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

2020 Vol.21 No.12 P.1671-1814

Cover:

<665>

Contents:

<995>

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Cooperative Multi-UAV Systems
(Guest Editor: Bin XIN)

Review Article: A review of cooperative path planning of an unmanned aerial vehicle group

Hao Zhang, Bin Xin, Li-hua Dou, Jie Chen, Kaoru Hirota

DOI: 10.1631/FITEE.2000228 Downloaded: 5890 Clicked: 5558 Cited: 0 Commented: 0(p.1671-1694) <Full Text> <PPT> 1520

Chinese summary <47> 无人机群协同路径规划研究综述

张昊¹，辛斌¹，窦丽华¹，陈杰^1,2，Kaoru HIROTA^1,3
¹北京理工大学自动化学院，中国北京市，100081
²复杂系统智能控制与决策国家重点实验室，中国北京市，100081
³东京理工大学计算智能和系统科学系，日本东京市，1528550

摘要：作为无人机技术的一个前沿分支，无人机群协同在执行搜索救援、消防、侦察、监视等复杂而广泛的任务中，在功能性和灵活性上都表现出显著优势，因此在民用和军事领域得到越来越多关注。协同路径规划是无人机群共同执行任务的关键问题。本文试图对无人机群协同路径规划的研究作全面回顾。首先，从任务、无人机群和环境3个要素出发，提出一个广义的协同路径规划问题优化框架，作为对不同类型的协同路径规划问题进行综合分类的基础。基于该框架，进一步提出一种分类法，对现有协同路径规划问题分类，以便用统一方式描述不同类型协同路径规划问题。接着，在分类法基础上，对近年来的协同路径规划研究作回顾和统计分析，并重点介绍现有协同路径规划研究中的协同要素。此外，提供一系列具有挑战性的协同路径规划问题，以突出未来研究方向。

关键词组：无人机群；协作；路径规划；优化问题

Multi-UAV collaborative system with a feature fast matching algorithm

Tian-miao Wang, Yi-cheng Zhang, Jian-hong Liang, Yang Chen, Chao-lei Wang

DOI: 10.1631/FITEE.2000047 Downloaded: 9037 Clicked: 5720 Cited: 0 Commented: 0(p.1695-1712) <Full Text> <PPT> 1607

Chinese summary <38> 具有快速匹配特征算法的多无人机协作系统

王田苗¹，张以成¹，梁建宏¹，陈阳²，王超磊³
¹北京航空航天大学机械工程及自动化学院，中国北京市，100191
²龙岩大学物理与机电工程学院，中国龙岩市，364000
³北京电子工程总体研究所复杂产品智能制造系统技术国家重点实验室，中国北京市，100040

摘要：针对多无人机协同任务，基于新的分布式结构建立一套实时的单目同步定位与地图创建（SLAM）框架。该SLAM框架与其他一般SLAM框架主要有两点不同：首先它不以建立全局地图为目标，而是着眼于估算无人机最新的相邻位置关系；其次系统中没有中央化结构，每个飞行器拥有独立的计算测量地图和自运动估计器，通过自身地图与相邻无人机地图间的关系计算相对位置。为实时实现以上性能，设计一套新的特征描述与匹配算法，以避免由于无人机数量变多导致的特征数据计算压力灾难性扩张。基于哈希与主成分分析，将匹配算法的时间复杂度从O(log N)优化至O(1)。为评估性能，将算法在多视角的立体数据集上进行验证，取得良好结果。最后，通过仿真与真实飞行试验，测试整体系统可行性。

关键词组：多无人机；协作；同步定位与地图创建；特征描述与匹配

Energy-efficient trajectory planning for a multi-UAV-assisted mobile edge computing system

Pei-qiu Huang, Yong Wang, Ke-zhi Wang

DOI: 10.1631/FITEE.2000315 Downloaded: 4346 Clicked: 5896 Cited: 0 Commented: 0(p.1713-1725) <Full Text> <PPT> 1511

Chinese summary <36> 多无人机辅助移动边缘计算系统能量有效的轨迹规划

黄佩秋¹，王勇¹，王可之²
¹中南大学自动化学院，中国长沙市，410083
²诺桑比亚大学计算机信息科学系，英国纽卡斯尔市，NE18ST

摘要：本文研究多无人机辅助移动边缘计算系统，该系统中无人机可作为边缘服务器为物联网设备提供计算服务。本文目标是通过规划无人机轨迹将系统能耗最小化。规划无人机轨迹不仅要考虑停靠点的访问顺序，还要考虑停靠点的布局（包括其数量和位置）以及无人机与停靠点的关联。为解决该问题，提出一个3阶段的能量有效轨迹规划算法。第一阶段采用种群大小可变的差分进化算法，同时更新停靠点的数量和位置。第二阶段采用k均值聚类算法将给定停靠点聚类为一系列子组，其中子组数目等于无人机数目，且每个子组中包含一个无人机需要访问的所有停靠点。第三阶段提出一种低复杂度的贪婪方法用于快速获取每个子组中停靠点的访问顺序。最后，在一组不同规模的实例上验证所提出算法的有效性。

