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

2016 Vol.17 No.1 P.1-82

<<< CONTENTS >>>

Articles

Efficient dynamic pruning on largest scores first (LSF) retrieval

Kun Jiang, Yue-xiang Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1500190 Downloaded: 3790 Clicked: 8733 Cited: 1 Commented: 0(p.1-14) <Full Text> <PPT> 1789

Chinese summary <177> 基于最大(dà)重要度優先查詢的動态剪枝算法

目的：不斷增長的網頁數量和查詢請求量對搜索引擎的查詢性能提出非常大(dà)的挑戰。當前索引遍曆算法存在的大(dà)量候選文檔失效問題依然制約着搜索引擎查詢性能的提升。本文通過研究倒排索引的遍曆方式和動态剪枝算法來加快搜索引擎top-k查詢處理的性能。
創新點：提出最大(dà)重要度優先（Largest Scores First，LSF）查詢算法，使得具有較高重要度的查詢詞項所指向的倒排鏈表能夠優先得到處理。提出兩種精确的動态剪枝算法：基于LSF的去(qù)除倒排鏈表技術（List Omitting，LSF_LO）和基于LSF的文檔部分(fēn)打分(fēn)技術（Partial Scoring，LSF_PS）。
方法：首先，通過對現有動态剪枝算法的對比分(fēn)析得出詞項重要度對于搜索引擎top-k查詢性能的影響：優先處理重要度較高的查詢詞項能夠快速提升結果集的阈值，從而避免對估計得分(fēn)較低的文檔的處理。其次，通過設計倒排鏈表實體(tǐ)的各種操作方法來實現對倒排鏈表按照最大(dà)重要度的排序和處理，給出算法的僞碼并分(fēn)析了算法的計算複雜(zá)度。最後，利用最大(dà)重要度優先查詢算法在top-k查詢中(zhōng)的優勢，實時估計每個倒排項在每計算一(yī)個詞項的貢獻之後的最大(dà)可能分(fēn)數，同時在一(yī)個倒排鏈表遍曆結束後估計其剩餘最大(dà)可能貢獻分(fēn)數，避免對于估計最大(dà)得分(fēn)低于結果集阈值的文檔的各種處理操作，從而達到對搜索引擎top-k查詢性能的提升。
結論：提出了LSF查詢和其上的兩種動态剪枝算法LSF_LO和LSF_PS。實驗結果表明本文所提LSF查詢相比傳統DAAT查詢在性能上有了明顯的提升。

關鍵詞組：倒排索引；索引遍曆；查詢延遲；最大(dà)重要度優先查詢；動态剪枝

Dr. Hadoop: an infinite scalable metadata management for Hadoop—How the baby elephant becomes immortal

Dipayan Dev, Ripon Patgiri

DOI: 10.1631/FITEE.1500015 Downloaded: 5327 Clicked: 8581 Cited: 1 Commented: 0(p.15-31) <Full Text> <PPT> 1846

