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露天煤矿环境下基于LiDAR/IMU的紧耦合SLAM算法研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 236-244页

作者：马宝良崔丽珍李敏超张清宇内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

随着人工智能和无人驾驶等相关学科的快速发展,煤矿装备的智能化和无人化成为了新的趋势。智能设备的应用将大幅提高煤矿作业的生产力以及人员安全性。露天煤矿地形复杂,与城市环境相比无明显的几何特征,具有分段相似性,利用现有以激光... 详细信息

随着人工智能和无人驾驶等相关学科的快速发展,煤矿装备的智能化和无人化成为了新的趋势。智能设备的应用将大幅提高煤矿作业的生产力以及人员安全性。露天煤矿地形复杂,与城市环境相比无明显的几何特征,具有分段相似性,利用现有以激光雷达为主的同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)方案在该环境下易出现定位漂移和建图误差较大等现象。针对上述问题,提出了一种基于激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)和惯导(Inertial Measurement Unit,IMU)紧耦合的SLAM算法,该算法使用LiDAR和IMU两种传感器作为数据输入,对数据进行预处理,前端利用迭代扩展卡尔曼滤波器将预处理后的LiDAR特征点与IMU数据相融合,并使用后向传播来矫正雷达运动畸变,后端利用雷达相对位姿因子将LiDAR帧间配准结果作为约束因子与回环因子共同完成全局因子图优化。利用开源数据集和露天煤矿实地数据集验证了算法的鲁棒性和精确性。试验结果表明在城市结构化环境中文中所提算法与当前激光SLAM算法精度保持一致,而针对长达两千多米的露天煤矿实地环境,所提算法较FAST-LIO2、LIO-SAM紧耦合算法在定位精度上分别提高了46.00%和23.15%,且具有更高的鲁棒性。

关键词：露天煤矿同时定位与地图构建激光雷达惯性导航因子图

煤矿井下基于SRU神经网络的可见光定位系统

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 237-244页

作者：汝贵秦岭王凤英胡晓莉徐艳红内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

为了提高煤矿井下定位的精度并降低定位系统的复杂度,提出一种基于简单循环单元(SRU)的煤矿井下可见光定位系统。该系统由单个LED灯和4个光电探测器(PD)组成,其中4个光电探测器分别位于安全帽的前后左右四个位置,待测点位于安全帽顶部... 详细信息

为了提高煤矿井下定位的精度并降低定位系统的复杂度,提出一种基于简单循环单元(SRU)的煤矿井下可见光定位系统。该系统由单个LED灯和4个光电探测器(PD)组成,其中4个光电探测器分别位于安全帽的前后左右四个位置,待测点位于安全帽顶部的中心,通过SRU神经网络预测待测点的位置信息。仿真结果表明,在3.6 m×3.6 m×3 m的定位区域内,所提系统的定位精度可以达到1.42 cm,平均定位时间为0.59 s,且97%的点定位误差都在2.3 cm内,与其他定位算法相比,定位精度得到显著提升。为了进一步验证该定位系统的性能,在实际环境中搭建了整个定位系统,实验结果表明,所提定位系统的平均定位误差为10.21 cm,能够满足煤矿井下定位的要求。

关键词：简单循环单元深度学习可见光煤矿井下定位系统

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甜瓜DHS基因家族鉴定及生物信息学分析

分子植物育种 2024年

作者：赵鑫温彤张红吴昊项鹏程马勇内蒙古科技大学包头师范学院

本研究针对甜瓜中DHS基因家族成员进行鉴定和特征性分析，为后续该家族成员的功能解析提供前期参考资料，在延长甜瓜果实货架期方面提供候选基因。基于公开数据库MELONOMICS中甜瓜的基因组数据鉴定得到5个CmDHS基因家族成员。通过生物... 详细信息

本研究针对甜瓜中DHS基因家族成员进行鉴定和特征性分析，为后续该家族成员的功能解析提供前期参考资料，在延长甜瓜果实货架期方面提供候选基因。基于公开数据库MELONOMICS中甜瓜的基因组数据鉴定得到5个CmDHS基因家族成员。通过生物信息学方法对该家族成员进行染色体定位、保守序列功能预测、系统发育、不同组织表达谱及基因共表达分析，并对其表达产物分别进行理化性质、结构功能方面进行解析。结果表明，5个CmDHS基因家族成员分布在2条染色体上，各成员外显子均为5个以上；该家族成员可能来自于不同物种的由垂直家系进化而来的基因，并且保留与原始基因相同的功能；通过各自不同时期的分工参与甜瓜的抗非生物胁迫、生长发育、果实成熟以及植株的自然衰老等生物过程；均为亲水性蛋白，不具有跨膜结构，不含信号肽；蛋白二级结构中α-螺旋与无规则卷曲含量最高，三级结构均具有相似性；启动子序列上游中含有茉莉酸甲酯作用元件与干旱胁迫响应元件；通过各自不同时期的分工参与甜瓜的抗非生物胁迫、生物胁迫、生长发育、果实成熟以及植株的自然衰老等生物过程；可能参与eIF-5A因子的转录翻译以及转录后修饰，上述结果有望为延长甜瓜货架期提供候选参考基因和理论依据。

