图学学报

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2017年第6期目录

2017, 38(6): 0.

摘要 ( 59 )

PDF(203KB) ( 46 )

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基于递归图纹理特征分析的可视化故障诊断方法

王旭，岳应娟，蔡艳平，郭雅云

2017, 38(6): 797-803. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060797

摘要 ( 112 )

PDF(4408KB) ( 249 )

针对内燃机振动信号特征提取困难的问题，将内燃机故障诊断问题转化为图像的
识别问题，提出一种基于递归图(RP)和改进局部二值模式(ILBP)的内燃机可视化故障诊断方法。
将递归图分析方法引入内燃机缸盖振动信号的处理中，用以表征内燃机不同故障状态信号；然
后对局部二值模式(LBP)的编码方式进行了改进，利用改进后的ILBP 算子提取内燃机递归图的
纹理特征，将ILBP 编码图谱的灰度直方序列作为特征参数，利用支持向量机(SVM)对故障进行
模式识别。在4 种不同气门状态的内燃机故障诊断实验中，故障识别精度高。该方法利用递归
图代替振动谱图像，突破了传统时频分析方法的思路，递归图的纹理特征具有较强的故障特征
描述能力，结合递归图与ILBP 的方法可用于准确诊断内燃机气门故障。

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基于能量差分的数字水印嵌入视频算法

张艳喜，莫春柳

2017, 38(6): 804-808. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060804

摘要 ( 72 )

随着互联网的普及和发展，对数字媒体内容版权，特别是对数字视频内容的保护成
为重要研究课题。针对数字水印的鲁棒性差的问题，通过将视频帧信息进行DCT 域变换，设计
能量差分方法将数字水印信息嵌入到视频帧信息中。视频可发布为MP4、AVI 和WMV 等常见视
频格式，通过对嵌入视频中数字水印信息误码率和视频的峰值信噪比分析，证明该算法能够较强
的抵抗压缩、滤波信息处理过程，为数字视频版权保护提供了新方法。

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两种连接结构动载荷传递特性的MATLAB仿真研究

宋英燕1，张京英1，李晓峰2，程向群1

2017, 38(6): 809-813. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060809

摘要 ( 84 )

PDF(560KB) ( 150 )

研究了两种连接结构在低速冲击过程中的动载荷传递特性。通过MIPS
(muti-directional impact protection system)冲击实验，获得系统的冲击与响应过载信号；基于
MATLAB 对信号进行了时域与功率谱分析，结果表明结构A 的阻尼作用大于结构B，对冲击系
统有一定的减震作用；结构B 的谐振频率明显，共振幅值高，不适用于冲击结构。这种差异性对
连接结构的设计具有指导性的意义。通过MATLAB 函数辨识工具对两种结构的信号传递过程进
行函数辨识；通过适当增大零/极点数的方法对传递函数进行了优化。实验数据检验结果表明，该
优化方法能有效提高传递函数的适配度，对其他结构控制系统的设计具有一定的指导意义。

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局部尺寸在功能公差设计中的应用和替代标注研究

徐旭松1，吴德辉2，范真1

2017, 38(6): 814-819. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060814

摘要 ( 72 )

PDF(546KB) ( 220 )

为了更好地运用现行公差标准中局部尺寸的定义进行尺寸公差设计，首先以一种
自动上料机构为例介绍了ASME Y14.5 和ISO/GPS 公差标准中局部尺寸的概念及不同之处，分
析了在两个不同标准体系下设定局部尺寸、采用公差原则和附加符号来实现几何功能的差异；
随后，以电机轴的几何规范为例，分析了当采用两点测量法无法检测局部尺寸的情况下，在保
证几何功能的同时采用几何公差项目进行替代标注，以规避检测局部尺寸。正确理解局部尺寸
的概念、相关符号及其检测特点，避免歧义性的标注，对合理保证零件的功能、可装配性和控
制制造成本有积极意义。

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某V 型柴油机曲轴疲劳寿命仿真

冯国胜1，商海昆2，胡春萍2，李鹏飞1

2017, 38(6): 814-819. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060820

摘要 ( 58 )

PDF(1519KB) ( 129 )

