最新刊期
      2023 年 第 22 卷 11 期

        专题：地球空间信息领域软件工程

      • 陶留锋,徐永洋,吴晔晖,陈占龙,吴亮,谢忠
        2023, 22(11): 1-8. DOI: 10.11907/rjdk.231961
        摘要：随着地球信息系统应用领域、应用模式的不断拓展，地球信息系统相关技术和软件日益发展，但仍存在全空间三维立体模型构建的效率问题、多种数据类型和复杂关系的整合难题、大规模多源异构数据的渲染等问题。为此，基于MapGIS平台，从全空间认知模型与可视化、大数据管理、智能分析、智能化制图4个方面重点阐述全空间地球信息系统的关键技术。从多粒度、多类型、多变化、多关联等角度对现实世界实体进行抽象，建模形成全空间的认知模型。从海量、多样、实时的特性出发，阐述全空间信息系统需要的大数据管理技术。从知识驱动、人工智能及数据科学计算的角度，阐述全空间智能分析技术。从智能化的角度，阐述全空间地图制图技术、MapGIS平台架构及其应用推广价值，为全空间地球信息系统平台技术的发展提供参考与借鉴。  
        关键词：全空间;地球信息系统;时空大数据;地理知识图谱;建模与可视化   
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        发布时间：2023-11-27
      • 邹秀珍,胡宇宸,朱长青
        2023, 22(11): 9-17. DOI: 10.11907/rjdk.231737
        摘要：地理信息作为国家基础建设的关键数据，对其进行版权保护的重要性不言而喻。然而，现有地理信息数字水印系统均基于Windows系统进行开发，无法实现软件的自主可控及满足在Linux操作系统上实现地理信息版权保护的需求。因此，基于开源的地理空间数据抽象库（GDAL），采用Java语言、Swing框架开发了适用于Linux系统的地理信息数字水印系统，并从系统设计、关键技术、系统实现等方面介绍系统及其实现细节。该系统由水印嵌入、水印检测、日志管理、权限管理4个部分组成，针对不同的地理信息数据格式分别设计了数字水印算法，在实现过程中解决了读写ESRI FileGeodataBase（FileGDB）数据的问题。实验表明，该系统的不可感知性强、算法鲁棒性较高，可抵抗常见的攻击，弥补了当前地理信息版权保护软件在Linux系统中的空白，真正实现了GIS软件的自主可控，为推动GIS软件国产化作出了积极贡献。  
        关键词：版权保护;地理信息;数字水印;软件设计;Linux操作系统   
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      • 陈根深,刘刚,陈麒玉,赵力行,向世泽,罗庆,张俊杰
        2023, 22(11): 18-28. DOI: 10.11907/rjdk.231777
        摘要：基于地质、物探、钻探、采掘和测量等多领域数字化信息的矿山生产，面临着空间数据集成与管理困难等重要挑战。为此，提出一种基于多源数据集成与WebGIS的三维矿山空间数据管理系统，其核心是利用地质、物探、钻探等数字化信息为支撑来构建统一的综合地质信息数据库，以实现空间数据、属性数据、模型数据以及时态数据的存储、转换、管理、查询、分析与可视化等功能。在实际应用中，通过整合三维实景模型、地质模型与地震数据模型，在此基础上融合多个系统形成的矿山生产管控数据，实现矿产资源勘探过程中地质信息的高效管理和数据共享，从而为矿山生产的决策与操作提供有力的技术支撑。  
        关键词：多源数据集成;数字矿山;WebGIS;三维可视化   
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      • 魏汝兰,王洪飞,盛森,江一帆,余亚芳
        2023, 22(11): 29-34. DOI: 10.11907/rjdk.231908
        摘要：为坚守18亿亩耕地红线，国家连续出台多项政策法规，坚决落实最严格的耕地保护制度，如何快速发现耕地变化是落实耕地保护制度的关键步骤。基于AI的卫星遥感影像变化检测方法以多时相变化检测为主，目前在理论层面取得较多突破，然而在实际落地应用中还存在一些难点。以工程化落地为目标，基于高分辨率卫星影像及年度变更调查成果数据，提出一种简易高效的耕地变化检测方法。利用融合多尺度特征的耕地语义分割模型（RABD）快速提取耕地图斑，经后处理与前一期耕地矢量图斑进行网格化擦除处理，得到疑似耕地减少图斑。并基于该方法封装成软件，可快速检测疑似耕地减少图斑，缩短人工作业时间约70%，为耕地保护工作提供了智能化技术选择。  
        关键词：耕地变化检测;违法占耕;深度学习;语义分割;高分辨影像   
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      • 贾丁,陈小红,周永贵
        2023, 22(11): 35-41. DOI: 10.11907/rjdk.231778
