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生物医用有色金属材料研究现状与未来发展

关绍康,朱世杰,郑玉峰,王云兵,张兴栋

《中国工程科学》 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.01.008

摘要:

生物医用有色金属材料发展迅速,形成了适应不同体内环境、不同组织的医用有色金属材料及器件体系;着眼未来开展领域研究规划,提升新型医用有色金属材料及器件的临床应用水平,兼具理论研究与实践应用价值。本文论述了生物医用有色金属材料在耐蚀性、耐磨性、疲劳强度及韧性、生物适配性等方面的关键性能要求,系统梳理了永久性植入有色金属材料、生物可降解有色金属材料、多孔医用有色金属材料、医用有色金属表面改性等细分领域的研究进展、发展趋势与科学问题。在凝练各类生物医用有色金属材料未来研究方向的基础上,提出了加强基础与关键核心技术研究、组建“产学研医监”协同创新体、建立相关标准及规范、培育高精尖人才体系等发展建议,以期为新型材料发展布局与前沿技术研发提供先导性参考。

关键词: 生物医用有色金属材料;永久性植入有色金属材料;生物可降解有色金属材料;多孔医用有色金属材料;医用有色金属表面改性    

Sodium Nitrate Passivation as a Novel Insulation Technology for Soft Magnetic Composites Article

Mi Yan, Qiming Chen, Dong Liu, Chen Wu, Jian Wang

《工程(英文)》 2023年 第20卷 第1期   页码 134-142 doi: 10.1016/j.eng.2022.01.016

摘要:

 Sodium nitrate passivation has been developed as a new insulation technology for the production of FeSiAl soft magnetic composites (SMCs). In this work, the evolution of coating layers grown at different pH values is investigated involving analyses on their composition and microstructure. An insulation coating obtained using an acidic NaNO3 solution is found to contain Fe2O3, SiO2, Al2O3, and AlO(OH). The Fe2O3 transforms into Fe3O4 with weakened oxidizability of the NO3 at an elevated pH, whereas an alkaline NaNO3 solution leads to the production of Al2O3, AlO(OH), and SiO2. Such growth is explained from both thermodynamic and kinetic perspectives and is correlated to the soft magnetic properties of the FeSiAl SMCs. Under tuned passivation conditions, optimal performance with an effective permeability of 97.2 and a core loss of 296.4 mW∙cm−3 is achieved at 50 kHz and 100 mT.

关键词: Soft magnetic composites     Surface passivation     Insulation technology     Growth mechanism     Magnetic performance    

A Thermo-Tunable Metamaterial as an Actively Controlled Broadband Absorber Article

Xiao-Chang Xing, Yang Cao, Xiao-Yong Tian, Lingling Wu

《工程(英文)》 2023年 第20卷 第1期   页码 143-152 doi: 10.1016/j.eng.2022.04.028

摘要:

Metamaterials have attracted increasing attention in recent years due to their powerful abilities in manipulating electromagnetic (EM) waves. However, most previously reported metamaterials are unable to actively control full-band EM waves. In this paper, we propose a thermo-tunable broadband metamaterial (T-TBM) using paraffin-based composites (PD-Cs) with different phase transition temperatures. Active control of the T-TBM reflection loss peaks from low to high frequency is realized by manipulating the solid–liquid state of the PD-Cs at different phase transition temperatures. The absorption peak bandwidth (where the reflection loss value is less than −30 dB) can be changed, while the broad bandwidth absorption (where the reflection loss value is less than −10 dB) is satisfied by adjusting the temperature of the T-TBM. It is shown that the stagnation of the phase transition temperature of the PD-Cs in the T-TBM provides a time window for actively controlling the EM wave absorption response under different thermal conditions. The device has a broad application prospect in the fields of EM absorption, intelligent metamaterials, multifunctional structural devices, and more.