Chinese summary <215> Dr. Hadoop: Hadoop的一(yī)種無限可擴展元數據管理機制—小(xiǎo)象如何不老？

目的：在這個“兆兆兆字節”（Exa byte）時代，數據量随時間指數率增長。劇增的數據在文件系統中(zhōng)制造了大(dà)量的元數據（metadata）。雖然Hadoop是處理大(dà)數據時最廣泛采用的軟件架構，其效率仍被研究者們廣泛質疑。有必要爲Hadoop創建一(yī)個有效且可擴展的元數據管理機制。
創新點：基于哈希的映射和子樹(shù)分(fēn)區适用于分(fēn)布式元數據管理方案。基于哈希的映射在NameNode（Hadoop中(zhōng)存儲元數據的服務器）間均衡地分(fēn)配負載，但受到元數據空間局部性的限制；子樹(shù)分(fēn)區不需爲保持負載均衡而遷移元數據，但也不能在服務器間均衡任務負載。本文提出一(yī)種稱爲DCMS（dynamic circular metadata splitting，動态環形元數據分(fēn)割）的環形元數據管理機制（圖3），并依此構建了Hadoop的改進框架—Dr. Hadoop（“Dr.”來自于本文作者名字首字母Dipayan DEV，Ripon PATGIRI）。NameNode是Hadoop的核心，其對所有文件路徑樹(shù)的保存失敗将導緻單點故障（single point of failure，SPoF）。DCMS能夠移除Hadoop中(zhōng)的單點故障，從而提供一(yī)種有效且可擴展的元數據管理機制。
方法：通過使用局部保持哈希（locality-preserving hashing，LpH）保持元數據的空間局部性，通過使用一(yī)緻性哈希（consistent hashing）保持服務器間的負載均衡，通過保留複制後的元數據實現高可靠性。
結論：理論分(fēn)析表明，Dr. Hadoop架構在99.99%的時間能夠可靠使用。通過衡量數據吞吐率、容錯性和NameNode負載等性能，DCMS在大(dà)規模文件系統上較傳統方法更具效力。

關鍵詞組：Hadoop；NameNode；元數據；局部保持哈希；一(yī)緻性哈希

Image meshing via hierarchical optimization

Hao Xie, Ruo-feng Tong

DOI: 10.1631/FITEE.1500171 Downloaded: 4372 Clicked: 6188 Cited: 1 Commented: 0(p.32-40) <Full Text> <PPT> 1712

Chinese summary <44> 基于層次優化的圖像網格化方法

目的：面向數字圖像處理領域中(zhōng)的圖像表達問題，實現對給定光栅圖像生(shēng)成其對應的三角網格表達，使得通過該網格重建出的圖像與原圖像盡可能一(yī)緻。
創新點：使用一(yī)種層次優化的方法，将原問題中(zhōng)的高複雜(zá)性逐層分(fēn)散到每一(yī)層中(zhōng)，使得每一(yī)層中(zhōng)的子問題變得易解。
方法：首先，對給定的光栅圖像進行多次雙邊濾波，從而建立起層次結構（圖2），使得處理後的圖像在保持局部特征的前提下(xià)逐層平滑。接着，對最粗層次的圖像生(shēng)成初始三角網格，與該層的圖像一(yī)起作爲輸入，以便後續處理。然後，從最粗一(yī)層開(kāi)始，逐層進行處理；對每一(yī)層的子問題均采用幾何與拓撲交替叠代的方式進行求解，并将求解的結果作爲下(xià)一(yī)層的初始網格。最後，在最細一(yī)層的輸出三角網格頂點上賦予圖像中(zhōng)對應位置的像素點顔色值，從而形成最終的輸出網格（圖4b）。當需要重建原始圖像時，隻需根據三角網格頂點的顔色值對三角形内部點的顔色值進行線性插值即可（圖5）。
結論：針對一(yī)般的光栅圖像，提出了一(yī)種基于層次優化的圖像網格化方法，可較好地重建出原輸入圖像。

關鍵詞組：圖像網格化；層次優化；凸化

Extracting hand articulations from monocular depth images using curvature scale space descriptors

Shao-fan Wang, Chun Li, De-hui Kong, Bao-cai Yin

DOI: 10.1631/FITEE.1500126 Downloaded: 3071 Clicked: 5996 Cited: 0 Commented: 0(p.41-54) <Full Text> <PPT> 1639

