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城市森林景观多功能性及权衡协同关系

应用生态学报 2025年

作者：郭玉洁任志彬何兴元中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院大学中国科学院沈阳树木园

城市森林景观多功能性的评估对于城市森林景观配置、优化和规划的决策至关重要。然而，由于城市森林的高度破碎化和异质性，科学评估其多功能性与权衡协同关系面临挑战。本研究以长春市为研究区，基于样方调查和卫星遥感数据，构建城市... 详细信息

城市森林景观多功能性的评估对于城市森林景观配置、优化和规划的决策至关重要。然而，由于城市森林的高度破碎化和异质性，科学评估其多功能性与权衡协同关系面临挑战。本研究以长春市为研究区，基于样方调查和卫星遥感数据，构建城市森林生态功能估测模型，提出综合考虑质量和数量的多功能评估框架，定量刻画了多功能空间格局与权衡协同关系。结果表明：2020年，长春市建成区城市森林年固碳量达到36.78 t，平均降温0.96 ℃，年清除PM2.5量达到527.52 t，休闲游憩功能为50.08人·m-2。与城市中心区相比，郊区森林的固碳能力、空气净化功能和休闲游憩功能更强，呈现中间低、周边高的空间分布模式。休闲游憩功能与固碳、降温功能之间存在明显的权衡关系，固碳功能与空气净化、降温功能之间具有较强的协同关系。随着城市化强度的变化，功能权衡与协同关系也表现出空间异质性，其中，固碳和降温功能在城市中心区表现为协同关系，郊区为弱权衡关系。长春市城市森林景观多功能性在阈值为25%时性能最佳，高值区集中在城市外环，呈现西强东弱的空间格局。从一环（1.61）到五环（2.01）多功能性整体上升，呈现中间低、外围高的分布特点。长春市城市森林的潜在主导功能是固碳和降温功能。本研究为长春市城市森林景观规划与管理提供了科学依据，有助于优化城市森林多功能、促进城市可持续发展。

关键词：景观功能生态系统功能多功能性阈值法权衡与协同

基于层重组扩展卡尔曼滤波的神经网络力场训练

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软件学报 2025年

作者：胡思宇周远昌赵曈汪林望贾伟乐谭光明处理器全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 中国科学院大学中国科学院半导体研究所

分子动力学模拟在材料模拟、生物制药等领域发挥着重要作用.近年来,科学智能(AI-for-Science)发展,尤其是神经网络力场在预测能量、力等性质的问题上,相比于传统势函数方法在准确性上有大幅提升.针对当前的神经网络力场模型在使用一阶... 详细信息

分子动力学模拟在材料模拟、生物制药等领域发挥着重要作用.近年来,科学智能(AI-for-Science)发展,尤其是神经网络力场在预测能量、力等性质的问题上,相比于传统势函数方法在准确性上有大幅提升.针对当前的神经网络力场模型在使用一阶训练方法时出现的超参设置敏感和梯度爆炸问题,给出层重组卡尔曼滤波优化器在避免超参数设置问题上的若干策略和防止梯度爆炸的理论证明.基于层重组卡尔曼滤波优化器,制定交替训练方法并分析该方法的精度收益和时间成本、提出分块阈值的性能模型并论述该模型的有效性、证明防止梯度爆炸的性质并验证该优化器关于激活函数和权重初始化的鲁棒性.对4种典型的神经网络力场模型在11个有代表性的数据集进行测试,实验表明,当层重组卡尔曼滤波优化器和一阶优化器达到相当的预测精度时,层重组卡尔曼滤波优化器相比于一阶方法快8–10倍.可以相信,所提出的层重组卡尔曼滤波训练方法能给其他的科学智能(AIfor-Science)应用带来启发.