关键词: Metamaterials     Active control     Thermally tunable     Broadband absorption    

城市地下空间恢复韧性发展策略研究

路德春,廖英泽,曾娇,江媛,王国盛,秦博宇,杜修力

《中国工程科学》 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.01.013

摘要:

防灾减灾理念及其运用在城市地下空间发展过程中发挥了一定的安全保障作用,但在自然风险和工程安全风险交织的背景下,无法全面满足城市地下空间未来发展需求;转向以“适灾”为导向的韧性防灾减灾理念,重视城市地下空间的灾后恢复韧性,成为未来发展亟需。本文分析了恢复韧性的内涵和影响因素,从工程、非工程角度阐述了国内外恢复韧性相关研究;重点从结构体系、评价方法、管理机制、空间规划、应急预案等方面,剖析了我国城市地下空间韧性发展现状。研究提出了“三阶段+评价体系”的城市地下空间恢复韧性发展策略,将灾后恢复过程划分为应急救援、恢复重建、规划适应三阶段,分别给出各阶段的恢复目标并为城市地下空间恢复韧性评价体系建设提供依据。研究建议,健全城市地下空间管理规章与应急预案,提高城市地下空间韧性规划水平,推动城市地下空间管理智能化,以促进城市地下空间恢复过程的有序与高效。

关键词: 城市地下空间;防灾减灾;适灾;恢复韧性    

大规模高效网络计算中的网络技术发展趋势 Review

苏金树1,2,赵宝康1,戴艺1,曹继军1,魏子令1,赵娜1,宋丛溪1,刘宇靖1,夏雨生2

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1733-1746 doi: 10.1631/FITEE.2200217

摘要: 网络技术是超级计算、云计算、大数据和人工智能等大规模高效计算的基础。不同领域的网络技术既互相借鉴,又各自针对性设计和优化。综合考虑,本文认为大规模高效网络计算中的网络技术发展趋势主要包括3个方面,即融合、分化、优化。融合体现在不同领域的网络技术没有明显分界线;分化体现在不同领域的独特解决方案或者新应用需求下的创新方案;优化体现在针对特定场景的技术优化实现。本文将为相关领域的学者提供对于未来研究方向的思考,也为相关行业人员构建更加实用高效的网络系统提供方向。

关键词: 超级计算;云计算;网络技术;发展趋势    

金融大脑 2.0: 当金融遇到可信人工智能 Review

周俊1,2,陈超超1,李龙飞2,张志强2,郑小林1

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1747-1764 doi: 10.1631/FITEE.2200039

摘要: 人工智能通过从数据中识别隐藏模式以提高金融决策质量,从而加速金融服务的发展。然而,除了通常需要的属性,如模型准确性,金融服务还需要可信赖的人工智能,但其属性尚未充分实现。这些可信人工智能的属性是可解释性、公平性和包容性、稳健性和安全性,以及隐私保护。在本文中,我们回顾人工智能应用于金融服务各领域的最新进展和局限性,包括风险管理、欺诈检测、财富管理、个性化服务和监管技术。基于这些进展和局限性,介绍了金融大脑2.0,一个走向可信人工智能的研究框架。我们认为,在金融服务中,我们离真正可信人工智能还有很长的路要走,并呼吁人工智能和金融业的社区一同努力。

关键词: 金融智能;可信人工智能;风险管理;欺诈检测;财富管理    

平行认知:面向人机交互与管理的混合智能 Research Article

叶佩军1,王晓1,2,郑文博3,魏庆来1,4,王飞跃1,2,4

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1765-1779 doi: 10.1631/FITEE.2100335