Chinese summary <45> 基于曲率尺度空間的單視深度圖像手部特征提取

目的：從深度圖像、彩色圖像提取手部特征（如指尖、指根、手指關節、手形輪廓）是人機交互與虛拟現實領域的重要研究課題。由于人的手部運動自由度較多，受環境光照和噪聲影響較大(dà)，以及手部出現自遮擋現象，手部特征提取的研究仍亟待解決。數據手套和微軟Kinect體(tǐ)感設備的開(kāi)發，一(yī)定程度上解決了手部特征提取的問題，但前者需用戶穿戴設備，後者獲取精度不高。本文提出一(yī)類基于曲率尺度空間特征描述符的手部特征點定位方法，實現從單視深度圖像獲取手部特征點的魯棒算法。
創新點：提出改進的曲率尺度空間特征描述符，從手形輪廓提取手指的指尖點、指谷點；通過角度區域與手形輪廓及手部深度差異計算未檢測的四指指尖；通過五個指根點以及手形輪廓的起始點構成的七邊形計算未檢測的大(dà)拇指指尖。
方法：通過openNI對單幅深度圖像提取手部部分(fēn)并提取手形輪廓點。将傳統的曲率尺度空間特征描述符改進爲适當阈值範圍内的特征點提取算法，從手形輪廓提取手指的指尖點、指谷點；對未檢測的指尖點通過角度阈值進行彎曲判斷，通過角度區域與手形輪廓及手部深度差異逐一(yī)計算未檢測的手部特征點。
結論：與傳統的基于角度阈值、輪廓凸包等方法相比，改進的曲率尺度空間特征描述魯棒性更佳，适合從手部輪廓中(zhōng)提取手部的指尖點和指谷點。在此基礎上通過角度區域、手形輪廓及手部深度差等方法可逐一(yī)計算未檢測的手部特征點。

關鍵詞組：曲率尺度空間；手部關節；凸包；手形輪廓

Adaptive fuzzy integral sliding mode velocity control for the cutting system of a trench cutter

Qi-yan Tian, Jian-hua Wei, Jin-hui Fang, Kai Guo

DOI: 10.1631/FITEE.15a0160 Downloaded: 4262 Clicked: 6794 Cited: 1 Commented: 0(p.55-66) <Full Text> <PPT> 1875

Chinese summary <44> 雙輪銑槽機銑削系統自适應模糊積分(fēn)滑模轉速控制

目的：随着地下(xià)連續牆施工(gōng)工(gōng)法和雙輪銑槽機技術不斷發展，實現對雙輪銑槽機銑削系統銑輪工(gōng)作轉速的快速精确控制具有重要意義。在負載特性未知(zhī)、擾動複雜(zá)的情況下(xià)，本文基于自适應模糊積分(fēn)滑模（AFISMC）控制算法，實現對銑削系統銑輪轉速的良好控制。
創新點：在雙輪銑槽機銑輪銑削過程中(zhōng)，銑輪轉速控制受到岩石和土壤未知(zhī)負載特性的影響，同時地質條件不斷變化。由于岩石和土壤複雜(zá)的負載特性，銑輪的切削扭矩與地質條件、銑輪進給速度等均存在耦合關系，而且其動态特性複雜(zá)未知(zhī)，無法建立準确的數學模型。本文針對以上難點，設計新型自适應模糊積分(fēn)滑模轉速控制器。
方法：針對雙輪銑槽機銑削系統的特性，提出一(yī)種基于自适應模糊積分(fēn)滑模控制（AFISMC）的銑輪轉速控制方案。該控制方案将自适應控制的參數自整定特性、積分(fēn)滑模控制的魯棒性以及模糊系統獨立于數學模型的特性結合起來。通過自适應模糊系統對被控對象未知(zhī)模型有效逼近，使用反步法對控制器進行設計，采用Lyapunov理論證明整個閉環系統（包括自适應模糊推理系統、積分(fēn)滑模控制器和被控對象）的穩定性。
結論：在雙輪銑槽機液壓模拟實驗台對不同工(gōng)況下(xià)的銑輪轉速控制進行實驗，分(fēn)别采用PI、ISMC和AFISMC三種控制方法進行對比。實驗結果表明AFISMC控制算法在跟蹤和抗幹擾方面均表現出良好的控制性能。

關鍵詞組：銑削系統；電液系統；銑削轉速控制；自适應模糊積分(fēn)滑模控制

Antenna-in-package system integrated with meander line antenna based on LTCC technology

Gang Dong, Wei Xiong, Zhao-yao Wu, Yin-tang Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1500167 Downloaded: 4306 Clicked: 6319 Cited: 0 Commented: 0(p.67-73) <Full Text> <PPT> 1803

