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科学数据安全标准研究与工作建议

科学通报 2024年第9期69卷 1142-1148页

作者：廖方宇胡良霖王健王志强甘杰夫中国科学院计算机网络信息中心北京100083 国家基础学科公共科学数据中心北京100083 广州物联网研究院广州511456 中国农业科学院农业信息研究所北京100081 国家农业科学数据中心北京100081 中国标准化研究院北京100181 中国网络安全审查技术与认证中心北京100013

大规模巡天望远镜、大型粒子加速器、高通量基因测序仪等源源不断产生巨量科学数据[1],引领科学研究迈入大数据时代,国际科技竞争日益依赖于科学数据资源的长期持续积累、高质量科学数据资源的掌控优势以及从数据获得信息和知识的能力[... 详细信息

大规模巡天望远镜、大型粒子加速器、高通量基因测序仪等源源不断产生巨量科学数据[1],引领科学研究迈入大数据时代,国际科技竞争日益依赖于科学数据资源的长期持续积累、高质量科学数据资源的掌控优势以及从数据获得信息和知识的能力[2],科学数据被世界各国公认为战略性、基础性资源.同时,科学数据安全得到了世界各国的逐渐重视,纷纷出台政策法规确保科学数据资源安全以及本国科学数据的掌控权、开发利用优先权等.

关键词：科学数据数据安全国际科技竞争大数据时代粒子加速器数据获得政策法规开发利用

生物洁净室动态环境下多变量耦合的颗粒物浓度预测模型

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科学通报 2024年第7期69卷 866-877页

作者：孟晗刘俊杰天津大学环境科学与工程学院室内空气环境质量控制天津市重点实验室天津300072

本研究模拟制药生产车间搭建了一个C级环境的生物洁净室,通过空调系统变频调节,分别在10~40 h^(-1)换气次数的运行风量下,对静止、轻度、重度3种活动类型,人员数量为1~3人的颗粒物浓度进行36组测试.将测试值与标准限值对比,发现生物洁... 详细信息

本研究模拟制药生产车间搭建了一个C级环境的生物洁净室,通过空调系统变频调节,分别在10~40 h^(-1)换气次数的运行风量下,对静止、轻度、重度3种活动类型,人员数量为1~3人的颗粒物浓度进行36组测试.将测试值与标准限值对比,发现生物洁净室在40 h^(-1)换气次数下运行时,0.5μm颗粒物浓度标准限值与测试值之比最高达718,洁净度存在较高的冗余,空调系统节能潜力巨大.通过实验数据分析,总结人员数量、活动类型、换气次数与洁净室颗粒物浓度变化规律,给出换气次数为10~40 h^(-1)下人员数量增长与颗粒物浓度增长率比例关系,可在设计阶段提供较准确的颗粒物浓度参考值.根据实测数据,采用多元回归的方法,建立两种多变量耦合的颗粒物浓度预测模型,两种模型P值均小于0.001.对于0.5和5μm颗粒物,考虑变量交互作用的模型2的决定系数R2分别为0.95和0.85,未考虑变量交互作用的模型1的决定系数R2分别为0.73和0.76,模型2与实测值拟合度更高.可根据模型2预测值对洁净室换气次数进行动态调节,为生物洁净室空调系统节能运行策略的制定提供数据参考.

关键词：生物洁净室换气次数颗粒物浓度多元回归预测模型

基于决策边界分析的深度神经网络鲁棒性评估与优先次序验证

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计算机学报 2024年第4期47卷 862-876页

作者：林韧昊周清雷扈天卿王一丰郑州大学计算机与人工智能学院信息工程大学密码工程学院

随着深度学习技术在现实世界的广泛应用,人们对基于深度神经网络的系统安全性提出了更高要求.鲁棒性是神经网络的重要安全性质,对网络鲁棒性的量化分析和验证是深度学习模型安全性研究的关键问题.针对神经网络验证技术中难以解决的效率... 详细信息

