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.5 P.389-488

<<< CONTENTS >>>

Invited Papers

Home location inference from sparse and noisy data: models and applications

Tian-ran Hu, Jie-bo Luo, Henry Kautz, Adam Sadilek

DOI: 10.1631/FITEE.1500385 Downloaded: 2313 Clicked: 6175 Cited: 1 Commented: 0(p.389-402) <Full Text> <PPT> 1613

Chinese summary <35> 基于稀疏噪声数据的家的位置推断：模型与应用

目的：家，是人们生活的中心。由于家的特殊意义，在对于人类活动的研究中，确定家的位置就显得尤为重要。本文旨在从一个人的签到记录上准确预测家的具体位置（精度在100米以内）。
创新点：由于家的位置属于隐私，我们无法，也不能直接使用用户的隐私数据来进行研究。因此数据的采集和近似是第一个难题。本文的解决方法是认为人们在家里说的话跟在外面说的话不一样。由于人们在家里签到会说一些特点的词汇，比如“睡觉”、“洗澡”，等等。我们收集了带有这样词汇的签到，然后把这样的签到句子经由多人筛选。如果所有人都认为某一条签到是来自家里的，我们就认为这个签到的位置是发送者的家的位置。
方法：从人们的签到中抽取一些关键的特征，再把这些特征经由数据挖掘的算法提炼得出一个综合的判断。我们考虑的特征包括，人们出现在某地点的频率、时间，以及是否在夜间出现等等。
结论：实验证明，可以以70%+的准确率预测70%+的活跃社交网络用户，而且精度是100米以内。

关键词组：家的位置；移动模式；医疗保健

Non-negative matrix factorization based unmixing for principal component transformed hyperspectral data

Xiu-rui Geng, Lu-yan Ji, Kang Sun

DOI: 10.1631/FITEE.1600028 Downloaded: 2873 Clicked: 7502 Cited: 3 Commented: 0(p.403-412) <Full Text> <PPT> 2075

Chinese summary <94> 高光谱图像主成分非负矩阵分解方法

目的：在高光谱混合像元分析技术领域中，非负矩阵分解的应用十分广泛。然而，由于高光谱数据量较大，导致使用非负矩阵分解的计算复杂度很高。另一方面，非负矩阵分解对高光谱数据中的噪声十分敏感。虽然主成分分析技术可以很好地解决这两个问题，但是由于经过主成分分析变换后的数据存在负值，使得基于乘式迭代的非负矩阵分解技术不能直接应用于主成分变换后的数据。因此，本文着力于提出一种可以应用于主成分变换后数据的非负矩阵分解方法。
创新点：本文研究了主成分分析的两个步骤（平移和投影）对非负矩阵分解的影响。然后提出了利用强迫正交的手段将主成分变换后的数据重新旋转到第一象限，使之能够适用于非负矩阵分解的乘式迭代公式。
方法：研究了主成分分析对非负矩阵分解的影响，并提出了消除主成分变换数据负值的方法。
结论：本文提出了一种在主成分特征空间中使用非负矩阵分解的高光谱图像解混方法。该方法使用强迫正交有效解决了主成分变换后的负值问题。模拟和真实数据均表明，相比于原始的非负矩阵分解，本文所提方法速度更快，提取的端元误差更小。

关键词组：非负矩阵分解；主成分分析；端元；高光谱

Regular Papers

Global influenza surveillance with Laplacian multidimensional scaling

Xi-chuan Zhou, Fang Tang, Qin Li, Sheng-dong Hu, Guo-jun Li, Yun-jian Jia, Xin-ke Li, Yu-jie Feng

DOI: 10.1631/FITEE.1500356 Downloaded: 2237 Clicked: 5825 Cited: 0 Commented: 0(p.413-421) <Full Text> <PPT> 1773

Chinese summary <41> 基于多维尺度拉普拉斯分析方法的全球流感疫情监测

目的：实现全世界范围的流感疫情监测，重点是对部分WHO缺失数据的非洲国家地区的监测。
创新点：利用相同传染区传染病的传播具有相似性的特点，实现了对数据缺失的国家地区流感疫情数据的补足和预测，以及全世界范围的流感疫情监测。
方法：收集全世界范围内WHO历年来的监测数据，包括8种不同类型流感的每周感染人数。根据全世界范围内不同地区传染模式的多样性和相同地区传染模式的相似性建立模型。建立了传播相似性矩阵。根据同一传播区国家的相似性便可以得到数据缺失国家地区的流感疫情状态。
结论：针对不同流感传播区的国家地区建立了一个空间相关的流感疫情监测系统。该系统可以有效监测一些无WHO数据的非洲国家地区的疫情风险。

关键词组：监测缺口；流感；空间传染模型

A multiscale-contour-based interpolation framework for generating a time-varying quasi-dense point cloud sequence

Chu-hua Huang, Dong-ming Lu, Chang-yu Diao

DOI: 10.1631/FITEE.1500316 Downloaded: 2749 Clicked: 6671 Cited: 0 Commented: 0(p.422-434) <Full Text> <PPT> 2010

