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.8 P.717-840

<<< CONTENTS >>>

Regular Papers

Dolphin swarm algorithm

Tian-qi Wu, Min Yao, Jian-hua Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1500287 Downloaded: 3176 Clicked: 6590 Cited: 2 Commented: 0(p.717-729) <Full Text> <PPT> 1890

Chinese summary <96> 海豚群算法

概要：群體(tǐ)智能算法采取分(fēn)布式解決問題的策略，已成功應用于很多傳統算法難以解決的優化問題。目前已有粒子群算法、遺傳算法、蜂群算法、蟻群算法等已經成功實現且效果良好的算法，但在優化對象日益複雜(zá)的今天，這些算法越來越難以滿足人們對精度和時間的要求，而改進這些算法所帶來的收益也越來越低。在這種情況下(xià)，設計一(yī)種新的算法來更好地解決優化問題變得越來越有意義。海豚有很多值得關注的生(shēng)物(wù)特性和生(shēng)活習性，如回聲定位、信息交流、合作分(fēn)工(gōng)等。通過将這些生(shēng)物(wù)特性和生(shēng)活習性與群體(tǐ)智能的思想結合起來，引入優化問題中(zhōng)，我(wǒ)們提出了一(yī)種新的算法——海豚群算法，并給出了算法的相關定義，詳細闡述了算法中(zhōng)搜尋、呼叫、接受、捕獵四個關鍵階段。爲了驗證海豚群算法的效果，使用了10個性質各異的基準函數對海豚群算法以及粒子群算法、遺傳算法、蜂群算法進行實驗，并将4個函數的收斂速度和基準函數結果進行比較。實驗結果表明，海豚群算法在大(dà)多數情況下(xià)，特别是在低維單峰函數、高維多峰函數、步長函數、帶随機變量的函數中(zhōng)表現良好，具有收斂速度先慢(màn)後快、階段性收斂、不易陷入局部最優、對基準函數具體(tǐ)性質沒有要求等特點，尤其适用于适應度函數調用次數較多、使用個體(tǐ)較少的優化問題。

關鍵詞組：群體(tǐ)智能；仿生(shēng)算法；海豚；優化

Performance analysis of visual markers for indoor navigation systems

Gaetano C. La Delfa, Salvatore Monteleone, Vincenzo Catania, Juan F. De Paz, Javier Bajo

DOI: 10.1631/FITEE.1500324 Downloaded: 2967 Clicked: 6284 Cited: 0 Commented: 0(p.730-740) <Full Text> <PPT> 1753

Chinese summary <29> 室内導航系統視覺标記性能分(fēn)析

概要：智能手機大(dà)規模普及，人們對可穿戴設備和物(wù)聯網興趣倍增，以及定位服務指數級增長，使得室内定位導航成爲近年來最重要的技術挑戰之一(yī)。室内定位系統不僅在零售行業及定向推送廣告行業有着巨大(dà)的市場，同時，它還可以部署在醫院、機場、博物(wù)館等公共建築中(zhōng)，成爲提升人們生(shēng)活質量的基礎性配置。甚至，在緊急情況下(xià)，是否部署室内定位系統，會造成生(shēng)死之别。文獻中(zhōng)已報道多種方法。近年來，得益于智能手機相機性能的大(dà)幅提升，無标記點和有标記點的計算機視覺方法得到開(kāi)發。在之前的研究中(zhōng)，我(wǒ)們提出了一(yī)種利用低功耗藍(lán)牙和嵌入地面的2D視覺标記系統進行室内定位導航的技術。在本文中(zhōng)，我(wǒ)們對3種可服務于實時應用的2D視覺标記（Vuforia，ArUco标記和AprilTag）進行了定性的性能評估。本文重點研究了附于地表瓷磚的3種視覺标記在特定情況下(xià)的表現，提出了最優視覺标記的甄選原則，爲我(wǒ)們提出的室内定位導航技術提供技術支撐。

關鍵詞組：室内定位；視覺标記；計算機視覺

Segmentation and focus-point location based on boundary analysis in forest canopy hemispherical photography

