Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2015 Vol.16 No.10 P.805-898

<<< CONTENTS >>>

Computer & Automation

Time-series prediction based on global fuzzy measure in social networks

Li-ming Yang, Wei Zhang, Yun-fang Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1500025 Downloaded: 2157 Clicked: 6048 Cited: 2 Commented: 0(p.805-816) <Full Text> <PPT> 1671

Chinese summary <26> 基于社会网络整体模糊化度量的时序预测方法

目的：面向真实世界的时序社会网络，实现基于其复杂关系不确定性的模糊化模型的建立，同时实现网络整体模糊化度量的时序预测。
创新点：提出一种基于节点相似度的社会网络模糊化方法，并对网络模糊密度与模糊中心势进行预测，实现模糊网络的度量预测。
方法：首先，考虑真实社会网络普遍存在的不确定性因素，提出一种基于网络节点相似度的模糊化方法，通过用模糊关系代替传统关系，可以将传统的社会网络转化为模糊的社会网络（图2）。然后，针对需要观测的网络密度及中心势两个整体度量（图1），同样根据网络的模糊化方法的定义可以得到网络模糊密度及模糊中心势。最后，结合模糊马尔可夫链模型，通过调整模糊度量的隶属函数以及模糊状态划分，来预测模糊度量变化并分析网络演化趋势。
结论：针对真实的社会网络，提出一种社会网络的模糊化方法，实验说明了模糊网络可以比传统网络更好地描述网络演化过程。

关键词组：时序网络；模糊网络；模糊马尔可夫链

Beyond bag of latent topics: spatial pyramid matching for scene category recognition

Fu-xiang Lu, Jun Huang

DOI: 10.1631/FITEE.1500070 Downloaded: 2197 Clicked: 5648 Cited: 2 Commented: 0(p.817-828) <Full Text> <PPT> 1765

Chinese summary <21> 超越隐主题包模型：针对场景类别识别的空间金字塔匹配

目的：随着智能手机、数码相机的普及和互联网的高速发展，基于内容的场景类别识别对于图像数据库标注和检索具有重要意义。在场景类别数目比较多的情况下，本文基于概率隐语义分析（pLSA）和自适应提升（AdaBoost）算法，实现一种鲁棒的场景类别识别算法。
创新点：记录pLSA学习得到的主题的位置关系，提出金字塔主题直方图；在词包（bag-of-words）模型中采用不同的兴趣点提取算子和不同的局部区域描述符，实现异质金字塔单词直方图，显著提升场景识别准确率；提出一种两级多分类算法。
方法：利用期望最大化（EM）算法计算图像或图像块的pLSA主题分布，通过空间金字塔（SP）记录主题之间的大致位置关系；通过对兴趣点提取算子和区域描述符的比较研究，在词包模型中选用稠密兴趣点提取算子和六种区域描述符，从而得到六个金字塔主题直方图用来表示图像；为充分利用各异质金字塔主题直方图信息，先用AdaBoost选取分辨能力强的主题并计算测试图像的后验概率，再由prod-max融合规则确定测试图像的类别。
结论：对于特定的兴趣点提取算子和特定的区域描述符，金字塔主题直方图对所有基准图像库的场景识别率均高于标准pLSA主题直方图；融合各异质金字塔主题直方图显著提高了场景类别识别率。

关键词组：场景类别识别；概率隐语义分析；词包；自适应提升

Deformable image registration with geometric changes

Yu Liu, Bo Zhu

DOI: 10.1631/FITEE.1500045 Downloaded: 2169 Clicked: 5382 Cited: 0 Commented: 0(p.829-837) <Full Text> <PPT> 1665

