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时序数据库关键技术综述

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 614-638页

作者：刘帅乔颖罗雄飞赵怡婧王宏安中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 人机交互北京市重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190

随着工业物联网(industrial Internet of things,IIoT)的不断发展,越来越多的设备和传感器开始连接到网络中,产生了大量的时间序列数据(简称“时序数据”),时序数据爆炸式的增长给数据库管理系统带来了新的挑战:持续高吞吐量数据摄取、... 详细信息

随着工业物联网(industrial Internet of things,IIoT)的不断发展,越来越多的设备和传感器开始连接到网络中,产生了大量的时间序列数据(简称“时序数据”),时序数据爆炸式的增长给数据库管理系统带来了新的挑战:持续高吞吐量数据摄取、低延迟多维度数据查询、高性能时间序列索引以及低成本数据存储.近年来时序数据库技术已经成为一个研究热点,一些学者对时序数据库技术进行了深入的研究,同时出现了一些专门用于管理时序数据的时序数据库,并且已经被应用在多个领域,成为工业物联网中不可缺少的关键组成.现有的时序数据库相关综述侧重于时序数据库的功能和性能比较,以及在特定领域中对时序数据库的选择建议,缺少对时序数据库持久化存储、查询、计算和索引等关键技术的研究,同时这些综述工作出现的时间较早,缺少对现代时序数据库关键技术的研究.对学术界时序数据存储研究和工业界时序数据库进行了全面的调查和研究,凝练了时序数据库的4类关键技术:1)时间序列索引优化技术;2)内存数据组织技术;3)高吞吐量数据摄取和低延迟数据查询技术;4)海量历史数据低成本存储技术.同时分析总结了时序数据库评测基准.最后,展望了时序数据库关键技术在未来的发展方向.

关键词：工业物联网时序数据时序数据库时序数据压缩时序数据存储

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一种基于风险代码抽取的控制流保护方法

计算机学报 2024年第6期47卷 1372-1392页

作者：李勇钢钟叶青郑伊健林果园鲍宇中国矿业大学计算机学院信息安全系江苏徐州221116 香港中文大学(深圳)数据科学学院广东深圳518172

代码复用攻击是控制流安全面临的主要威胁之一.虽然地址分布随机化能够缓解该攻击,但它们很容易被代码探测技术绕过.相比之下,控制流完整性方法具有更好的保护效果.但是,现有的方法要么依赖于源码分析,要么采用无差别跟踪的方式追踪所... 详细信息

代码复用攻击是控制流安全面临的主要威胁之一.虽然地址分布随机化能够缓解该攻击,但它们很容易被代码探测技术绕过.相比之下,控制流完整性方法具有更好的保护效果.但是,现有的方法要么依赖于源码分析,要么采用无差别跟踪的方式追踪所有的控制流转移.前者无法摆脱对源码的依赖性,后者则会引入巨大的运行时开销.针对上述问题,本文提出一种新的控制流保护方法MCE(Micro Code Extraction).MCE的保护目标是源码不可用的闭源对象.与现有的方法相比,MCE并不会盲目地追踪所有的控制流转移活动.它实时地检测代码探测活动,并仅将被探测的代码作为保护目标.之后,MCE抽取具有潜在风险的代码片段,以进一步缩小目标对象的大小.最后,所有跳转到风险代码中的控制流都会被追踪和检测,以保护它的合法性.实验和分析表明,MCE对代码探测和代码复用攻击具有良好的保护效果,并在一般场景下仅对CPU引入2%的开销.

关键词：代码探测代码复用攻击控制流劫持代码抽取内存访问控制

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基于分布共识的联邦增量迁移学习

计算机学报 2024年第4期47卷 821-841页

作者：崔腾张海军代伟中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 哈尔滨工业大学(深圳)计算机科学与技术学院广东深圳518055 中国矿业大学人工智能研究院江苏徐州221116

相同生产工艺的工业过程协同建模是解决工业难测参数在线软测量的有效方法,但因生产原料、设备等因素差异,所形成的分布式数据往往呈现非独立同分布特性(Nonindependent Identically Distribution,Non-IID).同时,受生产环境变化影响,数... 详细信息

