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基于多模态信息融合的仓储AGV的激光惯性导航方法

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光学学报 2024年第9期44卷 177-189页

作者：张博张吟龙梁炜王鑫杨雨沱沈阳建筑大学电气与控制工程学院中国科学院网络化控制系统重点实验室中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室

提出一种基于激光惯性二维码融合的自动导引运输车（AGV）导航方法。针对惯性偏差漂移的问题，提出融合二维码的惯性测量单元（IMU）预积分模型，利用二维码约束信息优化惯性残差，估计和校正惯性偏差。针对实时性差的问题，提出一种具... 详细信息

提出一种基于激光惯性二维码融合的自动导引运输车（AGV）导航方法。针对惯性偏差漂移的问题，提出融合二维码的惯性测量单元（IMU）预积分模型，利用二维码约束信息优化惯性残差，估计和校正惯性偏差。针对实时性差的问题，提出一种具有全局一致性的优化模型，通过选择性地引入关键帧和二维码，执行融合二维码的分层局部捆绑约束（BA）优化，以有效缩短优化时间；提出激光雷达/IMU/二维码紧耦合优化方法，通过将预积分因子、回环因子、二维码因子、跟踪因子纳入因子图系统，实现多层次的数据融合，以有效提高定位精度与鲁棒性。在搭建的仓储AGV导航平台上进行了大量的实验和分析，并与几种代表性开源方法进行对比。结果表明，本文方法的导航精度优于传统方法，其中定位精度误差小于0.02 m，角度误差小于2°。

关键词：激光雷达同时定位和建图惯性测量单元预积分二维码因子图优化

基于高通量定量PCR与高通量测序技术研究城市湿地公园抗生素抗性基因污染特征

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环境科学 2024年第1期45卷 576-583页

作者：黄福义周曙仡聃潘婷周昕原苏建强张娴中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建省流域生态重点实验室厦门361021 中国科学院大学北京100049 中国科学院华南植物园退化生态系统植被恢复与管理重点实验室广州510650

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦... 详细信息

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦门城市湿地公园水体环境中抗生素抗性基因的种类、丰度水平和分布特征.结合微生物群落特征和水质理化性质,阐释了城市湿地公园抗生素抗性基因污染的影响因子和驱动机制.结果表明,城市湿地公园水体环境总共发现了217种抗生素抗性基因,丰度水平高达6.48×10^(9)copies·L^(-1),抗性基因呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,城市湿地公园是抗生素抗性基因分布的重要热区和存储库;Marivivens、NS5_marine_group和Planktomarina等9种微生物是41种抗生素抗性基因的潜在携带者,微生物群落结构对城市湿地公园水体环境抗性基因变化的单独解释量达到了51%,因此微生物群落是城市湿地抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.基于研究结果,暗示着城市湿地公园水体环境抗生素抗性基因具有潜在水生态安全及人类健康风险,应该加强城市湿地公园水体环境微生物污染研究与控制.

关键词：高通量城市湿地抗生素抗性基因(ARGs) 水环境新污染物

面向LQG控制的IEEE 802.11ax网络资源调度方法

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通信学报 2024年第3期45卷 81-91页

作者：郑萌张雷梁炜中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院网络化控制系统重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

由于低成本、易维护和频带免授权等优点,IEEE 802.11ax网络被广泛用于工业控制应用。针对基于IEEE802.11ax的无线网络化控制系统,提出一种控制感知的资源调度方法以支持对多个控制系统的无线高速控制。首先,考虑IEEE802.11ax网络的传感... 详细信息

由于低成本、易维护和频带免授权等优点,IEEE 802.11ax网络被广泛用于工业控制应用。针对基于IEEE802.11ax的无线网络化控制系统,提出一种控制感知的资源调度方法以支持对多个控制系统的无线高速控制。首先,考虑IEEE802.11ax网络的传感数据丢包问题,给出控制系统的最优估计器和线性二次高斯(LQG)控制。然后,分析LQG指标与IEEE 802.11ax传输可靠性的依赖关系,给出期望LQG指标最小化的资源调度问题模型,进而提出一种面向LQG控制的资源调度(LCARS)方法。最后,通过大量仿真验证LCARS的有效性。LCARS可用于自动导引车集群导航、机器人远程控制等智能工厂应用。

关键词：网络化控制系统无线网络线性二次高斯控制资源调度可靠性

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双自由曲面光束整形系统的虚拟面迭代设计法

红外与激光工程 2024年第2期53卷 176-186页

作者：朱泉锦马浩统陈炳旭邢英琪林俊杰谭毅中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室四川成都610209 中国科学院光束控制重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控,然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现,传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时,存在设计不精准、整... 详细信息

