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基于源项解耦的物理信息神经网络方法及其在放电等离子体模拟中的应用

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物理学报 2024年第14期73卷 155-166页

作者：方泽潘泳全戴栋张俊勃华南理工大学电力学院广州510641

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个... 详细信息

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个通用的PINNs框架(源项解耦PINNs,Std-PINNs),用于求解多粒子低温等离子体流体模型.Std-PINNs通过引入等效正离子,并将电流连续性方程替代各粒子输运方程作为物理约束,实现了重粒子输运方程源项与电子密度、平均电子能量的解耦,极大降低了训练复杂度.本文通过两个经典放电案例(低气压氩气辉光放电、大气压氦气辉光放电)展示了Std-PINNs在求解多粒子低温等离子体流体模型的应用,并将结果与传统PINNs和有限元(FEM)模型进行了对比.结果显示,传统PINNs输出了完全错误的训练结果,而Std-PINNs与FEM结果之间的L2相对误差能达到约10–2量级,由此验证了Std-PINNs在模拟多粒子等离子体流体模型的可行性.Std-PINNs为低温等离子体模拟提供了新的思路,并拓展了深度学习方法在复杂物理系统建模中的应用.

关键词：物理信息神经网络低温等离子体源项解耦流体模型

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基于强化学习的任务型对话策略研究综述

计算机学报 2024年第6期47卷 1201-1231页

作者：徐恺王振宇王旭秦华龙宇轩华南理工大学软件学院广州510006

对话系统在自然语言处理中发挥着重要作用,具有较好的实际应用前景和许多值得研究的方向.对话策略是基于管道方法的人机对话系统的核心组件,能够根据对话状态生成响应动作,进而指导对话生成.对话策略学习常建模为(半)马尔可夫决策过程,... 详细信息

对话系统在自然语言处理中发挥着重要作用,具有较好的实际应用前景和许多值得研究的方向.对话策略是基于管道方法的人机对话系统的核心组件,能够根据对话状态生成响应动作,进而指导对话生成.对话策略学习常建模为(半)马尔可夫决策过程,然后通过强化学习求解.近年来,基于强化学习算法解决任务型对话策略问题的研究层出不穷,而相关综述缺乏.因此,本文对基于强化学习的任务型对话策略进行分析、归类、总结.首先,介绍分类强化学习的一般模型,并基于强化学习的分类,分析并总结现有对话策略学习的一般思路和存在问题;其次,基于不同的研究热点,包括多领域、多模态、多代理和共情对话策略,深度剖析新近研究的理论模型、研究进展和存在的问题;接着,针对对话策略的相关研究,包括用户模拟器、对话策略评估、对话策略平台与数据集以及大语言模型与对话策略等进行介绍;针对现有研究的不足,本文从5种不同的角度分析了对话策略的未来研究方向;最后,对全文进行总结与展望.本文不仅从强化学习分类上概述任务型对话策略,而且从应用的角度分类任务型对话策略,全方面、多角度地综述了任务型对话策略,为未来的任务型对话策略的研究提供启示.

关键词：对话策略强化学习任务型对话系统深度强化学习多领域多模态

基于多分量LFM信号时频分析的水声多普勒和时延估计研究

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 688-696页

作者：宁更新肖若君谢靓华南理工大学电子与信息学院广州510641 华南理工大学土木与交通学院广州510641

在水声多普勒因子和时延估计研究实用化的进程中,利用多分量线性调频(LFM)信号实现估计的算法研究越来越普遍。针对多分量LFM信号时频域存有交叉项时各分量参数估计不准确的问题,提出基于非完全残差与脊线段匹配的自适应模态分解方法。... 详细信息

在水声多普勒因子和时延估计研究实用化的进程中,利用多分量线性调频(LFM)信号实现估计的算法研究越来越普遍。针对多分量LFM信号时频域存有交叉项时各分量参数估计不准确的问题,提出基于非完全残差与脊线段匹配的自适应模态分解方法。该方法采用非完全残差函数保留了交叉点处的部分时频信息,利用脊线段匹配方法提供更精确的预设时频脊线,改进了各分量LFM信号调频斜率和起始频率的估计精度。联合两个估计量进一步给出了多普勒因子和时延估计的算法。仿真结果表示,较现有模态分解算法,所提改进方法有效解决了估计分量过程中交叉区间断裂带来的估计误差;水声多径的条件下,该方法的多普勒因子和时延估计精度优于对比的现有方法。