摘要: 作为一门交叉学科,传统的认知科学主要采用实验、归纳、建模和验证的研究范式。对于包含大量用户异质行为和动态特性的社会物理信息系统,此种建模方法有时并不适用。为减少复杂人机系统中的人–机决策冲突,提出采用智能技术与系统来考察认知活动和认知功能的建模范式——平行认知。该范式分为三个阶段:基于人工认知系统的描述认知、基于计算思维实验的预测认知以及基于行为交互引导的引导性认知。在此基础上,进一步提出由心理模型和用户行为数据混合驱动的学习方法,自适应地学习人类个体的认知决策知识,从而使得三个阶段能够持续在线迭代。在交通行为引导和视觉推理场景下的初步实验表明,平行认知学习对于人类的行为引导是可行且有效的,有利于提升复杂工程系统和复杂社会系统中的人机协同程度。

关键词: 认知学习;人工智能;行为引导    

双向协同的去中心化多源域自适应 Research Article

魏义康1,2,韩亚洪1,2

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1780-1794 doi: 10.1631/FITEE.2200284

摘要: 去中心化多源域自适应是指在数据去中心化场景下执行无监督多源域自适应。数据去中心化的挑战是源域与目标域在训练中缺乏跨域协同。对于无标签的目标域,目标域模型需要在源域模型的协助下迁移监督知识,而域差距会导致源域模型的适应性能有限。对于有标签的源域,源域模型在数据去中心化场景下倾向于过拟合本地数据,从而导致负迁移问题。对于以上挑战,提出双向协同的去中心化多源域自适应方法,通过其它域模型的协助进行局部源域模型与局部目标域模型的协同训练与聚合。对于目标域,我们在源域模型的协助下蒸馏监督知识,同时完全利用无标签目标域的数据来缓解域偏移问题。对于源域,我们在目标域模型的协助下正则化源域模型来避免负迁移问题。以上过程在去中心化的源域和目标域之间形成一种双向协同,以便在数据去中心化场景下提升域自适应性能。在标准多源域自适应数据集上的实验表明,我们的方法以较大优势优于现有的多源域自适应方法。

关键词: 多源域自适应;数据去中心化;域偏移;负迁移    

基于世界模型与图像表示的交通信号控制 Research Article

戴星原1,2,赵宸1,2,王晓3,吕宜生1,2,林懿伦4,王飞跃1,2

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1795-1813 doi: 10.1631/FITEE.2200323

摘要: 交通信号控制正从被动控制过渡到主动控制,以引导当前交通流按预期状态运行。一个有效的预测模型对主动交通信号控制至关重要;其中预测什么交通状态,如何高精度预测,以及如何利用预测优化控制策略是主动交通信号控制研究的关键问题。本文使用车辆位置图像描述路口交通状态,同时受基于模型的强化学习方法DreamerV2的启发,引入基于学习的交通世界模型。该世界模型以图像序列描述交通动态,并作为交通环境的抽象替代以生成多步预测样本用于控制策略优化。在执行阶段,优化后的交通信号控制器根据交通状态的抽象表示直接实时输出控制指令,同时世界模型能够预测不同控制行为对未来交通状态的影响。实验结果表明,基于交通世界模型优化的控制策略的性能优于一般基准,并且世界模型实现了基于图像的高精度预测;这些结果显示了世界模型在未来交通信号控制中的应用前景。

关键词: 交通信号控制;交通预测;交通世界模型;强化学习    

MSSSA:一种针对全局优化问题的多策略增强型麻雀搜索算法 Research Article

孟凯1,2,陈晨1,2,辛斌1,2

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1828-1847 doi: 10.1631/FITEE.2200237

摘要: 麻雀搜索算法(SSA)是一种新的元启发式优化方法,具有简单和灵活的优点。然而,在处理多模态优化问题时,该算法仍存在早熟收敛、探索与开发不平衡等缺陷。针对上述问题,本文提出一种多策略增强的麻雀搜索算法(MSSSA)。首先,引入混沌映射以获取高质量的初始种群,并采用对立学习策略增加种群的多样性。其次,设计了一种自适应参数控制策略,以在全局探索与局部开发之间保持适当的平衡。最后,在个体更新阶段嵌入混合扰动机制,以避免算法陷入局部最优。为了验证所提方法的有效性,在IEEE CEC2014和IEEE CEC2019测试集的40个函数,以及10个不同维度的经典函数上进行了大量的实验。实验结果表明,与一些先进的算法相比,所提出的MSSSA表现出突出的优化性能。该算法还成功地应用于两个工程优化问题,证明了MSSSA在解决实际问题方面的优越性。