Chinese summary <36> 基于多尺度轮廓插值生成准密集时变点云模型序列

目的：提高采用多视角视频序列生成时变三维模型序列的速度，以更好地跟踪三维动态物体的形变过程；同时保证时变三维模型序列的外观质量。
创新点：提出基于多尺度轮廓插值生成时变点云模型序列的方法。利用重建对象轮廓的多尺度时空连续性，完成时变三维模型序列的时空维度插值。
方法：首先，采用基于剪影轮廓原理重建物体关键帧的稀疏三维模型。接着，分析三维模型的轮廓点在点级别、轮廓级别、模型级别的连续性，并在该过程中采用距离图插值来增强轮廓的连续性。然后，采用最近点查找方法获得匹配点对，在三个尺度上对匹配点对进行线性密集化。最后，生成具有良好时空一致性的准密集时变三维模型序列。
结论：利用轮廓多尺度时空连续性能够提高重建对象的形变跟踪速度，且时变三维模型序列具有良好的外观质量。

关键词组：多视角视频序列；自由视点视频序列；匹配点对；多尺度轮廓插值；时空轮廓；一致性；时变点云模型序列

Biologically inspired model of path integration based on head direction cells and grid cells

Yang Zhou, De-wei Wu

DOI: 10.1631/FITEE.1500364 Downloaded: 2252 Clicked: 6132 Cited: 0 Commented: 0(p.435-448) <Full Text> <PPT> 1697

Chinese summary <32> 基于头朝向细胞和网格细胞的生物启发式路径整合模型

目的：以脑神经科学为基础，结合头朝向细胞(head direction cells)和网格细胞（grid cells）的放电特性，为运行体智能自主导航提供一种生物启发式的路径整合模型。
创新点：分别建立了头朝向细胞和网格细胞与方向和距离间的对应关系，以此解决路径整合问题。并针对模型的实现提出了网格间距和放电野半径的设置条件。
方法：首先，采用头朝向细胞感知其表征方向上的速度，并对运行方向进行度量。其次，相对头朝向细胞引入对应的距离细胞（distance cells）,用于处理各头朝向细胞感知的速度，并对相对方位进行度量。最后，距离细胞处理得到的位移输入到网格细胞中用于计算各网格细胞的放电率，并结合网格细胞的放电样式，对运行距离进行度量。以此，运行体通过各类细胞的放电情况感知运行方向、相对方位以及运行距离，最终实现路径整合。
结论：本文有效地将头朝向细胞和网格细胞的放电特性与路径整合所需的方向和距离进行了关联。运行体能够通过感知各类细胞的放电情况实现路径整合，且实现的路径整合性能具有一定稳定性。

关键词组：头朝向细胞；网格细胞；路径整合；仿生导航

A novel approach of noise statistics estimate using H_∞ filter in target tracking

Xie Wang, Mei-qin Liu, Zhen Fan, Sen-lin Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1500262 Downloaded: 2411 Clicked: 6387 Cited: 2 Commented: 0(p.449-457) <Full Text> <PPT> 1857

Chinese summary <36> 目标跟踪中一种新的基于H_∞滤波器的噪声统计特征估计方法

目的：在目标跟踪滤波估计算法设计中，噪声的统计特征必不可少。现有的大多数对噪声统计特征的线性估计算法都是基于卡尔曼滤波器或贝叶斯估计器，至少需要噪声统计特征的先验知识。在此前提下，本文提出的估计算法不需要噪声统计特征的先验知识。引入H_∞滤波器，获得系统状态估计，并可以获得更精确的残差信息对噪声进行估计。
创新点：假设噪声为高斯分布，但不需要噪声统计特征的先验知识；在算法设计中引入H_∞滤波器，获得更准确的残差信息。
方法：假设噪声统计特征的先验知识未知，通过H_∞滤波器获得系统状态估计；通过得到的系统状态估计值和量测值，可以得到残差样本序列；结合数理统计知识，通过得到的残差样本序列对过程噪声和量测噪声的均值、协方差进行估计。
结论：与基于卡尔曼滤波器的同一框架下得到的估计方法相比，本文中的算法可以得到更精确的估计结果（图2、4-6）。

关键词组：噪声估计；H_∞滤波；目标跟踪

Proportional directional valve based automatic steering system for tractors

Jin-yi Liu, Jing-quan Tan, En-rong Mao, Zheng-he Song, Zhong-xiang Zhu

DOI: 10.1631/FITEE.1500172 Downloaded: 2916 Clicked: 7492 Cited: 0 Commented: 0(p.458-464) <Full Text> <PPT> 1926

