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水下机器人自主水下对接被动捕获装置的设计与实现

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哈尔滨工程大学学报 2025年

作者：孟令帅谷海涛李明烁张明远中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳工业大学机械工程学院中国科学院大学

针对目前水下机器人水下对接困难，对接稳定性差的问题，本文结合目前拖曳绳索对接方式设计并搭建出一种用于水下机器人自主水下对接被动捕获装置。该装置利用对接过程中不可避免的碰撞力实现水下捕获，结构简单，对接成功率高，具有对... 详细信息

针对目前水下机器人水下对接困难，对接稳定性差的问题，本文结合目前拖曳绳索对接方式设计并搭建出一种用于水下机器人自主水下对接被动捕获装置。该装置利用对接过程中不可避免的碰撞力实现水下捕获，结构简单，对接成功率高，具有对水下机器人导引、捕获及释放功能。通过分析目前国内外常用几种捕获式水下对接方式研究现状，设计被动捕获装置总体结构及工作流程；重点研究该装置对碰撞对接过程中捕获装置与对接杆/对接绳接触过程中的理论分析及力学特性；搭建被动捕获装置模型进行实验测试。实验结果表明：该装置在水面环境能实现对水下机器人的成功捕获对接，对水下对接装置方向的总体设计具有一定的指导和借鉴意义，在未来海洋观测系统以及海洋开发中具有广泛的应用前景。

关键词：水下机器人水下对接被动捕获装置结构设计力学分析碰撞分析理论计算实验验证

基于SBAS-InSAR技术的黄河上游库坝群段滑坡识别及监测分析

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灾害学 2025年第1期40卷 199-206页

作者：李泉林李秀珍龚俊豪赵晨澄中国科学院大学北京100049 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

黄河上游库坝群段地质条件复杂,发育多处大型滑坡。该研究以黄河上游龙羊峡—盐锅峡段为研究区,基于地质条件调查、历史滑坡数据及遥感资料,选取2018—2021年80余景SENTTINEL-1A卫星数据,通过SBAS-InSAR监测雷达视线方向的地表形变速率... 详细信息

黄河上游库坝群段地质条件复杂,发育多处大型滑坡。该研究以黄河上游龙羊峡—盐锅峡段为研究区,基于地质条件调查、历史滑坡数据及遥感资料,选取2018—2021年80余景SENTTINEL-1A卫星数据,通过SBAS-InSAR监测雷达视线方向的地表形变速率,并将其转为沿斜坡方向形变速率。据此识别出57处缓慢变形的大型滑坡,并通过对变形速率的核密度分析,确定了形变集中区域。ROC曲线显示,这些区域与历史滑坡分布高度一致。在此基础上,以龙羊峡库区白刺滩典型滑坡为例,选取典型剖面及形变点,分析了时序形变与降雨量和水库水位变化相关关系。结果表明,白刺滩滑坡受到降雨和库水位变化影响显著,尤其是滑坡前缘形变序列与降雨量及库水位变化具有较强相关性。

关键词：滑坡识别及监测 SBAS-InSAR技术时序分析核密度分析黄河上游库坝群段

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溶解有机质N/C比值的分布格局及其对湖泊增温和营养富集的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 97-111页

作者：陈铭胡盎韩磊王建军湖南农业大学资源学院长沙410128 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室南京211135

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角... 详细信息

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角度考察全球湖泊、河流、海洋和泥炭地等多生境N/C比值的全球分布情况。结果表明,河流水体、沉积物和污水等生境的N/C均值(分别为0.050±0.062、0.050±0.014和0.083±0.084)均显著高于泥炭地(0.026±0.037);水体N/C比值主要受海拔(即温度)、pH、氨氮和溶解有机碳等显著影响,而泥炭地等陆地N/C比值主要受pH、总溶解有机氮和溶解有机碳的影响。进一步,依托云南老君山海拔梯度开展模拟温度变化和营养富集的微宇宙实验定量解析其影响机制,并根据沉积物DOM分子转换数将总分子划分为高活性和低活性两类,探究总分子及其两类组分的N/C比值对温度和营养富集的响应规律。溶解有机质N/C均值为0.112±0.020,其中高活性分子(0.119±0.017)显著高于低活性分子(0.109±0.034)。总分子N/C比值主要受亚硝酸盐和硝酸盐等营养盐的影响,相对总贡献率为63.43%;高活性分子N/C比值主要受营养盐和能量供应(比如溶解有机碳、总有机碳和叶绿素a等)的影响,而低活性分子N/C比值主要受营养盐的影响。结构方程模型分析表明,营养富集对总分子N/C比值的影响高于温度,主要通过能量供应和营养盐的间接作用而产生影响;对于高活性分子,营养盐主要通过能量供应的间接作用影响N/C比值;而对于低活性分子,主要通过营养盐发挥直接作用。本研究结果首次探讨了全球不同生境N/C比值的分布格局,揭示了沉积物溶解有机质N/C比值对全球变暖和营养富集的响应规律和机制,为更好理解和预测未来全球变化背景下溶解有机碳稳定性提供科学参考。

