2021年, 第42卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-28

  

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几何量计量
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  基于条件生成式对抗网络的AFM图像盲重构方法

  胡佳成,颜迪新,曹丛,施玉书,张树,李东升

  计量学报. 2021, 42(5): 545-551. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.01

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  针对原子力显微镜（AFM）成像过程中针尖展宽效应引起的误差,提出一种基于条件生成式对抗网络（CGAN）的AFM图像盲重构方法。首先,以pix2pixHD模型为基础,通过全局生成网络对仿真样本数据进行对抗训练,引入AFM测量数据采用局部提升网络联合训练;最后,特征匹配损失函数以用于提升栅格边缘横向分辨力。实验结果表明:对于线宽8μm一维矩形栅格在AFM下的测量图像进行盲重构,重构图像标准差为0.33μm×0.45μm,具有较高的成像分辨力,有利于提升AFM图像一维栅格测量的准确度。
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  基于激光跟踪仪的协作机器人标定算法与实验研究

  陈相君,古力那尔·祖农,薛梓,栗大超,班朝,任国营

  计量学报. 2021, 42(5): 552-557. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.02

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  为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了一种基于激光跟踪仪测量的机器人几何参数标定方法,对协作机器人的参数误差进行辨识和补偿。为了避免机械臂相邻两个轴平行时会出现奇异性的情况,采用了MDH参数法建立误差模型;为了把测量数据定义在同一坐标轴上,结合了机器人工具坐标系转换（靶球中心点相对于机器人末端坐标系的平移变换）;进而用最小二乘优化算法(LM)辨识出机器人的模型参数误差。通过对JAKA协作机器人的仿真、实验计算和标定,机器人的位置误差平均值、标准差、误差最大值分别降低了70.58%、56.76%、57.44%。实验结果表明:该标定算法可以有效地辨识出机器人的模型参数误差,对机器人的模型参数进行补偿后,提高了绝对定位精度。
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  多边法坐标测量系统中解算方式对测量精度的影响研究

  孙威,缪东晶,李建双,姚燕,钟文,赫明钊,李连福

  计量学报. 2021, 42(5): 558-563. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.03

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  为了研究多边法坐标测量系统中解算方式对测量精度的影响,建立了多边法坐标测量模型,分析了两种目标点坐标解算方式的差异,并针对典型的4台测站多边法坐标测量系统进行了两种解算方式的仿真测量实验。仿真结果表明:预先准确标定系统参数方式能有效提升测量精度,测量精度依次改善了69.5%、64.6%、46.3%。进行了坐标测量精度验证实验,实验结果表明:与同步解算方式相比较,预先准确标定系统参数取模后的3组实验平均测量误差由203.0μm降至23.8μm,且3组实验的测量误差与测量距离的平均相关系数由99.8%降至37.8%,验证了仿真实验结果。
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  基于LIF海面溢油平坦厚油膜区域边缘厚度评估方法研究

  谢贝贝,孔令富,孔德明,张晓丹,孔德瀚,袁丽

  计量学报. 2021, 42(5): 564-569. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.04

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  油膜厚度是对海面溢油污染定量分析的一个重要指标。结合海面溢油平坦和非平坦两种厚油膜区域的形态特点,依据激光诱导荧光(LIF)技术探测不同厚度油膜的信号特征给出判定,提出平坦厚油膜区域边缘厚度评估方法,根据油膜区域边缘厚度的不同,采用荧光强度估算油膜厚度。实验观察平坦厚油膜边缘的厚度变化,利用LIF实验系统对平坦厚油膜的边缘厚度进行评估,结果表明,该方法对于厚度大于20μm的油膜厚度评估,相对偏差在±10%左右。
光学计量
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  结合多尺度及密集特征图融合的阴影检测方法

  张世辉,张笑维,李贺,张笑笑,牛景春,陈琦

  计量学报. 2021, 42(5): 570-576. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.05

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  为了提高图像中阴影检测的准确性,提出一种利用深度神经网络实现阴影检测的方法。首先,构造了一种密集特征图融合结构,将不同卷积层产生的特征图进行融合;其次,针对图像中阴影的多种尺度特征,设计了一种串并联结合的扩张卷积结构提取图像中阴影多尺度特征;最后,将串并联结合的扩张卷积结构和密集特征图融合结构进行结合,设计出一种端到端的Dilated Dense Fusion-Unet网络实现阴影检测功能。实验结果表明,所提方法在SBU和UCF阴影检测数据集上的阴影检测结果及量化评估均优于已有代表性的阴影检测方法,在2个数据集上的准确率分别提高5.8%和6.5%,平衡误差率分别降低2.2%和0.5%。
热学计量
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  热沉定值系统不确定度评定

  孙道安,吕剑,李春迎,杜咏梅,王志轩,张建伟,张皋

  计量学报. 2021, 42(5): 577-581. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.06