关键词：甜瓜 DHS蛋白基因家族全基因组进化分析

语义流引导采样结合注意力机制的脑肿瘤图像分割

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光学精密工程 2024年第4期32卷 565-577页

作者：宋建丽吕晓琪谷宇内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头市014010 内蒙古工业大学信息工程学院内蒙古呼和浩特010051

U型网络结构的脑肿瘤自动分割方法由于多次卷积和采样操作会造成信息损失,导致分割效果不佳。为解决这一问题,提出了能够利用语义信息流引导上采样特征恢复的特征对齐单元,并在此基础上设计轻量级的双重注意力特征对齐网络(DAFANet)。首... 详细信息

U型网络结构的脑肿瘤自动分割方法由于多次卷积和采样操作会造成信息损失,导致分割效果不佳。为解决这一问题,提出了能够利用语义信息流引导上采样特征恢复的特征对齐单元,并在此基础上设计轻量级的双重注意力特征对齐网络(DAFANet)。首先,将特征对齐单元分别引入3D UNet、DMFNet和HDCNet三个经典网络,以验证其有效性和泛化性。其次,在DMFNet基础上构造轻量级的双重注意力特征对齐网络DAFANet,利用特征对齐单元强化上采样过程中的特征恢复,3D期望最大化注意力机制同时作用于特征对齐路径和级联路径,用于重点获取上下文的全程依赖关系。同时使用广义Dice损失函数提升数据不平衡时的分割精度并加快模型收敛。最后,在BraTS2018和BraTS2019公开数据集进行验证,文中所提算法在ET,WT和TC区域的分割精度分别达到80.44%,90.07%,84.57%和78.11%,90.10%,82.21%。相较于当前流行的分割网络,具有对增强肿瘤区域更好的分割效果,更擅长处理细节和边缘信息。

关键词：脑肿瘤图像分割特征对齐注意力机制轻量化

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克氏原螯虾的三代转录组测序分析

江苏农业科学 2024年第12期52卷 187-194页

作者：张明达王丽媛蔺思函李倩倩杜志强内蒙古科技大学生命科学与技术学院内蒙古包头014010

为探究在病原刺激情况下克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的转录组信息,采用PacBio平台的单分子实时测序技术(SMRT),对使用弧菌刺激下的克氏原螯虾的血淋巴、肝胰腺、鳃、肠、淋巴器官和肌肉的混合组织样进行全长转录组测序,获得克氏原... 详细信息

为探究在病原刺激情况下克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的转录组信息,采用PacBio平台的单分子实时测序技术(SMRT),对使用弧菌刺激下的克氏原螯虾的血淋巴、肝胰腺、鳃、肠、淋巴器官和肌肉的混合组织样进行全长转录组测序,获得克氏原螯虾的全长转录本文库。首先,使用TRIzol法提取总RNA合成双链cDNA用于SMRTbell建库和测序,利用SMRT分析套件进行插入片段识别,Reads分类、聚类和校正,利用BUSCO单拷贝同源数据库对其进行组装的完整性评价,通过使用CD-HIT软件,将序列进行去冗余分析,最后利用公共数据库NR、NT、SwissProt、KOG、GO、Pfam及KEGG对克氏原螯虾转录本进行功能注释。全长转录组得到改良后一致序列149213个,序列平均长度为2213 bp。BUSCO单拷贝同源数据库完整性评价,约有95.8%完整基因元件,说明大多数保守基因组装较完整,组装结果较可靠。在NR数据库注释得到110181条序列,分别比对到1373个物种,其中与美洲海螯虾(Homarus americanus)基因相似的序列最多,为48433条。与GO数据库进行匹配,统计注释到结合和催化活性功能最多,分别为14327和13344个。KOG功能注释分为25个功能组分,其中,一般功能预测最多,为20269个。KEGG注释结果发现,信号转导的代谢通路注释的基因数最多,为12277个。本研究过程中组装并获得完整良好的序列,与功能数据库比对得出序列的功能特性,可为探究克氏原螯虾的功能基因、免疫响应和相关代谢通路等提供可靠的基因组资源。

