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基于视觉同时定位与地图构建的水下图像增强式视觉三维重建方法

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中国机械工程 2024年第2期35卷 268-279页

作者：梅杰覃嘉锐陈定方陈昆武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学智能制造与控制研究所武汉430063 武汉理工大学港口货物装卸技术交通部重点实验室武汉430063

针对仿生机器鱼水下作业时面临的水下图像质量偏低、水下自主定位难的问题,提出一种颜色均衡与G-B通道先验融合的水下图像增强式算法。将该算法和视觉同时定位与地图构建(SLAM)方法结合,实现了水下图像增强式的视觉三维重建。在不同水... 详细信息

针对仿生机器鱼水下作业时面临的水下图像质量偏低、水下自主定位难的问题,提出一种颜色均衡与G-B通道先验融合的水下图像增强式算法。将该算法和视觉同时定位与地图构建(SLAM)方法结合,实现了水下图像增强式的视觉三维重建。在不同水域环境下进行了水下图像处理实验、水下环境视觉三维重建实验和运动轨迹跟踪实验,结果表明该方法有效提高了水下图像综合质量,特征匹配效率提高了16.03%,真实轨迹与估计轨迹的误差平均约为7.99 mm。

关键词：水下图像增强三维重建运动轨迹跟踪视觉同时定位与地图构建(SLAM)

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淄博市水生态系统鱼类多样性评价研究

淄博市水生态系统鱼类多样性评价研究

作者：张锦锐大连海洋大学

学位级别：硕士

自然因素和人类活动引起的全球生态变化对生物多样性产生了巨大影响,环境污染、栖息地丧失和破碎化等现象对物种的生存构成了威胁,直接或间接导致全球生物多样性急剧下降。在以往的生物多样性研究中,生态学家仅通过分类多样性指数对群... 详细信息

自然因素和人类活动引起的全球生态变化对生物多样性产生了巨大影响,环境污染、栖息地丧失和破碎化等现象对物种的生存构成了威胁,直接或间接导致全球生物多样性急剧下降。在以往的生物多样性研究中,生态学家仅通过分类多样性指数对群落物种多样性进行量化,即以物种为基本单位,难以反映群落的功能特征和群落系统发育的差异。因此越来越多的学者提出需要将功能多样性与系统发育多样性这一层面引入到生物多样性的研究中,以对生态系统过程进行更全面的解释和预测。大部分的生物多样性聚焦在陆地草原森林与海洋层面,而河流与湖泊是连接陆地上生态系统的桥梁与纽带,也是能量流动与物质循环的重要载体。因此对于河流与湖库中高营养级的生物类群代表——鱼类进行生物多样性研究很有必要。淄博市地处华北平原,水系众多,人口密集,具有重要的科学研究及生态保护价值。因此本实验以淄博市河流湖库为调查地点,于2022年9月与2023年9月分别在河流与湖库两种截然不同的生态系统中对该地区鱼类种群与水环境因子进行采样,对鱼类多样性各指标进行计算并与水环境因子进行关联,并对如下这些问题进行探究:生态系统环境的不同,是否会导致鱼类群落多样性的显著变化,影响鱼类群落变化的环境因素在不同环境是否存在差异?不同生态系统中,鱼类分类、功能、系统发育多样性之间的关系是否相同?结果显示,共计采集到鱼类55种,其中鲤科所占比例最大,共有34种,占61.81%;虾虎鱼科4种,占7.27%;鳅科3种,占5.45%;其他科14种,占25.45%。河流与湖库的鱼类多样性差异显著,且河流的鱼类的α-多样性要显著高于湖库,但β-多样性恰好相反。结果显示不同生态系统中影响鱼类群落结构的环境因子不同。从CCA分析可以看出,与淄博河流鱼类群落结构显著相关的环境因子为硝酸盐氮（NO-N）、水体透明度（SDD）、高锰酸盐指数(COD)、酸碱度p H、氨氮（NH-N）。与河流不同的是,淄博湖库鱼类群落结构显著相关的环境因子还增加了总磷（TP）、盐度（SAL）、总氮（TN）。淄博河流鱼类多样性内部（分类、功能、系统发育多样性）关联性也极强,而淄博湖库鱼类多样性内部关联性较河流来说相对较低。不同生态系统中,鱼类分类、功能、系统发育多样性之间的关系是不同的。最后基于水环境质量与水生态健康等级对淄博市河流、湖库采样点位进行水体水生态健康评价。小清河、淄河、范阳河、沂河、文昌湖（萌山水库）、支脉河、沂河、淋漓湖采样点位均处于健康状况,北支新河、大芦湖、东猪龙河、乌河、红莲湖、孝妇河、马踏湖、太公湖部分点位处于亚健康状况。石马水库、红旗水库、田庄水库、太河水库少数点位处于不健康状况。本研究从空间尺度上全面调查了淄博市鱼类的群落结构,系统性揭示了研究区域鱼类群落结构和水环境理化指标的驱动关系及响应机理,同时探明了鱼类多样性内部之间的关系,最后对水生态健康进行了评价。在淄博市进行生物多样性调查和水环境因子监测可以为生态恢复和生态系统管理等工作提供一定的理论依据,为相关科研工作提供支撑性的数据材料。