关键词：科学智能神经网络力场训练层重组扩展卡尔曼滤波优化器分子动力学模拟

主动声呐实时信号处理算法的MPSoC优化实现

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系统工程与电子技术 2025年

作者：邹佳运师英杰吴永清郝程鹏王东辉中国科学院声学研究所水下航行器实验室中国科学院大学

本文基于异构多处理器片上系统(multi-processor system on chip， MPSoC)，采用模块化设计以及软硬件协同设计思想，提出了一种主动声呐实时信号处理算法的加速方案。首先研究了适合边缘端部署的声呐信号处理算法，然后设计了基于MPSo... 详细信息

本文基于异构多处理器片上系统(multi-processor system on chip， MPSoC)，采用模块化设计以及软硬件协同设计思想，提出了一种主动声呐实时信号处理算法的加速方案。首先研究了适合边缘端部署的声呐信号处理算法，然后设计了基于MPSoC的加速计算结构，将数字下变频、逆/快速傅里叶变换(inverse/fast fourier transform， IFFT/FFT)、波束形成等具有高计算复杂性的处理步骤移植到可编程逻辑端，实现了显著加速。将目标检测等复杂度较低的步骤部署在处理器系统端，实现了更高的灵活性。仿真及湖上实验结果表明，本文提出的方案可在数据更新周期的41%时间内完成1帧回波数据的实时处理，并可在复杂水下环境下实时有效探测运动目标，在水下无人航行器主动声呐探测领域具有广阔的应用前景。

关键词：水下无人航行器主动声呐多处理器片上系统实时信号处理硬件加速

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融合双视角特征的两阶段脑控语音增强

声学学报 2025年

作者：邱泽林姚鼎鼎李军锋中国科学院语音与智能信息处理实验室(声学研究所) 中国科学院大学

提出一种融合双视角特征的两阶段脑控语音增强方法。首先使用语音分离算法对混合语音进行分离，然后利用一种融合双视角特征的端到端语音增强模块进行听觉注意解码，并根据解码结果对所分离的语音进行选择性输出。该增强模块一方面提取... 详细信息

提出一种融合双视角特征的两阶段脑控语音增强方法。首先使用语音分离算法对混合语音进行分离，然后利用一种融合双视角特征的端到端语音增强模块进行听觉注意解码，并根据解码结果对所分离的语音进行选择性输出。该增强模块一方面提取脑电信号中与语音能量变化等相关的动态特征，另一方面提取与说话人发声特性相关的静态特征，使混合语音能够更好地与脑电信号中的注意力信息相融合。由于增强模块仅被用于解码，与已有方法相比，所提方法在有效获取注意力信息的同时，降低了脑电信号对语音输出质量的负面影响。实验结果表明，在“2024稀疏脑辅助式语音增强挑战赛”数据集上，所提方法能够使目标语音的信号失真比提升18.08 dB，比已有方法高6.44 dB，且在使用较少脑电通道或较低信噪比的脑电信号时，仍能保持较高的语音输出质量。

关键词：语音增强听觉注意解码脑电信号神经网络

有机物料还田对稻田土壤细菌群落和水稻产量的影响

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环境科学 2025年第1期46卷 543-550页

作者：卞清孙波李大明谢祖彬王晓玥中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院大学江西省红壤及种质资源研究所

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响，依托于40 a红壤性水稻土有机肥定位试验，选择不施肥（CK）、施化肥（NPK）、施化肥+紫云英（NG）、施化肥+紫云英+猪粪（NGM）和施化肥+紫云英+稻草（NGS）这... 详细信息