        摘要：全球卫星导航系统（GNSS）在地质灾害监测预警领域应用广泛，由其位移—时间曲线计算得到的改进切线角是滑坡监测预警模型中的重要判据。现有的改进切线角计算方法计算结果波动性大，匀速变形阶段速度选取随机性强，导致计算准确性和时效性较低。鉴于此，实现了一种改进的切线角算法，采用拉格朗日插值微分的五点法可将计算准确度提升77.33%。同时，通过匀速阶段判识方法和设置速度更新条件，实现了切线角的动态实时计算，为滑坡监测预警提供实时、动态判据，提高了滑坡监测预警实用性。  
        关键词：GNSS;切线角;位移—时间曲线;滑坡;监测预警   
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      • 陈宋彬,胡聪,汪军勇,成雨阳
        2023, 22(11): 42-48. DOI: 10.11907/rjdk.231731
        摘要：政务信息资源共享在降低信息重复采集成本和提高信息共享效率方面发挥了重要作用。然而，目前政务信息资源共享面临着跨领域实体互认问题导致的数据整合覆盖度不高与低效等问题。为解决这一问题，提出一种基于城市数字化标识的政务信息资源整合模式，旨在构建跨领域数据融合与共享的新框架，利用城市数字化标识技术对城市内部的人、事、物等要素进行唯一标识与管理，通过“码+链”的优势互补实现跨领域数据标识的唯一性、安全性和可共享性。通过分析政务信息资源整合的两种常见模式，提出基于城市数字化标识的一数一源、源头治理、数据整合驱动业务整合模式的设计与实现过程。该模式融合了人、房、企、时间、空间等关键要素，通过数据汇聚融合、共享开放与开发利用支撑市场监管、社会管理、公共服务等多个领域的政务。实际应用案例验证了该模式可实现政务信息资源的有效整合，从而提高部门间的协同效率。  
        关键词：电子政务;政务大数据;地理信息;数据融合;数据共享;社会治理   
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      • 明梓,刘伟,李旸,崔俊杰,刘刚,李佳惠,雷梦婷
        2023, 22(11): 49-56. DOI: 10.11907/rjdk.231773
        摘要：区域查询技术是面向城市地理空间大数据GIS系统的一个重要组成部分。在面对多中心、非均匀分布的城市地理空间数据时，相较于传统树形结构的R-tree索引，MVD索引通过多层网络结构有效避免了节点重叠带来的空间查询算法效率低下问题，然而原生MVD索引无法直接支持非点型空间对象的区域查询。针对该问题，首先根据点—质心—对象整体的映射关系设计一种基于MVD索引的非点型空间数据管理方案，并基于该方案利用空间对象最小外包圆的边界扩展技术实现了一种可靠的空间区域查询算法MVD-Polygon；然后根据空间对象尺度分布特征提出一种用于提高区域查询算法效率的的分级索引构建策略；最后在MVD索引的基础上形成了一套面向城市地理空间非点型数据的高性能区域查询技术框架MVD-Polygon-Grade。实验结果表明，与基于R-tree索引的主流区域查询算法Multi-step相比，MVD-Polygon-Grade在城市地理空间查询场景中具有更高的运行效率，充分证明了所提技术框架的可行性与实用性。  
        关键词：非点型空间对象;MVD索引;区域查询   
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      • 齐向明,叶松发
        2023, 22(11): 57-64. DOI: 10.11907/rjdk.231584
        摘要：绝缘子掉串实时检测对保障高压电力输送稳定性与及时处理故障具有重要作用。为此，提出一种基于轻量化YOLOv5-GCDNet的航拍绝缘子掉串检测方法。首先，采用幻象卷积和倒残差结构，设计新型特征提取网络GCDNet，以降低YOLOv5目标检测网络中的计算复杂度，以提高检测速度，同时提取更丰富的目标特征；其次，结合自适应上采样优化特征融合网络，提高模型检测精度；最后，添加激励因子α-IoU加速目标框损失值收敛以提高检测效率。分析实验结果可知，该轻量化YOLOv5-GCDNet模型的平均检测精度为93.6%，检测速度为68FPS，且模型参数量为3.7M，优于其他主流检测算法，该方法可为绝缘子掉串检测提供技术参考。  
        关键词：掉串绝缘子;缺陷检测;YOLOv5;幻象卷积;倒残差;自适应上采样   
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      • 董晨,郑禄,于舒,饶白云
        2023, 22(11): 65-70. DOI: 10.11907/rjdk.231470
        摘要：遥感图像中存在大小不一的地物，因此具有多尺度特性。现有变化检测方法大多采用多尺度分割以获得更完整、丰富的局部特征，但忽略了非局部位置特征（全局上下文信息）的重要性，导致提取特征差异化表示较弱。为了解决该问题，提出一个基于上下文感知与多尺度注意力的孪生网络SPAN。在特征提取模块，使用孪生金字塔结构提取不同尺度的特征进行融合以获取鲁棒性更强的特征；在注意力增强模块，引入一个结合全局上下文的金字塔分割注意力模块PSG，以进一步提取目标特征并增强差异化表示。实验表明，所提模型相较于现有模型，在变化检测标准数据集CDD和LEVIR-CD上的F1分别达到0.944、0.812。消融实验表明，PSG相较于传统的多尺度注意力，能充分提取具有判别性的特征，证明了全局上下文信息对变化检测任务的重要性。  
