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基于机器学习的土壤水分地面观测站数据修复方法研究

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节水灌溉 2024年

作者：李孟宋承运孙时雨安徽理工大学空间信息与测绘工程学院矿山采动灾害空天地协同监测与预警安徽普通高校重点实验室

土壤水分站点易受人为破坏、自然灾害和设备故障等因素的影响，出现数据不同程度的缺失，直接影响了其在农业生产、气象监测、生态环境等学科领域的深入应用。利用闪电河流域土壤温湿度无线传感器网络的土壤水分观测数据，采用机器学习... 详细信息

土壤水分站点易受人为破坏、自然灾害和设备故障等因素的影响，出现数据不同程度的缺失，直接影响了其在农业生产、气象监测、生态环境等学科领域的深入应用。利用闪电河流域土壤温湿度无线传感器网络的土壤水分观测数据，采用机器学习方法，以MODIS地表温度、植被指数、地表反照率、热惯量以及地表高程等为参量，研究土壤水分站点缺失数据修复方法。研究结果表明：①随机森林表现出较高的精度(相关系数r=0.95，均方根误差RMSE=0.023m3/m3，无偏均方根误差ubRMSE=0.023 m3/m3，偏差Bias=-0.001)优于广义回归神经网络；②在低植被覆盖区域，模型拟合效果优于高植被覆盖区域；③随机森林模型在站点不同缺失情况下，表现出了较高的精度(相关系数r>0.8，均方根误差RMSE≤0.038m3/m3，无偏均方根误差ubRMSE≤0.038 m3/m3，偏差Bias≤0.018)，且在部分时间段缺失下模型精度更高，很好地反映了土壤水分随季节变化的趋势。该研究为地面站点数据的修复以及地面站点的布设提供参考与支持。

关键词：站点土壤水分机器学习数据修复

新型三元复合材料对低浓度含铀废水的去除性能及机制

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稀有金属 2024年第2期48卷 196-213页

作者：张益硕周仲魁李龙祥孙占学东华理工大学水资源与环境工程学院核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013

为解决羟基磷灰石(HAP)基吸附材料合成步骤复杂、易团聚及成本高等问题,采用一步水热法合成十六烷基三甲基溴化铵改性羟基磷灰石-膨润土(CTAB-HAP-B)三元复合材料,并研究其对低浓度含铀废水的去除性能。通过单因素试验和正交试验得出,... 详细信息

为解决羟基磷灰石(HAP)基吸附材料合成步骤复杂、易团聚及成本高等问题,采用一步水热法合成十六烷基三甲基溴化铵改性羟基磷灰石-膨润土(CTAB-HAP-B)三元复合材料,并研究其对低浓度含铀废水的去除性能。通过单因素试验和正交试验得出,当pH为4.0,铀(VI)浓度为10 mg·L^(-1),时间为160 min,温度为室温(298.15 K),CTAB-HAP-B用量为0.05 g,转速为165 r·min^(-1),废水体积为50 ml时,其对低浓度含铀废水去除率可达99%左右。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、全自动比表面分析(BET)、全自动孔隙度分析(BJH)、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶红外光谱(FTIR)对CTAB-HAP-B的形貌、比表面积、孔径、元素组成、晶型、表面官能团进行表征,得出其吸附机制主要为离子交换和官能团的配位。优化了HAP基吸附材料对低浓度含铀废水的去除性能,可为低浓度含铀废水的处理提供试验依据,并提出环境吸附材料的研究需利用不同材料之间的协同作用以克服单一吸附材料的局限性,该思路有利于未来研究和设计潜在的环境功能吸附材料。

关键词：吸附新型复合材料机制铀

一种改进SegNet网络的路面裂缝分割算法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第7期38卷 142-148页

作者：廖宁生杨雲翔朱秘彭波重庆理工大学两江人工智能学院重庆401135

路面裂缝是威胁公路安全运行的常见潜在隐患,经典路面裂缝分割算法存在不同程度的裂缝断裂、薄细裂缝边缘识别不佳等问题。针对上述问题,提出一种Crack SegFormer路面裂缝分割算法,主要由基于裂缝定位注意力的编码器、多层特征金字塔以... 详细信息