Jia-yin Song, Wen-long Song, Jian-ping Huang, Liang-kuan Zhu

DOI: 10.1631/FITEE.1601169 Downloaded: 2273 Clicked: 6065 Cited: 0 Commented: 0(p.741-749) <Full Text> <PPT> 1592

Chinese summary <24> 基于邊界分(fēn)析的森(sēn)林冠層半球圖像中(zhōng)心點定位與分(fēn)割

概要：分(fēn)析森(sēn)林半球圖像是測定森(sēn)林冠層結構參數的重要方法之一(yī)。本文主要研究半球圖像中(zhōng)圓形區域的分(fēn)割方法，這是分(fēn)析半球圖像的基礎。通過直方圖、矩形度和傅裏葉描述子進行森(sēn)林半球圖像邊界的分(fēn)析，得到邊界特性如下(xià)：(1)邊緣模型包含三種，分(fēn)别是台階、斜坡和屋頂邊緣模型；(2)邊界點離(lí)散；(3)邊緣存在線性分(fēn)布離(lí)散點。在此基礎上我(wǒ)們提出了森(sēn)林半球圖像圓形區域的分(fēn)割方法，拟合圓形邊界線，同時用最小(xiǎo)二乘法計算圓心點坐标及半徑。該方法與獲取圖像的硬件設備參數無關，因此爲引入參數自動調整的高性能設備獲取森(sēn)林半球圖像奠定了基礎。

關鍵詞組：魚眼鏡頭；最小(xiǎo)二乘法；圖像分(fēn)割；生(shēng)态學圖像處理；半球圖像

RePizer: a framework for prioritization of software requirements

Saif Ur Rehman Khan, Sai Peck Lee, Mohammad Dabbagh, Muhammad Tahir, Muzafar Khan, Muhammad Arif

DOI: 10.1631/FITEE.1500162 Downloaded: 2433 Clicked: 5836 Cited: 0 Commented: 0(p.750-765) <Full Text> <PPT> 1511

Chinese summary <24> RePizer：一(yī)種軟件需求排序架構

概要：标準的軟件開(kāi)發周期很大(dà)程度上取決于利益相關方的需求。軟件開(kāi)發全程圍繞需求設計和管理。考慮到時間和資(zī)源的限制，必須分(fēn)清哪些是必須首先考慮的高優先級需求。已有的需求排序架構缺少對曆史數據的記錄，而這些曆史數據有助于從類似項目中(zhōng)方便地選取最适合的需求排序技術。本文中(zhōng)，我(wǒ)們提出一(yī)種名爲RePizer的軟件需求排序架構，該架構與一(yī)種選定的需求排序技術聯合使用，可以基于給定标準(如開(kāi)發成本)，爲軟件需求優先級排序。RePizer通過從需求庫提取曆史數據，爲軟件需求工(gōng)程師決策提供協助。此外(wài)，RePizer提供了對整個項目的全景式視角，以确保對資(zī)源的審慎使用。基于RePizer架構，采用已有的兩種需求排序技術：計劃博弈(planning game, PG)和層級分(fēn)析(analytical hierarchy process, AHP)，分(fēn)别比較各自的預期準确度和易用程度。結果表明，采用計劃博弈時，RePizer性能更佳。

關鍵詞組：軟件需求；需求排序技術；排序架構；計劃博弈；層級分(fēn)析

Pegasus: a distributed and load-balancing fingerprint identification system

Yun-xiang Zhao, Wan-xin Zhang, Dong-sheng LI, Zhen Huang, Min-ne Li, Xi-cheng Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1500487 Downloaded: 2776 Clicked: 5517 Cited: 0 Commented: 0(p.766-780) <Full Text> <PPT> 1882