关键词: 群智能;麻雀搜索算法;自适应参数控制策略;混合扰动机制;优化问题    

连锁故障中电力系统脆弱性的多图卷积网络分析 Research Article

Supaporn LONAPALAWONG1,陈长胜2,王灿3,陈为1

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1848-1861 doi: 10.1631/FITEE.2200035

摘要: 分析电力系统在连锁故障中的薄弱环节是电力系统分析领域极具挑战的难题。电力系统领域的传统分析方法虽能发现一些简单的传播规律,但却难以捕捉不同运行条件下的复杂细节。近年来的研究引入了深度学习算法来解决这一难题。然而,现有基于深度学习的方法大多仅从拓扑层面考虑电力系统的网架结构,未能充分考虑空间信息(如电距离)以提高图卷积过程的精确度。鉴于此,本文提出一种新型电力系统加权线图,综合考虑电力系统拓扑结构和空间信息,大幅优化线图的边权分配。此外,本文提出一种基于图分类任务的多图卷积网络(MGCN),在保留电力系统空间相关性的同时有效捕获物理元件之间的关联。经验证,该模型能够在具有额外拓扑特征的建模系统中保持理想精度,从而更好地分析存在并行输电线路的复杂连锁故障。最后,本文采用逐层相关传播方法解释MGCN,并量化了模型分类的贡献因子,有效提升模型的可解释性。

关键词: 电力系统;脆弱性;连锁故障;多图卷积网络;加权线图    

输入时滞分数阶(0<α<1)奇异系统的观测器控制 Research Article

李丙新1,2,赵相飞1,2,张雪峰3,赵新1,2,4

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1862-1870 doi: 10.1631/FITEE.2200294

摘要: 本文研究输入时滞分数阶(0<α<1)奇异系统的观测器控制问题。基于史密斯预测器和逼近误差,有输入时滞的系统近似等价于无输入时滞的系统。进一步地,基于线性矩阵不等式方法,提出基于观测器控制的充要条件。该条件由于包含等式约束,因此是非严格线性矩阵不等式条件,在使用工具箱求解时会遇到一些麻烦。因此,本文改进了基于严格线性矩阵不等式的条件。最后,通过数值算例和直流电机实例说明了基于严格线性矩阵不等式的条件的有效性。

关键词: 基于观测器的控制;奇异系统;分数阶;输入时滞;线性矩阵不等式    

未知辐射源信号特征辅助的广义标签多伯努利滤波器 Research Article

国强1,滕龙1,2,吴新良2,宋文明2,黄大羽2

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1871-1880 doi: 10.1631/FITEE.2200286

摘要: 提出一种未知辐射源信号特征辅助的广义标签多伯努利滤波器。复杂电磁环境下,辐射源特征通常未知且随时间变化。针对辐射源特征未知的问题,提出一种基于数据场动态聚类的辐射源特征求解方法。针对辐射源特征时变以及对应的概率分布未知的问题,提出一种改进的模糊C-均值算法来计算目标和杂波量测的相关系数,以近似辐射源特征的似然函数。在此基础上,将辐射源特征集成到广义标签多伯努利滤波器中,从而获得新的递归方程。仿真结果表明,提出的方法可以提高对多目标的跟踪性能,尤其在强杂波环境中。

关键词: 多目标跟踪;广义标签多伯努利;辐射源信号特征;模糊C-均值;动态聚类    

集成增强主动学习混合判别分析模型及其在半监督故障分类中的应用 Research Article

王伟俊1,王云2,王君1,方信昀3,何雨辰1

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第12期   页码 1814-1827 doi: 10.1631/FITEE.2200053