Chinese summary <46> 基于LTCC技術集成曲折線天線的封裝天線系統

目的：基于LTCC工(gōng)藝，設計工(gōng)作于2.4 GHz頻(pín)段範圍且滿足性能指标要求的集成封裝天線，同時設計封裝腔體(tǐ)結構實現電路芯片的集成。
創新點：設計了一(yī)種曲折線天線結構用以實現系統的小(xiǎo)型化。在封裝層腔體(tǐ)内引入一(yī)種疊層多芯片組件結構，提高了整體(tǐ)集成度。通過添加通孔及饋線結構減少天線與封裝層内部芯片間的電磁耦合。
方法：首先，基于LTCC的材料特性及設計的性能需要，設計一(yī)種曲折線形天線，并對其原理進行分(fēn)析，對其回波損耗特性進行仿真（圖3）。然後，針對封裝天線集成電路芯片的需要，提出一(yī)種LTCC材料的多芯片組件結構（圖8），同時在封裝層内加入一(yī)定數量的金屬通孔（圖9），以減少天線與芯片間的電磁耦合。最後，将上述設計的天線與封裝層結構整合在一(yī)起，并進行實際制作（圖12），通過測試得到制作的封裝天線系統的方向特性圖（圖13）和回波損耗特性曲線（圖14）。
結論：針對2.4 GHz頻(pín)段的應用需要，提出了一(yī)種小(xiǎo)型化高集成度的封裝天線結構。該結構滿足實際應用所需的性能指标，且能方便地通過LTCC工(gōng)藝實現。

關鍵詞組：封裝天線；曲折線天線；多芯片組件；低溫共燒陶瓷

Improving the efficiency of magnetic coupling energy transfer by etching fractal patterns in the shielding metals

Qing-feng Li, Shao-bo Chen, Wei-ming Wang, Hong-wei Hao, Lu-ming Li

DOI: 10.1631/FITEE.1500114 Downloaded: 3937 Clicked: 6762 Cited: 1 Commented: 0(p.74-82) <Full Text> <PPT> 1941

Chinese summary <42> 基于分(fēn)形圖案蝕刻屏蔽金屬提高磁耦合能量傳輸效率

目的：針對磁耦合能量傳輸中(zhōng)屏蔽金屬的渦流效應導緻傳輸效率降低的問題，提出一(yī)種可有效抑制金屬渦流效應的方法，從而提高能量傳輸效率。
創新點：提出在屏蔽金屬上蝕刻具備分(fēn)形特征的幾何圖案的方法。該方法改變了磁耦合能量傳輸中(zhōng)金屬表面的渦流分(fēn)布，有效抑制了其渦流效應，能量傳輸效率接近無金屬介質時的水平。
方法：首先，利用電磁仿真方法建立模拟層狀金屬屏蔽的磁耦合能量傳輸模型（圖1）。基于仿真模型找出可有效抑制渦流效應的蝕刻圖案的特征。其次，在滿足這些特征的條件下(xià)，提出并比較幾種不同分(fēn)形圖案（圖4）蝕刻金屬後的能量傳輸性能，選擇性能最好的圖案（圖4g）計算其頻(pín)率響應，并探讨其抑制渦流效應的機制。然後，仿真研究了多層金屬應用背景下(xià)，采用分(fēn)形圖案蝕刻金屬以提高傳輸效率的方法。最後，建立仿真模型對應的實驗平台，對可有效抑制金屬渦流效應的圖案特征，以及多層金屬應用下(xià)用分(fēn)形圖案蝕刻方法抑制渦流效應的結果進行實驗驗證。
結論：針對磁耦合能量傳輸中(zhōng)普遍存在的層狀金屬應用環境，提出了采用分(fēn)形圖案蝕刻金屬的方法，有效抑制了金屬渦流效應，提高能量傳輸效率。

關鍵詞組：分(fēn)形幾何；層狀金屬屏蔽；渦流效應；磁耦合能量傳輸