Chinese summary <31> 負載均衡的分(fēn)布式指紋識别系統

概要：指紋的唯一(yī)性和不變性使得它在各類生(shēng)物(wù)識别系統中(zhōng)得到了廣泛的應用。随着指紋識别技術的發展，大(dà)規模的指紋存儲和系統高并發的需求給指紋識别系統帶來了新的挑戰。面對這種挑戰，我(wǒ)們設計并實現了一(yī)個負載均衡的分(fēn)布式指紋識别系統，它包括分(fēn)布式指紋特征提取子系統和分(fēn)布式指紋特征存儲子系統兩部分(fēn)。在指紋特征提取的過程中(zhōng)，特征提取與Hadoop圖片處理接口（HIPI）的結合使得特征提取的效率得到大(dà)幅度提升；特征存儲子系統對MongoDB默認的負載均衡策略進行了優化，使得魯棒性得到了明顯提高。相關的試驗和模拟表明，相比于Hadoop默認的小(xiǎo)文件處理機制，我(wǒ)們的系統可以在指紋特征提取的過程中(zhōng)減少約70%的處理時間；優化後的MongoDB負載均衡策略可以将分(fēn)布式MongoDB系統的前端mongos負載差距控制在5%以下(xià)，基于操作負載（增、删、改、查）的後端數據存儲負載均衡策略将由數據遷移帶來的時間開(kāi)銷降低了約40%。

關鍵詞組：分(fēn)布式指紋識别系統；分(fēn)布式MongoDB；負載均衡

Efficient hierarchical identity based encryption scheme in the standard model over lattices

Feng-he Wang, Chun-xiao Wang, Zhen-hua Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1500219 Downloaded: 2361 Clicked: 5942 Cited: 0 Commented: 0(p.781-791) <Full Text> <PPT> 1699

Chinese summary <22> 标準模型下(xià)基于高效分(fēn)級身份的格上加密方案

概要：本文在标準模型下(xià)，利用固定維數的格基代理算法提出了一(yī)種高效的格基分(fēn)級身份加密方案。其公鑰尺寸僅爲(dm²+mn)logq比特，而消息-密文擴展因子僅爲logq，其中(zhōng)d爲最大(dà)分(fēn)級深度，(n,m,q)爲公開(kāi)參數。本文構造了一(yī)種新的公鑰賦值算法，将1個随機、公開(kāi)的矩陣平均賦值爲兩個身份比特，從而僅僅需要d個公開(kāi)矩陣來構造标準模型下(xià)的HIBE方案；與之相比，Crypto 2010所提出的HIBE方案中(zhōng)需要2d個同樣尺寸的矩陣，公鑰尺寸達到(2dm²+mn+m)logq。爲了将該方案的消息-密文擴展因子壓縮到logq，本文基于Gentry的加密方案建立了一(yī)種基礎加密算法，一(yī)次加密操作中(zhōng)能夠加密m²比特明文并得到m²logq比特密文。因此，文中(zhōng)所提方案在公鑰尺寸、消息-密文擴展因子等方面具有一(yī)定的優勢。基于差錯學習問題的困難性，我(wǒ)們證明該方案在選擇身份、選擇明文攻擊下(xià)是安全的。

關鍵詞組：分(fēn)級身份加密；格密碼；标準模型；差錯學習問題；高斯

Human hip joint center analysis for biomechanical design of a hip joint exoskeleton

Wei Yang, Can-jun Yang, Ting Xu

DOI: 10.1631/FITEE.1500286 Downloaded: 2590 Clicked: 6363 Cited: 0 Commented: 0(p.792-802) <Full Text> <PPT> 1766

Chinese summary <27> 基于人體(tǐ)髋關節轉動中(zhōng)心分(fēn)析的髋關節外(wài)骨骼仿生(shēng)設計

概要：爲了改善外(wài)骨骼穿戴舒适性，本文提出了一(yī)種基于人機物(wù)理交互優化的外(wài)骨骼設計方法。該方法通過設計外(wài)骨骼髋關節，使其保證人體(tǐ)髋關節運動時外(wài)骨骼髋關節轉動中(zhōng)心能跟随人體(tǐ)髋關節轉動中(zhōng)心的運動軌迹。當人體(tǐ)髋關節運動時，通過實驗測量和計算可以得到其轉動中(zhōng)心軌迹。本文設計的外(wài)骨骼髋關節運動機構能在人體(tǐ)髋關節屈曲/伸展和外(wài)展/内收時，保證轉動中(zhōng)心都能夠包容人體(tǐ)髋關節轉動中(zhōng)心運動範圍。同時，所設計的外(wài)骨骼髋關節被應用到下(xià)肢步行康複訓練外(wài)骨骼中(zhōng)。通過人機接觸力實驗可知(zhī)，與傳統設計外(wài)骨骼髋關節進行相比，本文設計的仿生(shēng)髋關節外(wài)骨骼在髋關節屈曲/伸展和内收/外(wài)展時分(fēn)别可以減小(xiǎo)24.1%和76.0%的人機接觸力。這一(yī)結果證明仿生(shēng)設計髋關節外(wài)骨骼更具穿戴舒适性，更符合人機工(gōng)程學的設計要求。最後，本文通過建立人機閉式鏈模型進一(yī)步分(fēn)析了仿生(shēng)設計對于人體(tǐ)髋關節内力的影響，并驗證該設計能減少關節内力作用。