为了对某V 型柴油机将最大爆发压力由15.5 MPa 提升至16.5 MPa 后曲轴的强度
及疲劳寿命进行预测，首先在ADAMS/Engine 中根据发动机模型及参数建立了发动机动力学模
型，获取曲柄销处的载荷时程数据，然后建立了最大爆发压力为15.5 MPa 和16.5 MPa 一缸点
火及二缸点火共4 个工况有限元模型，由各工况的应力结果结合材料的S-N 曲线及载荷时程曲
线，计算得到各工况曲轴的疲劳寿命。计算结果表明，曲轴在各工况下其最大应力小于材料弯
曲疲劳极限，应力集中处主要出现在连杆轴颈过渡圆角处，各工况下曲轴寿命高于1 000 小时。

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多股螺旋扭转弹簧参数化建模方法研究

胡冶昌，魏志芳，王志伟

2017, 38(6): 820-825. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060826

摘要 ( 80 )

PDF(1102KB) ( 160 )

多股螺旋扭转弹簧在自动武器中广泛使用，目前仍没有一个标准的参数化建模方法。
根据多股螺旋弹簧几何成形原理，分析了多股螺旋扭转弹簧中一次螺旋线和二次螺旋线函数关
系，研究了多股扭簧标准三维参数化建模方法。在UG NX 中，通过动态表达式建模方法，应用“扫
掠”、“草图”等功能，建立了双圆柱三股螺旋扭转弹簧参数化模板，根据81 式和56 式7.62 mm 步
枪的扭簧参数进行参数化建模，验证了参数化建模的可行性。多股螺旋扭转弹簧建模过程中，采
用标准的命名，为各类复杂弹簧参数化建模提供参考，推进复杂模型的三维参数化进程。

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基于变动权值的混合水平集图像分割模型

冀珂，羿旭明

2017, 38(6): 831-836. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060831

摘要 ( 82 )

PDF(6914KB) ( 187 )

基于局部区域的活动轮廓模型(LRAC)分割图像时对初始轮廓的严重依赖性，提出
一种基于局部和全局区域结合的水平集图像分割算法。结合Chan-Vese 水平集模型和LRAC 模型
的特点，在构造水平集函数时定义了变动的权值参数，将水平集函数的局部和全局能量泛函项结
合起来，其中，权重参数由图像梯度和图像演化曲线内外局部均值定义。另外，在水平集函数演
化时采用窄带法，以减小计算的时间复杂度。实验结果表明，该算法模型兼有CV 模型和LRAC
模型的优点，比LRAC 模型对初始轮廓选取的依赖性低，收敛速度快；比窄带CV 模型的对目标
边缘分割效果好。

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基于混沌映射和DNA 序列的图像加密

郭永宁1,2，孙树亮1,2

2017, 38(6): 837-842. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060837

摘要 ( 97 )

PDF(506KB) ( 195 )

在2D-SIMM 混沌映射和DNA 编码的基础上，提出了一种新型的图像加密算法。
通过2D-SIMM 混沌映射，可以生成随机性更好的混沌序列。为了增强信息系统的安全性，采
用了扩展的汉明距离并提出了改进的异或操作。利用DNA 加法和减法及互补映射规则，提出
了基于DNA 的图像加密算法。实验证明该算法加密效果好，具有安全性、有效性和鲁棒性。

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基于自适应数学形态学的车牌定位研究

王晓群，刘宏志

2017, 38(6): 851-856. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060843

摘要 ( 72 )

PDF(1248KB) ( 265 )

车牌定位基本流程包括预处理、粗定位和精定位。利用数学形态学处理图像，关
键是结构元素的选取。针对使用同一结构元素确定车牌位置时所带来的缺陷，改进了将行列自
适应的结构元素选取算法应用于车牌粗定位部分。针对不同光线环境对采集的车牌图像可能造
成影响，提出将自适应对比度增强算法应用于预处理阶段，对车牌图像进行对比度增强处理。
粗定位部分，改进了行列自适应数学形态学结构元素的方法对车牌进行定位，提高了只基于行
的自适应结构元素选取算法获取候选车牌的效率；精定位依据不同条件，提出采用区域标记法
和投影法结合来提取精确车牌位置。采集不同时间地点的600 多张小型车辆图片进行仿真实验，
实验结果表明，该算法可有效处理不同光线下的车牌，提高车牌定位精精确度。