关键词：鱼类分类多样性功能多样性系统发育多样性 α-多样性 β-多样性

PSMD14激活Wnt/β-catenin信号通路调控骨肉瘤的生长及迁移的作用研究

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PSMD14激活Wnt/β-catenin信号通路调控骨肉瘤的生长及迁移的作用...

作者：陈其锐南昌大学

学位级别：硕士

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基于DNA链置换的分子传感器的设计及应用

基于DNA链置换的分子传感器的设计及应用

作者：肖溢锐广州大学

学位级别：硕士

电子计算机自问世以来,已经对各个领域产生了深远影响。然而,由于时代的需求以及客观条件的制约,电子芯片的算力和制造工艺面临新的挑战。与此同时,DNA计算展现出的高并行性、高特异性等特点,为构建分子传感器提供了高效检测的可能。本... 详细信息

电子计算机自问世以来,已经对各个领域产生了深远影响。然而,由于时代的需求以及客观条件的制约,电子芯片的算力和制造工艺面临新的挑战。与此同时,DNA计算展现出的高并行性、高特异性等特点,为构建分子传感器提供了高效检测的可能。本文基于DNA计算的链置换技术展开研究,构建了一种分子传感器。该传感器以筛选出的4个乳腺癌相关mi RNA作为输入。研究成功设计并实现了一种基于目标驱动的分子传感器。该传感器具有高编程性,能够在0.1n M-100n M范围内对肿瘤标志物进行高灵敏度的检测,也实现了对不同肿瘤标志物的特异性识别和检测。主要研究内容如下:本研究首先进行分子传感器的总体设计,包含输入筛选、用于构建传感器的检测目标以及传感器的具体设计。具体而言,在处理数据集后,先使用DESeq2和Light GBM选择出4个能够对数据集进行明显检测的mi RNA,随后通过不同组合和模型进行比较和评估以进行确定最终组合。在具体设计中,采用信号放大、探针识别、荧光显示三个模块进行级联。通过增加分支迁移域、限制碱基类型、调整tm值等方法进行优化,提高了分子传感器的检测执行能力。并使用NUPACK进行验证。最终设计了一种基于DNA链置换的目标驱动的分子传感器。然后通过仿真及生物实验对该分子传感器进行实现。利用Visual DSD对其中的分模块和整体传感器进行模拟,验证了分子传感器高度的可行性。随后,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳确认了信号放大模块的稳定性。并在荧光实验中采用序列重组、孵化时间延长等方式,有效降低了检测过程中的泄漏问题并提高了分子传感器的检测准确性。此外,通过不同反应物组合、toehold长度等荧光实验,验证了分子传感器检测的可靠性、高效性和自身的鲁棒性。最终,本研究实现了在0.1n M-100n M的浓度范围对乳腺癌肿瘤标志物的灵敏检测。并且也实现了对不同肿瘤标志物的特异性识别和检测。本工作在检测下限方面比先前的一些研究表现更为优越,这对于检测较低浓度的基因表达产物方面更为有利。且在可编程性、冗余度以及多分子检测的可扩展性等方面也展示了其较好的性能。综上,本文通过结合生物信息学分析以及DNA分子电路的实现等技术,成功设计了一种分子传感器。并通过Visual DSD仿真和生物实验,验证了该传感器在乳腺癌肿瘤标志物中具有出较好的检测效果,同时也展示了DNA计算在医学领域的应用潜力。