双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控,然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现,传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时,存在设计不精准、整形效果差等缺陷,为此,提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果,表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例,虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。

关键词：高斯光束整形虚拟面迭代法自由曲面不重合度辐照度均匀度能量利用率

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在轨光学目标检测模型轻量化研究

遥感学报 2024年第4期28卷 1041-1051页

作者：吕晓宁夏玉立赵军锁乔鹏中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

目前应用广泛的神经网络模型结构复杂、参数量大,对星上有限的计算和存储资源占用较多。本文面向微纳卫星在轨计算平台,提出一种深度可分离卷积神经网络模型,该模型结合反向残差结构与通道注意力的思路改进在轨识别算法Yolov4网络模型结... 详细信息

目前应用广泛的神经网络模型结构复杂、参数量大,对星上有限的计算和存储资源占用较多。本文面向微纳卫星在轨计算平台,提出一种深度可分离卷积神经网络模型,该模型结合反向残差结构与通道注意力的思路改进在轨识别算法Yolov4网络模型结构,改进网络模型的局部模块结构,降低整体网络结构的深度与复杂度;同时利用可分离卷积结构实现空间卷积,改进SPP模块与PANet模块,降低模型参数量;通过合并卷积层与Batch Normalization层,进一步加快前向推理速度;此外借鉴Focal损失函数的思想,改进目标检测网络的损失函数,减缓前景与背景样本比例不均衡问题。通过与原Yolov4网络模型对比,在保证识别精度94.09%的前提下参数量降低约7倍,FLOPs降低约30倍。同时与Yolo系列、SSD、MobileNet、CenterNet等前沿网络模型对比的实验结果再一次验证了本文的算法性能,为实现在轨目标识别与过滤无用数据提供了理论支撑。

关键词：遥感卷积神经网络 Yolov4 在轨目标检测反向残差结构

抗生素耐药性的微生物调控:原生生物对细菌抗生素耐药性的影响

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科学通报 2024年第6期69卷 746-758页

作者：栗利娟郝秀丽安新丽李汶菁林晨烁朱永官中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室厦门361021 中国科学院大学北京100049 华中农业大学农业微生物国家重点实验室武汉430070 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

抗生素耐药性在环境中的存在、进化和传播对人类健康构成了全球性的威胁.随着抗生素的使用,我们对人类影响的生态系统中抗生素耐药性的了解正在迅速加深.然而,在人类干扰有限的自然生态系统中,微生物的相互作用作为抗生素耐药性进化的... 详细信息

抗生素耐药性在环境中的存在、进化和传播对人类健康构成了全球性的威胁.随着抗生素的使用,我们对人类影响的生态系统中抗生素耐药性的了解正在迅速加深.然而,在人类干扰有限的自然生态系统中,微生物的相互作用作为抗生素耐药性进化的主要驱动因素在很大程度上仍被忽视.本文首先综述了抗生素耐药性的起源、进化和传播,指出前抗生素时代细菌耐药性进化的主要动力是微生物之间对资源的竞争,而抗生素时代人类活动向环境中施加的高浓度的抗生素则成为细菌耐药性进化的主要动力.然后在个体水平分别梳理了自养型原生生物和吞噬型原生生物在调控细菌耐药性方面的重要作用.并且指出由于方法上的局限性,目前在群落水平的研究相对缓慢,了解原生生物在微生物食物网中的地位和影响原生生物群落分布的因素则有利于我们解析其中的机制.最后对利用原生生物遏制抗生素耐药性带来的危害进行了展望,以期为缓解抗生素耐药性并控制其在环境中的传播提供科学依据.

关键词：抗生素抗性基因原生生物个体水平群落水平微生物相互作用水平基因转移

基于CIR波动幅相联合等效的物理层欺骗攻击

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信息与控制 2024年

作者：于洋梁炜张嘉麟王琪魏富友中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院网络化控制系统重点实验室中国科学院大学中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室

在介质开放的无线网络中，物理层安全是上层安全的有效补充。为有的放矢的研究防御机制，设计实时生效且不易检测的物理层欺骗攻击成为一项关键且具有挑战性的任务。本文提出一种基于信道脉冲响应（channel impulse response， CIR）波... 详细信息