关键词：溶解有机质氮碳比湖泊沉积物全球变暖富营养化

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生物质化学链气化原位补氢制H2/CO比可控合成气

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化工学报 2025年

作者：吴天灏叶霆威林延黄振中国科学技术大学能源科学与技术学院中国科学院广州能源研究所

本研究提出了通过生物质化学链气化（biomass chemical looping gasification， BCLG）耦合水蒸气化学链重整制氢（chemical looping reforming hydrogen production， CLRHP）一种生物质化学链气化原位补氢（BCLG-CLRHP）制备H2/CO比可控合成气的新型技术。以NiFe2O4(ZrO2)为载氧体，在反应温度为900℃，晶格氧/生物质（OC/B）质量比为0.5时合成气产率最高，为0.61（L/g生物质）。在BCLG过程中，蒸汽/生物质（S/B）质量比为0.24时，生物质碳转化率为92%，载氧体还原程度较高且BCLG过程产生的合成气中H2/CO比达1，表明水蒸汽的添加显著提高了生物质碳转化率和合成气中的H2/CO比。在CLRHP过程中调控水蒸气含量，可以制备高浓度H2，同时整合BCLG与CLRHP过程产生的气体，可获得H2/CO比达2.2，CO2/CO比为0.67的清洁合成气。在15次循环实验后，BCLG-CLRHP过程制备的合成气中H2/CO为～1.8，CO2/CO比为～0.71。所提出的方法可以潜在地应用于提供具有H2/CO比为（1～2.2）的清洁合成气，用于各种合成过程，例如费托合成、乙酸和羰基合成。

关键词：生物质合成气化学链气化原位补氢 H /CO比可控制氢

干喷湿法中温度对再生纤维素纤维结构和性能的影响

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化工新型材料 2025年

作者：周普查安锋滕娜刘耀东中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室

采用干喷湿法制备再生纤维素纤维，研究了凝固浴温度和牵伸倍数对纤维性能和结构的影响，探究了纤维晶态结构的变化。结果表明：对于氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂体系，最大牵伸倍数和再生纤维的力学性能受凝固浴温度影响较大，凝固浴温度... 详细信息

采用干喷湿法制备再生纤维素纤维，研究了凝固浴温度和牵伸倍数对纤维性能和结构的影响，探究了纤维晶态结构的变化。结果表明：对于氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂体系，最大牵伸倍数和再生纤维的力学性能受凝固浴温度影响较大，凝固浴温度显著影响纤维的力学性能和微观结构。在凝固浴温度为0℃时，纤维的拉伸强度最高可达198MPa，而在-20℃时拉伸模量达到最高值17.3GPa。随着牵伸倍数的增加，纤维强度和模量显著提高，纤维截面更为规则，孔洞和裂纹数量减少。低温条件有利于纤维形成致密的微观结构和较高的结晶度。凝固浴温度和牵伸倍数可显著调控再生纤维素纤维的性能和微观结构。

关键词：纤维素再生纤维氯化锂/二甲基乙酰胺干喷湿纺力学性能

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低轨卫星非奇异平均根数估计算法研究

系统工程与电子技术 2025年

作者：王志豪仲惟超张皓中国科学院空间应用工程与技术中心中国科学院大学航空宇航学院上海卫星工程研究所

针对低轨（low earth orbit， LEO）巨型星座这类近圆轨道卫星自主构型保持的需求，研究了一种基于非奇异轨道根数和扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter，EKF）的自主实时平均轨道根数估计算法。推导了非球形摄动带谐项、田谐项和... 详细信息

针对低轨（low earth orbit， LEO）巨型星座这类近圆轨道卫星自主构型保持的需求，研究了一种基于非奇异轨道根数和扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter，EKF）的自主实时平均轨道根数估计算法。推导了非球形摄动带谐项、田谐项和大气阻力摄动作用下的平均根数动力学模型，并以此建立滤波模型，设计了基于EKF的平均根数估计算法。仿真结果表明该算法可以长期应用于平均根数的在轨估计，精度相比数值迭代法和快速傅里叶变化法(fast Fourier transform，FFT)可以提升一个量级，其中半长轴估计误差可达米级，而且全部轨道根数的估计误差均具有稳定性。最后将算法应用于卫星真实测量数据，验证了算法在实际工程中的可行性以及对不同轨道高度的适用性。

关键词：低轨巨型星座平均根数估计扩展卡尔曼滤波非奇异轨道根数轨道摄动

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甘肃省黄河干支流水质差异及其影响因素分析

中国环境科学 2025年

作者：张晋博陆志翔罗艳冯起中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院大学

河流水质对流域的水资源安全和生态建设至关重要。以黄河流域甘肃段为研究对象，基于DEM数据、土地利用数据、水质监测数据和社会经济数据，采用Fragstats 3.3软件和Pearson相关分析方法，计算河道缓冲区景观格局指数，分析水质指标与... 详细信息