        关键词：变化检测;孪生;多尺度;注意力;全局上下文   
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      • 廖旋芝,邱骞,熊显名
        2023, 22(11): 71-78. DOI: 10.11907/rjdk.231756
        摘要：针对目前暂无专门利用卫星遥感影像分析浅海水深软件的问题，研究了一种基于IDL的浅海遥感水深反演软件，能够快速、准确地反演浅海水深。首先分析了国内外卫星遥感水深反演的理论研究以及水深反演专业软件现状，在此基础上依托IDL语言，设计并实现涵盖输入显示、水深反演、输出保存和其他辅助功能在内的浅海遥感水深反演软件。采用新竹市南寮附近海港的IKONOS和南沙群岛中鸿庥岛的GeoEye-1卫星影像分别进行绝对水深和相对水深反演。绝对水深和相对水深反演下的各项评价指标：R2分别为0.996 7、0.989 7，RMSE分别为0.572 6 m、1.076 1 m，MRE分别为6.659 3%、 5.496 2%，MAE分别为0.479 2m、0.659 2m，可见水深反演精度良好，软件稳定性较高，可快速、准确地实现浅海遥感水深反演，软件具备一定的推广性。  
        关键词：反演软件;水深反演;浅海遥感;IDL   
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      • 吴亮,宋振振,陈占龙,周琪,郭明强,刘郑
        2023, 22(11): 79-84. DOI: 10.11907/rjdk.231614
        摘要：在智能化时代背景下对地理空间信息软件人才培养模式进行研究与实践，提升学生综合能力以应对智能化时代日益复杂的现实问题，从而满足现代地理空间信息软件研发对人才能力和素质的要求。通过建设教研一体化跨学科教学平台，构建人工智能与地理空间信息工程专业相结合的课程新结构，以及建立智能化、多维度、重实践的教学创新模式，通过多学科融合的培养模式促进交叉学科人才培养。研究表明，学科建设与人才培养相辅相成，在智能化时代下开展地理空间信息软件人才培养模式探索对于学科建设而言机遇大于挑战。亟需明确学科建设目标、优化人才培养方案、丰富课程实践资源建设，使得学科实践成果可满足教学改革、学风建设、创新实践以及面向地理空间信息软件领域卓越工程师培养的需求。  
        关键词：智能化时代;地理空间信息软件;学科建设;人才培养模式;教学创新模式   
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        发布时间：2023-11-27

        人工智能

      • 张银胜,单慧琳,何秉坤,郭子民
        2023, 22(11): 85-90. DOI: 10.11907/rjdk.231133
        摘要：针对机器学习课程要求，结合电子信息类目标检测实际工程问题，提出一种基于深度学习的目标分拣教学实验系统。通过Jetson Nano识别、分类摄像头拍摄的目标，利用控制芯片对目标当前位置进行三维坐标转换，并控制机械臂进行抓取、分拣。同时，改进YOLOv3目标检测算法，利用MobileNetV2代替特征提取网络以减少特征尺度，将调整后的Focal loss损失函数替换YOLOv3的损失函数，并将锚点框聚类算法替换为K-Means++。实验表明，改进后算法的平均准确率提升23.4%，平均检测时间减少9.35 ms，检测精度和速度得到显著提升，可满足深度学习、机器视觉等先进技术的实践教学要求，有助于提升学生的创新与实践能力。  
        关键词：实验系统;深度学习;目标分拣;机械臂;Jetson Nano   
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      • 谭小辉,祁正华,张海桃,何菲菲
        2023, 22(11): 91-97. DOI: 10.11907/rjdk.222448
        摘要：针对现有基于邻域的会话推荐方法忽略了整个会话的一般偏好、当前偏好以及匿名用户误点行为等问题，提出一种基于邻域与位置时间感知的会话推荐方法。该推荐方法考虑了3个因素，分别是项目在当前会话中的持续时间及位置、会话之间的时间相关性和邻居会话中候选项目的持续时间及位置。在Globo.com和Adressa两个公共新闻数据集上将该推荐方法与基准方法进行对比实验，结果表明，与表现最好的基准方法相比，该推荐方法在HR@20和NDCG@20指标上均有所提升。特别是在Globo.com数据集上，HR@20和NDCG@20指标分别提升了4.3%与7.0%，表明该方法能有效提升推荐效果。  
        关键词：会话推荐;位置感知推荐;时间相关性;误点行为   
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      • 郑馨怡,张宇山
        2023, 22(11): 98-103. DOI: 10.11907/rjdk.231634