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响，依托于40 a红壤性水稻土有机肥定位试验，选择不施肥（CK）、施化肥（NPK）、施化肥+紫云英（NG）、施化肥+紫云英+猪粪（NGM）和施化肥+紫云英+稻草（NGS）这5个处理，开展相关研究.结果表明，有机物料还田显著提高了土壤SOC、TN和TP等养分含量和水稻产量，其中NGM处理影响最大.并且有机物料还田显著改变了微生物群落组成，主要表现为：变形菌门，特别是α-变形菌，以及放线菌门的相对丰度增加，而硝化螺旋菌门的相对丰度减少. PICRUSt2功能预测分析结果表明，有机物料还田增加了编码淀粉（amyA）、纤维素（bglX、bglB、endoglucanase）和半纤维素（xylA、xynA）等与易分解碳降解相关的功能基因的丰度，同时也增加了编码脲酶（ureA、ureB和ureC）、谷氨酸脱氢酶（gdhA）和谷氨酰胺酶（aspQ）等与有机氮矿化相关的功能基因的丰度.基于随机森林模型分析，影响水稻产量的理化和生物因子包括：TP、SOC、pH、TN、DON、细菌群落组成以及有机碳降解功能基因和有机氮矿化功能基因的相对丰度. PLS-PM结果进一步表明，有机物料还田下，SOC和TP含量的增加通过改变细菌群落结构，特别是增加了α-变形菌和放线菌等富营养型细菌的相对丰度，增加了土壤有机碳、氮分解相关功能基因的相对丰度，促进养分循环，从而提高水稻产量.

关键词：红壤性水稻土有机物料还田细菌群落结构功能基因水稻产量

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自适应门控低信噪比非视域成像

物理学报 2025年

作者：李敏罗一涵李泰霖赵开元谭毅谢宗良中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室中国科学院光束控制重点实验室中国科学院光电技术研究所中国科学院大学

非视域成像技术是对视域外隐藏目标进行光学成像的新兴技术。由于历经多次漫反射，信号回波微弱，门控SPAD在低信噪比环境中探测信号发挥了重要作用。然而，实际使用门控SPAD进行目标信号探测时，现有方法多需要借助先验信息进行门宽位... 详细信息

非视域成像技术是对视域外隐藏目标进行光学成像的新兴技术。由于历经多次漫反射，信号回波微弱，门控SPAD在低信噪比环境中探测信号发挥了重要作用。然而，实际使用门控SPAD进行目标信号探测时，现有方法多需要借助先验信息进行门宽位置预设，无法完全避免非目标信号干扰和信号丢失，并且存在数据采集量大、耗时长等问题。针对上述问题，本文利用三角定位原理和少量特征点信息，提出一种自适应门控算法，该算法可自动识别回波信号并计算其宽度，无需额外先验信息或人工干预，降低数据采集量，提高处理效率等功能。同时，搭建了基于门控SPAD的共焦非视域成像系统，对提出的算法进行验证。此外，本文就门控SPAD对目标信号提升效果和目标成像质量进行了定量评估，并对比了主流的非视域图像重构算法成像质量。实验结果表明，自适应门控算法可以有效识别回波信号，实现门控参数的自动调节，并在减少数据采集量、提升处理效率的同时，提高目标成像质量。

关键词：非视域成像自适应门控信噪比

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共轴偏光瞳主被动复合无焦光学成像系统设计

光子学报 2025年

作者：张力李旭阳袁灏陆志贤许彤裕边立国中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室中国科学院大学

为更好满足空间远距离跟踪成像的要求，设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统，实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础，通过离轴优化设计了焦距为2 500 mm，视场角0.12°×0.12°，F数为8.33的共... 详细信息

为更好满足空间远距离跟踪成像的要求，设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统，实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础，通过离轴优化设计了焦距为2 500 mm，视场角0.12°×0.12°，F数为8.33的共轴偏光瞳系统。后端光学系统采用共孔径分光结构，由分光镜分为两路。一路为被动可见光成像，工作谱段为450～850 nm，成像端采用5片透镜作为成像镜组，后两片透镜为补偿镜组可实现1 km～无穷远范围的连续调焦。另一路主动成像采用激光外差相干成像，工作波长为1 550 nm，通过孔径分光完成收发一体的成像系统设计。设计结果表明，被动成像系统在100 lp/mm时各视场调制传递函数均大于0.34，接近衍射极限，主动成像系统波像差优于1/300λ，满足成像质量要求。

