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: 6370 Clicked: 9354 Cited: 1 Commented: 0(p.1-14) <Full Text> <PPT> 1977

Chinese summary <182> 基于最大重要度优先查询的动态剪枝算法

目的：不断增长的网页数量和查询请求量对搜索引擎的查询性能提出非常大的挑战。当前索引遍历算法存在的大量候选文档失效问题依然制约着搜索引擎查询性能的提升。本文通过研究倒排索引的遍历方式和动态剪枝算法来加快搜索引擎top-k查询处理的性能。
创新点：提出最大重要度优先（Largest Scores First，LSF）查询算法，使得具有较高重要度的查询词项所指向的倒排链表能够优先得到处理。提出两种精确的动态剪枝算法：基于LSF的去除倒排链表技术（List Omitting，LSF_LO）和基于LSF的文档部分打分技术（Partial Scoring，LSF_PS）。
方法：首先，通过对现有动态剪枝算法的对比分析得出词项重要度对于搜索引擎top-k查询性能的影响：优先处理重要度较高的查询词项能够快速提升结果集的阈值，从而避免对估计得分较低的文档的处理。其次，通过设计倒排链表实体的各种操作方法来实现对倒排链表按照最大重要度的排序和处理，给出算法的伪码并分析了算法的计算复杂度。最后，利用最大重要度优先查询算法在top-k查询中的优势，实时估计每个倒排项在每计算一个词项的贡献之后的最大可能分数，同时在一个倒排链表遍历结束后估计其剩余最大可能贡献分数，避免对于估计最大得分低于结果集阈值的文档的各种处理操作，从而达到对搜索引擎top-k查询性能的提升。
结论：提出了LSF查询和其上的两种动态剪枝算法LSF_LO和LSF_PS。实验结果表明本文所提LSF查询相比传统DAAT查询在性能上有了明显的提升。

关键词组：倒排索引；索引遍历；查询延迟；最大重要度优先查询；动态剪枝

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: 8850 Clicked: 9201 Cited: 1 Commented: 0(p.15-31) <Full Text> <PPT> 2018

Chinese summary <220> Dr. Hadoop: Hadoop的一种无限可扩展元数据管理机制—小象如何不老？

目的：在这个“兆兆兆字节”（Exa byte）时代，数据量随时间指数率增长。剧增的数据在文件系统中制造了大量的元数据（metadata）。虽然Hadoop是处理大数据时最广泛采用的软件架构，其效率仍被研究者们广泛质疑。有必要为Hadoop创建一个有效且可扩展的元数据管理机制。
创新点：基于哈希的映射和子树分区适用于分布式元数据管理方案。基于哈希的映射在NameNode（Hadoop中存储元数据的服务器）间均衡地分配负载，但受到元数据空间局部性的限制；子树分区不需为保持负载均衡而迁移元数据，但也不能在服务器间均衡任务负载。本文提出一种称为DCMS（dynamic circular metadata splitting，动态环形元数据分割）的环形元数据管理机制（图3），并依此构建了Hadoop的改进框架—Dr. Hadoop（“Dr.”来自于本文作者名字首字母Dipayan DEV，Ripon PATGIRI）。NameNode是Hadoop的核心，其对所有文件路径树的保存失败将导致单点故障（single point of failure，SPoF）。DCMS能够移除Hadoop中的单点故障，从而提供一种有效且可扩展的元数据管理机制。
方法：通过使用局部保持哈希（locality-preserving hashing，LpH）保持元数据的空间局部性，通过使用一致性哈希（consistent hashing）保持服务器间的负载均衡，通过保留复制后的元数据实现高可靠性。
结论：理论分析表明，Dr. Hadoop架构在99.99%的时间能够可靠使用。通过衡量数据吞吐率、容错性和NameNode负载等性能，DCMS在大规模文件系统上较传统方法更具效力。

关键词组：Hadoop；NameNode；元数据；局部保持哈希；一致性哈希

Image meshing via hierarchical optimization

Hao Xie, Ruo-feng Tong

DOI: 10.1631/FITEE.1500171 Downloaded: 9966 Clicked: 7060 Cited: 1 Commented: 0(p.32-40) <Full Text> <PPT> 1870