        摘要：现有推荐模型经常优先考虑推荐准确度而忽略推荐多样性和新颖性，导致推荐结果类型单一且不可避免地被流行项目占据。鉴于此，提出一种重排序模型，该模型在原有推荐模型基础上加入项目流行度和用户偏好，通过调节补偿分数的大小以控制用户最终TOP-K推荐列表新颖项目的比例，达到提高用户个性化推荐列表多样性的效果。通过在公开数据集的实验结果表明，该模型的ILS指标与传统方法相比分别降低了79.96%和7%，Novelty指标分别降低了0.73%和2.11%，有助于降低用户的列表内相似度，增加推荐新颖性。  
        关键词：推荐系统;多样性;重排序;项目流行度;推荐新颖度   
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        发布时间：2023-11-27
      • 于潇雪,韦建文,张战炳,高亦沁,林新华,周云,周衍晓
        2023, 22(11): 104-109. DOI: 10.11907/rjdk.231905
        摘要：机器学习方法在预测作业运行时间中被广泛采用，但在实际使用中，算例数据收集、预测方法选择、作业特征提取、小样本数据预测准确度提升等，仍是亟待解决的问题。以上海交通大学校级计算教学平台使用负载中占比相当大的高斯应用为例，基于SLURM作业调度系统的前后处理机制设计了高斯算例收集系统，评估了不同机器学习方法结合不同特征采集方式对于预测作业运行时间的适用性。最终，在5 314个样本数据集上，基于决策树和深度神经网络结合Text-CNN提取特征及加入库伦矩阵F范数的方法分别获得71.87%和84.93%的准确度，优于传统支持向量机方法；在仅有118个样本的小数据集上，使用迁移学习方法复用预训练参数分别获得65.2%和63.3%的准确度，优于从零开始训练的方法；使用Text-CNN能够避免one-hot编码导致的稀疏矩阵特征且拓展性更强；引入库伦矩阵F范数对提高准确度发挥了重要作用。  
        关键词：机器学习;计算教学平台;作业调度系统;运行时间;高斯应用   
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        发布时间：2023-11-27

        计算机软件与理论

      • 张文杰,高国琴
        2023, 22(11): 110-117. DOI: 10.11907/rjdk.222431
        摘要：针对喷砂除锈并联机构喷枪末端存在的射流反作用力非匹配干扰问题，提出一种结合扩张状态观测器的并联机构抗非匹配干扰自适应反步滑模控制方法。首先利用并联机构杆长约束及几何关系，采用解析法对Stewart六自由度并联机构进行运动学分析，并采用拉格朗日法建立具射流反作用力非匹配干扰喷砂除锈并联机构的动力学模型；然后设计扩张状态观测器实现对非匹配干扰的在线估计，在反步设计过程中基于非匹配干扰估计值设计中间虚拟控制量，以对并联机构系统的非匹配干扰进行补偿，通过设计自适应律动态调整滑模控制切换增益，以达到抑制滑模控制抖振的效果。通过仿真与实验验证，结果表明，该方法能够使喷砂除锈并联机构在喷砂射流反作用力强烈干扰下具有良好的系统鲁棒性和轨迹跟踪效果。  
        关键词：并联机构;非匹配干扰;扩张状态观测器;反步法;滑模控制   
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      • 孙啸天,曾庆军,尚乐,刘子豪,戴晓强
        2023, 22(11): 118-122. DOI: 10.11907/rjdk.222440
        摘要：针对研发的“探海I型”自主水下机器人在复杂环境下推进器易出现故障的问题，提出一种基于推力分配的自主水下机器人推进器容错控制方法。首先，建立大地坐标系与运动坐标系描述空间六自由度自主水下机器人的动力学模型，并在此基础上设计反步滑模运动跟踪控制器，结合Lyapunov稳定性判据证明该系统的渐近稳定性；然后，根据不同故障类型和故障程度重构推力分配模型，对故障推进器损失的效率进行补偿。仿真结果表明，该方法能使AUV的实际运动轨迹趋于期望轨迹运行，高效地实现了AUV的精准运动跟踪，当推进器出现故障时可在短时间内补偿AUV故障造成的推力损失，使AUV回到期望路径上继续进行水下作业任务。  
        关键词：自主水下机器人;推力分配;反步滑模;容错控制   
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      • 陈继伟,包长春,赵子恒
        2023, 22(11): 123-128. DOI: 10.11907/rjdk.222449
        摘要：针对A*算法在无人机物流配送环境下，路径规划存在地图庞大导致运算内存消耗大、计算时间长等问题，提出一种改进A*算法。该方法包括融入跳点搜索算法搜索策略、设计起点搜索方法、改进算法启发函数，通过构建不同尺寸的地图对A*算法、跳点搜索算法、改进A*算法进行仿真分析。结果表明，改进A*算法保持了A*算法的最优路径，搜索时间相较于A*算法平均减少90%，相较于跳点搜索算法平均减少55%，证实了改进A*算法的高效性和可行性。  
        关键词：物流配送;路径规划;A*算法;跳点搜索算法;最优路径   