在介质开放的无线网络中，物理层安全是上层安全的有效补充。为有的放矢的研究防御机制，设计实时生效且不易检测的物理层欺骗攻击成为一项关键且具有挑战性的任务。本文提出一种基于信道脉冲响应（channel impulse response， CIR）波动幅值和相位联合等效的物理层欺骗攻击方法。首先，针对现有研究仅利用单一CIR幅值信息且细粒度波动特征模拟能力弱所导致的攻击易被检测问题，利用CIR幅值和相位信息对位置欺骗攻击进行建模，以提高攻击成功率；进一步，理论分析证明CIR构成的矩阵为病态矩阵，揭示了CIR的微小波动使得攻击者模拟的CIR与预期产生巨大偏差的根本原因；进而，针对幅值和相位差异性导致联合解决矩阵病态时难以融合问题，将CIR幅/相波动距离进行等效对齐，分析得到CIR相似度阈值，从而筛选最优攻击的CIR，避免微小波动导致的攻击偏差。在两种典型场景的数据集中，进行了大量实验，结果表明，相较于已有欺骗攻击，所提出的攻击策略使得在原本可能攻击失败的位置能够攻击成功，且针对幅相检测方法攻击成功率更高。

关键词：物理层安全信道脉冲响应欺骗攻击病态矩阵幅相联合

钠交代作用对碱性花岗岩体系中稀土富集成矿的贡献

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岩石学报 2024年第3期40卷 864-872页

作者：张东杨武斌牛贺才中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广州510640 中国科学院大学北京100049

碱性岩是全球稀土资源的主要来源之一,特别是中-重稀土资源。针对碱性花岗岩体系中稀土(REE)和部分高场强元素(HFSE)超常富集机制及其控制因素等关键科学问题,目前尚缺乏深入系统的研究工作。本文重点关注碱性花岗岩成矿体系中的钠交代... 详细信息

碱性岩是全球稀土资源的主要来源之一,特别是中-重稀土资源。针对碱性花岗岩体系中稀土(REE)和部分高场强元素(HFSE)超常富集机制及其控制因素等关键科学问题,目前尚缺乏深入系统的研究工作。本文重点关注碱性花岗岩成矿体系中的钠交代作用,对常见的钠长石化、钠铁闪石化和钠辉石化等热液交代过程中的矿物交代反应过程及其稀有稀土元素再活化-迁移过程开展分析和讨论。在碱性岩中,碱性角闪石和辉石被认为是REE和HFSE的重要载体,同时也是岩浆分异演化的有效示踪剂。以中国黑龙江碾子山碱性花岗岩为例,岩浆晚期的热液交代会导致碱性角闪石和辉石从富钙的矿物相向富钠的矿物相转变,在这个相转变过程中会导致REE和HFSE的活化和迁移。特别是岩浆晚期热液富钠霓辉石的形成过程中REE和HFSE会大规模释放到交代流体中,可能是导致这些关键金属元素在岩浆晚期超常富集和成矿的关键控制因素。因此,碱性角闪石和辉石的钠指数[Na^(#)=Na/(Na+Ca)摩尔比]可能是一个潜在的矿物地球化学指标,或将为碱性岩型稀土资源勘查提供新的方法。

关键词：碱性花岗岩碱性角闪石钠交代作用稀土钠指数(Na^(#))

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能源地理研究的发展与展望

地理学报 2024年第1期79卷 147-170页

作者：杨宇郭越樊杰刘毅中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

能源系统与人类社会的相互作用关系是能源地理研究的主要内容,涉及经济、政治、环境和文化等多个维度。能源的不均衡分布与空间流动及其环境效应吸引了地理学者的关注,同时地理学者又可以通过独特的视角与研究方法分析能源问题。能源地... 详细信息

能源系统与人类社会的相互作用关系是能源地理研究的主要内容,涉及经济、政治、环境和文化等多个维度。能源的不均衡分布与空间流动及其环境效应吸引了地理学者的关注,同时地理学者又可以通过独特的视角与研究方法分析能源问题。能源地理研究因人类在地球表层能源系统中的经济活动和地缘政治而兴起,又因全球气候变化的挑战和社会公平的讨论而进入新的繁荣阶段。由于中外所处的发展阶段不同,能源环境问题存在差异,又因学术氛围不同,所以学者们在关注视角和研究特色等方面存在不同侧重。国际能源地理研究以资源分布及经济地理研究为起点,在能源环境问题的牵引下逐渐形成了学术共同体,并在长期发展历程中出现了能源生产网络与能源流动、能源地缘政治与能源安全、能源转型与气候治理、能源正义与能源贫困等多元研究议题,可为中国学者提供诸多有益借鉴。中国能源地理研究从20世纪中叶起大致形成了“世界资源地理”和“部门经济地理”两个脉络的传统,并持续面向国家战略需求开展经世致用的应用研究,21世纪以来在碳排放与居民能源消费等方面的研究逐步与国际接轨。近年来,在强调“双碳”目标、能源转型和能源安全的背景下,能源地理研究迎来了新的发展机遇,但也存在学科内外部挑战。为了建设“能源地理学”,需要在传承宝贵传统的基础上,在理论和方法、咨询与智库研究、科普传播、人才队伍建设等方面有所创新。

关键词：能源地理发展脉络国际借鉴传承与创新