关键词：克氏原螯虾转录组三代测序功能注释

Segatella bryantii中多功能糖苷水解酶酶学性质及催化机制研究

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Segatella bryantii中多功能糖苷水解酶酶学性质及催化机制研究

作者：赵鑫内蒙古科技大学包头师范学院

学位级别：硕士

作为植物细胞壁的主要成分,纤维素、半纤维素等多糖在地球上储量极大,是最为丰富的生物资源之一,由于具有来源广泛、再生性强等诸多优势,这类物质为生物能源转化、生物饲料发酵及微生物规模化生产提供了理想基质。然而,由葡萄糖单体通过... 详细信息

作为植物细胞壁的主要成分,纤维素、半纤维素等多糖在地球上储量极大,是最为丰富的生物资源之一,由于具有来源广泛、再生性强等诸多优势,这类物质为生物能源转化、生物饲料发酵及微生物规模化生产提供了理想基质。然而,由葡萄糖单体通过β-1,4-D-糖苷键相连而形成的纤维素分子排列致密,加之纤维素、半纤维素等分子间通常聚集形成网状结构和结晶区,稳定性极高,导致以纤维素类生物质为基质的高附加值产品生产受到极大制约。利用糖苷水解酶催化纤维素等多糖高效转化为易利用单糖,是提升其附加值的有效途径。在漫长的进化历程中,演化出了种类繁多,能够特异性水解各类天然多糖的糖苷酶。植物生物质的降解通常需要多种水解酶协同作用。其中,β-1,4-内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanohydrolase)是纤维素酶系中一个关键组分,它主要通过随机切割纤维素链内的β-1,4-糖苷键,从而将纤维素的非结晶区切开,将其分解成还原性寡糖。β-甘露聚糖酶(β-mannanase)是半纤维素水解酶系中的一种糖苷水解酶,它主要以内切的方式随机切割β-1,4-糖苷键,形成具有还原端的寡糖。本研究旨在利用生物信息学预测、异源表达、定点突变等技术对筛选自天然环境中的多功能糖苷水解酶进行酶学性质及催化机制解析,从而进一步丰富糖苷水解酶酶库。研究结果如下:1.首先对反刍动物瘤胃中高丰度微生物Segatella bryantii基因组进行分析,筛选具有典型糖苷水解酶保守序列的编码基因,通过编码产物结构域分析,最终选取了一条编码包含多个功能结构域蛋白的基因序列,并命名为Seg-endo,该基因所表达蛋白整体呈现亲水性,为胞内可溶性游离蛋白。蛋白网络互作显示,该蛋白可能具有多种糖苷水解酶功能。对利用大肠杆菌异源表达获得的Seg-endo进行初步催化活性研究,表明该酶主要具有β-1,4-内切葡聚糖酶酶活、β-甘露聚糖酶酶活,其中该酶在20-50℃条件下保温30 min,仍剩余60%以上的β-甘露聚糖酶酶活,具有潜在的工业应用价值。2.利用生物信息学手段对Seg-endo基因进行保守基序与结构域预测,并利用大肠杆菌对各潜在活性结构域进行分段表达。菌株底物水解能力检测结果表明只有Seg-endo表达菌能够在LB-CMC平板中降解底物形成水解圈,且外圈与内圈之比EI(D/d)为2.783,表明该蛋白具有β-1,4-内切葡聚糖酶。Seg-endo及与全长序列中糖苷水解酶GH26家族高度同源的Seg-GH26区段表达菌均能够在LK平板中降解底物形成水解圈,且EI(D/d)分别为4.83、19.8,后者为前者4.10倍证明二者均具有β-甘露聚糖酶活性,且GH26家族片段活性显著高于全长序列。酶活测定结果显示,经过亲和纯化和脱盐后得到纯化的Seg-GH26β-甘露聚糖酶活力为436.2554 U/m L,蛋白浓度为0.2117 mg/m L,比酶活为2060.7247 U/mg。3.通过活性中心预测网站对Seg-GH26蛋白进行预测,结果显示Seg-GH26蛋白164与275位的谷氨酸(E)为潜在活性位点,分别构建两谷氨酸位点突变为丙氨酸(A)位点的单/双点突变异源表达菌。纯化后的三种点突变蛋白对刺槐豆胶的催化活性几乎为零。Seg-GH26与突变株水解圈实验表示,只有Seg-GH26具有水解圈,Seg-GH26的水解圈EI值为突变株的19.80倍。研究得到了含有多种酶活的Seg-endo糖苷水解酶,并按照结构域与保守基序的预测,对其进行了酶分子改造,最终找到了活性中心与关键位点。本研究丰富了β-1,4-内切葡聚糖酶与β-甘露聚糖酶的工业应用选择,也为其工业应用提供了理论基础。