關鍵詞組：髋關節外(wài)骨骼；髋關節中(zhōng)心；柔順關節；人機交互力

Initial position estimation strategy for a surface permanent magnet synchronous motor used in hybrid electric vehicles

Bing Tian, Qun-tao An, Li Sun, Dong-yang Sun, Jian-dong Duan

DOI: 10.1631/FITEE.1500298 Downloaded: 2870 Clicked: 6459 Cited: 0 Commented: 0(p.803-813) <Full Text> <PPT> 1732

Chinese summary <24> 适用于混合動力汽車(chē)的表貼式永磁同步電機初始位置估算

目的：混合動力汽車(chē)采用表貼式永磁同步電機作爲輔助動力，并采用價格低廉且性能可靠的開(kāi)關霍爾位置傳感器提供轉子角度信息。然而，霍爾開(kāi)關位置傳感器初始位置測量精度爲±30°（電角度），使得永磁同步電機在汽車(chē)啓動階段提供的最大(dà)電磁轉矩受到限制。因此，本文對表貼式永磁同步電機非線性（磁飽和）模型進行了研究，并依據非線性模型進行較準确的初始位置估算。
創新點：1.采用新穎的永磁同步電機非線性數學模型，推導出磁飽和特征函數以及轉子位置信息；2.采用混合注入法（注入高頻(pín)電壓矢量和直流電壓矢量）估算轉子位置，其中(zhōng)直流電壓用于改變鐵芯飽和度，而鐵芯飽和度又(yòu)将調制高頻(pín)電流響應。結合一(yī)種特殊的解調算法便可從高頻(pín)電流響應中(zhōng)獲得磁飽和特征函數以及轉子位置信息。
方法：1.研究了表貼式永磁同步電機的磁飽和數學模型，并采用Ansoft/Maxwell軟件對其進行了驗證；2.根據磁飽和模型提取出磁飽和特征函數f_sat，并初步用于估算磁極位置（誤差±25°）；3.在估算的轉子磁極方向上注入直流激磁電流，使鐵芯更加飽和，呈現凸極效應（L_qq/L_dd>1）；4.由于鐵芯更加飽和，可采用位置觀測器獲得較精确的轉子位置；5.通過MATLAB/simulink和實驗進行了轉子位置估算。
結論：1.在定子繞組中(zhōng)注入直流激磁電流，營造磁飽和效應；2.采用解調算法（2個二階帶通濾波器和3個一(yī)階慣性濾波器）可提取飽和度特征函數和轉子位置信息；3.本位置估算實施簡單，提高了表貼式永磁同步電機初始位置檢測精度。

關鍵詞組：表貼式永磁同步電機；初始位置估算；非線性模型；混合注入法；位置觀測器

Torque characteristics in a large permanent magnet synchronous generator with stator radial ventilating air ducts

He Hao, Wei-zhong Fei, Dong-min Miao, Meng-jia Jin, Jian-xin Shen

DOI: 10.1631/FITEE.1500238 Downloaded: 3824 Clicked: 6487 Cited: 0 Commented: 0(p.814-824) <Full Text> <PPT> 1874