河流水质对流域的水资源安全和生态建设至关重要。以黄河流域甘肃段为研究对象，基于DEM数据、土地利用数据、水质监测数据和社会经济数据，采用Fragstats 3.3软件和Pearson相关分析方法，计算河道缓冲区景观格局指数，分析水质指标与景观格局的相关性，探讨影响甘肃省黄河干支流水质的因素。结果表明:(1)2018—2021年，除洮河水质指标浓度总体趋于增长外，甘肃省黄河干流和其他支流水质整体好转，但超过80%的监测点的总氮(TN)指标处于Ⅴ类以上，且渭河、泾河和庄浪河氮源污染水平仍然较高；总氮(TN)和氨氮(NH4+-N)高值区主要分布在流域中部和东部局部地区，大部分地区的总磷(TP)很高，化学需氧量(COD)值空间差异大，且高值区主要集中在兰州市、临夏回族自治州中部的局部地区。(2)景观格局与水质指标存在显著相关性，景观斑块聚集度和连通性越强，水质越好；景观斑块破碎化程度和离散程度越高，水质污染风险越高；(3)水质指标具有较强的空间差异，水质驱动因素结果表明氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)、高锰酸钾指数和化学需氧量(COD)指标主要受农村生活和农业生产影响，总氮和溶解氧指标主要受城镇生活和工业生产影响。研究结果为黄河流域甘肃段下一步的水质防治提供了依据。

关键词：景观格局河流水质驱动因素甘肃省黄河

基于机器学习和经验知识的青藏高原多时段植被制图

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科学通报 2025年第1期 134-144页

作者：周继华来利明陈巧娥宋长青高培超叶思菁沈石杨刚刚郝海霞王贵豪熊喆郑元润中国科学院植物研究所植物多样性与特色经济作物全国重点实验室国家植物园中国科学院大学北京师范大学地理学部中国科学院大气物理研究所

理解植被长期演变趋势及其对气候变化与人类活动的响应需要多时段植被分布资料.目前青藏高原植被图主要为2000、2020年前后两个时段,以及1990～2020年时段;主要是基于地面调查数据的人工制图以及基于地面调查数据、遥感数据、地形与气... 详细信息

理解植被长期演变趋势及其对气候变化与人类活动的响应需要多时段植被分布资料.目前青藏高原植被图主要为2000、2020年前后两个时段,以及1990～2020年时段;主要是基于地面调查数据的人工制图以及基于地面调查数据、遥感数据、地形与气候资料,采用机器学习模型分类的自动制图,存在部分植被类型混淆、制图精度有待提高等问题,同时,缺乏更早时段的植被分布资料.本文发展了整合地面调查数据、遥感数据、地形数据、气候数据等,基于随机森林机器学习模型的人工制图技术,获得了1980s、2020年青藏高原植被分布图;基于植被地带性分析和1980s植被图,获得青藏高原近似复原植被图;以2020年青藏高原植被图为基础,采用随机森林模型模拟了2035、2050年青藏高原植被分布图.近似复原植被图、1980S和2020年青藏高原植被图的空间分辨率可达到100 m,与公认较为可靠的《中华人民共和国植被图(1:100万)》相比,本研究获得的1980s和2020年植被图对植被类型边界的刻画更为准确,植被斑块数目增加较多,有利于更加准确理解和模拟青藏高原植被对气候变化的响应.

关键词：青藏高原植被制图机器学习模型多源数据植被分类

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黄土区3种护坡植物三维可视化模拟与根系构型参数分析

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水土保持研究 2025年第1期32卷 218-226页

作者：张旭姚晨杜婷马志强朱宏杰汪艳杜峰中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院大学西北农林科技大学水土保持研究所

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟，对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系，使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维... 详细信息

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟，对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系，使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维点阵坐标后利用SketchUp软件对根系进行三维建模并提取根系构型参数。为了建立完整的植物地上地下三维实体图库，同时使用FreeScan UE激光扫描仪得到相应地上部点云数据，经Soildworks软件渲染后建立植物地上部三维模型。[结果](1)建立了3种植物的地上地下三维实体模型图；(2)3种植物的根幅/根深均大于1(1.10～3.41),根系在水平方向上占有优势，狼牙刺最小为1.10;(3)3种植物冠幅/根幅分别为酸枣(0.25)、沙棘(0.69)、狼牙刺(0.73),均小于1,植物根系较地上部在水平方向上占优；(4)3种植物Fitter拓扑指数均接近于1,分别为酸枣(0.915)、沙棘(0.802)、狼牙刺(0.771),接近于鱼尾型分支；(5)植物根系总根长、总表面积、总体积在上坡方向占比大于50%,均在上坡方向更有优势。[结论]所建立的植物三维模型图对植物还原度高，为整株植物三维可视化模拟提供了一种方法。

关键词：黄土区整株植物三维可视化模拟 SketchUp 根系形态