关键词组：多无人机；移动边缘计算；轨迹规划；差分进化算法；k均值聚类算法；贪婪算法

Regular Papers

Review Article: Deep reinforcement learning: a survey

Hao-nan Wang, Ning Liu, Yi-yun Zhang, Da-wei Feng, Feng Huang, Dong-sheng Li, Yi-ming Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1900533 Downloaded: 3967 Clicked: 5695 Cited: 0 Commented: 0(p.1726-1744) <Full Text> <PPT> 1550

Chinese summary <34> 深度强化学习综述

王浩楠，刘苧，章艺云，冯大伟，黄峰，李东升，张一鸣
国防科技大学并行与分布处理国家重点实验室，中国长沙市，410000

摘要：深度强化学习已成为人工智能研究中最受欢迎的主题之一，已被广泛应用于端到端控制、机器人控制、推荐系统、自然语言对话系统等多个领域。本文对深度强化学习算法和应用进行系统分类，提供详细论述，并将现有深度强化学习算法分为基于模型的方法、无模型方法和高级深度强化学习方法。之后，全面分析探索、逆强化学习和迁移强化学习等高级算法的进展。最后，概述当前深度强化学习的代表性应用，并分析4个亟待解决的问题。

关键词组：强化学习；深度强化学习；强化学习应用

Review Article: Classical and state-of-the-art approaches for underwater image defogging: a comprehensive survey

Jing-chun Zhou, De-huan Zhang, Wei-shi Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.2000190 Downloaded: 3066 Clicked: 5287 Cited: 0 Commented: 0(p.1745-1769) <Full Text> <PPT> 1425

Chinese summary <36> 经典和先进的水下图像去雾方法综述

周景春，张得欢，张维石
大连海事大学信息科学技术学院，中国大连市，116026

摘要：在水下场景中，成像系统获取的视频和图像质量严重下降，影响目标的检测和识别。因此，从模糊的视频和图像中恢复真实场景具有重要意义。由于悬浮粒子对光线的吸收和散射作用，获取的图像往往能见度低，存在偏色、对比度低、噪声和模糊等问题。本文旨在对水下图像去雾的重要技术进行分类和比较，为本领域研究人员分析当前研究现状。通过广泛的文献调研，首先分析水下图像退化原因和水下光学成像模型。将现有水下图像去雾方法分为3类，包括水下图像复原方法、水下图像增强方法和基于深度学习的去雾方法。然后，总结水下图像客观质量评价方法，并对经典和当前流行的水下图像去雾方法的性能进行比较分析。最后指出当前水下图像复原和增强技术存在的不足，展望未来的7个研究方向。

关键词组：水下图像去雾；复原方法；增强方法；评价指标

SPSSNet: a real-time network for image semantic segmentation

Saqib Mamoon, Muhammad Arslan Manzoor, Fa-en Zhang, Zakir Ali, Jian-feng Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1900697 Downloaded: 3245 Clicked: 4968 Cited: 0 Commented: 0(p.1770-1782) <Full Text> <PPT> 1391

Chinese summary <27> SPSSNet：一种用于图像语义分割的实时网络

Saqib MAMOON¹，Muhammad Arslan MANZOOR¹，张发恩²，Zakir ALI¹，陆建峰¹
¹南京理工大学计算机科学与工程学院，中国南京市，210094
²创新奇智，中国北京市，100080

摘要：深度神经网络（DNNs）虽已在语义分割领域取得极大成功，但要实现实时推理仍然是一项巨大挑战。大量特征通道、参数与浮点运算极大延缓了网络的推理速度，导致无法满足诸如机器人控制、自动驾驶等实时任务要求。现有大多数方法是通过牺牲空间分辨率来加速推理，往往导致推理结果准确率下降。针对此问题，提出一种新的轻量级阶段池化语义分割网络（SPSSN）。该网络可以保留浅层学习得到的重要特征并在后续层中重复使用。SPSSN以2048×1024的全分辨率图像作为输入，网络模型仅包含1.42×10⁶参数。在无预训练情况下，在Cityscapes数据集上可达到69.4%的mIoU精度，推理速度则可达到每秒59帧。由于SPSSN结构轻巧，它可以在移动设备上实时运行。最后，为验证本文方法有效性，与当前最优网络进行了对比。

