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基于主成分分析和宽度学习系统的土壤铅镉重金属元素定量分析

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1852-1857页

作者：吕树彬杨婉琪李福生电子科技大学自动化工程学院四川成都611731 电子科技大学长三角研究院(湖州) 浙江湖州313001

在土壤重金属元素定量分析研究中,X射线荧光分析(XRF)是一种有效的无损分析技术。由于受到矩阵效应以及元素干扰的影响,已有的机器学习方法在利用土壤XRF光谱预测铅(Pb)元素、镉(Cd)元素浓度时存在性能不足和不稳定的问题。该工作提出... 详细信息

在土壤重金属元素定量分析研究中,X射线荧光分析(XRF)是一种有效的无损分析技术。由于受到矩阵效应以及元素干扰的影响,已有的机器学习方法在利用土壤XRF光谱预测铅(Pb)元素、镉(Cd)元素浓度时存在性能不足和不稳定的问题。该工作提出了基于主成分分析(PCA)结合宽度学习系统(BLS)的XRF土壤重金属元素定量分析方法(PCA-BLS),用于精确、高效、稳定测定土壤中Pb元素和Cd元素的浓度。使用PCA对56个标准土壤数据进行特征降维,并选取Pb和Cd的前3个主成分作为特征。将最优主成分特征输入宽度学习系统进行校正和测试,并使用网格搜索算法确定最佳网络结构。其中Pb元素和Cd元素对应的BLS的三个最优参数值分别为2,11,11和3,19,15。使用支持向量回归(SVR)、BP神经网络和原始BLS三种模型与PCA-BLS方法进行对比。PCA-BLS在测定Pb对应的决定系数R^(2)、均方根误差RMSE和平均绝对百分比误差MAPE三个指标上取得了0.954、1.433、1.014的结果,在定量Cd实验中取得R^(2)为0.982、RMSE为1.215和MAPE为1.059的精度。网格搜索可视化表明PCA-BLS在预测两种重金属元素时具有稳定的性能。实验结果表明,PCA-BLS可以有效校正土壤XRF光谱中的矩阵效应和干扰,在准确预测Pb和Cd元素浓度的同时保持模型稳定性,是一种具有潜力的XRF光谱定量分析方法。

关键词：土壤重金属 XRF定量分析宽度学习系统主成分分析

流固耦合条件下地铁隧道围岩演化特性及支护结构稳定性研究

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流固耦合条件下地铁隧道围岩演化特性及支护结构稳定性研究

作者：吕占树沈阳大学

学位级别：硕士

针对浸水后隧道围岩与支护结构相互作用的复杂性及施工设计中管棚超前支护技术主要依赖工程经验缺乏成熟的理论支撑,不能完全满足隧道工程对成本控制和安全性的问题,本文采用室内试验、理论分析及数值计算等研究方法,对复杂地质条件下... 详细信息

针对浸水后隧道围岩与支护结构相互作用的复杂性及施工设计中管棚超前支护技术主要依赖工程经验缺乏成熟的理论支撑,不能完全满足隧道工程对成本控制和安全性的问题,本文采用室内试验、理论分析及数值计算等研究方法,对复杂地质条件下隧道围岩演化特性和管棚支护结构机理进行了科学研究。首先采用室内试验方法获得岩样基本物理力学参数及强度变化规律;其次结合实际工程通过理论分析修正了Pasternak弹性地基梁模型,得到管棚支护结构的力学特征并利用有限元软件建立工程模型分析了管棚参数对围岩稳定性的影响;最后采用数值仿真及现场监测手段对管棚设计参数优化进行了对比分析。具体研究工作如下:(1)通过X射线衍射分析测定岩样含水率、天然密度和饱和密度,确定了软岩成分,并分析了其遇水软化的物理因素,采用室内试验方法研究含水软岩的峰后力学特性并推演得到软岩应变软化模型。(2)针对隧道围岩与支护结构相互作用的复杂性,结合实际工程建立管棚挠度方程,基于软岩应变软化模型,通过MATLAB编程计算,分析管棚弯矩、剪力和挠度变化规律,修正了Pasternak弹性地基梁模型,用正交实验对管棚参数的敏感性进行排序,并对管棚参数进行了影响因素分析。(3)采用有限元软件分析了管径、环向间距、角度三个主要技术参数对支护结构稳定性的影响,结果表明:管径越粗,管棚挠曲变形越小,但管径的增大对管棚挠曲变形的影响将越来越小;管棚环向间距与管棚的受力和变形呈线性增长关系;随着插入仰角的增加,隧道拱顶的沉降位移呈现先减少后增加的趋势。(4)通过数值仿真计算研究了注浆圈厚度对围岩渗流场、位移场、塑性区以及支护受力情况的演化规律,综合分析得出,合理的提高注浆圈厚度能够降低隧道开挖面涌水量,降低围岩变形与塑性破坏范围,适用注浆圈厚度为4m。通过现场数据和数值模拟,验证本文修正了Pasternak弹性地基梁模型的可行性。