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管道缺陷自动检测与分类

李灏，王宏涛，董晴晴

2017, 38(6): 851-856. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060851

摘要 ( 89 )

PDF(1159KB) ( 342 )

管道作为工业、核设施、石油天然气等领域中常用的物料输送手段，在使用过程中
极易出现各类缺陷，传统的人工检测存在准确率低、效率低、成本高等缺点，采用数字图像处理
技术可以对管道图像进行自动检测与分类，有效克服上述缺点。首先使用图像增强、图像分割、
数学形态学以及边界跟踪对图像进行预处理，在提取出缺陷区域的尺寸、形状和纹理特征后，选
择圆形度、凸度、离心率、熵、相关性和聚集度作为模式识别的特征向量，最后综合使用基于粒
子群优化的K-means 聚类分析和统计模式识别分类器进行分类。使用文中的图像预处理算法可以
成功的将管道缺陷提取出来，达到管道缺陷自动检测的目的。基于粒子群优化的K-means 聚类分
析成功的将管道缺陷图像归为裂纹缺陷、管接头缺陷和孔形腐蚀三类，相比于传统K-means 算法，
聚类准确率分别提高9%、16.7%、12.5%。综合使用基于粒子群优化的K-means 聚类分析和统计
模式识别分类器对管道缺陷进行分类，三类缺陷的分类准确率均在80%以上，其中管接头缺陷和
孔形腐蚀的准确率达到90%以上。综上，综合集成出了一套基于数字图像处理技术的管道缺陷自
动检测与分类算法方案，实验结果表明，该算法方案具有自动化程度高、通用性强、准确率高的
特点。

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面向模型重用的仿真云服务平台设计与实现

赵继丛1,2，黄利平1,2，陈俊宇1,2，田凌1,2

2017, 38(6): 857-864. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060857

摘要 ( 57 )

PDF(1368KB) ( 259 )

为解决仿真资源重用度低和仿真执行效率低等问题，设计并实现了一个面向模型重
用的仿真云服务平台(SCSP)。针对仿真流程中的需求分析，采用分层的B/S 架构，包括界面层、
应用层、支撑层、平台层和数据层。以仿真模型重用为目标，实现了仿真的文件解析、模型管理、
实验设计等功能；基于SaaS 的云服务架构，实现了仿真远程运行和监控，并支持多种商业仿真
软件和基于程序语言开发的仿真模型。最后，通过孔板模型的仿真实例，展示了平台对仿真的支
持效果。

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基于BP 神经网络的壁挂式充电桩产品形态研究

张硕，吴俭涛

2017, 38(6): 865-868. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060865

摘要 ( 95 )

PDF(342KB) ( 170 )

通过对壁挂式充电桩感性意象与形态设计要素的分析，建立两者间对应的BP 神经
网络设计模型，从而得到各感性意象对应的产品形态。利用感性工学中的李克特量法对收集到的
壁挂式充电桩形态样本和感性词汇进行设计评价并得到感性评价结果，将形态设计要素作为BP
神经网络模型的输入层参数，感性评价结果数值作为输出层参数，利用Matlab 软件进行壁挂式
充电桩BP 神经网络模型的反复训练和测试，最终得到壁挂式充电桩形态设计要素BP 神经网络
模型。最后通过MSE 度量该BP 神经网络模型准确性，研究表明建立的壁挂式充电桩感性意象和
形态设计要素间的BP 神经网络模型具有可行性。

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面向产品造型风格的用户认知模式及量化模型研究

寸文哲，吕健，潘伟杰，袁国术，孙辉，刘国凯

2017, 38(6): 869-875. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060869

摘要 ( 58 )

PDF(2271KB) ( 241 )

针对产品造型设计过程中存在的主观感性认知偏见问题，提出一种面向产品造型
风格的用户认知模式及量化模型。首先对产品造型风格中的特征元素进行显著性分析，并结合
“风格曲线”及特征线概念探究了特征元素收敛至线性轮廓的用户认知模式；继而在特征整合
的基础上提出产品造型风格的一般认知模式，即伴随着用户认知的不断深化，产品造型风格在
用户头脑中将逐渐收敛至产品特征元素的线性轮廓；最后结合MATLAB 相关系数概念提出特
征元素线性轮廓的量化模型，为产品设计提供客观、理性的决策依据。以中国高速列车CRH380
系列产品造型进行眼动跟踪实验，验证了该理论模型的可行性。