路面裂缝是威胁公路安全运行的常见潜在隐患,经典路面裂缝分割算法存在不同程度的裂缝断裂、薄细裂缝边缘识别不佳等问题。针对上述问题,提出一种Crack SegFormer路面裂缝分割算法,主要由基于裂缝定位注意力的编码器、多层特征金字塔以及基于裂缝锐化注意力的解码器三部分组成。利用Crack500、Crack200、DeepCrack、CFD 4个公开数据,对CrackSegFormer模型分割裂缝的有效性进行了验证,结果显示所提出的CrackSegFormer模型能够抑制非裂缝特征、保留细微和末梢裂缝特征。相对于经典SegNet网络,所提出模型的准确度、召回率和F1-score三类评价指标分别提升了1.14%,3.61%和4.26%。

关键词：路面裂缝分割改进SegNet网络注意力机制多层特征金字塔

胃肠微环境下吻合钉仿生表面对细菌黏附的微流场仿真

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医用生物力学 2024年第2期39卷 339-345页

作者：冯荣川胡亚辉马言张春秋刘淑红刘帮付蔚华天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384 天津市骨植入物界面功能化与个性化研究企业重点验室天津300190 天津医科大学总医院胃肠肛肠外科天津300052

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运... 详细信息

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运动模型。通过计算流体动力学数值仿真,模拟静态流场和动态流场中,细菌分别在光滑表面和微织构表面的运动,比较两种表面环境下细菌周围的流场特征和流体剪切力,分析流体剪切力影响细菌黏附的内在机制。结果仿生微织构的加入增强了微流场内细胞外液的流速,在静态流场中流体对细菌的黏滞作用较小;动态流场中流体对细菌的推动作用更强;一定范围内的微坑宽度使微织构壁面所受流体剪切力更大。结论吻合钉的仿生微织构表面,加快了细胞外液的流速,提高了微织构壁面和细菌所受流体剪切力,对细菌的附着有一定影响。研究结果为吻合钉抑菌表面的研究提供了理论依据。

关键词：仿生鲨鱼皮肤结构吻合钉抑菌性细胞外液流速壁面剪切力

不同流向上小流道加热管内超临界CO_(2)的压降特性

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化工进展 2024年第2期43卷 830-843页

作者：王磊曹雄金罗凯王艳费华江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000

针对不同流动方向上超临界CO_(2)流体在小流道加热管径为0.75mm内的压降特性进行了实验研究。结果表明,不同流动(水平流动、垂直向上流动以及垂直向下流动)方向上,实验总压降、摩擦压降以及加速度压降均随着系统压力的升高而逐渐减小,... 详细信息

针对不同流动方向上超临界CO_(2)流体在小流道加热管径为0.75mm内的压降特性进行了实验研究。结果表明,不同流动(水平流动、垂直向上流动以及垂直向下流动)方向上,实验总压降、摩擦压降以及加速度压降均随着系统压力的升高而逐渐减小,而随着质量流量的增大、加热功率以及进口温度的升高而增大。然而,在垂直流动方向上重力压降随着系统压力的升高以及质量流量的增大而逐渐增大,但随着加热功率以及进口温度的升高而逐渐减小。当系统压力、质量流量、加热功率以及进口温度保持恒定时,不同流动方向上超临界CO_(2)流体的摩擦压降均在实验总压降中所占有的比例最大,而重力压降在实验总压降中所占有的比例最小。通过两种测试管径的压降数据比较可知,超临界CO_(2)流体在不同流动方向上实验总压降的变化趋势始终保持一致,并且小管径的实验总压降远大于大管径的实验总压降,从而说明测试管径的尺寸大小对实验总压降的变化有着显著影响。