关键词：浸水软岩管棚支护地基梁模型数值计算稳定性

基于相场法的预制双裂隙岩体水力压裂扩展数值模拟研究

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岩土力学 2024年第6期45卷 1850-1862页

作者：吕茂淋朱珍德周露明葛鑫梁河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心江苏南京210098

水力压裂裂隙扩展形态对于深部岩体油气开采和地热能开采具有重要意义。针对深部地层岩体水力压裂裂隙扩展问题,基于相场法理论、Biot多孔弹性介质力学理论和渗流力学理论建立了相场法应力−渗流耦合模型。该模型采用有限元方法对方程组... 详细信息

水力压裂裂隙扩展形态对于深部岩体油气开采和地热能开采具有重要意义。针对深部地层岩体水力压裂裂隙扩展问题,基于相场法理论、Biot多孔弹性介质力学理论和渗流力学理论建立了相场法应力−渗流耦合模型。该模型采用有限元方法对方程组进行离散化处理,运用牛顿迭代法(Newton-Raphson method,简称NR法)和分离式耦合方法求解方程组以提高计算精度。对比了该模型数值解与室内试验模拟结果和基于数值流形法(numerical manifold method,简称NMM)的数值解,并将数值解与理论解析解进行比较,验证了模型的可靠性。基于该模型,研究了地应力差、裂隙间距和注入流量等因素对垂直于最大主应力方向的双裂隙水力压裂裂隙扩展的影响规律。研究结果表明:随着地应力差的增大,裂隙扩展路径的偏转角度增大,扩展分支路径相应增多;较小的裂隙间距使裂隙更易贯通,且裂隙扩展的偏转程度和扩展长度均随着裂隙间距的增大而逐渐增大;较大的注入流量更有利于裂隙扩展长度和扩展速度的增加。通过探讨不同因素对裂隙扩展的影响,为深部岩体水力压裂优化复杂裂隙网络提供了理论依据。

关键词：相场法水力压裂多孔介质裂隙扩展数值模拟

基于非傅里叶定律的近场动力学热力耦合模型及花岗岩热损伤破裂模拟

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岩土工程学报 2024年

作者：周露明朱珍德谢兴华吕茂淋河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心

研究岩石的热损伤破裂特征对于地热开采等工程具有重要意义。在传统常规态基近场动力学理论框架内，通过引入双相滞后（DPL）模型，提出了基于非傅里叶热传导定律推导得到的热力耦合模型。通过平板瞬态热传导问题及Lac du Bonnet(LdB)... 详细信息

研究岩石的热损伤破裂特征对于地热开采等工程具有重要意义。在传统常规态基近场动力学理论框架内，通过引入双相滞后（DPL）模型，提出了基于非傅里叶热传导定律推导得到的热力耦合模型。通过平板瞬态热传导问题及Lac du Bonnet(LdB)花岗岩的热损伤破裂试验对模型进行了验证。分析了温度梯度弛豫时间和热流弛豫时间对岩石热损伤破裂特征的影响。结果表明：近场动力学热力耦合模型模拟结果很好地反映了LdB花岗岩的热损伤破裂特征及温度分布的不连续性；温度梯度弛豫时间对热传导起促进作用，试件热损伤破裂程度随温度梯度弛豫时间的增加而增大，随热流弛豫时间的增加而减小。本研究为深入理解岩石的热损伤破裂行为、优化地热能开采工程提供了有益的探索。

关键词：花岗岩近场动力学热损伤破裂热力耦合热弛豫时间

基于CARS和1D-CNN联合的XRF土壤重金属超标分析方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 670-674页