Chinese summary <22> 带有几何形变的变形图像配准

目的：几何形态的变化为变形图像配准带来了许多障碍。本文提出一个用以描述几何形变的数学模型，可以在变形图像配准中实现源图像与目标图像之间的平滑变换。
创新点：提出一个新的图像配准模型，可以显著抑制局部几何形变对图像配准的影响并极大地提高配准准确性。
方法：本文提出的配准模型中主要引入一个可以将几何形变区域正则化的L1范数。这一稀疏诱导范数可以通过抑制局部变换来实现平滑的全局变换。为保证算法的稳定性和快速收敛，文本对算法的数值解进行了详细讨论。
结论：通过将算法应用于真实采集的外伤性脑损伤图像，验证了算法的实用性和有效性。实验显示使用本文所提算法对目标图像进行的重建比使用普通的弹性配准模型具有更高的准确性。

关键词组：几何形变；图像配准；稀疏性；创伤性脑损伤

Controllability analysis of second-order multi-agent systems with directed and weighted interconnection

Di Guo, Rong-hao Zheng, Zhi-yun Lin, Gang-feng Yan

DOI: 10.1631/FITEE.1500069 Downloaded: 2279 Clicked: 6147 Cited: 0 Commented: 0(p.838-847) <Full Text> <PPT> 2021

Chinese summary <23> 基于有向权重拓扑的二阶多智能体系统可控性分析

目的：面向有向拓扑的二阶多智能体系统，分析其可控性的充要条件。
创新点：使用有向树作为研究起点，在此基础上研究拓展拓扑的可控性条件，使有向拓扑的可控性研究前进了一步。
方法：用标准线性系统可控性分析方法，利用代数矩阵论工具，可得到有向树拓扑的可控性充要条件（定理1）。在此基础上，研究拓展拓扑的可控性条件，得到定理2。特别地，当子拓扑结构为前向环或者后向环时，分别得到定理3和定理4。
结论：针对有向树，得到一个重要结论：当且仅当不同分支上的智能体选取不同的权值，整个系统可控；在此基础上，得到拓展拓扑的相似结论。

关键词组：多智能体系统；可控性；有向树

Fault evolution-test dependency modeling for mechanical systems

Xiao-dong Tan, Jian-lu Luo, Qing Li, Bing Lu, Jing Qiu

DOI: 10.1631/FITEE.1500011 Downloaded: 2725 Clicked: 5990 Cited: 0 Commented: 0(p.848-857) <Full Text> <PPT> 1719

Chinese summary <21> 基于故障演化-测试相关性可测性建模方法

目的：建立系统中典型故障演化过程中的相关参数与系统中测试节点的关联关系。分析系统对故障的检测、隔离，对故障演化过程跟踪和对故障预测能力的可测性水平，进而指导系统的可测性设计。
创新点：通过故障-征兆、征兆-测试矩阵描述系统故障演化与测试的相关性关系。结合测试节点的灵敏度、检测时间、检测概率等固有属性，建立量化测试对故障演化过程跟踪能力的指标，在故障检测率、故障隔离率等指标基础上，提出故障可跟踪率和故障可预测率的可测性指标。
方法：首先，分析系统中典型故障的演化机理，建立定量描述故障与表征其严重程度的征兆参数的相关性矩阵。其次，使用能量流图分析方法，建立征兆参数与系统中测试节点间的能量传递关系，进而获得征兆参数与测试间的动力学关系。再次，构建衡量系统对故障可检测、可隔离、可跟踪和预测的可测性指标体系，并提出相应的可测性指标预计方法。最后，以某离心泵系统为案例，对本文所提理论的有效性进行验证。
结论：基于故障演化-测试相关性可测性建模方法能定性地描述系统中故障与表征其严重程度的征兆参数间的关系，并能从定量的角度建立各个征兆参数与系统中测试节点的关系。故障可跟踪率和故障可预测率能较好地描述系统中固有测试节点对故障跟踪和预测的水平，以此为基础提出的可测性预计方法能有效预计系统对故障的检测、隔离、跟踪和预测水平，预计结果能有效指导系统的可测性设计。论文的相关理论和方法对于提高系统对故障的跟踪和对故障的预测的可测性水平具有指导意义。