摘要: 故障分类作为过程监控中不可缺少的部分,其性能高度依赖于过程知识的充分性。然而,由于采样条件有限及实验室分析昂贵,数据标签总是难以获取,这可能导致分类性能下降。为了解决这个难题,本文提出一种新的半监督故障分类方法,其中每个未标记样本相对于特定标记数据集的价值采用增强的主动学习来评估。具有高价值的未标记样本将作为训练数据集的补充信息。此外,引入了几个合理的指标和准则大大降低了人工标注的干扰。最后,通过数值例子和田纳西伊士曼过程(TEP)评估了该方法的故障分类有效性。

关键词: 半监督;主动学习;集成学习;混合判别分析;故障分类    

FACTORS INFLUENCING FOOD-WASTE BEHAVIORS AT UNIVERSITY CANTEENS IN BEIJING, CHINA: AN INVESTIGATION BASED ON THE THEORY OF PLANNED BEHAVIOR

《农业科学与工程前沿(英文)》 doi: 10.15302/J-FASE-2022472

摘要:

● Investigate the actual situation of food waste at university canteens in Beijing, China.

关键词: university students     food waste behavior     theory of planned behavior     university canteen    

标题 作者 时间 类型 操作

生物医用有色金属材料研究现状与未来发展

关绍康,朱世杰,郑玉峰,王云兵,张兴栋

期刊论文

Sodium Nitrate Passivation as a Novel Insulation Technology for Soft Magnetic Composites

Mi Yan, Qiming Chen, Dong Liu, Chen Wu, Jian Wang

期刊论文

A Thermo-Tunable Metamaterial as an Actively Controlled Broadband Absorber

Xiao-Chang Xing, Yang Cao, Xiao-Yong Tian, Lingling Wu

期刊论文

城市地下空间恢复韧性发展策略研究

路德春,廖英泽,曾娇,江媛,王国盛,秦博宇,杜修力

期刊论文

大规模高效网络计算中的网络技术发展趋势

苏金树1,2,赵宝康1,戴艺1,曹继军1,魏子令1,赵娜1,宋丛溪1,刘宇靖1,夏雨生2

期刊论文

金融大脑 2.0: 当金融遇到可信人工智能

周俊1,2,陈超超1,李龙飞2,张志强2,郑小林1

期刊论文

平行认知:面向人机交互与管理的混合智能

叶佩军1,王晓1,2,郑文博3,魏庆来1,4,王飞跃1,2,4

期刊论文

双向协同的去中心化多源域自适应

魏义康1,2,韩亚洪1,2

期刊论文

基于世界模型与图像表示的交通信号控制

戴星原1,2,赵宸1,2,王晓3,吕宜生1,2,林懿伦4,王飞跃1,2

期刊论文

MSSSA:一种针对全局优化问题的多策略增强型麻雀搜索算法

孟凯1,2,陈晨1,2,辛斌1,2

期刊论文

连锁故障中电力系统脆弱性的多图卷积网络分析

Supaporn LONAPALAWONG1,陈长胜2,王灿3,陈为1

期刊论文

输入时滞分数阶(0<α<1)奇异系统的观测器控制

李丙新1,2,赵相飞1,2,张雪峰3,赵新1,2,4

期刊论文

未知辐射源信号特征辅助的广义标签多伯努利滤波器

国强1,滕龙1,2,吴新良2,宋文明2,黄大羽2

期刊论文

集成增强主动学习混合判别分析模型及其在半监督故障分类中的应用

王伟俊1,王云2,王君1,方信昀3,何雨辰1

期刊论文

FACTORS INFLUENCING FOOD-WASTE BEHAVIORS AT UNIVERSITY CANTEENS IN BEIJING, CHINA: AN INVESTIGATION BASED ON THE THEORY OF PLANNED BEHAVIOR

期刊论文