关键词：超临界CO_(2) 不同流动方向总压降摩擦压降加速度压降重力压降

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阵列压电式能量采集器仿真研究与实验分析

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第8期38卷 227-234页

作者：陈新岗黄宇杨马志鹏李宁一范益杰重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054 重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆400054

以传统单悬臂梁为基础设计的压电式振动能量采集器存在输出电能低和工作频带窄等不足,为此,设计了阵列压电式振动能量采集器,并进行了仿真研究和实验分析。首先对压电悬臂梁工作原理进行了理论分析,通过建立等效电路模型推导出了输出功... 详细信息

以传统单悬臂梁为基础设计的压电式振动能量采集器存在输出电能低和工作频带窄等不足,为此,设计了阵列压电式振动能量采集器,并进行了仿真研究和实验分析。首先对压电悬臂梁工作原理进行了理论分析,通过建立等效电路模型推导出了输出功率和输出电压公式;然后从静力学角度和振动模态角度两方面对阵列压电式振动能量采集器进行了COMSOL仿真分析,得到了采集器基本振动特性;最后,制作实验样机并搭建实验平台,对样机进行了串联输出和并联输出性能测试。结果表明:共用质量块压电阵列结构虽然输出电能得到了提升,但工作频带相较于单压电悬臂梁并无拓宽,因而使用受限;带不同质量块压电阵列结构的串联输出最大开路电压为1.79 V,带宽为7.6 Hz,并联输出最大开路电压为1.71 V,带宽为8.6 Hz,而相同实验环境下的单梁最大开路电压为1.56 V,带宽为2.4 Hz,故采集器输出性能和工作频带均得到改善,环境适应能力得到增强。

关键词：压电效应压电悬臂梁振动能量有限元仿真阵列

圆形Q690高强钢管混凝土轴压短柱试验研究

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钢结构（中英文） 2024年第5期39卷 41-48页

作者：门朋飞何浩祥钟国辉香港理工大学土木与环境工程学院中国香港999077 香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心中国香港999077

圆形钢管混凝土可以充分发挥钢管和混凝土的组合作用,使得钢管混凝土承载力和延性得到明显提升,因而广泛应用于工程结构中。将高强钢应用于钢管混凝土柱,可以减小构件尺寸和自重,使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间,更加经... 详细信息

圆形钢管混凝土可以充分发挥钢管和混凝土的组合作用,使得钢管混凝土承载力和延性得到明显提升,因而广泛应用于工程结构中。将高强钢应用于钢管混凝土柱,可以减小构件尺寸和自重,使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间,更加经济环保。然而,现行钢管混凝土设计规范主要是依据普通钢材强度等级的研究成果制定的,对采用高强钢的钢管混凝土的适用性尚未可知。此外,针对高强钢管混凝土短柱轴压性能,现有研究主要关注其在承载时的结构性能,而很少关注钢管和内填混凝土在不同变形阶段分别承担轴力的贡献。因此,基于试验对高强钢管混凝土短柱的轴压性能展开了研究。首先,对6个短柱进行了轴压试验,包括3个钢管混凝土试件和3个纯钢管试件。主要的试验参数为钢材强度等级,包括Q355,Q460和Q690。之后,基于试验结果,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力以及钢管和内填混凝土的轴力贡献。最后,探讨了现行设计规范对圆形钢管混凝土轴压短柱承载力的适用性。试验结果表明:所有纯钢管和钢管混凝土试件均表现出了良好的延性;由于混凝土的存在,钢管混凝土的承载力比纯钢管的承载力提高了30%以上。基于纯钢管和钢管混凝土的应变分析结果,分离了钢管混凝土钢管和内填混凝土的轴力贡献。结果表明:钢管提供的约束作用使得混凝土所承担的轴力明显增加,且钢材强度等级越高,混凝土轴力提高效果越明显;尽管钢管提供了横向约束作用,但其轴力贡献与其屈服承载力相比未明显折减。试验结果和规范预测结果的对比分析表明:现行中国规范GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》可以有效预测采用普通强度钢材的钢管混凝土试件的承载力,但当钢管采用高强度钢材时,规范将给出过于保守或偏于危险的预测结果;现行欧洲规范(EN 1994-1-1)中的截面承载力计算方法对采用普通钢和高强钢的钢管混凝土试件均给出了合理且偏于安全的承载力预测值,仍可以适用于Q690高强钢管混凝土,但该规范低估了钢管的轴力贡献,高估了内填混凝土的轴力贡献。