随着深度学习技术在现实世界的广泛应用,人们对基于深度神经网络的系统安全性提出了更高要求.鲁棒性是神经网络的重要安全性质,对网络鲁棒性的量化分析和验证是深度学习模型安全性研究的关键问题.针对神经网络验证技术中难以解决的效率问题,提出了一种新颖的优先次序优化方法.结合局部鲁棒性的规约方式,在一组待验证输入内选择具有更高验证需求的不稳定点代替常规的逐点验证模式.根据对鲁棒性问题与决策边界距离的关联性分析,提出了一种基于网络输出单元值大小的鲁棒性评估方法作为优先验证的输入点选择依据.在此基础上将其扩展为输入的预分析模块与验证工具集成,进而设计了基于优先次序的验证框架.在常用的验证基准上进行了实验,结果表明,该方法的决策边界分析理论与突变测试结果一致,鲁棒性评估中选择不安全样本的平均准确率高于90%,通过减少安全样本的验证开销使验证效率提高了148.6%～432.6%.

关键词：深度神经网络鲁棒性验证优先次序模式决策边界鲁棒性度量指标

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二氧化碳还原技术助力构筑碳中和循环社会

科学通报 2024年第11期69卷 1395-1398页

作者：刘志鹏李印实西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO_(2),加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发.2023年发布的《世界... 详细信息

温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO_(2),加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发.2023年发布的《世界能源统计年鉴》数据显示,2022年全球对一次能源的需求相较2021年同比增长1.1%,因能源消耗产生的CO_(2)排放量超过393亿吨,达到历史新高点.

关键词：二氧化碳还原能源危机一次能源持续增长数据显示温室效应极端天气能源消耗

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

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气象 2024年第2期50卷 159-169页

作者：王金成王丹王瑞文谭娟容娜中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局气象发展与规划院北京100081 新疆克拉玛依气象局克拉玛依834000

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘... 详细信息

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

关键词：往返平飘式探空 CMA-MESO 垂直稀疏化三维变分资料同化

基于大口径高温固定点黑体的光谱辐射照度国家基准量值复现新方法

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 925-931页

作者：代彩红王彦飞李玲吴志峰谢一航中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所北京100029

采用国际前沿的大口径高温固定点黑体新技术,中国计量科学研究院NIM(National Institute of Metrology)组建了大口径钨碳-碳WC-C高温固定点黑体辐射源,在3020.11 K的融化点温度,实现了250~2500 nm光谱辐射照度、相关色温和分布温度基准... 详细信息

采用国际前沿的大口径高温固定点黑体新技术,中国计量科学研究院NIM(National Institute of Metrology)组建了大口径钨碳-碳WC-C高温固定点黑体辐射源,在3020.11 K的融化点温度,实现了250~2500 nm光谱辐射照度、相关色温和分布温度基准的量值复现。这是国际上首次将大口径高温固定点黑体技术成功应用于光谱辐射度基准复现领域。针对大口径固定点黑体熔化温坪曲线的特点、以及测量期间温坪曲线中间部分缺失的问题,提出了固定点熔化温坪拐点温度计算新方法,重构了缺失的熔化温坪曲线。采用光谱比较法,通过双光栅光谱比较测量系统将黑体的量值传递至光谱辐射照度副基准灯组,完成光谱辐射照度基准量值的复现和保存。新的量值复现方法将黑体温度的测量不确定度减小为0.36 K,缩短了量传链,实现光谱辐射照度最佳测量不确定度0.25%(k=2)。在250~2500 nm,基于固定点新方法和传统变温黑体法进行量值复现的平均偏差为0.42%,将两种方法相结合,最终实现我国光谱辐射照度基准的测量不确定度(k=2)为:250~400 nm,U rel=1.9%~0.43%;400~1000 nm,U rel=0.43%~0.25%;1000~2200 nm,U rel=0.25%~0.76%;2200~2500 nm,U rel=0.76%~2.4%。基于固定点黑体的光谱辐射照度量值复现技术已经应用于遥感仪器的辐射定标,用于提升仪器的测量准确度。