相同生产工艺的工业过程协同建模是解决工业难测参数在线软测量的有效方法,但因生产原料、设备等因素差异,所形成的分布式数据往往呈现非独立同分布特性(Nonindependent Identically Distribution,Non-IID).同时,受生产环境变化影响,数据分布特性会随时间发生变化.因此,工业建模场景对模型的个性化配置和自主调整能力提出了更高的要求.为此,本文提出一种结构与参数并行优化的联邦增量迁移学习方法(Federated Incremental Transfer Learning,FITL).所提方法在增量式联邦学习框架下,建立了基于模型输出信息的联邦共识组织,并利用横向联邦进行组内增强;进而,面向联邦共识组织,通过最小化组间共识差异增量迁移不同共识组织信息;最后,结合组内横向增强和跨组织迁移学习,构造增量迁移下的联邦学习模型.在工业数据集和基准数据集上的实验结果表明,与现有方法相比,所提模型能更好地实现不同工况Non-IID情况下的协同建模.在过程工业回归任务和公开数据集的分类任务中,FITL能在多工况环境下相较基线方法提升9%和16%的模型预测精度.

关键词：协同建模分布式数据非独立同分布迁移学习联邦学习

基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

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中国机械工程 2024年第8期35卷 1405-1413,1448页

作者：邹筱瑜孙国庆王忠宾潘杰刘新华李鑫中国矿业大学机电工程学院徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 智能采矿装备技术全国重点实验室徐州221116

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题,考虑单一模态下故障诊断的局限性,提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法,对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络... 详细信息

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题,考虑单一模态下故障诊断的局限性,提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法,对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制,实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明:所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征,比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

关键词：矿用钻机轴承故障诊断时频融合注意力机制空洞卷积

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复杂退化模型下图像超分辨率算法综述

郑州大学学报（理学版） 2024年第4期56卷 1-10页

作者：陈伟吴凡田子建刘珏廷中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

图像的超分辨率(super-resolution,SR)一直以来是计算机视觉(computer vision,CV)领域的一项热门的研究方向,它旨在从单张或多张低分辨率图像中通过一系列的图像处理和深度学习技术,重建带有丰富边缘纹理等细节特征的高分辨率图像。自... 详细信息

图像的超分辨率(super-resolution,SR)一直以来是计算机视觉(computer vision,CV)领域的一项热门的研究方向,它旨在从单张或多张低分辨率图像中通过一系列的图像处理和深度学习技术,重建带有丰富边缘纹理等细节特征的高分辨率图像。自从深度卷积神经网络应用于图像超分辨率算法后,其性能相较于传统的基于重构和基于样例的SR算法有了非常大的提升。然而,目前的SR算法在实际场景应用、算法性能、模型质量评估标准等方面仍然需要改良和优化。因此,为推进图像超分辨率技术的发展,总结并分析了基于深度学习的SR算法。首先,将目前主流的SR算法分为基于卷积神经网络、基于生成对抗网络、基于Transformer这三类;其次,详细评述了每一类算法的网络结构、算法优缺点、算法特色及适用场景等;然后,对常见的超分辨率数据集及各种评价指标进行阐述,重点比较了不同SR算法在各类数据集上的性能;最后,总结了图像超分辨率目前研究所面临的问题并探讨了图像超分辨率的未来研究方向。

关键词：深度学习超分辨率卷积神经网络生成对抗网络图像质量评价

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矿井微震与电法耦合监测技术

煤炭学报 2024年第1期49卷 586-600页

作者：刘盛东杨彩章俊李纯阳任川中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室江苏徐州221116 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司安徽合肥230088

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等... 详细信息

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。

关键词：微震与电法耦合主被动一体化监测预警煤矿水害智能矿山

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安全漏洞库构建及应用研究综述

计算机学报 2024年第5期47卷 1082-1119页

作者：曹旭栋黄在起陈禹劼王文杰史慧洋李书豪张玉清中国科学院大学国家计算机网络入侵防范中心北京101408 中关村实验室北京100094 西安电子科技大学杭州研究院杭州311231 海南大学网络空间安全学院海口570228

在以计算机和网络为基础的信息社会中,计算机和网络系统中存在的漏洞给网络信息安全带来了巨大挑战,大部分网络攻击往往都是基于漏洞发起的,并且随着近些年来漏洞数量的急剧增加以及发现速度的加快,收集、整理和利用已有漏洞就变得越来... 详细信息