关键词：钢管混凝土短柱圆形截面 Q690高强钢轴压承载力轴力贡献试验研究

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不同梯度掺杂透射式GaAs光电阴极的平均时间衰减常数及瞬态响应理论研究

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真空科学与技术学报 2024年

作者：蔡志鹏黄文登杨创华娄本浊何军锋陕西理工大学物理与信息工程学院

计算了透射式GaAs负电子亲和势光电阴极在不同掺杂梯度下的平均时间衰减常数τ’，分析认为，阴极吸收层厚度L、掺杂梯度对τ’影响占主要地位，且随L、掺杂梯度的增大逐渐减小；仿真涉及的两种掺杂方式，吸收层浓度的e指数掺杂方式和e... 详细信息

计算了透射式GaAs负电子亲和势光电阴极在不同掺杂梯度下的平均时间衰减常数τ’，分析认为，阴极吸收层厚度L、掺杂梯度对τ’影响占主要地位，且随L、掺杂梯度的增大逐渐减小；仿真涉及的两种掺杂方式，吸收层浓度的e指数掺杂方式和e指数电场掺杂方式，没有发现它们对τ’的影响。当L～0.2-0.5μm较小时，光子能量Ehv对τ’的影响较大。随光子能量Ehv进一步增大，它对τ’的影响逐渐减小；在L、Ehv变化过程中，发现了L、Ehv对τ’的影响的动态竞争关系，分析认为，二者竞争的实质是，初时刻表面光电子浓度与体内光电子浓度分布的动态竞争，共同影响了τ’的变化，且这种竞争关系，不是二者简单的叠加关系，而是出现一种复杂的、交替占主导的、此消彼长的变化关系，随着L增大，Ehv由主导逐渐过渡到占次要地位，而L由次要地位过渡到占主导地位。同时，基于τ’仿真得到了阴极在不同掺杂方式、不同掺杂梯度下的时间响应特性——Tm和FWHM，它们均随掺杂梯度的增大而逐渐减小，而e指数电场掺杂方式具有优异的响应特性。本仿真结果为透射式GaAs光电阴极在高速摄影、电子源、光电倍增管以及像增强器的应用研究提供了必要的理论基础和数据支持。

关键词： GaAs光电阴极梯度掺杂平均时间衰减常数最优系数因子时间响应

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数字化核能谱获取的仿真实验平台设计

实验室研究与探索 2024年第3期43卷 105-110页

作者：李林洪旭宋新茹刘俊龙黄海西周成卓成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

基于MATLAB GUI图形用户界面设计了包含多种滤波成形方法的数字化核能谱获取仿真实验平台。该平台集成了核脉冲信号的基本预处理模块,同时采用尖峰脉冲成形、梯形脉冲成形和类高斯脉冲成形等常见的滤波成形模块以及幅度甄别模块。通过... 详细信息

基于MATLAB GUI图形用户界面设计了包含多种滤波成形方法的数字化核能谱获取仿真实验平台。该平台集成了核脉冲信号的基本预处理模块,同时采用尖峰脉冲成形、梯形脉冲成形和类高斯脉冲成形等常见的滤波成形模块以及幅度甄别模块。通过该平台导入实测核脉冲信号,能研究不同滤波成形方法在滤波成形、堆积分离、能谱能量分辨率和计数方面的特点,同时还可自定义成形参数研究参数的影响。该实验平台操作简单,能够将能谱获取过程中滤波成形算法和成形参数的作用以及影响规律直观地展示出来。

关键词：数字化核能谱获取数字成形算法能量分辨率仿真平台