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基于CiteSpace 计量分析的国外工业设计研究现状

杜淑幸，彭丽萍，连立麟

2017, 38(6): 876-880. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060876

摘要 ( 77 )

PDF(597KB) ( 210 )

工业设计在《中国制造2025》的创新驱动发展中起着关键作用。通过文献计量学
方法，利用科技文本挖掘及可视化软件CiteSpace，对Web of ScienceTM 核心合集数据库收录的
1 484 篇以工业设计为主题的文献，分别从文献发表数量、科研机构合作网络、相关研究领域以
及关键词等4 个角度，分析了从事工业设计研究的国家、机构、合作、研究领域及其研究热点
等信息的可视化图谱。分析结果为我国工业设计教育、工业设计研究与发展提供有益的参考。

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基于TRIZ 需求进化定律的微耕机创新设计

2017, 38(6): 881-886. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060881

摘要 ( 85 )

PDF(3990KB) ( 142 )

以TRIZ 基本理论和方法为指导，根据需求进化定律原始创新过程模型提出微耕机
的创新设计方法。首先选定一个同类产品作为未来开发过程的原型产品；其次采用五步法确认用
户新需求，结合文献、考察和用户之声等方法获得用户需求表达(PDS)；之后通对原机系统分析
并结合微耕机的PDS 建立功能模型；然后采用传统方法和CAI 软件对微耕机功能元求解，得到
设计概念；最后进行产品后续开发。该方法可优化微耕机的造型设计、功能设计和机构设计，从
而让微耕机设计的过程更为科学化和系统化。

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基于非下采样轮廓波变换和压缩感知的PET/CT 像素级融合算法

陆惠玲1，周涛1,2，王惠群2，夏勇3，师宏斌4

2017, 38(6): 887-895. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060887

摘要 ( 78 )

PDF(934KB) ( 158 )

Piella 多分辨率图像融合框架包括4 种融合规则的构造方法，围绕该框架下的第1
种融合规则提出了基于非下采样轮廓波变换(NSCT)和压缩感知的PET/CT 像素级融合算法。首
先，对已配准的PET 和CT 源图像进行NSCT 变换；然后，为突出低频图像的病灶部位，采用
对特征和区域敏感性更高的脉冲耦合神经网络融合规则；其次，选择高斯随机矩阵对高频子带
进行压缩采样得到测量值，基于Piella 融合框架以高频子带分块计算的直方图距离作为匹配测
度，以高频子带的区域能量作为活性测度，用匹配测度和活性测度构造出自适应的决策模型计
算融合因子d，根据融合因子对高频测量值进行融合，再利用正交匹配追踪算法重构出高频融
合图像；再次，对融合后的低频图像和重构后的高频图像同时进行NSCT 逆变换得到最终的融
合图像；最后，进行了融合算法比较、活性测度比较和匹配测度比较的实验。实验结果表明该
算法可以更好地呈现病灶信息，从主观效果和客观评价指标均验证了其有效性。

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BIM 视阈下工程项目管理业务流程再造研究

钟炜1，张凯乐1，杨岗营2，乜凤亚3

2017, 38(6): 896-903. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060896

摘要 ( 71 )

PDF(872KB) ( 213 )

针对当前大型复杂工程项目管理实施界面业务流程割裂而致的信息集成化局部阻
滞，项目协同管理正向作用弱化等问题，以某大型公建项目为例，设计基于BIM 技术的信息流
传递链路以实现项目管理流程再造。应用信息价值链理论，划分BIM 情境下的进度成本新流程
为信息输入端因子、信息流程域因子及信息输出端因子三部分，进而将各参建方纳入同一流程
再造价值链，整合各阶段及各方的信息传输路径，以弥补传统业务流程的不足，提高工作流程
转化的效率，节约交易成本。

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施工投标中BIM 建模细度及应用研究

纪凡荣，曹江红

2017, 38(6): 904-908. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060904

摘要 ( 102 )

PDF(1567KB) ( 319 )

