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光学相干层析显微内窥成像技术研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 358-376页

作者：刘德军黄梓毅李卓荣台亚龙王晓彬张立廖常锐王义平深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室广东深圳518060 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室广东深圳518060 南方科技大学医院泌尿外科广东深圳518055 香港中文大学机械与自动化工程学系中国香港新界沙田999077

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点... 详细信息

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地:光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。

关键词：光学相干层析成像生物医学成像光纤内窥成像心血管疾病

基于卡尔曼预测的光频域反射分布式光纤传感性能提升方法

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光学学报 2024年第1期44卷 307-315页

作者：党竑马彬高超祖文龙程琳淇陈金娜刘奂奂冯昆鹏张旭苹沈平南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106 南方科技大学电子与电气工程系广东深圳518055 高速载运设施的无损检测监控技术工信部重点实验室江苏南京211106 鹏城实验室广东深圳518055 智能光传感与调控技术教育部重点实验室江苏南京210023

针对光频域反射(OFDR)分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中,参考光谱与测量光谱间的相似度(SD)退化及由此造成的鲁棒性下降的问题,本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型,发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差... 详细信息

针对光频域反射(OFDR)分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中,参考光谱与测量光谱间的相似度(SD)退化及由此造成的鲁棒性下降的问题,本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型,发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差(PoD)。基于对PoD的统计学分析,建立了参考和测量光谱间SD的评价体系,并提出一种基于卡尔曼预测和局部寻优的传感单元随机PoD补偿方法,实现了参考和测量光谱位置的高效、精准匹配。本文所提方法能够在50 m的传感光纤上以5 mm的空间分辨率实现大量程传感(最高温度~450℃,最大应变~10000με),且兼顾高鲁棒性和高速度(计算量可降低到原来的5.8%~28.6%)。这些优点使该方法能够广泛应用于现有的光频域反射分布式光纤传感系统。

关键词：光纤传感器分布式传感光频域反射计卡尔曼预测

CRISPR-Cas系统在病原核酸检测中的研究进展

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合成生物学 2024年第1期5卷 202-216页

作者：杜瑶高宏丹刘家坤刘孝荣邢志浩张涛马东礼蚌埠医学院检验医学院安徽蚌埠233030 深圳市儿童医院儿科研究所广东深圳518034 中国科学院深圳先进技术研究所深圳合成生物研究所广东深圳518055 深圳市海微生物科技有限公司广东深圳518057 蚌埠医学院病原生物学教研室安徽蚌埠233030

CRISPR-Cas系统作为原核生物获得性免疫系统,由簇状规则间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)和CRISPR相关蛋白(CRISPR-associated proteins,Cas)构成,因其识别和切割特定DNA或RNA序列,而成为分子诊断领域研究的热点。研究人员利用Cas蛋白(Cas12、Cas13、Cas14、Cas3等)结合信号放大和转化技术(荧光法、电位法、比色法、侧向流动技术等),开发了许多高灵敏度、高特异性、低成本的诊断平台,为病原核酸检测提供了新途径。本文介绍了CRISPR-Cas系统的生物学机制及分类,总结现有的基于Cas蛋白反式切割活性开发的病原核酸检测技术,描述其特点、功能和应用场景,并对该系统的未来应用前景进行展望,期望CRISPR-Cas系统成为包括核酸检测在内的多靶标的理想检测平台。

关键词： CRISPR-Cas系统 Cas12和Cas13 病原体核酸检测生物传感

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水下盾构隧道建造与运维技术研究现状与展望

现代隧道技术 2024年第1期61卷 16-35页

作者：包小华袁槐岑陈湘生沈俊郭建波沈翔崔宏志极端环境岩土与隧道工程智能建养全国重点实验室深圳518060 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室深圳518060 深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 中铁二十二局集团深圳建设有限公司深圳518060

随着我国水下隧道建造技术的迅速发展,越来越多的长距离、大直径、高水压、复杂地质的水下盾构隧道将被修建,在建设过程中将面临更加复杂的地质条件和更为严格的技术标准。为保证水下盾构隧道的全寿命周期安全,文章阐述了水下盾构隧道... 详细信息

随着我国水下隧道建造技术的迅速发展,越来越多的长距离、大直径、高水压、复杂地质的水下盾构隧道将被修建,在建设过程中将面临更加复杂的地质条件和更为严格的技术标准。为保证水下盾构隧道的全寿命周期安全,文章阐述了水下盾构隧道的发展现状和所面临的挑战,并从水下隧道建造和运维两个角度对现有技术进行总结。建造方面分别从盾构机械优化和掘进参数控制技术、水下盾构隧道防水技术、水下盾构隧道的抗震设计3个角度进行了总结与展望:介绍了盾构掘进控制的发展现状,分析了盾构隧道修建引起渗水的原因以及现有防水技术,阐述了现阶段盾构隧道的抗震设计方法;运维方面分别从水下盾构隧道的耐久性长期监测技术、水下盾构隧道结构无损检测技术、水下盾构隧道智能运维系统3个角度进行了总结与展望:采用耐久性传感器的优化设计实现了对结构耐久性的长期监测;介绍了隧道结构的检测技术,包括衬砌表观质量检测技术和结构隐蔽病害检测技术,以及基于建设的智能运维系统如何实现对隧道的安全管理和运营高效监测。通过全面梳理水下盾构隧道建造和运维关键技术,以期为水下盾构隧道全寿命周期安全提供更加可靠和高效的解决方案。