关键词组：机械系统；可测性设计；故障演化-测试相关性模型

A novel period estimation method for X-ray pulsars based on frequency subdivision

Li-rong Shen, Xiao-ping Li, Hai-feng Sun, Hai-yan Fang, Meng-fan Xue

DOI: 10.1631/FITEE.1500052 Downloaded: 2901 Clicked: 6926 Cited: 2 Commented: 0(p.858-870) <Full Text> <PPT> 1894

Chinese summary <27> 一种基于频率细分的X射线脉冲星周期估计方法

目的：针对现有脉冲星周期估计算法精度低的问题，研究一种利用短时观测数据进行高精度X射线脉冲星周期估计的算法，为促进实时高精度X射线脉冲星导航提供算法支撑。
创新点：提出频率细分的方法，推导continuous Lomb periodogram (CLP),实现X射线脉冲星非等间隔到达光子序列在细分频率处的频域分析。该方法可以显著减少运算复杂度，同时提高频域分析的频率分辨率，进而提高脉冲星周期估计的精度。
方法：首先，考虑到X射线脉冲星信号是非等间隔到达的光子序列，本文采用专门用于非等间隔数据处理的fast Lomb方法对一段短时观测的脉冲星实测数据进行频域分析，获得一个初始频率作为脉冲星旋转频率的初值。然后，在该初始频率附近以高的频率分辨率做频率细分，获取设定数量的高精度细分频率。最后，对该段短时观测的脉冲星数据在这些细分频率处做CLP分析。在CLP中，峰值位置所对应的频率即为估计出的具有较高精度的脉冲星旋转频率，由该频率就可以确定高精度的脉冲星旋转周期。实测数据分析表明：当观测数据小于135 s时，本文算法的周期估计精度比fast Lomb方法和FFT方法高1到3个数量级，且仅增加了一点计算复杂度。同时，相比于HEAsoft的周期估计方法（efsearch），本文算法具有精度高计算复杂度低的优势。
结论：本文算法解决了fast Lomb方法在周期估计时精度受数据长度和观测时间限制的问题，显著提高了X射线脉冲星周期估计的精度并降低了计算复杂度。同时短时高精度的周期估计有助于提高TOA估计精度及X射线脉冲星导航中实时位置和速度的估计精度。本文算法还可以用于变星及其他天体的周期估计。

关键词组：脉冲星导航；周期估计；频率细分；CLP

Electrical & Electronic Engineering

An approach for evaluating the impact of an intermittent renewable energy source on transmission expansion planning

Rongrit Chatthaworn, Surachai Chaitusaney

DOI: 10.1631/FITEE.1500049 Downloaded: 2247 Clicked: 5714 Cited: 0 Commented: 0(p.871-882) <Full Text> <PPT> 1662

Chinese summary <22> 一种评估间歇式可再生能源对输电网扩展规划影响的方法

目的：针对间歇式可再生能源对输电网扩展规划（Transmission expansion planning, TEP）的影响，提出一种稳健的最优化评估方法。
创新点：TEP的目标函数由传输线的投资成本和常规发电机的运行成本组成。为对所有的运行场景都获取稳健的扩展规划，提出一种选择恰当“代表间断性可再生能源的生产和负载”运行场景的方法。
方法：在所提出的TEP中，使用自适应禁忌算法（ATS，一种元启发式算法）。ATS在主问题（最小化投资和运营成本）和子问题（最小化常规电机电能生产成本，缩减可再生能源的生产和负载）间相互迭代。其中子问题由基于内点方法的非线性规划求解。此外，通过在考虑或不考虑可再生能源的条件下对比扩展规划，进一步评估间歇式可再生能源对TEP的影响。
结论：使用IEEE Reliability Test System 79（RTS79）测试所述方法，并评估间歇式可再生能源对TEP的影响。结果显示，相较其他方法本文所述最优化方法能够给出更为稳健的结果；而且，间歇式可再生能源对TEP的影响是应当纳入考虑范围的。