关键词组：实时语义分割；阶段池化；特征再利用

Asymmetric pixel confusion algorithm for images based on RSA and Arnold transform

Xiao-ling Huang, You-xia Dong, Kai-xin Jiao, Guo-dong Ye

DOI: 10.1631/FITEE.2000241 Downloaded: 2789 Clicked: 5228 Cited: 0 Commented: 0(p.1783-1794) <Full Text> <PPT> 1481

Chinese summary <31> 基于RSA和Arnold变换的非对称图像混淆算法

黄小玲，董友霞，焦开心，叶国栋
广东海洋大学数学与计算机学院，中国湛江市，524088

摘要：提出一种新的基于Rivest-Shamir-Adleman（RSA）公钥密码系统和Arnold映射的非对称像素混淆算法。首先，为解决Arnold映射参数对称分布问题，采用RSA非对称算法生成两组Arnold映射变换参数。其次，将图像分成图像块，并利用第一组参数对各图像块进行Arnold混淆。然后，使用第二组参数对整个图像进行Arnold混淆。从而，充分削弱图像相关性，进一步提高图像混淆程度和效果。试验结果表明，相比于基于经典Arnold映射混淆和基于行列交换混淆，本文所提图像像素混淆算法具有更好混淆效果。具体来说，灰度差的值均接近于0。另外，新的混淆操作安全性依赖于RSA，可作为密码学中混淆-替换结构的一部分。

关键词组：Rivest-Shamir-Adleman（RSA）；Arnold映射；像素混淆；非对称算法；图像混淆

A local density optimization method based on a graph convolutional network

Hao Wang, Li-yan Dong, Tie-hu Fan, Ming-hui Sun

DOI: 10.1631/FITEE.1900663 Downloaded: 2893 Clicked: 5104 Cited: 0 Commented: 0(p.1795-1803) <Full Text> <PPT> 1594

Chinese summary <28> 一个基于图卷积神经网络的局部密度优化方法

王浩^1,2，董立岩^1,2，范铁虎³，孙铭会^1,2
¹吉林大学计算机科学与技术学院，中国长春市，130012
²吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室，中国长春市，130012
³吉林大学仪器科学与电气工程学院，中国长春市，130012

摘要：基于图卷积神经网络的半监督图分析（GCN）方法已取得成功。然而，该方法忽略了图中节点的某些局部信息，说明GCN数据预处理不够完善，训练产生的模型不够精确。因此，在基于图嵌入技术的多个非监督方法中，对输入数据局部信息的采集非常重要。本文将基于相似邻接度假设的局部分析方法应用到图卷积网络，并给出局部密度的定义；该方法被称作LDGCN。LDGCN通过两种不同方法处理图卷积网络的输入数据，即非平衡方法和平衡方法。被处理后的输入数据包含更详细的结点局部信息，训练所生成的模型更准确。通过GCN原理介绍LDGCN的实现，然后使用3个主流图数据集（Cora，Citeseer和Pubmed）验证其有效性。最后，通过节点分类实验与多个主流图分析方法对比，结果表明LDGCN算法有更好表现。

关键词组：半监督学习；图卷积网络；图嵌入；局部密度

Target tracking methods based on a signal-to-noise ratio model

Dai Liu, Yong-bo Zhao, Zi-qiao Yuan, Jie-tao Li, Guo-ji Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1900679 Downloaded: 3161 Clicked: 6226 Cited: 0 Commented: 0(p.1804-1814) <Full Text> <PPT> 1434

Chinese summary <27> 基于信噪比模型的目标跟踪算法

刘代^1,2，赵永波¹，袁子乔²，李杰涛²，陈国际²
¹西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，中国西安市，710071
²西安电子工程研究所，中国西安市，710100

摘要：传统目标跟踪算法中测角误差和测距误差取经验值，量测噪声为常数。本文分析测角误差和测距误差的影响因素，发现它们都与目标信噪比相关。于是建立雷达信噪比模型，将信噪比信息应用到目标跟踪算法。结合先进的非线性滤波算法，提出利用信噪比的扩展卡尔曼滤波（SNR-EKF）算法和利用姿态角的不敏卡尔曼滤波（SNR-UKF）算法。SNR-EKF和SNR-UKF相比位置精度差距不大，但在计算耗时上SNR-EKF算法较优，速度精度上SNR-UKF占优。仿真结果表明，利用信噪比的目标跟踪算法相比传统的EKF、UKF算法目标跟踪性能得到很大提高，体现在跟踪精度显著提高，收敛速度显著加快。

关键词组：信噪比模型；目标跟踪；角度误差；距离误差；非线性滤波