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        发布时间：2023-11-27
      • 陈志刚,郑申文,沈跃
        2023, 22(11): 129-132. DOI: 10.11907/rjdk.222270
        摘要：针对永磁同步电机低速运行时存在的转矩脉动问题，提出模糊分数阶PID型迭代学习控制策略。首先，分析永磁同步电机转矩脉动的来源并建立数学模型。然后，在迭代学习控制基础上，为解决控制器调节范围有限的问题，提出分数阶PID型迭代学习控制方案，将微积分阶次由整数扩展至任意实数，并为解决参数选取困难的问题引入模糊控制理论，实现对控制器参数的实时在线调节。实验表明，所提控制算法能有效抑制输出转矩脉动，提高控制系统的动态性能与稳定性，呈现出更强的抗干扰性能，以期为解决永磁同步电机转矩脉动问题提供新的方法与思路。  
        关键词：永磁同步电机;迭代学习控制;分数阶;模糊控制;转矩脉动   
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        发布时间：2023-11-27
      • 黄永国,陈小红,孙福佳,林晓佳,赵浩男
        2023, 22(11): 133-140. DOI: 10.11907/rjdk.222379
        摘要：超声手术刀在工作过程中由于超声换能器的声阻抗变化、自身发热等情况导致其谐振频率产生漂移，驱动信号的频率难以准确地工作在换能器的谐振频率处，从而导致超声换能器停震或损坏。为解决上述问题，采用等效电路法分析超声换能器的谐振频率特性，设计基于FPGA的频率跟踪方法实时跟踪超声换能器的谐振频率。首先利用DDS产生频率可调节的驱动信号，然后设计相位检测模块实时检测换能器电流和电压的相位差，同时为了提高跟踪效率，通过PID算法进行控制以实现频率跟踪。实验结果表明，所设计的频率跟踪方法可以快速实现频率跟踪，跟踪误差保持在±2Hz内，避免了跟踪过程中出现的反谐振频率跟踪和失锁等问题，具有响应速度快、鲁棒性强等优点。  
        关键词：超声换能器;DDS;谐振频率;相位检测;PID;FPGA   
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        发布时间：2023-11-27

        软件设计、开发与应用

      • 张建兵,陈从磊,连远锋,严泽枭
        2023, 22(11): 141-147. DOI: 10.11907/rjdk.231704
        摘要：为满足海洋环境作业模拟与水下安装应用需求，将Vortex与Vega Prime虚拟现实平台相结合构建实时动力学虚拟仿真环境，通过对作业环境、管汇、绳索、吊钩、导向桩、ROV机器人进行物理属性与几何属性建模，设计并实现了水下管汇安装虚拟仿真训练系统。实验运行结果表明，该系统具有高度物理真实感的实时动力学仿真效果，实现了水下管汇安装全过程仿真，沉浸感强，交互效果好，可满足水下管汇安装的训练需求；同时实现了多台联合操控管汇水下安装训练仿真，增强了训练的真实感，为水下作业提供了高度可靠的仿真平台。  
        关键词：水下管汇;虚拟仿真;Vortex;Vega Prime;训练评价   
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        发布时间：2023-11-27
      • 赵浩男,陈小红,孙福佳,林晓佳,黄永国
        2023, 22(11): 148-154. DOI: 10.11907/rjdk.222370
        摘要：超声手术刀在工作过程中，对能量发生器控制系统的实时性和稳定性有着较高要求。针对这些要求，设计一种基于DSP的超声刀能量发生器控制系统，该系统以主频达200 MHz的TMS320F28377D为主控芯片，通过芯片的ePWM模块、IIC模块、SPI模块和SCI模块完成对供电电路、驱动电路、反馈电路和人机交互系统的控制，产生驱动超声刀工作的正弦交流信号，调用CLA对采样信号进行运算并执行PID控制程序，完成对整个能量发生器系统的闭环控制。相比于数据运算和控制功能全部由CPU完成的MCU控制系统，协同使用CPU和CLA的控制系统运算速度更快、控制周期更短。采用恒定输出电流的功率控制策略，可最大限度地提高超声刀工作的稳定性，实现通过屏幕控制系统，并将系统的电压信号、电流信号等参数实时显示到屏幕上。  
        关键词：超声刀;能量发生器;DSP;嵌入式;控制系统   
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        发布时间：2023-11-27
      • 胡翰文,薛萌,郭汉明
        2023, 22(11): 155-160. DOI: 10.11907/rjdk.222351