关键词：光学设计偏光瞳主被动复合连续调焦无焦系统

接地源短偏移瞬变电磁法理论及其在深部矿产勘探中的应用

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中国科学:地球科学 2025年

作者：薛国强武欣陈卫营周楠楠中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院大学地球与行星科学学院

瞬变电磁法是探测地下金属矿体的关键地球物理技术之一,其发射源包括回线源和接地源两种形式.长偏移瞬变电磁法(LOTEM)采用接地源,其探测理论基础是远源观测方式和平面波模型简化.然而,远源观测到的信号强度小,平面波简化后的方法勘探... 详细信息

瞬变电磁法是探测地下金属矿体的关键地球物理技术之一,其发射源包括回线源和接地源两种形式.长偏移瞬变电磁法(LOTEM)采用接地源,其探测理论基础是远源观测方式和平面波模型简化.然而,远源观测到的信号强度小,平面波简化后的方法勘探精度低,其有效探测深度约1000m,综合误差15%.近年来,我们提出并发展了接地源短偏移瞬变电磁法(SOTEM),显著提升了500～2000m矿产资源的探测深度和精度.本文综述了SOTEM的理论基础、仪器设备、数据处理方法及其实际应用效能. SOTEM基于点电荷微元模型,精确计算电磁场的曲面波效应.针对近源观测,我们开发了高功率、高分辨率的大带宽勘探设备,并发展出三维混合反演方法.在河南省周庵地区的镍-铜隐伏矿床实测中, SOTEM揭示了2km深度范围内的高分辨率电导率结构,验证了浅部已知矿体,并在岩体接触带和底部发现了深部矿化异常,显示出该矿区深部的巨大找矿潜力.

关键词：远源观测平面波简化接地源短偏移瞬变电磁法大带宽勘探设备三维混合反演

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服务器无感知计算系统性能优化技术研究综述

软件学报 2025年第1期36卷 47-78页

作者：杨光刘杰曲慕子王帅叶丹钟华中国科学院大学中国科学院软件研究所软件工程技术研究开发中心计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所)

服务器无感知计算是新兴的云计算模式,它基于“函数即服务(FaaS)”的范式,以函数为部署和调度的基本单位,为用户提供大规模并行和自动伸缩的函数执行服务,且无需用户管理底层资源.对于用户,服务器无感知计算能够帮助他们摆脱集群底层基... 详细信息

服务器无感知计算是新兴的云计算模式,它基于“函数即服务(FaaS)”的范式,以函数为部署和调度的基本单位,为用户提供大规模并行和自动伸缩的函数执行服务,且无需用户管理底层资源.对于用户,服务器无感知计算能够帮助他们摆脱集群底层基础设施管理的负担,专注于业务层的开发和创新;对于服务提供商,服务器无感知计算将应用分解为细粒度的函数,极大地提高了调度效率和资源利用率.显著的优势让服务器无感知计算迅速吸引了业界的注意,然而,服务器无感知计算与传统云计算迥然不同的计算模式以及对任务各方面的严格限制给应用的迁移带来了诸多障碍,各种越来越复杂的任务也对服务器无感知计算的性能提出了越来越高的要求,服务器无感知计算的性能优化成为一个重要的研究课题.从4个方面对服务器无感知计算系统性能优化技术的相关研究工作进行梳理和综述,并介绍现有的系统实现.(1)介绍面向典型任务的优化技术,包括任务适配和针对特定任务的系统优化;(2)综述沙箱环境的优化工作,包括沙箱方案和冷启动优化技术,它们是决定函数运行速度的核心;(3)概括I/O和通信技术的优化,它们是服务器无感知计算应用程序的主要性能瓶颈;(4)简述相关的资源调度技术,包括面向平台和面向用户的调度策略,它们决定着系统的资源利用率和任务的执行效率.最后,总结当前服务器无感知计算性能优化技术所面临的问题和挑战,并展望未来可能的发展方向.

关键词：服务器无感知计算函数即服务云函数云计算性能优化