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  热沉是表征吸热型碳氢燃料吸热能力的特性参数,准确高效地计量热沉是吸热型碳氢燃料在高超声速飞行器中工程应用的前提和关键技术。根据功能模块划分设计理念,研建了一套高精度、集成自动化的热沉定值系统。在此基础上,依据JJF 1059《测量不确定度评定与表示》的相关规定,分析了热沉定值系统的不确定度主要分量并进行了不确定度评定。结果表明,热沉定值系统的扩展不确定度为2.48%(k=2)。热沉定值系统的建立不仅为吸热型碳氢燃料的吸热能力提供了计量保障,而且也为后续热沉标准物质的研制奠定了基础。
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  高精度复现铟凝固点

  王宁,闫小克,张明宇,何沛

  计量学报. 2021, 42(5): 582-588. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.07

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  利用金属外壳密封铟点容器,采用连续热流密度法,高精度复现了铟熔化温坪和凝固温坪。通过线性拟合方法确定铟的液相温度,并将其与凝固温坪最大值之间的差异作为评判铟点容器质量的重要依据。实验结果表明:液相温度和凝固温坪最大值之间的差异在0.27mK范围内一致;距离容器温度计阱底部16cm内垂直温场均匀度为13mK。因此,该金属外壳铟点容器可以满足高精度温度量值传递需求。此外,研究了炉温设定对铟凝固温坪时长及过冷度的影响。
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  标准铂电阻温度计自热效应对测量结果的影响

  任建平,孙建平,李婷,何佳融,曾佳旭

  计量学报. 2021, 42(5): 589-594. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.08

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  为了研究自热效应对标准铂电阻温度计测量结果的影响,分别从定点法和比较法两方面开展研究。针对定点法,统计中国计量科学研究院近3年检定的标准铂电阻温度计数据,计算不同温区的铂电阻温度计自热效应修正前后的测量结果并进行对比,结果表明,在溯源标准铂电阻温度计时自热效应修正与否对测量结果的影响达到了1.5mK以上,最大达到了6mK。针对比较法,设计了基于恒温槽的自热测量方案并进行实验,对修正自热前后温度测量结果进行对比,结果表明,自热修正与否带来的误差依然达到了1.5mK。因此,在标准铂电阻温度计量值溯源和精密温度测量中,对测量结果进行自热修正是必要的。
流量计量
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  基于改进半阈值迭代算法的ECT图像重建

  马敏,刘一斐,刘亚楠

  计量学报. 2021, 42(5): 595-602. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.09

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  针对电容层析成像逆问题求解存在病态性和欠定性的问题,将压缩感知理论应用到成像过程中缓解其欠定性。首先将初始信号稀疏化处理,其次基于高斯随机阵对灵敏度矩阵的各行重新排列,随后进行奇异值分解得到了列独立性更高的观测矩阵。最后将基于l1/2-范数的半阈值迭代算法引入到ECT成像过程中,并在罚函数中加入l2-范数的约束项,通过改进的半阈值迭代算法进行求解。仿真实验表明,该算法有效地降低了图像误差,并兼顾了成像速度,在ECT成像过程中具有良好的性能。
力学计量
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  基于参数辨识的力传感器动态校准方法

  江文松,尹肖,李泓洋,罗哉,杨军,王中宇

  计量学报. 2021, 42(5): 603-608. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.10

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  力传感器动态校准通常采用静态指标分析方法,很难评价其结构参数对模型时变特性的影响,为此提出一种力传感器动态校准方法。针对被校准力传感器的结构特征建立参数化数学模型,分析动态激励与结构响应之间的频域传递关系;利用最小二乘法对传递函数的频谱特性进行解析,实现模型参数的辨识;采用频率分析法建立传递函数的频域几何关系式,实现动态校准模型的稳定性评价。采用落锤式冲击力校准装置验证所提方法,结果表明该方法能以较小的标准差辨识被校准力传感器的结构参数,也能依据相位裕量和幅值裕量判断动态校准模型的稳定性。
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  基于误差传递原理的水尺计重误差分析

  朱景林,朱金善

  计量学报. 2021, 42(5): 609-614. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.11

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  在误差相关理论和水尺计重方法的基础上,分析了水尺计重过程中误差的传递规律。通过梳理水尺计重过程存在的系统误差,甄别出了锚链和缆绳的垂直分力造成的系统误差尚未被有效修正。在JTS 144-1-2010《港口工程荷载规范》和现有研究成果的基础上,对船舶风压力和水流力的横向和纵向分力进行了分析,得出了船体所受的水平外力(即锚链张力水平分力的反作用力),并结合力学原理以及船舶锚泊状态建立了锚链张力垂直分力的计算模型,其可用于求解由锚链垂直分力造成系统误差的修正量。算例表明:在风速为13m/s,流速达到4kn(1kn=1.852km/h)时,仅这一项误差就已达到了水尺计重允许误差的28%。
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  基于多种小波变换的一维卷积循环神经网络的风电机组轴承故障诊断