Chinese summary <49> 基于层次优化的图像网格化方法

目的：面向数字图像处理领域中的图像表达问题，实现对给定光栅图像生成其对应的三角网格表达，使得通过该网格重建出的图像与原图像尽可能一致。
创新点：使用一种层次优化的方法，将原问题中的高复杂性逐层分散到每一层中，使得每一层中的子问题变得易解。
方法：首先，对给定的光栅图像进行多次双边滤波，从而建立起层次结构（图2），使得处理后的图像在保持局部特征的前提下逐层平滑。接着，对最粗层次的图像生成初始三角网格，与该层的图像一起作为输入，以便后续处理。然后，从最粗一层开始，逐层进行处理；对每一层的子问题均采用几何与拓扑交替迭代的方式进行求解，并将求解的结果作为下一层的初始网格。最后，在最细一层的输出三角网格顶点上赋予图像中对应位置的像素点颜色值，从而形成最终的输出网格（图4b）。当需要重建原始图像时，只需根据三角网格顶点的颜色值对三角形内部点的颜色值进行线性插值即可（图5）。
结论：针对一般的光栅图像，提出了一种基于层次优化的图像网格化方法，可较好地重建出原输入图像。

关键词组：图像网格化；层次优化；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: 5319 Clicked: 6933 Cited: 0 Commented: 0(p.41-54) <Full Text> <PPT> 1836

Chinese summary <50> 基于曲率尺度空间的单视深度图像手部特征提取

目的：从深度图像、彩色图像提取手部特征（如指尖、指根、手指关节、手形轮廓）是人机交互与虚拟现实领域的重要研究课题。由于人的手部运动自由度较多，受环境光照和噪声影响较大，以及手部出现自遮挡现象，手部特征提取的研究仍亟待解决。数据手套和微软Kinect体感设备的开发，一定程度上解决了手部特征提取的问题，但前者需用户穿戴设备，后者获取精度不高。本文提出一类基于曲率尺度空间特征描述符的手部特征点定位方法，实现从单视深度图像获取手部特征点的鲁棒算法。
创新点：提出改进的曲率尺度空间特征描述符，从手形轮廓提取手指的指尖点、指谷点；通过角度区域与手形轮廓及手部深度差异计算未检测的四指指尖；通过五个指根点以及手形轮廓的起始点构成的七边形计算未检测的大拇指指尖。
方法：通过openNI对单幅深度图像提取手部部分并提取手形轮廓点。将传统的曲率尺度空间特征描述符改进为适当阈值范围内的特征点提取算法，从手形轮廓提取手指的指尖点、指谷点；对未检测的指尖点通过角度阈值进行弯曲判断，通过角度区域与手形轮廓及手部深度差异逐一计算未检测的手部特征点。
结论：与传统的基于角度阈值、轮廓凸包等方法相比，改进的曲率尺度空间特征描述鲁棒性更佳，适合从手部轮廓中提取手部的指尖点和指谷点。在此基础上通过角度区域、手形轮廓及手部深度差等方法可逐一计算未检测的手部特征点。

关键词组：曲率尺度空间；手部关节；凸包；手形轮廓

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: 7945 Clicked: 7841 Cited: 1 Commented: 0(p.55-66) <Full Text> <PPT> 1875