关键词：水下盾构隧道安全建造智慧运维抗震性防水技术耐久性无损检测

无人机状态检测Kalman滤波空地目标跟踪算法

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航空学报 2024年第16期45卷 227-246页

作者：徐心宇陈建中国农业大学工学院北京100083 浙江省农业智能装备与机器人重点实验室杭州310058 浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058

针对无人机(UAV)面向空地目标进行目标跟踪过程中,发生目标离开视野、目标被遮挡、存在相似目标干扰等问题导致追踪失败的情况,提出一种基于追踪状态检测和Kalman滤波的重定位更新机制,将其与孪生全卷积网络(siamfc)跟踪器结合。以空地... 详细信息

针对无人机(UAV)面向空地目标进行目标跟踪过程中,发生目标离开视野、目标被遮挡、存在相似目标干扰等问题导致追踪失败的情况,提出一种基于追踪状态检测和Kalman滤波的重定位更新机制,将其与孪生全卷积网络(siamfc)跟踪器结合。以空地目标为被跟踪对象,以无人机为跟踪空地目标的跟踪者,首先,基于双峰选择、平均峰值相关能量变化率、最高响应值变化率和峰值旁瓣比变化率的检测机制检测当前的追踪状态是否异常,判断siamfc的追踪结果是否满足作为观测值的要求。其次,Kalman滤波利用目标运动的先验信息对追踪进行预测更新,当追踪状态异常时能够及时校正调整目标跟踪结果。基于LaSOT数据集完成训练,在UAV123航空数据集和自制的以无人机为目标的数据集上进行实时目标跟踪测试和对比实验。实验结果表明:该算法在UAV123上的精确率和成功率分别为66.0%和47.4%(62帧/s),在自制的以无人机为目标的数据集上的精确率和成功率分别为72.0%和58.6%(55帧/s),满足目标跟踪的实时性要求,且跟踪结果优于多数跟踪器。该算法在无人机为跟踪者和被跟踪对象的情况下均能完成有效目标跟踪,应对目标离开视野、部分或全部遮挡和存在相似目标干扰等挑战性场景的能力有所增强,且算法具有良好的泛化能力。

关键词：无人机目标跟踪孪生网络 Kalman滤波重定位机制追踪状态检测

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轨迹异常检测研究综述

软件学报 2024年第2期35卷 927-974页

作者：李超能冯冠文姚航刘如意李宇楠谢琨苗启广西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071 西安市大数据与视觉智能关键技术重点实验室(西安电子科技大学) 陕西西安710071

传感器技术的飞速发展催生大量交通轨迹数据,轨迹异常检测在智慧交通、自动驾驶、视频监控等领域具有重要的应用价值.不同于分类、聚类和预测等轨迹挖掘任务,轨迹异常检测旨在发现小概率、不确定和罕见的轨迹行为.轨迹异常检测中一些常... 详细信息

传感器技术的飞速发展催生大量交通轨迹数据,轨迹异常检测在智慧交通、自动驾驶、视频监控等领域具有重要的应用价值.不同于分类、聚类和预测等轨迹挖掘任务,轨迹异常检测旨在发现小概率、不确定和罕见的轨迹行为.轨迹异常检测中一些常见的挑战与异常值类型、轨迹数据标签、检测准确率以及计算复杂度有关.针对上述问题,全面综述近20年来轨迹异常检测技术的研究现状和最新进展.首先,对轨迹异常检测问题的特点与目前存在的研究挑战进行剖析.然后,基于轨迹标签的可用性、异常检测算法原理、离线或在线算法工作方式等分类标准,对现有轨迹异常检测算法进行对比分析.对于每一类异常检测技术,从算法原理、代表性方法、复杂度分析以及算法优缺点等方面进行详细总结与剖析.接着,讨论开源的轨迹数据集、常用的异常检测评估方法以及异常检测工具.在此基础上,给出轨迹异常检测系统架构,形成从轨迹数据采集到异常检测应用等一系列相对完备的轨迹挖掘流程.最后,总结轨迹异常检测领域关键的开放性问题,并展望未来的研究趋势和解决思路.