关键词： DNA计算 DNA链置换技术差异表达分析目标驱动分子传感器灵敏检测

“双减”政策下小学高年段学生学习压力研究 ——以重庆市渝北区X小学为例

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“双减”政策下小学高年段学生学习压力研究 ——以重庆市渝北区X...

作者：敖锐河北大学

学位级别：硕士

国家自上世纪以来经过不断的教育改革,使教育事业蓬勃发展,为社会主义事业培养了诸多优秀的人才和栋梁,但随着社会的不断发展进步,经济分工的进一步细化,对人才有了新的要求,教育培养人才也有了新的挑战。在此种情形下,教育的压力通过... 详细信息

国家自上世纪以来经过不断的教育改革,使教育事业蓬勃发展,为社会主义事业培养了诸多优秀的人才和栋梁,但随着社会的不断发展进步,经济分工的进一步细化,对人才有了新的要求,教育培养人才也有了新的挑战。在此种情形下,教育的压力通过多方转化,直接施加在学生身上,形成了学生严重的学习压力。为了减轻学生学习压力,教育部门及国家相关部门多次进行教育减负改革。尽管在多种减负政策实施以来,尤其是“双减”实施以来,学生减负在校内外都取得了较大的成果,但同时也衍生出诸多新的问题和弊端,减负的实际效果并未得到大众整体的认同。在一些地区甚至存在校内减、校外增,学生学习压力总量不减反增的现象。本研究选取重庆市渝北区某小学为研究对象,通过前期预调查,得到“双减”政策下重庆市渝北区X小学高年段学生学习压力的大概情况,后期通过文献研究法,再辅以问卷调查法与访谈法,探讨重庆市渝北区X小学高年段学生的学习压力具体程度和表现。然后,通过对问卷调查进行描述性统计分析、社会变量对比分析和回归分析,结合访谈结果,得出影响重庆市渝北区X小学高年段学生学习压力的5个因素,分别为:家长压力、社会压力、自我期望压力、考试压力和学习内容压力。其中,家长压力、社会压力和自我期望压力是小学高年段学生的主要压力来源,学习内容压力、考试压力和教师压力在影响学习压力上程度较低,且教师压力之于学生学习压力并无显著性影响。随后,剖析学习压力的外在表现形式与内在传导机制之间的关系,通过对因素之间的分析,得到学习压力影响因素的传导机制图,并提出学习压力的内在本质是家长压力和社会压力共同影响下学生自我期望的未实现或难以实现的压力,进而转化和体现为学生的学习压力。最后,运用相关理论及心理学、教育学的相关知识,从影响因素出发,提出减轻小学高年段学生学习压力的措施。这些措施的重点在影响学生学习压力的前三个因素上,即家长压力、社会压力和自我期望压力。由此,希望可以使“双减”的效果更好发挥出来,以达到减轻小学高年段学生学习压力,最大限度发挥教育作用,使学生实现自我生命最大价值的效果。

关键词： “双减” 小学高年段学生学习压力

CuFe2O4+AA+光芬顿/PMS催化降解苯酚的研究

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CuFe2O4+AA+光芬顿/PMS催化降解苯酚的研究

作者：冯军锐长江大学

学位级别：硕士

Mg-Ca-Cu和Mg-Zn-Sr医用可降解合金的成分设计、制备及性能研究

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Mg-Ca-Cu和Mg-Zn-Sr医用可降解合金的成分设计、制备及性能研究

作者：王雨锐扬州大学

学位级别：硕士

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大豆IQM基因家族的全基因组鉴定与分析

大豆IQM基因家族的全基因组鉴定与分析

作者：刘琼锐广州大学

学位级别：硕士

大豆（Glycine max ***）,起源于中国。是全球重要的粮油饲兼用作物,不仅为人类提供丰富的植物蛋白来源,同时也是一种主要油料作物,兼具经济价值。近年来,我国已成为全球最大的大豆消费和进口国,进口依存度高达85%,严重危及到我国大豆... 详细信息