关键词： β-1,4-内切葡聚糖酶 β-甘露聚糖酶基因挖掘异源表达无缝克隆

隔代教养压力背景下的托育需求及对策研究 ——以B市为例

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隔代教养压力背景下的托育需求及对策研究 ——以B市为例

作者：陈翠荣内蒙古科技大学包头师范学院

学位级别：硕士

托育服务建设是我国的一项重要民生工程,惠及到千家万户。B市近年来根据国家政策引领,积极建设适宜本市发展的托育服务体系。隔代教养作为我国普遍的教养方式,对于0-3岁婴幼儿的发展有着重要的影响,同时对托育服务的建设也提出了需求与... 详细信息

托育服务建设是我国的一项重要民生工程,惠及到千家万户。B市近年来根据国家政策引领,积极建设适宜本市发展的托育服务体系。隔代教养作为我国普遍的教养方式,对于0-3岁婴幼儿的发展有着重要的影响,同时对托育服务的建设也提出了需求与挑战。B市3岁以下婴幼儿共有31107名,绝大部分由祖辈进行看护和照料,祖辈在隔代教养过程中感受到的不只有幸福,同时也面临着很大的压力,影响着祖辈的身心健康,也对隔代教养的效果造成了一定的影响。托育服务不仅要关注到婴幼儿父母的需求,也要关注到教养婴幼儿的祖辈需求。在此背景下,本研究选取了内蒙古西部的一个地级市,根据研究目标选取符合研究条件的祖辈,了解他们的隔代教养压力;了解隔代教养压力背景下的托育认知与需求,根据祖辈的需求为当地托育服务建设提供相应的对策。本研究由七部分组成,分别是绪论、隔代教养压力现状及特点、祖辈托育服务认知、隔代教养背景下的托育需求、B市托育服务存在的问题、隔代教养压力背景下的托育服务提升策略和结论与反思。绪论部分包括研究背景、研究意义、概念界定等,明确了研究思路的同时,也整理和分析了国内外文献综述。本研究是为了了解祖辈在教养婴幼儿过程中产生的压力及祖辈的托育认知及托育需求,最后根据B市的实际情况提出相应的对策。本研究的思路为:通过阅读相关文献,编制有关隔代教养压力的访谈提纲,在B市卫生健康委员会及社区的帮助下,对符合研究条件的祖辈进行访谈并入户观察,最后分析整理得出结论形成对策。本研究的正文由五部分组成:第一部分介绍了本研究的预访谈对象及个案家庭的基本信息,研究对象为B市教养0-3岁婴幼儿的祖辈;根据对三组不同类型的隔代教养家庭的深入访谈,对隔代教养压力的现状进行了分析,教养过程中,祖辈主要产生了教育压力、时间压力、健康压力、经济压力、社交压力和情绪压力,不同隔代教养类型感受到的压力有所不同。第二部分了解了托育服务认知,主要包括祖辈对于托育服务的接纳程度、需求认知、价值认知和信任程度,从认知方面了解祖辈对于托育服务所持的态度。第三部分研究了隔代教养背景下的托育需求,以马斯洛需要层次理论为基础,了解祖辈对于托育有哪些方面的需求,通过托育服务想要缓解祖辈哪些方面的压力。祖辈的需求有机构性质以公立为主、托育形式需求多样化、托育费用偏向低费用、托育距离偏向近距离、科学育儿知识指导几个方面。祖辈的托育需求有与父母托育需求的共性之处,也有独特之处。第四部分根据问卷分析了B市托育服务存在的问题,主要从祖辈教养压力的背景考虑,分析B市的托育服务是否能够缓解祖辈的压力、满足祖辈的需求。第五部分根据祖辈的托育需求对B市的托育服务提出对策:建立多元化的托育服务机构、提供不同的服务时段、提供多样的经济支持、开展祖辈育儿课程、科学育儿专门指导咨询和加强宣传托育服务。最后一部分结论与反思部分,对本研究进行了总结,同时也对本论文的不足之处进行了反思。