        摘要：根据532 nm、633 nm、785 nm和1 064 nm 4种波长激光照射到物质上的拉曼光谱采集需求，设计了四通道拉曼光谱仪的主控系统。该系统采用Hamamatsu公司的S11511-1106型面阵CCD和G14237-512WA型线阵铟镓砷图像传感器作为光电转换器；将STM32F407作为控制芯片，实现四通道图像传感器、四通道激光器和四通道电机的控制；利用FPGA实现图像传感器的驱动、A/D模数转换以及光谱数据采集；通过串口将数据传输到电脑端上位机显示。经实验测试，上位机端光谱信号显示准确，可以实现光谱的单次或连续采集；影响光谱成像的电压误差稳定在1.5%以内，纹波系数控制在2%以内。该系统实现了四通道光谱数据采集和传输，可以拓展到其他像元器件设计中，具有一定应用价值。  
        关键词：STM32;FPGA;CCD;铟镓砷图像传感器;多通道光谱仪   
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        发布时间：2023-11-27

        图形图像处理

      • 姜立豪,刘星桥,李长峰,陈辉,马腾,赵德安
        2023, 22(11): 161-167. DOI: 10.11907/rjdk.222161
        摘要：针对多工件检测中的单工件分割环节出现的欠分割和过分割问题，提出一种基于相邻工件区域识别的改进欧式聚类分割方法。首先将采集的点云直通滤波以获得感兴趣区域；然后基于离群点判定、法向量夹角和密度聚类的区域识别算法识别相邻工件区域；最后结合基于K近邻的自适应欧式聚类分割点云。结果表明，所提方法的分割精度在95%以上，能准确从场景中分割出单工件的感兴趣区域，并且分割效果较为稳定，可为后续的工件缺陷检测工作奠定基础。  
        关键词：机器视觉;欧式聚类;点云分割;聚类分割   
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        发布时间：2023-11-27
      • 许鸿奎,郭文涛,李振业,郭旭斌,赵京政
        2023, 22(11): 168-173. DOI: 10.11907/rjdk.222339
        摘要：针对轻量化网络结构从特征图提取有效语义信息不足，以及语义信息与空间细节信息融合模块设计不合理而导致分割精度降低的问题，设计一个深度融合空洞金字塔和一个语义融合模块，以进一步提取语义信息并进行深度融合。主干网络中采用双分支深度融合网络，通过设计的深度融合空洞金字塔结构进一步提取信息，在空间信息与语义信息融合的过程中，采用语义融合模块将深层次的语义信息与浅层次的空间信息进行自底向上逐步融合的方式，从而提高网络语义分割性能。最后，将所设计的网络结构在城市景观数据集上进行实验，取得了77.6%的平均交并比，对比其他网络结构，其能够有效提高分割结果。  
        关键词：轻量化网络;双分支网络;空洞金字塔;信息提取;深度融合   
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        发布时间：2023-11-27
      • 程泽华,韩俊英
        2023, 22(11): 174-179. DOI: 10.11907/rjdk.222427
        摘要：当前YOLOv5算法在口罩识别检测任务中，当光线昏暗时会出现个别目标无法正确识别，同时也存在网络参数量大、在移动设备上运行速度慢的问题。对比通过将空间可分离卷积和深度可分离卷积进行自适应特征融合，设计一种融合注意力的SDC模块，其减少了网络模型的参数量，增强了网络的特征提取能力，提高了模型检测精度。使用随机遮挡和自适应对比度的数据增强方法，模拟了实际场景中存在目标遮挡或光线昏暗等现象。选用SIoU Loss作为边框回归损失函数，提高了网络训练速度和推理准确性。实验结果表明，相较于原始的YOLOv5算法，其平均精度均值（mAP）提高了1.3个百分点，检测帧率（FPS）提升约140%，能够更好地满足口罩检测任务的准确性和实时性。  
        关键词：口罩检测;检测帧率;SIoU Loss;YOLOv5;光线昏暗   
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      • 景亮,鲍致远
        2023, 22(11): 180-185. DOI: 10.11907/rjdk.222506
        摘要：针对无人农机在复杂果园环境中检测障碍物存在实时性、精确性不足的问题，提出基于YOLOv4改进的Ghost-CA-YOLOv4果园障碍物检测算法。选用轻量化网络GhostNet作为主干特征提取网络，在GhostNet中引入注意力机制（CA）对空间信息和通道信息进行融合，提升目标关注度。同时，使用Soft-CIoU-NMS算法增强在目标密集或重叠时的检测效果。自制的果园障碍物数据集实验表明，所提算法的mAP值达到90.75%，在检测精度保持不变的情况下，模型大小压缩为传统YOLOv4模型的18.24%，FPS为45，可更好地为无人农机作业提供安全保障。  
        关键词：深度学习;目标检测;GhostNet;注意力机制;Soft-CIoU-NMS   
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        发布时间：2023-11-27

        计算机人才与教育

      • 张涛,李春欣,胡萍,王佳慧
        2023, 22(11): 186-193. DOI: 10.11907/rjdk.231738