关键词：光谱辐射照度大口径固定点黑体变温黑体国家基准测量不确定度

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弓长岭磁铁矿拉曼光谱特征及意义

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1697-1702页

作者：刘静姚玉增付建飞李梓宁侯婷婷张永利东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110004

弓长岭铁矿床是我国最大的沉积变质型磁铁富矿,诸多学者对其开展了大量研究工作,但磁铁矿拉曼光谱方面的研究较少。采用HORIBA XploRA PLUS显微拉曼光谱仪对弓长岭铁矿床典型贫铁矿石和富铁矿石中的磁铁矿进行了拉曼光谱测试,结果表明,... 详细信息

弓长岭铁矿床是我国最大的沉积变质型磁铁富矿,诸多学者对其开展了大量研究工作,但磁铁矿拉曼光谱方面的研究较少。采用HORIBA XploRA PLUS显微拉曼光谱仪对弓长岭铁矿床典型贫铁矿石和富铁矿石中的磁铁矿进行了拉曼光谱测试,结果表明,贫铁矿石中磁铁矿在300、550和670 cm^(-1)处的拉曼峰位向高波数偏移,应与其中磁铁矿的铁平均氧化态升高及微量元素类质同象取代导致矿物晶格尺寸减小有关;富铁矿石中磁铁矿的拉曼峰强明显升高,应为富铁矿形成过程中磁铁矿重结晶致使其内部微量元素整体含量降低而铁离子含量相对升高所致。贫铁矿石中部分磁铁矿出现了微弱的赤铁矿拉曼光谱特征,可能与磁铁矿形成后的表生氧化有关。X射线衍射(XRD)分析表明,富矿中铁氧化物主要为磁铁矿,而贫铁矿石中的磁铁矿有向镁磁铁矿转变的趋势。扫描电镜能谱分析结果表明,富矿中磁铁矿相较于贫矿中的微量元素含量降低,即由贫矿到富矿,磁铁矿经历了“纯化”,与前面拉曼结果研究相一致。本次研究表明,拉曼光谱测试具有快速、简单、可重复且无损伤的特点,可有效估计磁铁矿中微量元素含量并可用以鉴别鞍本地区贫、富两类铁矿石。

关键词：磁铁矿拉曼光谱弓长岭富铁矿

激光诱导击穿光谱技术对钕铁硼永磁材料中多元素的定量表征

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 141-147页

作者：刘佳郭飞飞于雷崔飞鹏赵迎韩冰沈学静王海舟钢铁研究总院北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司纳克研究院北京100081

“磁王”钕铁硼是现今性能最为优异的永磁体,因其优异的磁性能被广泛应用于工业互联网、新能源、 5G通讯等诸多高新科技领域。目前研究钕铁硼材料中元素成分的主要分析方法有电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线荧光光谱(XRF),其... 详细信息