关键词：时频分析多普勒因子时延估计多分量LFM信号自适应模态分解

水污染达峰后元素比例失衡引发的新环境风险:以广东沿海为例

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环境科学学报 2024年第5期44卷 138-148页

作者：黄华关翔鸿成晓倩吴宇伦何旭光吴海珍邱光磊韦朝海华南理工大学环境与能源学院广州510006 华南理工大学生物科学与工程学院广州510006

针对人类活动和环境变化对水质可能带来的影响,本研究收集了广东省沿海城市群入海口水质监测数据,分析了近岸环境的营养元素化学计量及微量元素浓度时空变化的趋势;通过综合污染指数法,评估了2015—2022年间的生态风险演变,利用相关性... 详细信息

针对人类活动和环境变化对水质可能带来的影响,本研究收集了广东省沿海城市群入海口水质监测数据,分析了近岸环境的营养元素化学计量及微量元素浓度时空变化的趋势;通过综合污染指数法,评估了2015—2022年间的生态风险演变,利用相关性分析与相关网络分析解析了近岸水环境演变过程中水溶液性质群集间的关联及聚集,最后通过主成分分析揭示了驱动水溶液性质相互作用的关键影响因素.结果表明:广东省河口水体的主要污染物指标在浓度上受到了控制,但B/C、C/N和C/P比值等逐步偏离其自然本底比值,导致水体的微生物能量利用、营养物质固定和元素矿化效率受阻,水质特征不利于进一步的自然利用,干预了水生态的自净化机制与能力;在气候变化影响下的元素比例失衡、限制性元素匮乏等因素将会限制水体的功能发挥,从而引发新的环境风险.由相关性分析和主成分分析可知,亲和组分浓度受多种效应相近的物理化学作用而产生群集效应,由此构建了复杂的元素耦合体系.生态条件和水文环境的快速变化动摇了元素间的比例链条,因此,需建立排放尾水-河流-入海口-海洋联通的水溶液性质的信息反馈,未来的水环境管理应综合考虑水文特征、污染物总量和元素比例阈值.

关键词：近岸环境营养盐重金属生态风险水溶液性质

基于微纳光纤双模式干涉的亚波长聚焦光场及光捕获应用

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物理学报 2024年第10期73卷 37-49页

作者：吴婉玲王向珂虞华康李志远华南理工大学物理与光电学院广州510641

本文报道了一种基于微纳光纤中双模式干涉的亚波长聚焦方法.利用微纳光纤中两种特定导模在微纳光纤端面处的干涉效应,在微纳光纤端面出口处获得了具有单焦点或多焦点的聚焦光场,并可通过调节两个模式之间的相位差、功率比分别实现聚焦... 详细信息

本文报道了一种基于微纳光纤中双模式干涉的亚波长聚焦方法.利用微纳光纤中两种特定导模在微纳光纤端面处的干涉效应,在微纳光纤端面出口处获得了具有单焦点或多焦点的聚焦光场,并可通过调节两个模式之间的相位差、功率比分别实现聚焦光场的焦深、焦斑相对强度调谐,从而实现对纳米颗粒可调谐的选择性捕获.根据聚焦光场中不同焦点处所对应的捕获刚度和势阱深度的不同,可以对不同大小的纳米颗粒实现分类.这种微型化全光纤的亚波长聚焦方法,将可应用于操纵纳米颗粒、超分辨率光学成像和纳米光刻等领域.

关键词：双模式干涉亚波长聚焦微纳光纤

二维硼结构中条带状空位长程有序分布的理论研究

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物理学报 2024年第9期73卷 216-222页

作者：徐诗涵何长春杨小宝华南理工大学物理与光电学院广州510640

在二维硼结构中,有序分布的高浓度空位可以增强其结构的稳定性,并对材料性能产生显著影响.根据最近的实验进展,本文重点关注二维硼结构中空位呈条带状分布的体系,提出有效模型系统研究结构稳定性随空位分布的变化.结合第一性原理计算结... 详细信息

在二维硼结构中,有序分布的高浓度空位可以增强其结构的稳定性,并对材料性能产生显著影响.根据最近的实验进展,本文重点关注二维硼结构中空位呈条带状分布的体系,提出有效模型系统研究结构稳定性随空位分布的变化.结合第一性原理计算结果,对空位不同近邻作用参数进行拟合,预测了不同空位浓度的稳定结构,发现在该体系中空位不同近邻存在竞争,导致长周期分布的趋势,揭示了不同近邻作用的相互竞争导致长周期结构稳定存在的关键机制.