Chinese summary <49> 双轮铣槽机铣削系统自适应模糊积分滑模转速控制

目的：随着地下连续墙施工工法和双轮铣槽机技术不断发展，实现对双轮铣槽机铣削系统铣轮工作转速的快速精确控制具有重要意义。在负载特性未知、扰动复杂的情况下，本文基于自适应模糊积分滑模（AFISMC）控制算法，实现对铣削系统铣轮转速的良好控制。
创新点：在双轮铣槽机铣轮铣削过程中，铣轮转速控制受到岩石和土壤未知负载特性的影响，同时地质条件不断变化。由于岩石和土壤复杂的负载特性，铣轮的切削扭矩与地质条件、铣轮进给速度等均存在耦合关系，而且其动态特性复杂未知，无法建立准确的数学模型。本文针对以上难点，设计新型自适应模糊积分滑模转速控制器。
方法：针对双轮铣槽机铣削系统的特性，提出一种基于自适应模糊积分滑模控制（AFISMC）的铣轮转速控制方案。该控制方案将自适应控制的参数自整定特性、积分滑模控制的鲁棒性以及模糊系统独立于数学模型的特性结合起来。通过自适应模糊系统对被控对象未知模型有效逼近，使用反步法对控制器进行设计，采用Lyapunov理论证明整个闭环系统（包括自适应模糊推理系统、积分滑模控制器和被控对象）的稳定性。
结论：在双轮铣槽机液压模拟实验台对不同工况下的铣轮转速控制进行实验，分别采用PI、ISMC和AFISMC三种控制方法进行对比。实验结果表明AFISMC控制算法在跟踪和抗干扰方面均表现出良好的控制性能。

关键词组：铣削系统；电液系统；铣削转速控制；自适应模糊积分滑模控制

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: 9028 Clicked: 7170 Cited: 0 Commented: 0(p.67-73) <Full Text> <PPT> 2027

Chinese summary <51> 基于LTCC技术集成曲折线天线的封装天线系统

目的：基于LTCC工艺，设计工作于2.4 GHz频段范围且满足性能指标要求的集成封装天线，同时设计封装腔体结构实现电路芯片的集成。
创新点：设计了一种曲折线天线结构用以实现系统的小型化。在封装层腔体内引入一种叠层多芯片组件结构，提高了整体集成度。通过添加通孔及馈线结构减少天线与封装层内部芯片间的电磁耦合。
方法：首先，基于LTCC的材料特性及设计的性能需要，设计一种曲折线形天线，并对其原理进行分析，对其回波损耗特性进行仿真（图3）。然后，针对封装天线集成电路芯片的需要，提出一种LTCC材料的多芯片组件结构（图8），同时在封装层内加入一定数量的金属通孔（图9），以减少天线与芯片间的电磁耦合。最后，将上述设计的天线与封装层结构整合在一起，并进行实际制作（图12），通过测试得到制作的封装天线系统的方向特性图（图13）和回波损耗特性曲线（图14）。
结论：针对2.4 GHz频段的应用需要，提出了一种小型化高集成度的封装天线结构。该结构满足实际应用所需的性能指标，且能方便地通过LTCC工艺实现。

关键词组：封装天线；曲折线天线；多芯片组件；低温共烧陶瓷

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: 6654 Clicked: 7586 Cited: 1 Commented: 0(p.74-82) <Full Text> <PPT> 2137

Chinese summary <47> 基于分形图案蚀刻屏蔽金属提高磁耦合能量传输效率

目的：针对磁耦合能量传输中屏蔽金属的涡流效应导致传输效率降低的问题，提出一种可有效抑制金属涡流效应的方法，从而提高能量传输效率。
创新点：提出在屏蔽金属上蚀刻具备分形特征的几何图案的方法。该方法改变了磁耦合能量传输中金属表面的涡流分布，有效抑制了其涡流效应，能量传输效率接近无金属介质时的水平。
方法：首先，利用电磁仿真方法建立模拟层状金属屏蔽的磁耦合能量传输模型（图1）。基于仿真模型找出可有效抑制涡流效应的蚀刻图案的特征。其次，在满足这些特征的条件下，提出并比较几种不同分形图案（图4）蚀刻金属后的能量传输性能，选择性能最好的图案（图4g）计算其频率响应，并探讨其抑制涡流效应的机制。然后，仿真研究了多层金属应用背景下，采用分形图案蚀刻金属以提高传输效率的方法。最后，建立仿真模型对应的实验平台，对可有效抑制金属涡流效应的图案特征，以及多层金属应用下用分形图案蚀刻方法抑制涡流效应的结果进行实验验证。
结论：针对磁耦合能量传输中普遍存在的层状金属应用环境，提出了采用分形图案蚀刻金属的方法，有效抑制了金属涡流效应，提高能量传输效率。

关键词组：分形几何；层状金属屏蔽；涡流效应；磁耦合能量传输