关键词：隔代教养隔代教养压力托育服务托育服务需求

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跨媒介阅读视域下高中现代小说教学研究

跨媒介阅读视域下高中现代小说教学研究

作者：王萌内蒙古科技大学包头师范学院

学位级别：硕士

网络时代信息技术的变革推动阅读领域的变革,“跨媒介阅读”越来越成为日常的阅读方式,也作为一种新的教学方式进入语文课堂。基于“跨媒介阅读”相关研究,采用文献研究法、调查法、案例分析法,分析“跨媒介阅读”促进高中语文现代小说... 详细信息

网络时代信息技术的变革推动阅读领域的变革,“跨媒介阅读”越来越成为日常的阅读方式,也作为一种新的教学方式进入语文课堂。基于“跨媒介阅读”相关研究,采用文献研究法、调查法、案例分析法,分析“跨媒介阅读”促进高中语文现代小说教学的重要价值,探究跨媒介阅读视域下高中语文现代小说的教学策略。本文将讨论以下方面:绪论部分,阐释研究背景和研究意义,梳理并分析“跨媒介阅读”和“跨媒介阅读视域下高中现代小说教学”的相关研究,确定研究问题。论文第一部分,从选篇数量、选篇编排、选篇特点对高中语文教材中国现代小说进行梳理,基于对“跨媒介阅读”内涵的认识,论述跨媒介阅读运用于高中现代小说教学具有“创新教学方式,促进深度阅读;整合媒介资源,丰富教学内容;提升媒介素养,发展学生思维;拓宽阅读视野,培养文化素养”的价值。论文第二部分,运用问卷调查和访谈法,了解跨媒介阅读运用于现代小说的教学现状。调查表明,跨媒介阅读运用于高中现代小说教学存在的主要问题有:跨媒介阅读教学流于形式、跨媒介阅读教学缺乏深度、教学媒介使用方式单一。论文第三部分,探究跨媒介阅读视域下高中现代小说教学实施。教学内容组织方面,应以文本为主,文本意识贯穿始终;以选篇编排和学情为前提,选用合适的媒介;以核心素养为导向,引导学生进行交互式阅读。具体实施方面,应根据现代小说类别特点,整合跨媒介资源;运用跨媒介阅读,设计教学活动;构建学习共同体,开展线下线上混合式阅读。

关键词：跨媒介阅读现代小说教学

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小学语文教学中科学素养培养的对策研究

小学语文教学中科学素养培养的对策研究

作者：夏紫微内蒙古科技大学包头师范学院

学位级别：硕士

随着社会日益走向信息化、科技化,科学技术的快速发展已经变成了影响综合国力增长的关键因素之一,与过去相比较,具有高度科学素养的公民对目前社会的发展具有越来越关键的意义。为此,国家教育政策不断出台,对能够提升学生科学素养的综... 详细信息

随着社会日益走向信息化、科技化,科学技术的快速发展已经变成了影响综合国力增长的关键因素之一,与过去相比较,具有高度科学素养的公民对目前社会的发展具有越来越关键的意义。为此,国家教育政策不断出台,对能够提升学生科学素养的综合性学习、跨学科学习提出了新的要求。小学生代表着国家未来的希望,他们的科学素养水平对我国公民现在和将来的科学素养有着决定性的影响。因此,提高学生的科学素养值得每一位教师重视。本研究在加德纳多元智能理论、建构主义理论的基础上,通过文本分析法、文献研究法、访谈法、问卷调查法,对小学语文教学培养学生科学素养的对策展开了研究。通过对部编版小学语文教材的梳理,发现其中大量文本都涉及到了与科学素养有关的内容,本文结合科学素养具体的维度内容,对课文进行了分类整理。这为本文进一步研究小学语文培养学生科学素养提供了可靠的内容。基于以上的分析,笔者对学生在语文课程学习中和科学素养有关的学习的兴趣、效果、方法,对教师在语文教学中培养学生科学素养的态度、途径、以及困难开展了调查。调查结果显示,学生在科学素养方面的学习兴趣不高,学习效果欠佳,语文教师对科学素养的重视程度不够,教学形式单一,教学内容缺失。笔者结合前文对教材的分析以及针对当前的问题提出了如下对策:树立语文教学中培养学生科学素养的观念;开展培养教师科学素养的培训和经验交流;丰富教学内容,培养学生科学素养;采用多种教学形式,提升学生科学素养;调动多元主体,夯实学生科学素养,从而实现在语文教学中更好地培养学生科学素养。

关键词：小学语文教学科学素养对策研究