关键词：轨迹数据异常检测数据挖掘机器学习深度学习

基于过桥重载车辆动力响应的桥梁影响线识别方法

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中国公路学报 2024年第8期37卷 77-87页

作者：陈志为肖钧垚任伟新张尧厦门大学建筑与土木工程学院厦门大学福建省滨海土木工程数字仿真重点实验室深圳大学土木与交通工程学院

桥梁是公路交通运输网络的重要组成部分。桥梁在使用过程中会出现不同程度的损坏与老化，因此需要定期评估桥梁的健康状态以保证桥梁的安全运营。除了桥梁的模态参数之外，桥梁的影响线也是评价桥梁健康状态的重要指标，在实际工程中得... 详细信息

桥梁是公路交通运输网络的重要组成部分。桥梁在使用过程中会出现不同程度的损坏与老化，因此需要定期评估桥梁的健康状态以保证桥梁的安全运营。除了桥梁的模态参数之外，桥梁的影响线也是评价桥梁健康状态的重要指标，在实际工程中得到了广泛的应用。传统方法大多直接从检测车辆过桥时桥梁产生的位移或应变中提取影响线，因此需要在桥梁上布置位移或应变传感器，并在检测车辆测量时限制交通。该文研究了重载车辆与桥梁的耦合作用，利用频率调制技术推导了重载车辆过桥动力学响应的解析解，提出了基于加权多项式调频小波变换的桥梁影响线识别方法，并分别利用数值模拟与缩尺试验对该方法进行了验证。该方法利用重载车辆过桥的竖向加速度而非桥梁的动态位移来提取桥梁影响线，是一种典型的间接测量方法，具有操作简单、现场测量方便的优点。数值模拟的结果表明：得到的重载车辆与桥梁动力学响应的解析解比将重载车辆简化为移动力的经典解析解更加准确，能够更好地反映重载车辆在桥梁不同位置时车桥耦合系统频率变化的特征，利用该方法提取出的桥梁位移影响线与基准影响线吻合良好。缩尺试验的结果表明，该方法在重载车辆不同行驶速度与不同车重的情况下均能准确地识别出桥梁位移影响线。

关键词：桥梁工程车桥耦合间接测量方法桥梁影响线频率调制

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柔性超声传感结构健康监测技术现状与展望

振动．测试与诊断 2020年第3期40卷 427-436,620页

作者：郭师峰李叶海李振冯伟中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055 深圳市智慧传感与系统检测重点实验室深圳518055 中国科学院人机智能协同系统重点实验室深圳518055

现有硬质传感器因黏接耦合到待测结构所带来的检测结果可靠性差、附加质量重及体积大等局限,难以在实际工程结构中全面应用。针对此问题,新型柔性传感技术利用聚合物等柔性材料,结合新型制备工艺,可将整个传感网络直接制备于待测结构,... 详细信息

现有硬质传感器因黏接耦合到待测结构所带来的检测结果可靠性差、附加质量重及体积大等局限,难以在实际工程结构中全面应用。针对此问题,新型柔性传感技术利用聚合物等柔性材料,结合新型制备工艺,可将整个传感网络直接制备于待测结构,灵活布置于复杂形廓位置,具有检测灵敏度高、重量轻、柔性好和可设计等优点。针对主流的基于超声技术的结构健康监测方法,柔性传感单元可形成大面积、高密度的完备传感网络,并且具备信号调制能力,能够完成多种形式的主被动监测任务,为结构健康监测技术在航空航天、轨道交通和石油管道等工程结构的应用提供关键的技术保障。

关键词：柔性传感器传感网络超声波健康监测

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人工智能赋能城市水环境管理的技术路径探讨

中国给水排水 2024年第16期40卷 8-17页

作者：唐思捷姜继平邱勇罗美玉杨睿意王旭伏广涛王硕郑一南方科技大学环境科学与工程学院广东深圳518055 香港理工大学土地测量及地理资讯学系中国香港999077 清华大学环境学院北京100084 深圳市智薯环保科技有限公司广东深圳518055 哈尔滨工业大学<深圳>土木与环境工程学院广东深圳518055 埃克塞特大学水系统中心英国

鉴于人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术在各行业的蓬勃发展以及国内城市对水环境管理日益增长的需求,系统地梳理、探讨了AI在以“监测-预警-溯源-控制”为基本流程的城市水环境管理体系中发挥的作用。基于AI的代理监测技术、监... 详细信息

鉴于人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术在各行业的蓬勃发展以及国内城市对水环境管理日益增长的需求,系统地梳理、探讨了AI在以“监测-预警-溯源-控制”为基本流程的城市水环境管理体系中发挥的作用。基于AI的代理监测技术、监测网络设计以及动态巡检规划,为水环境监测和水设施检测提供了便利;数据驱动的水环境模型相较于传统模型部署快捷高效,能准确把握水质变异的动态;AI支持的专家系统能有效整合利用环境大数据信息,及时确定污染事件;污水的源头管控是个多目标规划问题,通常使用优化算法进行方案研判;AI对污水处理过程和运行环节进行建模,预测并优化污水处理效率和成本;水环境管控作为一项系统工程,按照“厂、网、河、源”一体化的理念采取系统性治理思路,AI在这类复杂系统中的优势比传统方法更加显著,有助于实现对水环境的精细、综合管控。进一步对AI在城市水环境管理领域的发展,包括如何应用环境大数据、整合数据-物理模型、构建新的研究范式和学科阵营以及开展学科教育等一系列未来愿景进行了讨论。最后,从科学、社会学以及哲学角度指出了该领域将要面对的一系列问题,有待后续进一步深入研究。

关键词：人工智能城市水环境智慧水务智慧环保大数据研究范式