在以计算机和网络为基础的信息社会中,计算机和网络系统中存在的漏洞给网络信息安全带来了巨大挑战,大部分网络攻击往往都是基于漏洞发起的,并且随着近些年来漏洞数量的急剧增加以及发现速度的加快,收集、整理和利用已有漏洞就变得越来越重要.而漏洞库作为信息安全基础设施中重要的一环,不仅能够保存各类漏洞的基本信息、特征、解决方案等属性,还能快速响应漏洞信息并及时进行传播,提高公众应对信息安全威胁的能力.同时,随着机器学习、自然语言处理等技术的发展,越来越多的工作开始关注人工智能技术在智能化漏洞信息处理中的应用,漏洞库能作为其中的一个重要数据基础,在计算机领域中发挥着越来越重要的作用.漏洞库研究已成为计算机领域的一个研究热点和重点.本文首次从基础知识、背景、理论方法和创新等方面对近些年来围绕漏洞库的研究进行了全面调查,具体包括以下内容:(1)回顾了漏洞及漏洞库的背景知识,包括定义及分类;还阐述了漏洞发布与漏洞库之间的关系;(2)对漏洞库的发展现状进行介绍,同时介绍了漏洞库建设的相关标准;(3)归纳并总结了已有研究围绕漏洞库建设在漏洞信息收集、管理、字段补全以及质量评价等方面的进展;(4)归纳并总结了已有研究基于漏洞库数据分别在漏洞预测与扫描、漏洞修补、软件安全性及成分分析、网络攻击建模、安全态势分析以及漏洞特征的规律及关联性挖掘等方向的应用;(5)讨论了漏洞库研究存在的挑战和未来的研究方向.

关键词：安全漏洞漏洞报告漏洞数据库漏洞自动化评估漏洞生命周期

页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 435-455页

作者：翟成曲占庆邓守春孙伟福罗宁王宇刘厅郭天魁吴飞鹏刘静宋正昶陈尚斌杨威蔡承政中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛2266580 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京京100081 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学低碳能源与动力工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关... 详细信息

页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关方向.本文创新性提出了一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂的技术构想,该技术利用页岩气储层原位解吸产生的甲烷气体与注入的助燃剂协同燃爆,产生高温高压气体冲击压裂页岩储层,创造立体裂缝网络,为页岩气提供高效运移通道.论文全面分析了甲烷原位燃爆压裂的技术构想、可行性以及关键科学问题,包括甲烷-助燃剂协同起爆机制及燃爆压力波传播特性、甲烷燃爆对井筒介质的瞬态冲击动力学响应特征与控制机制、多级燃爆压裂立体缝网逐级构建及效果评价技术等3个关键研究内容,基本涵盖了当前甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究的最新进展.研究认为,燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展具有显著促进作用,甲烷燃爆压裂不需要消耗大量的压裂液,也不涉及火工品的地上运输和混合等过程,安全、经济和环保优势非常明显,是一项前瞻性、变革性技术,有助于实现我国页岩气开采技术的创新突破.

关键词：深部页岩储层甲烷原位燃爆燃爆压裂理论燃爆压裂技术

基于Trans-nightSeg的夜间道路场景语义分割方法

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浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 294-303页

作者：李灿林张文娇邵志文马利庄王新玥郑州轻工业大学计算机与通信工程学院河南郑州450000 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240

针对夜间道路场景图像亮度低及缺乏带标注的夜间道路场景语义分割数据集的问题,提出夜间道路场景语义分割方法 Trans-nightSeg.使用TransCartoonGAN,将带标注的白天道路场景语义分割数据集Cityscapes转换为低光条件下的道路场景图像,两... 详细信息

针对夜间道路场景图像亮度低及缺乏带标注的夜间道路场景语义分割数据集的问题,提出夜间道路场景语义分割方法 Trans-nightSeg.使用TransCartoonGAN,将带标注的白天道路场景语义分割数据集Cityscapes转换为低光条件下的道路场景图像,两者共用同一个语义分割标注,丰富夜间道路场景数据集.将该结果和真实的道路场景数据集一并作为N-Refinenet的输入,N-Refinenet网络引入了低光图像自适应增强网络,提高夜间道路场景的语义分割性能.该网络采用深度可分离卷积替代普通的卷积,降低了计算量.实验结果表明,所提算法在Dark Zurich-test和Nighttime Driving-test数据集上的平均交并比(m IoU)分别达到56.0%和56.6%,优于其他的夜间道路场景语义分割算法.

关键词：图像增强语义分割生成对抗网络(GAN) 风格转换道路场景