“磁王”钕铁硼是现今性能最为优异的永磁体,因其优异的磁性能被广泛应用于工业互联网、新能源、 5G通讯等诸多高新科技领域。目前研究钕铁硼材料中元素成分的主要分析方法有电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线荧光光谱(XRF),其中ICP-OES是湿法分析,样品前处理复杂,测试周期长,而XRF法可实现直接分析,但受制于其轻元素的检测能力很难满足对钕铁硼材料中主要轻元素B的分析需求。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有分析效率高,样品前处理简单,多元素直接分析,适用于现场分析、在线分析等技术优点,使其在快速定量表征方面展现出其独有的优势。运用LIBS分析技术开展对钕铁硼材料中多元素定量表征的直接、快速分析的方法研究,首先针对钕铁硼材料中定量表征的九个元素Nd、 Co、 B、 Dy、 Tb、 Pr、 Cu、 Al、 Ga完成特征谱线的筛选,通过对系统激光器电压、激光剥蚀方式等因素在不同条件下对钕铁硼材料光谱信号稳定性的影响分析,优化并确立了分析条件,最终选用720V的激光器电压,15个预剥蚀脉冲15个剥蚀脉冲的激光剥蚀方式为钕铁硼样品的分析条件;其次,选取8个通过ICP-OES法定值的烧结钕铁硼样品,样品具有元素成分的梯度差异化特征,作为建立分析方法的标准样品,采用标准曲线法通过相对强度与浓度的关联方式,建立钕铁硼样品中Nd、 Co、 B、 Dy、 Tb、 Pr、 Cu、 Al、 Ga九个元素的定量分析校准曲线;最后选取两个烧结钕铁硼试样,运用建立的定量分析方法完成九个元素的定量表征,分析时间小于30 s,其定量结果与ICP-OES法测定结果的比对,具有较好的一致性。运用激光诱导击穿光谱分析技术实现了对钕铁硼材料中多元素成分的直接、同时、快速定量表征,为钕铁硼材料的快速定量表征提供了新的技术思路和表征方法。

关键词：激光诱导击穿光谱钕铁硼定量表征

一个预测紫叶生菜花青素含量的高光谱深度学习模型

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 865-871页

作者：张美玲陈勇杰王敏娟李民赞郑立华 “智慧农业系统集成研究”教育部重点实验室中国农业大学北京100083

紫叶生菜叶片内富含花青素、胡萝卜素、维生素、矿物质等元素,其中花青素作为叶片组织中的主要色素对植物提供多种修复及保护功能,其含量可反应紫叶生菜的生理状态,因此其高精度预测具有现实意义。为了高效、准确地估算紫叶生菜的花青... 详细信息

紫叶生菜叶片内富含花青素、胡萝卜素、维生素、矿物质等元素,其中花青素作为叶片组织中的主要色素对植物提供多种修复及保护功能,其含量可反应紫叶生菜的生理状态,因此其高精度预测具有现实意义。为了高效、准确地估算紫叶生菜的花青素含量,采集了紫叶生菜的高光谱数据并开展了高精度建模研究。对原始平均反射光谱数据进行了一阶导数(FD)、二阶导数(SD)、标准正态变换(SNV)、S-G滤波和多元散射校正(MSC)五种预处理操作,基于不同预处理光谱建立紫叶生菜花青素含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型并进行性能对比,确定MSC为理想的光谱预处理方法。针对原始光谱及经MSC预处理的光谱,使用竞争自适应重加权采样(CARS)算法分别选择特征波段,基于全波段(原始光谱、经MSC预处理光谱)和特征波段(基于原始光谱的特征波段、基于MSC预处理光谱的特征波段)分别构建PLSR模型,表现最佳的MSC-CARS-PLSR在验证集上的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和0.070 mg·L^(-1),剩余预测偏差(RPD)为2.862。为进一步提高预测精度,本文提出一种融合深度卷积特征和极限学习机(ELM)的回归分析框架Ensemble,基于改进的Inception模块设计了与输入光谱信号匹配的一维卷积神经网络(1DCNN)作为特征提取器,采用ELM代替全连接层作为高级回归器对提取的特征进行计算。通过对比分析,Ensemble性能优于单独的1DCNN模型、ELM模型以及基于预处理光谱构建的最佳PLSR模型,其在验证集上的R2和RMSE分别为0.905和0.060 mg·L^(-1),RPD为3.319,表现出较高预测精度以及极佳的稳定性。进一步分析了预处理操作对Ensemble预测精度的影响,实验结果显示Ensemble对于预处理操作的依赖程度远小于PLSR,表明该模型同时继承了1DCNN的深度特征表示和ELM的高泛化性,能够实现基于原始光谱进行端到端的高精度花青素含量预测,为及时、准确掌握紫叶生菜长势情况提供了理论支撑。

关键词：紫叶生菜花青素高光谱偏最小二乘回归深度学习