建筑招投标市场竞争日趋激烈，BIM 作为辅助手段能有效提高技术标的编制水准，
成为提高中标率的有效手段之一。根据施工组织设计规范，梳理了BIM 在技术标工程概况、施
工部署、进度计划、施工准备、施工方案、平面布置6 个方面的应用点，提出了技术标编制层
面建筑、结构、维护等8 种建模类型的建模细度等级。基于实际投标案例，分析了BIM 建模特
点与模型的分解结构体系，从组织、模型、过程3 个方面总结了投标实施策略。

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留学生工程制图课程体验式教学模式探析

常建梅，冯怀平

2017, 38(6): 909-913. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060909

摘要 ( 57 )

PDF(2968KB) ( 165 )

随着“一带一路”战略的全面实施，越来越多的留学生来华攻读工程专业学位。
工程制图课程是工科专业的基础课程，在培养体系中占据重要地位。基于所在院校土木工程专
业留学生工程制图课程教学实践，提出了针对留学生特点的体验式教学模式。此模式以学生为
中心，注重情境构建，始终坚持实践思想，将学生的体验和实践与反思和内化融合在一起。从
发展体验式教学的动因、模式构建、实施方法和教学效果等方面进行了讨论。实践表明体验式
教学模式能够提高留学生的教学质量。

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工程图学教材内容体系及某些概念描述的探讨

董国耀1，肖银玲2，薛立华2

2017, 38(6): 914-918. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060914

摘要 ( 83 )

PDF(258KB) ( 175 )

文中提出了融入图的工程图学内容体系，指出教材调整的内容和方法，如视图概念、
轴测图的引入时机，极限与配合，标准件分别置于零、装图中，理顺、完善零、装图的关系等。
对工程图学某些概念术语进行了探讨，如正投影和视图、类似性、回转体形成、积聚和重影、叠
加和平齐、尺寸基准、主要尺寸和某些透视术语的表述等，以进一步提高工程图学课程和教材的
科学性及质量，励助高水平人才的培养。

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“互联网+”时代图学教育现状调查与研究

张京英，佟献英，杨薇

2017, 38(6): 919-924. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060919

摘要 ( 74 )

PDF(299KB) ( 363 )

随着互联网技术及计算机辅助设计技术的快速发展，我国高校图学教育在教学内容、
教学模式、教学手段等方面有了迅猛的发展。据此，中国图学学会图学教育专业委员会于2015 年
12 月启动了对全国高等院校图学教育现状的大规模问卷调查。这是继1997、1998、2000、2002、
2004、2006、2008 年7 次调查之后的第8 次大规模调查。本次调查涉及内容广泛，获得资料翔实，
在对调查结果统计梳理、分析研究的基础上，总结出目前我国普通高等学校图学教育的现状及发
展趋势，旨在更好地把握图学教育改革的方向，供广大图学工作者参考。

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基于信息传播的绥德石雕艺术元素数据平台开发

刘子建，艾东旭，段彦杰，张励

2017, 38(6): 925-930. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060925

摘要 ( 52 )

PDF(1146KB) ( 153 )

数字化和图形设计已成为当今传播信息与提高认知的一种主要载体。基于民间手工
技艺保护和创新的势态，以绥德石雕的数字化建设为抓手，通过对绥德石雕艺术元素进行分类归
纳，提取艺术元素并进行数字化处理，再通过Android 平台、网络技术和计算机辅助技术手段进
行数据平台的构建和实现。研究、传播带动当地石雕特色产业的创新发展，促进技艺的生产性保
护，创造出源于本土且适用于现代生活方式的民间手工技艺。

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运梁车液压悬挂均载结构的APDL 建模方法

邢海军，韩伟峰，张晗，冯桂珍

2017, 38(6): 931-934. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017060931

摘要 ( 53 )

PDF(529KB) ( 140 )

运梁车为桥梁施工重载运输设备，其走行系统由数十个轮胎组件组成，并通过液
压悬挂均载结构与车架相连。在对运梁车进行结构有限元分析时，如何模拟液压悬挂均载结构
的真实受力情况是建模的关键问题之一。为了解决此问题，文中在有限元建模时增加了多级均
载梁结构，设定了合理约束，将多支点的运梁车结构建立为静定结构，保证了模型受力情况与
实际情况完全相同。基于ANSYS 软件的APDL 语言建立了运梁车的有限元模型，详细介绍了
建立均载梁结构模型的过程，完成了仿真计算，验证了该方法的可行性及正确性。

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