        摘要：网络学习空间为在线学习的顺利开展提供了实践场域。学习行为反映了学习者在网络学习空间中的学习路径和过程，群体学习行为作为在线协作学习过程的具体表现，成为学习分析技术探索群体学习行为路径显形化及行为路径与学习效果关系的重点关注领域。为此，以网络学习空间中的学习行为为研究对象，综合运用内容分析、社会网络分析、滞后序列分析及相关性分析方法探索群体的整体社会网络结构，学习行为转换模式、特征及对学习效果的影响。研究结果表明，网络学习群体的社会网络结构松散，需要激发不同学习群体的内在动力；群体交互行为以浅层交互结构为主，应注重交互质量的提升；不同学习群体的行为序列差异明显，且呈现出一定的规律；群体学习行为对学习成绩具有正向显著影响。  
        关键词：网络学习空间;不同学习群体;学习行为;行为序列分析;学习成绩   
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        发布时间：2023-11-27
      • 陶锴,王强,郑伟
        2023, 22(11): 194-198. DOI: 10.11907/rjdk.231011
        摘要：在传统虚拟仪器教学方式下，学生易出现兴趣度低、应用性缺乏等问题。为满足新工科背景下信息技术类专业人才培养要求，提出基于“三要素三模块二重点”的线上线下混合翻转创新教学方法，该方法充分利用了线上与线下的教学优势资源，能够提高学生学习积极性和参与感，获得良好的教学效果。  
        关键词：虚拟仪器;翻转课堂;线上线下;混合教学   
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        发布时间：2023-11-27
      • 祁俊,刘志强,李鑫丽,刘萍,任洋甫,祝小兰
        2023, 22(11): 199-204. DOI: 10.11907/rjdk.231865
        摘要：针对生源地学生水平差距大、教学重难点聚焦不足等问题，以数据库应用基础课程线上—线下混合式教学产生的过程数据为分析对象，从教学重难点划分、分层次教学、学生学习预警3个角度进行科学合理的课程教学设计。问卷调查结果显示，学生教学反馈良好，为今后更加深入地利用教学过程数据进行课程改革奠定了基础。  
        关键词：混合式教学;教学过程数据;数据分析;教学设计   
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      • 吴娜,葛敏
        2023, 22(11): 205-211. DOI: 10.11907/rjdk.231688
        摘要：在现代教学情境中，学生个性化数据的描述、评测、存储和使用等困境，成为阻碍因材施教教育理念较为完整贯彻和大规模实施的主要障碍，从而使得高质量、个性化的教育目标难以有效达成。数字孪生技术在教育领域的植入可以为教育过程构建对应的四维虚拟模型，并针对物理实体进行状态仿真和行为分析，从而为教师提供较为完善的教育过程施教模拟和反馈机制，以便教师依据为每一位学生构建的个性化学习模型进行针对性教学。  
        关键词：因材施教;数字孪生;个性化学习模型   
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        发布时间：2023-11-27
      • 冯玲,冯斌,段西强,张雷,张国锋
        2023, 22(11): 212-218. DOI: 10.11907/rjdk.231807
        摘要：针对地方本科院校计算机类专业网络安全技术课程教学中存在的问题，基于应用型人才培养需求分析该课程教学研究现状，探讨其在工程教育和新工科背景下的教学理念，同时制定以校企融合为抓手，共同挖掘教学痛点、构建教学体系、修订教学大纲、重塑教学内容、混合教学模式、联合教学方法、综合教学评价等一系列改革措施。教学实践表明，学生的知识水平和实操能力均有所提升，为其他同类课程教学改革提供了可参考的示范经验。  
        关键词：网络安全技术;课程改革;校企融合   
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      • 汪晨,刘永贵
        2023, 22(11): 219-225. DOI: 10.11907/rjdk.231904
        摘要：以ChatGPT为代表的生成式人工智能掀起了新的技术浪潮，以生成式人工智能的应用为切入点，探讨一种基于生成式人工智能的教师自主学习模式。通过分析生成式人工智能在成人自主学习领域的优势，说明其应用于教师专业发展中的可行性。围绕教师自主学习过程，立足成人学习理论，结合齐莫曼自主学习理论模型，从前瞻阶段、表现阶段以及自我反思阶段分析生成式人工智能在教师自主学习中可以提供的帮助。生成式人工智能能够在学习前帮助教师设定学习目标、提供个性化资源和推荐学习策略，在学习过程中进行指导、回答问题和提供建议，以及在学习后帮助教师评估学习效果、进行自我反思和规划进一步学习行动。最后强调了生成式人工智能作为一种辅助工具的重要性，强调教师应积极参与自主学习过程，并认识到人工智能的可能性和局限性。  