Chinese summary <33> 基于比例控制的农业机械自动转向系统研究

目的：就现有农业机械面临的自动转向系统发热、适用车型受限、未实现产品化等问题，对农业机械的自动转向系统做了深入研究。开发了一种采用螺纹插装阀的多功能比例集成控制阀块。该阀块适用于具有开心式、闭心式或负载压力传感式全液压转向器的液压转向系统。
创新点：开发了一种采用螺纹插装阀的多功能比例集成控制阀块。该阀块适用于多种转向液压系统。通过简单的增量型PID算法控制即得到了良好的控制效果。
方法：根据大多数农业机械液压转向系统的特点，结合自动转向系统设计原则，提出了一种以三位五通比例换向阀为核心的农业机械自动转向集成阀块（图2）。选择宏晶科技的STC90C516RD单片机为控制器，增量型PID算法为控制算法，将自动转向比例集成控制阀块与福田雷沃TG1254拖拉机的原有液压系统并联（图9），进行实车跟踪试验，以测试阀块对自动转向控制系统的响应特性和跟随特性。
结论：本文所设计的自动转向比例集成控制阀块以福田雷沃TG1254拖拉机为试验平台进行实车跟踪试验。通过直线信号跟踪（图10）和正弦信号跟踪（图11），可以看出自动转向系统有快速的响应性能和良好的跟随性能，能够适应农业机械导航控制的需求。

关键词组：自动转向系统；液压回路；比例换向阀；PID算法

On modeling of electrical cyber-physical systems considering cyber security

Yi-nan Wang, Zhi-yun Lin, Xiao Liang, Wen-yuan Xu, Qiang Yang, Gang-feng Yan

DOI: 10.1631/FITEE.1500446 Downloaded: 2831 Clicked: 7006 Cited: 3 Commented: 0(p.465-478) <Full Text> <PPT> 2243

Chinese summary <37> 考虑信息安全的电力信息物理系统建模研究

目的：对于电力信息物理系统的建模研究，目前尚未形成统一的模型框架。现有的研究模型采用复杂网络理论，过度简化了电力系统和信息系统的特点，对两个系统的耦合关系表述不清，使得针对信息安全下的黑客攻击研究缺乏有效性，建模方法不具有通用性。为了充分考虑电力信息物理系统及其耦合关系特点，更深入地研究信息安全对耦合系统的影响，本文提出一种新型的电力信息系统建模方式，并以此模型分析连锁故障的传播机理和信息安全的防御策略。
创新点：建立了一个具有可移植性的新型电力信息物理系统模型框架；提出了表征电力系统和信息系统耦合关系特点的具体方式，并以此深入研究电力信息物理系统的连锁故障机理和信息安全防御策略。
方法：结合电网潮流方程和输电网的特点，建立电网模型框架；根据输电网节点配置检测控制装置的要求，自动生成信息网模型框架；按照信息传输指令上传或下载的位置区分构建耦合关系，综合构成电力信息物理系统框架。将继电保护的控制策略应用于提出的模型框架中，通过三种信息攻击（拒绝服务攻击、假数据注入攻击、重放攻击）研究电力信息物理系统的连锁故障机理和防御措施。结合IEEE数据库并利用该框架进行相关仿真实验，验证模型的有效性。
结论：较现有文献，本文的模型更真实地反应电力信息物理系统的特点。应用本文提出的模型可以更深入地分析信息攻击对电力信息物理系统的影响和连锁故障的传播机理。提出的模型具有可移植性，可以应用于各种输电网和配电网中。

关键词组：信息物理系统；信息攻击；连锁故障分析；智能电网

Carbon emission impact on the operation of virtual power plant with combined heat and power system

Yu-hang Xia, Jun-yong Liu, Zheng-wen Huang, Xu Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1500467 Downloaded: 2922 Clicked: 7357 Cited: 0 Commented: 0(p.479-488) <Full Text> <PPT> 1998

Chinese summary <32> 碳排放对虚拟发电厂热电联合系统运行的影响

目的：现有的研究在对虚拟发电厂运行建模时，通常只考虑了用户的电能需求，而且在利用热电联产机组(CHP)对用户供热时，不仅增加了虚拟发电厂的整体碳排放量，还会造成大量的弃风。考虑到虚拟发电厂内部风电机组出力时段和用户热能需求的互补性，本文提出了考虑碳排放的虚拟发电厂热电联合系统运行模型。
创新点：提出了在虚拟发电厂中配置电锅炉消纳风电机组出力。利用风电机组和电锅炉不仅能够减少虚拟发电厂的整体碳排放，促进风电的消纳，还能突破传统热电联产机组的供热水平，降低虚拟发电厂的运行成本。
方法：将电锅炉应用到虚拟发电厂的热电联合系统中后，建立了一个包含虚拟发电厂碳排放成本、虚拟发电厂运行成本和虚拟发电厂与主网的电量交易成本的多目标模型。根据模糊隶属度函数将其转化为单目标模型，并利用CPLEX工具包对其求解。然后分析了四种场景下的虚拟发电厂内部机组出力情况（图5-8）、碳排放量和电量交易成本。
结论：引入电锅炉后能够将热电联产机组的热电生产过程解耦，最大化消纳风电机组出力，降低虚拟发电厂的运行成本，还能显著降低虚拟发电厂的整体碳排放量。

关键词组：虚拟发电厂；碳排放；电锅炉；风电；热电联合