大豆（Glycine max ***）,起源于中国。是全球重要的粮油饲兼用作物,不仅为人类提供丰富的植物蛋白来源,同时也是一种主要油料作物,兼具经济价值。近年来,我国已成为全球最大的大豆消费和进口国,进口依存度高达85%,严重危及到我国大豆产业的稳定。在此背景下,迫切需要培育出高产稳产的大豆新品种。而对生物和非生物胁迫的响应机制是大豆品种产量稳定的关键,因此,挖掘大豆的生物胁迫或非生物胁迫响应因子,解析其在应对环境胁迫时的分子机制,不仅能促进大豆应对生物和非生物胁迫的机理认知,也有助于提升我国大豆分子育种水平,保障大豆产业的稳定发展。IQM（IQ-motif containing protein）是一类植物特有的钙调素结合蛋白（CaMBP,CaM binding protein）,在植物生长发育和应激反应过程中具有重要作用。近年来,拟南芥与水稻中IQM家族部分基因的功能已被揭示,但在大豆及其它豆科植物中尚无研究报道。我们前期研究发现,拟南芥中IQM家族基因,参与植物的生长发育、逆境响应、信号传导等生物学过程。为了明确大豆中IQM家族基因的具体功能,我们采用生物信息学分析,从大豆基因组中鉴定出15个IQM家族成员基因。并对它们的系统进化关系、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件、基因表达以及蛋白定位特性等多方面进行了全面的分析,进而揭示大豆IQM家族各成员的分类特点与功能差异,主要有以下成果可供阐述:（1）在大豆全基因组序列中,通过BLASTP比对共鉴定到了15个IQM基因,根据GmIQMs基因在染色体上的排列顺序及与At IQMs基因的同源关系,将这15个基因分别命名为:GmIQM1a、GmIQM1b、GmIQM1c、GmIQM1d、GmIQM1e、GmIQM1f、GmIQM2a、GmIQM2b、GmIQM2c、GmIQM3a、GmIQM3b、GmIQM3c、GmIQM5、GmIQM6a和GmIQM6b。（2）根据染色体定位分析,15个GmIQMs基因分布在20条染色体中的12条上,且分布不均匀,片段重复在大豆IQM基因家族的扩增中发挥重要作用。根据系统发育分析可将这15个基因可被划分为三个亚家族,同一个亚家族中的GmIQMs基因对具有相似的基因结构,唯独GmIQM1d、GmIQM5显示出显著差异。通过构建来自八个不同物种的IQM的无根系统发育树来进一步评估IQM在不同物种间的系统发育关系。研究结果显示,双子叶植物的IQM家族成员比单子叶植物更加保守。利用Plant CARE数据库分析了大豆IQM基因起始密码子上游2kb范围内的启动子序列。在启动子序列中发现了干旱、高盐和低温等胁迫响应元件,以及ABRE（ABA）、CGTCA-基序、TGACG-基序（Me JA）和TCA-元件（SA）等激素响应元件。推测GmIQMs可能在大豆对生物和非生物胁迫的响应中扮演重要角色。（3）利用蛋白互作试验研究揭示了大豆IQM蛋白与CaM之间的相互作用关系。酵母双杂交试验表明,大豆IQM蛋白与CaM蛋白之间存在相互作用,其中只有GmCaM和GmIQM1d/2c两种组合不能在在酵母中相互作用;然而,通过双分子荧光互补技术（Bimolecular Fluorescence Complementation,Bi FC）又发现GmIQM1d/GmIQM2c能够与植物细胞内的CaM相互作用,猜测它们的互作需要植物细胞中特定成分协助。利用MEME数据库检测到每个GmIQM蛋白中都含有一个IQ基序,进一步通过酵母双杂交试验证实了IQ基序对GmIQMs与GmCaM的相互作用至关重要。亚细胞定位试验结果显示,GmIQM1a和GmIQM1b仅存在于细胞核内,而GmIQM3a、GmIQM3b和GmIQM3c分布在细胞核和细胞质中。其余的IQM蛋白主要定位于细胞质中。（4）通过实时荧光定量逆转录PCR（Reverse Transcription-quantitative real-time PCR,RT-q PCR）技术,我们分别测定IQM基因在大豆根、子叶、茎、叶、花、种子、豆荚和根瘤中的表达水平,结果显示,GmIQM1c、GmIQM1e以及GmIQM3a-3c基因在多个组织中普遍表达,其余基因在大多数组织中没有表达,部分GmIQMs基因呈现组织特异性表达。我们推测,广泛表达的基因可能在整个植物生命周期中的多个阶段发挥作用,而那些表达受限或不表达的IQM基因可能会在某些环境刺激下被激活,发挥应激反应。同时根据启动子顺式作用元件的分析结果,进一步使用不同胁迫条件（如Na Cl、Na HCO3、PEG、SA、ABA和Me JA）处理大豆,模拟在盐、碱、干旱等非生物胁迫条件以分析GmIQMs基因的表达。研究结果表明,GmIQMs参与大豆高盐和