作者：杨婉琪李智琪李福生吕树彬樊佳婧电子科技大学自动化工程学院四川成都611731 电子科技大学长三角研究院(湖州) 浙江湖州313001 清华大学深圳国际研究生院先进制造学部广东深圳518055

随着社会现代化进程的迈进,愈加频繁的人类活动加剧了土壤重金属污染。当土壤中重金属元素含量超过风险筛选值时,会经过食物链摄入人体,过量的重金属累积对人体健康造成损害。筛选出具有重金属污染风险的土壤是治理土壤污染的重要环节... 详细信息

随着社会现代化进程的迈进,愈加频繁的人类活动加剧了土壤重金属污染。当土壤中重金属元素含量超过风险筛选值时,会经过食物链摄入人体,过量的重金属累积对人体健康造成损害。筛选出具有重金属污染风险的土壤是治理土壤污染的重要环节。采用X射线荧光(XRF)光谱仪获取了59份国家标准土壤样品的光谱数据,然后对其进行小波阈值去噪和迭代离散小波变换本底扣除等预处理;运用基于竞争性自适应重加权采样(CARS)算法对土壤中的重金属元素进行谱线筛选;将筛选后的结果作为模型的输入,通过建立1D-CNN模型预测土壤样本是否具有重金属污染的风险。实验结果显示,通过CARS算法采样后的特征通道数大幅度减少,Ni、Cu、As、Pb元素从原来的2048个特征点分别减少为37、53、37、45个,为原来通道数的1.81%~2.59%。相较于不筛选和连续投影(SPA)筛选方法,结合CARS算法的1D-CNN模型在判断土壤样品是否有Ni、Cu、As、Pb元素污染风险时的准确率分别可以达到96.67%,93.22%,91.67%,88.33%。经CARS筛选,1D-CNN比偏最小二乘回归(PLSR)方法在预测准确性方面有明显优势。提出的CARS-1D-CNN算法在提高模型预测准确率的同时减少了模型的计算量,对于XRF光谱土壤重金属元素污染风险筛选具有较好的理论指导和应用价值。

关键词： X射线荧光光谱重金属竞争性自适应重加权采样一维卷积神经网络

社交机器人在信息行为研究中的概念、任务及应用

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农业图书情报学报 2024年第3期36卷 4-20页

作者：刘洋吕树月黎若珺武汉大学信息管理学院武汉430072 武汉大学深圳研究院深圳519057 桂林电子科技大学商学院桂林541004 武汉大学数学与统计学院武汉430072

[目的/意义]在社交机器人应用范围不断拓宽的背景下,系统性地综述社交机器人及其信息行为研究有助于洞察该领域的发展趋势,为未来深入探索提供研究借鉴。[方法/过程]详细梳理了社交机器人在信息行为研究中的国内外研究。首先,提炼社交... 详细信息

[目的/意义]在社交机器人应用范围不断拓宽的背景下,系统性地综述社交机器人及其信息行为研究有助于洞察该领域的发展趋势,为未来深入探索提供研究借鉴。[方法/过程]详细梳理了社交机器人在信息行为研究中的国内外研究。首先,提炼社交机器人的理论基础和研究热点;其次,从数据资源建设角度和语言理解、情感计算、信息检索、智能对话任务角度归纳社交机器人的基础任务;再次,对社交机器人在具体应用场景中的信息行为研究进行总结和讨论;最后,深入讨论该领域的未来发展趋势。[结果/结论]社交机器人在信息行为研究领域的未来发展具有巨大的潜力和挑战,如交互质量评估、社会认知增强、用户信息披露、情感理解能力等方面,并积极探索解决方案。

关键词：社交机器人信息行为人机交互发展脉络系统性综述

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基于AQP3/Claudin-1研究痛泻要方治疗腹泻型肠胃激综合征模型大鼠的机制

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辽宁中医杂志 2024年第3期51卷 200-204,I0009页