  陈维兴,崔朝臣,李小菁,赵卉

  计量学报. 2021, 42(5): 615-622. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.12

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  为解决在复杂工况下风力发电机组轴承故障诊断虚警率高的问题,提出一种端到端的混合深度学习框架——基于多种小波变换的一维卷积循环神经网络。首先,通过多种小波变换得到多个时-频矩阵,以充分提取信号特征;再通过一种扩展的LSTM,对多通道时-频矩阵不同时间步信息进行提取,捕获时-频数据时空特征;最后,通过全局池化层和分类层对故障状态进行分类。实验结果表明:在复杂工况下,多种小波变换的一维卷积循环神经网络对风力发电机组轴承故障识别率能够达到95%以上。
电磁学计量
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  基于数字图像识别和光纤传感器的直流大电流在线校准装置

  梅国健,王家福,李传生,林飞鹏,董平,邵海明,蔡晋辉

  计量学报. 2021, 42(5): 623-628. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.13

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  在电解冶金和电化学工业领域,大量霍尔直流超大电流传感器无预留校准接口。针对这一实际问题,设计了一种基于数字图像识别和光纤电流传感器的直流大电流在线校准装置。该在线校准装置以光纤电流传感器为标准,利用图像传感器实时采集霍尔电流传感器二次显示仪表的示数图像,对采集到的图像进行灰度化、中值滤波、二值化、闭运算、字符分割等预处理,并采用穿线法进行图像识别,获取霍尔电流传感器的采样值,并与光纤电流传感器的标准测量值进行实时比较,计算被校霍尔电流传感器的测量误差。现场校准的实验结果验证了校准方法及装置的可行性。
无线电、时间频率计量
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  基于混合迁移学习的运动想象分类算法研究及其在脑机接口中的应用

  杜义浩,刘兆军,付子豪,张园园,任娜,陈杰,谢平

  计量学报. 2021, 42(5): 629-637. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.14

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  为提升迁移学习在运动想象脑机接口应用过程中的迁移高效性及普适性,综合实例迁移和特征迁移学习方法的优势进而构建了混合迁移学习模型。首先,依据样本权重极化原理改进TrAdaBoost算法以实现实例层面的迁移,优化源域训练样本;其次,基于大间隔投射迁移支持向量机进一步缩短源域与目标域间的分布距离以完成特征层面的迁移,实现迁移效率最大化。进一步,将该方法应用于脑机接口竞赛Dataset IIb数据集进行离线测试及分析,研究结果表明混合迁移学习模型的迁移效率明显高于单一迁移学习模型,并且对于不同迁移对象识别准确率相对提升均值在70%以上,验证了所述方法的有效性与普适性。此外,基于已搭建的运动想象识别系统进行在线测试,验证了模型的实用性。
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  交互式多模型集自适应协同滤波目标跟踪算法研究

  孔德明,杨丹,王书涛

  计量学报. 2021, 42(5): 638-644. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.15

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  为了解决传统交互式多模型算法静态模型集带来的精度低等局限问题,提出了一种多模型集自适应协同滤波算法。通过比较目标与当前模型集中不同模型之间的模型匹配概率,自动确定当前模型匹配中的最好模型与最坏模型,利用激活、保留和剔除策略改变固定模型集的结构以达到模型集自适应的过程。通过与其他已经提出的交互式多模型算法进行比较,实验结果表明:多模型集自适应协同滤波算法在速度、加速度以及转弯速率的状态估计上都得到了优化,在一定程度上提升了目标跟踪定位的准确性。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  30~160keV单能X射线装置的单色性实验研究

  王二彦,蒋政,郭思明,吴金杰,杨强,周鹏跃,宋瑞强

  计量学报. 2021, 42(5): 645-649. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.16

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  单能X射线光源是由X射线光机、双晶单色器、标准探测器以及准直系统组成。X射线光机产生的连续X射线,通过与双晶单色器发生布拉格衍射完成单色化,调节不同的特定布拉格角度得到能量范围30~160keV的单能X射线。为了研究标定装置的能量展宽,需要对该装置产生的单能X射线的能量分辨率进行研究。结果表明Si(220)晶体产生的单能X射线的能量分辨率为0.91%@30keV和2.3%@70.6keV,Si(551)晶体为1.97%@80.1keV和3.45%@142.6keV。使用这套装置对溴化镧晶体探测器的能量响应进行校准验证,实验发现该装置的能量分辨率良好,可以应用在多种类型探测器的标定实验、X射线质量衰减系数测量以及多层膜反射率测量等领域。
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  基于不确定度评价对稻米中镉元素分析标准物质高精度定值方法的比较