关键词：二维硼结构长周期结构空位分布第一性原理计算

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倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 329-343页

作者：姜立春李金柱华南理工大学土木与交通学院广州510640 华南理工大学安全科学与工程研究所广州510640

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶... 详细信息

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明:顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。

关键词：非对称空区顶板-矿柱倾斜矿体偏心载荷协同作用

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中低温质子陶瓷燃料电池阴极研究进展

硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1917-1934页

作者：龚文杰徐康夏娇娇许阳森陈宇华南理工大学环境与能源学院广州510006

质子陶瓷燃料电池(PCFCs)以质子作为载流子,具有独特的导电机制,能够在中低温度(400~700℃)下高效地将燃料中的化学能转化为电能,是一种极具发展前景的发电装置。然而,由于氧还原反应动力学迟缓,导致极化电阻占整个电池电阻的比重较大,... 详细信息

质子陶瓷燃料电池(PCFCs)以质子作为载流子,具有独特的导电机制,能够在中低温度(400~700℃)下高效地将燃料中的化学能转化为电能,是一种极具发展前景的发电装置。然而,由于氧还原反应动力学迟缓,导致极化电阻占整个电池电阻的比重较大,因此,发展高活性、稳定型阴极材料或结构,对提高PCFCs性能有着重要作用,这也是当前的研究热点。通常情况下,这些阴极材料应同时具有足够高的导电率、结构稳定性、电催化活性等。本文对近年来PCFCs领域研究较多的单钙钛矿、双钙钛矿、Ruddlesden–Popper钙钛矿、尖晶石等阴极材料做了总结,并对PCFCs阴极材料在运行过程中存在的问题进行分析,包括提高阴极材料的质子传输特性和优化电解质/电极界面等,最后强调了未来PCFCs高性能阴极的可能的发展方向,为PCFCs的阴极材料设计提供了有益的参考。

关键词：质子陶瓷燃料电池阴极材料电催化活性稳定性

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基于人体和场景上下文的多人3D姿态估计

软件学报 2024年第4期35卷 2039-2054页

作者：何建航孙郡瑤刘琼华南理工大学软件学院广东广州510006

深度歧义是单帧图像多人3D姿态估计面临的重要挑战,提取图像上下文对缓解深度歧义极具潜力.自顶向下方法大多基于人体检测建模关键点关系,人体包围框粒度粗背景噪声占比较大,极易导致关键点偏移或误匹配,还将影响基于人体尺度因子估计... 详细信息

深度歧义是单帧图像多人3D姿态估计面临的重要挑战,提取图像上下文对缓解深度歧义极具潜力.自顶向下方法大多基于人体检测建模关键点关系,人体包围框粒度粗背景噪声占比较大,极易导致关键点偏移或误匹配,还将影响基于人体尺度因子估计绝对深度的可靠性.自底向上的方法直接检出图像中的人体关键点再逐一恢复3D人体姿态.虽然能够显式获取场景上下文,但在相对深度估计方面处于劣势.提出新的双分支网络,自顶向下分支基于关键点区域提议提取人体上下文,自底向上分支基于三维空间提取场景上下文.提出带噪声抑制的人体上下文提取方法,通过建模“关键点区域提议”描述人体目标,建模姿态关联的动态稀疏关键点关系剔除弱连接减少噪声传播.提出从鸟瞰视角提取场景上下文的方法,通过建模图像深度特征并映射鸟瞰平面获得三维空间人体位置布局;设计人体和场景上下文融合网络预测人体绝对深度.在公开数据集MuPoTS-3D和Human3.6M上的实验结果表明:与同类先进模型相比,所提模型HSC-Pose的相对和绝对3D关键点位置精度至少提高2.2%和0.5%;平均根关键点位置误差至少降低4.2 mm.

关键词：多人场景3D姿态估计关键点区域提议人体上下文场景上下文人体绝对深度