        关键词：生成式人工智能;ChatGPT;教师自主学习;自主学习模式   
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      • 李香菊,操凤萍,谢修娟,王梦晓
        2023, 22(11): 226-230. DOI: 10.11907/rjdk.231652
        摘要：按照“金课”建设标准，对Java程序设计课程进行改革，构造“价值塑造、知识传授、能力培养”三位一体的教学资源，以达成应用型本科计算机专业应用系统能力的培养目标。在教学改革过程中，选择恰当的切入点，融入课程思政，对学生进行价值引领；注重学生计算思维的训练，使其奠定坚实的专业知识基础；通过设计贯穿全课程的实践案例，加强学生对计算机应用系统的理解，使其具备系统设计和实现能力，以提升学生对复杂工程问题的分析能力和解决能力。  
        关键词：Java程序设计;金课;课程思政;应用系统能力;计算思维   
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      • 徐丰羽,王强,尹海涛,丁洁
        2023, 22(11): 231-234. DOI: 10.11907/rjdk.222404
        摘要：智能制造大环境下人工智能、云计算等新技术的深入发展促进了我国产业快速转型升级，对信息类高校的人才培养也提出了新要求。产教融合是新工科背景下信息类高校发展的重要途径，是有效推进教育链、人才链与产业链、创新链衔接融合的重要手段。结合人工智能产教融合专业建设需求，围绕“创新型、综合化、全周期”的工程教育新理念，提出信息类高校人工智能专业建设的总体思路和产教融合教学改革方案，旨在加强人工智能产教融合专业建设，培养从事人工智能系统设计、开发、应用和管理的高素质专业人才。  
        关键词：人工智能;产教融合;专业建设;课程体系   
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      • 吕佳,曾梦瑶,彭港建
        2023, 22(11): 235-240. DOI: 10.11907/rjdk.222284
        摘要：以某医科大学的智能医学工程专业为例，探索地方高校人工智能专业课程体系建设路径。从地方高校自身其他特色专业出发，以计算机专业课程知识为基础，交叉学科背景为能力提升，专业素养与实践能力为抓手，夯实学生计算机专业课程的同时，将人工智能与其他专业学科结合，制定合理有效的课程体系，以满足国家和地方发展需求。采用文献分析、实地调研和专家访谈等方法，对某医科大学智能医学工程专业的课程体系进行了梳理和完善。研究结果表明，通过合理设计和整合课程，可以提高学生的人工智能专业素养和实践能力，可为地方高校培养人工智能专业人才提供有价值的参考与指导。  
        关键词：人工智能;地方高校;课程体系;人才培养   
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      • 陈梦婷,熊师洵
        2023, 22(11): 241-245. DOI: 10.11907/rjdk.222331
        摘要：专业课程是思政教育建设的基本载体，对实现“三全育人”的目的具有重要意义。针对当前专业课程思政元素挖掘不够深入、思政教育效果不明显等实际问题，以无线定位技术课程为示范，基于工程教育专业认证标准，结合学科和专业特色，设计无线定位技术课程思政与专业认证协同育人机制，分别从教学内容、教学方法与评价形式几方面开展课程思政教学改革工作，全面梳理课程中的思政教育元素，重塑教学内容和教学过程，以期在潜移默化中实现育人目的。  
        关键词：课程思政;无线定位技术;专业认证;协同育人;教学改革   
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      • 严大虎,姚静
        2023, 22(11): 246-252. DOI: 10.11907/rjdk.222432
        摘要：依托STEM教育跨学科的优势发展学生的工程设计思维，已经成为STEM教育与工程教育共同追求的核心目标。然而在当前的STEM教学中，基于工程设计展开的教学模式大多刻板遵循流程，致使学生停留于机械操作与简单模仿层面，缺乏创新意识。为解决这一现实困境，在梳理工程设计思维内涵及相关研究述评的基础上，通过厘清工程设计思维与工程设计的内在联系，探讨逆向工程与工程设计整合的优势，将工程设计、STEM学科内容和逆向工程教学法相结合，提出面向工程设计思维培养的STEM教学模式。该模式旨在帮助学生树立自上而下的工程探索视角，使其在“需要知道”和“需要做”的内外部双循环过程中感知问题、解决挑战性任务、实现产品创新。同时根据该模式设计并实施了手持小风扇改造案例，验证了其对学生工程设计思维培养的正向促进作用。  
        关键词：工程设计思维;逆向工程;工程设计;STEM教学模式   
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        发布时间：2023-11-27
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