Chinese summary <23> 有定子徑向通風孔的大(dà)型永磁同步發電機的轉矩特性

目的：針對應用于海上風電的大(dà)型低速直驅型永磁同步發電機，研究具有徑向通風風道定子和分(fēn)段斜極的轉子對于電機轉矩特性的影響。
創新點：利用二維和三維有限元分(fēn)析，得到定子通風孔的存在對于電機轉矩特性的影響，并且通過對永磁體(tǐ)結構和轉子分(fēn)段斜極的優化，得到其對電機轉矩特性的影響，提高電機轉矩性能，降低了對機械齒輪的要求。
方法：首先，考慮到大(dà)型直驅型永磁同步發電機采用的機械齒輪的機械忍耐性受到限制，因此減少電機的轉矩脈動具有非常重要的意義，對于海上工(gōng)作的風力發電機來說尤爲如此。接着，針對現有風力發電機，在具有定子通風孔條件下(xià)提出了對于電機永磁體(tǐ)形狀的優化，并通過二維和三維的有限雲分(fēn)析，得到了其對電機轉矩特性的影響。然後，通過提出對電機轉子的分(fēn)段斜極的優化，同樣利用二維和三維的有限元分(fēn)析得到不同轉子結構對電機轉矩特性的影響。最後，通過分(fēn)析比較得到不同結構對電機平均轉矩、轉矩脈動等的影響。
結論：針對大(dà)容量永磁同步發電機，我(wǒ)們發現定子通風孔不僅會降低電機的平均轉矩，還會增加電機的轉矩脈動，且電樞電流和轉子分(fēn)段斜極對減少電機的轉矩脈動具有非常大(dà)的影響。

關鍵詞組：永磁同步發電機；徑向通風孔；轉矩脈動；分(fēn)段斜極；磁體(tǐ)形狀優化；有限元分(fēn)析；風電

A novel resource optimization scheme for multi-cell OFDMA relay network

Ning Du, Fa-sheng Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1500294 Downloaded: 2031 Clicked: 6369 Cited: 1 Commented: 0(p.825-833) <Full Text> <PPT> 1492

Chinese summary <21> 一(yī)種新穎的多小(xiǎo)區正交頻(pín)分(fēn)多址中(zhōng)繼網絡資(zī)源優化分(fēn)配算法

概要：在蜂窩網絡中(zhōng)，用戶通過各自的基站相互通信，且通常位于不同的小(xiǎo)區内。對于用戶來說，基站相當于一(yī)個解碼轉發中(zhōng)繼節點。除了這種傳統的用戶之外(wài)，我(wǒ)們認爲相互之間需要通信的用戶還可以位于同一(yī)小(xiǎo)區内，由此産生(shēng)小(xiǎo)區内通信。在這種情況下(xià)，基站可作爲雙向中(zhōng)繼取代傳統的解碼轉發中(zhōng)繼，實現信息交換。多小(xiǎo)區正交頻(pín)分(fēn)多址網絡同時包含了這兩種類型的用戶。其中(zhōng)，資(zī)源優化分(fēn)配是我(wǒ)們的研究重點。特别地，我(wǒ)們聯合優化子載波分(fēn)配、子載波成對和功率分(fēn)配，從而最大(dà)化加權速率。通過拉格朗日對偶分(fēn)解近似求解在用戶功率固定的情況下(xià)基站資(zī)源的最優化問題。仿真結果表明，本文提出的策略優于現有的策略。

關鍵詞組：小(xiǎo)區内通信；雙向中(zhōng)繼；子載波分(fēn)配；子載波成對

Filtering and tracking with trinion-valued adaptive algorithms

Xiao-ming Gou, Zhi-wen Liu, Wei Liu, You-gen Xu

DOI: 10.1631/FITEE.1601164 Downloaded: 2263 Clicked: 5683 Cited: 1 Commented: 0(p.834-840) <Full Text> <PPT> 1507

Chinese summary <24> 三元數域自适應濾波與跟蹤算法

概要：本文首次提出了一(yī)種基于三元數代數的三維過程新模型。與純四元數模型相比，三元數模型更加緊湊，計算量更小(xiǎo)，同時在自适應線性濾波方面具有類似或者可比的性能。此外(wài)，三元數模型可以有效表征卡爾曼濾波中(zhōng)狀态轉移的一(yī)般性關系，而純四元數模型則無法對此進行表征。基于實測風力數據和合成數據集的仿真實驗驗證了這一(yī)新建模方法的潛能。

關鍵詞組：三維過程；三元數；最小(xiǎo)均方；卡爾曼濾波器