同时利用视景体裁剪和区域索引技术,降低了矢量地图数据规模对叠加效率的影响,使叠加耗时始终控制在一定范围内,从而实现了大规模矢量地图与多分辨率DEM无缝快速叠加显示.     

量子关联及其应用

量子关联是量子系统具有的一种重要的非经典性质,被普遍研究的量子纠缠就是量子信息处理中重要的量子关联.随着研究的深入,最近发现了很多不需要纠缠的非经典现象在量子信息中扮演了关键角色.文章介绍了基于量子失协及其相关的非经典量子关联,讨论了各种量子关联在量子信息模型中各种物理解释与应用.     

基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法

对航天遥感相机进行在轨检校,是提高卫星产品质量,扩大产品应用效果的重要技术内容.文中研究了一种基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法.该方法利用相机外方元素对于相机视向量夹角角度影响比较小的原理,根据地面控制点和一级产品图像,求解相机视向量夹角,从中提取相机光学部件的畸变模型参数,从而实现相机内外方元素解耦.相机畸变模型采用一维3阶多项式,对焦距和主点等引起的低阶误差能够很好地吸收.该方法用在HJ-1A/B卫星的宽幅盖CCD相机几何畸变校正上,检校误差残留在2—6个像元,和参考数据精度相似,表明取得了很好的校正效果.     

土石混合体变形破坏及细观机理研究的进展

土石混合体是一种特殊的工程地质材料,其非均质、非连续和非线性特征决定了土石混合体变形破坏及细观机理的复杂性,常规岩土力学的试验方法和分析理论难以应用.目前土石混合体变形破坏研究尚不深入,特别是对细观机理以及定量描述方法缺乏足够的认知,未形成系统的实验方法和理论分析体系.从现场原位试验、室内试验、结构模型和数值分析4个方面对国内外近些年来土石混合体研究进展进行综述,分析了目前研究存在的困难与挑战,探讨了未来发展方向.