作者：王玲玲柏茂树吴至久达州市中西医结合医院四川达州635000 南充市川北医学院附属医院四川南充637000

目的通过构建腹泻型肠易激综合征(irritable bowel with diarrhea,IBS-D)大鼠模型,观察经痛泻要方治疗后肥大细胞(mast cell,MC)计数、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的浓度变化,水通道蛋白3(aquaporin 3,AQP3)和Claudin-1 mRNA及蛋白的表达水平,并探讨痛泻要方治疗IBS-D的作用机制。方法采用改良慢性应激结合束缚的方法建立IBS-D模型大鼠。甲苯胺蓝染色法进行MC染色计数,ELISA法检测TNF-α含量,RT-PCR及SABC免疫组化法检测结肠组织AQP3和Claudin-1mRNA及蛋白的表达水平。结果(1)与正常组比较,模型组MC计数增加,差异有统计学意义(P<0.05);与模型组比较,匹维溴铵组、痛泻要方中、高剂量组MC计数明显减少,差异有统计学意义(P<0.05);(2)与正常组比较,模型组TNF-α含量明显上升,差异有统计学意义(P<0.05);与模型组比较,匹维溴铵组、痛泻要方中、高剂量组TNF-α含量均下降,差异有统计学意义(P<0.05);(3)与正常组比较,模型组AQP3和Claudin-1mRNA及蛋白表达水平降低,差异有统计学意义(P<0.05);与模型组比较,痛泻要方中、高剂量组及匹维溴铵组能上调大鼠结肠AQP3及Claudin-1mRNA及蛋白的表达水平,差异有统计学意义(P<0.05)。结论痛泻要方可能通过降低MC计数,降低TNF-α含量,上调AQP3和Claudin-1的表达水平,促进结肠对肠腔内水分的重吸收,修复肠道黏膜屏障,对IBS-D发挥作用。

关键词：痛泻要方腹泻型肠易激综合征水通道蛋白3 紧密连接蛋白1

基于学生思维品质培养的初中数学课堂教学策略——以代数式教学为例

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安徽教育科研 2024年第6期 63-65页

作者：吕茂云颍上第三中学安徽阜阳

思维品质是人们在生活中必备的能力,具有良好思维品质的人善于全面、深入钻研问题,能从纷繁复杂的现象中抓住事物的本质,论证具有严密的逻辑顺序,条理清楚,有理有据,结论正确,合乎客观实际,并能预见事物发展进程。数学是一门基于逻辑思... 详细信息

思维品质是人们在生活中必备的能力,具有良好思维品质的人善于全面、深入钻研问题,能从纷繁复杂的现象中抓住事物的本质,论证具有严密的逻辑顺序,条理清楚,有理有据,结论正确,合乎客观实际,并能预见事物发展进程。数学是一门基于逻辑思维的学科,是思维品质培养的重要载体。为此,笔者结合自身实践经验与理论知识,以代数式教学为例,尝试分析、研究基于学生思维品质培养的初中数学课堂教学策略,希望能够给予各校数学教师一定的参考与启示。

关键词：初中教学教学策略思维策略代数式教学

雷达有源干扰的多域特征参数关联智能识别算法

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信号处理 2024年第3期40卷 524-536页

作者：张瑞李晨轩张劲东吕树肜南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211106

针对复杂干扰场景下参数变化范围大、决策树特征适应性较差等问题,本文提出了一种基于多域特征参数关联的雷达有源干扰智能识别方法。首先,针对干扰信号在时域、频域、脉压等多个域中的特点,设计了相应的特征参数。这些特征参数能够全... 详细信息

针对复杂干扰场景下参数变化范围大、决策树特征适应性较差等问题,本文提出了一种基于多域特征参数关联的雷达有源干扰智能识别方法。首先,针对干扰信号在时域、频域、脉压等多个域中的特点,设计了相应的特征参数。这些特征参数能够全面地描述干扰信号的特征。接着,采用随机森林的平均信息增益来选择不同干扰参数条件下的特征参数,并将它们进行关联。然后,结合多域关联特征和典型的神经网络,提出了一种改进的ResNet18网络。通过利用多域关联特征,该网络能够更准确地学习干扰信号的特征,并进行智能识别。最后设置大范围参数的干扰样本训练改进的ResNet18网络,优化其泛化性能。通过计算机仿真实验,本文的方法在大参数范围的有源干扰识别正确率达到了98%以上。而且经过改进后的ResNet18网络参数总量仅为原网络的1/17,大大减少了网络的复杂度。综上所述,本文提出的基于多域特征参数关联的雷达有源干扰智能识别方法具有较高的识别准确性和较低的计算复杂度,可以有效应用于复杂干扰场景中。

关键词：干扰识别多域关联特征神经网络特征参数