关键词组：自适应禁忌搜索；可再生能源生产；鲁棒优化；输电扩展规划

A reversibility-gain model for integer Karhunen-Loève transform design in video coding

Xing-guo Zhu, Lu Yu

DOI: 10.1631/FITEE.1500071 Downloaded: 2029 Clicked: 5448 Cited: 0 Commented: 0(p.883-891) <Full Text> <PPT> 1502

Chinese summary <19> 视频编码中指导整数Karhunen-Loève变换设计的可逆-增益模型

目的：Karhunen-Loève变换（KLT）核矩阵含有无理数而需要整数化。但整数化过程通常会削弱KLT对视频信号去相关能力，同时整数KLT的非正交性也会带来失真。因而需要一个评价模型来指导整数KLT的设计。
创新点：综合考虑KLT在视频压缩中所起作用，分别对整数KLT矩阵的可逆程度和其变换编码增益（TCG）进行建模，并形成可逆-增益模型。用该模型进行KLT的整数化设计，得到的整数KLT矩阵在视频压缩效率上都高于其他整数化方法得到的矩阵。
方法：首先，充分考虑KLT的正交性，分析无量化情形下整数变换编码过程中失真的来源及其与整数变换核矩阵的解析关系，并利用此解析关系为整数KLT矩阵的可逆程度进行建模（式15）。然后，由于KLT可以最大化TCG，我们对KLT在整数化过程中的TCG损失率进行建模（式16），并分析整数余弦变换的TCG损失率（表1），以作为参考。最后，联合变换的可逆程度和TCG损失率，形成一个指导整数KLT设计的可逆-增益模型（式18）：在给定TCG损失率约束下，具有最佳可逆程度的整数KLT即是对给定KLT进行整数化的最优结果。
结论：在视频压缩中，给定任意KLT矩阵和倍乘因子下，利用本文提出的可逆-增益模型指导该KLT的整数化，能得到在压缩效率上最优的整数KLT矩阵。

关键词组：整数变换；KLT；变换编码；视频编码

Performance analysis for a two-way relaying power line network with analog network coding

Yu-wen Qian, Meng Tian, Xue Jiang, Hua-ju Song, Feng Shu, Jun Li

DOI: 10.1631/FITEE.1500135 Downloaded: 2278 Clicked: 6393 Cited: 0 Commented: 0(p.892-898) <Full Text> <PPT> 1675

Chinese summary <21> 电力线通信网络中具有网络编码功能的双向中继系统的性能分析

目的：面向具有深度衰落的电力线通信信道，分析具有网络编码功能的双向电力线中继系统的中断概率、误符号率以及平均信道容量。
创新点：在电力线通信网络中使用一种两阶段的中继通协议，从而可以使用网络编码技术提高通信效率，并使用Hermite多项式推导出系统的性能指标。
方法：首先，考虑电力线通信信道与传统信道的不同，针对具有脉冲噪声的电力线信道，建立具有编码功能的中继系统的系统模型（图1）。然后，针对建立的模型，分析接收端信噪比的表达式。应用电力线信道幅值的概率分布函数，推导接收端信噪比的概率分布函数。应用Hermite多项式推导出具有网络编码功能的双向中继系统的中断概率、误符号率以及平均系统容量。最后，根据实际的电力线系统建立仿真环境，在该环境中使用蒙特卡洛方法对推导的结果进行验证。仿真结果证明了推导的正确性。
结论：针对具有深度衰落的电力线信道，提出一种可靠的具有网络编码功能的双向中继通信系统，提高系统的通信效率与通信可靠性。推导该系统中中断概率、无符号率以及平均系统容量的闭合式，仿真结果证明其正确性。

关键词组：电力线通信；中断概率；误符号率；信号衰落