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Journal of Zhejiang University SCIENCE C
ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly
2016 Vol.17 No.5 P.389-488
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: 2400 Clicked: 6523 Cited: 1 Commented: 0(p.389-402) <Full Text><PPT> 1650
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
Xiu-rui Geng, Lu-yan Ji, Kang Sun
DOI: 10.1631/FITEE.1600028 Downloaded: 2963 Clicked: 7925 Cited: 3 Commented: 0(p.403-412) <Full Text><PPT> 2133
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: 2296 Clicked: 6076 Cited: 0 Commented: 0(p.413-421) <Full Text><PPT> 1801
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
Chu-hua Huang, Dong-ming Lu, Chang-yu Diao
DOI: 10.1631/FITEE.1500316 Downloaded: 2847 Clicked: 6976 Cited: 0 Commented: 0(p.422-434) <Full Text><PPT> 2051
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: 2316 Clicked: 6479 Cited: 0 Commented: 0(p.435-448) <Full Text><PPT> 1751
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: 2487 Clicked: 6752 Cited: 2 Commented: 0(p.449-457) <Full Text><PPT> 1912
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；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: 2983 Clicked: 7809 Cited: 0 Commented: 0(p.458-464) <Full Text><PPT> 1984
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: 2915 Clicked: 7331 Cited: 3 Commented: 0(p.465-478) <Full Text><PPT> 2291
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: 3024 Clicked: 7695 Cited: 0 Commented: 0(p.479-488) <Full Text><PPT> 2051
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