关键词：大豆 CaMBP IQM 基因家族生物胁迫

基于自监督对比学习的ECG信号分类问题研究

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基于自监督对比学习的ECG信号分类问题研究

作者：陈增锐广州大学

学位级别：硕士

心电图是诊断心血管疾病的重要手段之一,自动化分析心电图有助于提升诊断效率,节省诊断时间和人力成本。然而,心电数据的标注需要大量人力、物力,并且需要标注人员具备专业的医学知识,因此大规模心电数据标注难度较大。另外,由于受试者... 详细信息

心电图是诊断心血管疾病的重要手段之一,自动化分析心电图有助于提升诊断效率,节省诊断时间和人力成本。然而,心电数据的标注需要大量人力、物力,并且需要标注人员具备专业的医学知识,因此大规模心电数据标注难度较大。另外,由于受试者的生理信号存在差异,有监督学习在标签数据不足时容易出现过拟合,影响分类模型性能。自监督学习通过在大规模无监督数据中挖掘样本自身的监督信息,并利用这些信息对模型进行预训练。这种方法能够使得模型学习到对下游任务有用的特征表示,在一定程度上缓解了标签获取困难和成本高的问题,为解决上述问题提供了一种潜在的途径。本研究采用了自监督的对比学习方法,通过对比式预训练,使得编码器网络在无需真实标签的情况下,也能够获得优秀的信号编码能力。本文具体的研究内容和创新点如下:(1)将一种基于Sim CLR框架的自监督对比学习方法应用到单导联的ECG(Electrocardiogram)信号分类任务,通过对原始ECG信号进行数据增强划分正负例,构造对比学习网络,学习ECG信号的特征表示。考虑到Sim CLR框架未解决被误当成的负例很有可能是真正例的问题,因此对该框架的对比损失函数进行优化并重新设计,提出了一种用于识别候选假负例的方法,并通过使用两种不同的策略将识别到的假负例进行剔除或利用,以解决上述问题。实验结果表明,改进后的模型在两种不同数据集上预训练后的线性评估性能优异,AUC值分别达到了0.762和0.921,均高于当前几种先进的自监督学习方法,证明了模型在预训练任务上学到了有用的特征表示,并且这些特征对于下游任务的性能提升具有积极影响。(2)将一种基于动量对比的自监督对比学习方法应用到十二导联的ECG信号分类任务,动量对比学习框架设计的队列机制和动量更新策略能够解决Sim CLR框架在一个批次的训练过程中所需样本量过多,设备内存占用过大的问题。并且由于该部分针对的是十二导联ECG信号分类问题,需要关注到每个通道的空间位置信息,所以使用加入了CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制的Res Net-50作为动量对比学习框架的特征编码器。实验结果表明,所提出的模型在线性评估和微调阶段都实现了出色的性能,其中的AUC值分别达到了0.897和0.924,均优于当前几种自监督学习方法,证明了该模型预训练和微调策略的有效性。

关键词： ECG信号自监督学习对比学习残差网络注意力机制