  周明慧,伍燕湘,陈曦,王松雪

  计量学报. 2021, 42(5): 650-657. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.17

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  通过对稻米中镉含量测定的3种典型方法(石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和同位素稀释电感耦合等离子体质谱法(ID-ICP-MS))测量不确定度分量来源、类型、贡献进行系统分析比较,为稻米镉分析标准物质高精度定值方法的选择和定值的过程控制提供依据。研究结果显示,GFAAS、ICP-MS和ID-ICP-MS测试稻米中镉结果分别为0.478±0.028,0.488±0.022,0.485±0.014mg/kg(k=2),ID-ICP-MS的测量不确定度显著小于其他2种方法,结果精密度更高,同时是可直接通过天平称重和同位素丰度比的测量溯源至SI单位的基准方法,是稻米中镉分析标准物质定值的理想方法;GFAAS和ICP-MS不确定度较ID-ICP-MS大,但相对扩展不确定度也仅为5.7%和4.4%,满足于多种不同原理方法定值研究。
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  基于最大相关熵准则的多尺度高斯核极端学习机

  刘兆伦,武尤,王卫涛,张春兰,刘彬

  计量学报. 2021, 42(5): 658-667. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.18

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  针对传统的多尺度核极端学习机对噪声敏感且计算量大的问题,提出一种适用于高斯噪声环境的多尺度核极端学习机。首先,利用最大相关熵准则代替多尺度核极端学习机中传统的最小均方差准则构造目标函数;其次,将1种按训练样本数随机生成尺度因子的多尺度化方法应用于高斯核函数;最后引入拉格朗日乘子法对目标函数进行求解,推导出基于最大相关熵准则的多尺度高斯核极端学习机。实验表明,该算法具有更高的学习效率,与传统多尺度核极端学习机相比,在3个UCI基准数据集上预测精度平均提升30.30%,在对水泥熟料f-CaO含量进行预测的应用实验中预测精度提升23.8%。
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  热电厂连续监测系统CEMS烟气污染物测量不确定度研究

  梁天琪,徐鸿,郑天林,张光学

  计量学报. 2021, 42(5): 668-674. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.19

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  烟气排放连续监测系统(CEMS)已经广泛运用于热电联产机组烟气污染物排放监测中,并且测试数据实时上传到生态环境部门。为了评估某热电厂CEMS系统监测数据的准确度和可信度,分析了该系统中影响烟气污染物测量不确定度分量因素,主要包括零点漂移、量程漂移、示值误差、测量误差、标准气体组分浓度和测量重复性。结果表明当包含因子 k=2,置信概率为95%时,SO2、NO和NO2的扩展不确定度分别为2.28mg/m³、3.50mg/m³和0.50mg/m³。由于参比法与CEMS对烟气监测的采样方式不同,使测量误差引入的不确定度分量最大。
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  基于互信息PSO-LSSVM的SO2浓度预测

  金秀章,李京

  计量学报. 2021, 42(5): 675-680. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.20

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  针对火电厂SO2污染物排放问题,提出了一种基于互信息的粒子群寻优(PSO)最小二乘支持向量机(LSSVM)模型预测方法,通过筛选出与SO2实测入口浓度相关性较高的辅助变量,将其作为模型的输入,实现对主导变量SO2浓度的预测。利用互信息筛选出的辅助变量相比于机理分析、皮尔逊相关性筛选出的辅助变量具有更高的相关性。利用互信息筛选出的辅助变量作为LSSVM模型的输入以及粒子群法确定LSSVM的参数,不仅缩短了计算时间,还提高了预测精度。将该方法应用到某火电厂的SO2浓度软测量中,利用现场数据进行仿真,结果表明预测精度较高,相对误差较低,预测趋势更贴近实际值,减小了实际值与预测值的误差(均方根误差为2.485,平均相对误差为0.2603%),为现场的SO2浓度提前控制提供了软件技术支持。
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  基于三支决策的双激素人工胰脏模型预测控制算法研究

  孙超,孔雪华,高军,陆凯旋,杜鹏翔

  计量学报. 2021, 42(5): 681-688. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.05.21

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  目前，关于双激素人工胰脏子系统切换机制的研究较少，并且现有研究在运行效率和群体控制质量上有待提高。以三支决策理论和模型预测控制算法为依托，提出一种基于三支决策的双激素人工胰脏模型预测控制算法。该算法利用三支决策理论设计3个子系统之间的切换规则，该规则通过设计包含经济代价和高低血糖风险的代价矩阵，计算切换到每个子系统的决策风险值，确保最终切换到风险值最小的子系统。利用UVA仿真平台对33位虚拟病人进行实验并从多方面对仿真结果进行分析，证明该算法能很好地将血糖控制在正常范围内，在跟踪误差、风险指数、运行效率和对多个病人的群体控制质量上取得了良好的效果。