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联合FOD-sCARS的土壤有机质高光谱机器学习估测模型

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 204-212页

作者：吴梦红窦森林楠姜然哲陈思李佳璇付佳伟梅显军吉林农业大学资源与环境学院吉林长春130118 吉林建筑大学测绘与勘查工程学院吉林长春130118 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130115

土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建... 详细信息

土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建立SOM估测模型是现在较为合理有效的方法。为探索解决目前高光谱遥感影像建立SOM含量估测模型存在光谱数据冗余、光谱数据特征提取精度低、小样本模型泛化能力不强的问题,选择位于青海省湟中县的研究区,共采集67个土壤样本。获取资源1号02D(ZY1-02D)高光谱遥感影像并进行预处理得到样点像元光谱数据,采用分数阶微分变换(FOD)方法挖掘与SOM含量具有响应关系的敏感波段,以0.2为一个步长,利用相关性阈值法对比分析不同阶次微分处理数据挖掘能力;运用稳定性竞争性自适应重加权采样算法(sCARS)去除高光谱冗余数据获取建模特征波段,选择随机森林(RF)、极端梯度提升树、极限学习机和岭回归机器学习作为建模算法,以全波段和特征波段光谱数据分别作为模型输入变量构建SOM估测模型进行高光谱反演研究工作;最后根据最优特征变量和建模算法,基于ZY1-02D遥感影像进行了SOM空间分布制图。结果表明:采用FOD变换相比整数阶可以大大提高波段与SOM含量间的相关性,挖掘出更多细微的与SOM含量产生响应关系的光谱波段,其中0.8阶微分变换效果最优,较原始波段相比相关系数最大值提高了0.546;相较于全波段光谱数据,采用sCARS特征提取方法获取特征波段构建模型的估测精度得到较大提升,说明sCARS可以有效提升建模数据的质量,提升模型预测精度。建模算法中RF表现最优,R_(p)^(2)(模型决定系数)达到0.766,RPD达到1.86,较全波段建模结果R_(p)^(2)提升约7.58%;基于FOD-sCARS和RF实现了区域SOM含量估测制图。研究进一步验证利用星载高光谱遥感影像是实现区域SOM估测制图的可靠途径,研究结果可为估测区域SOM含量提供新思路,为利用星载高光谱遥感影像绘制SOM含量空间分布图提供了数据支持。

关键词：高光谱遥感影像分数阶微分变换稳定性竞争性自适应重加权采样算法土壤有机质随机森林

不同雨强下PAM分子量对土质堤防产流产沙的影响

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水土保持研究 2025年第1期32卷 131-140页

作者：邹浩李怡阳魏希莹郑琪严刘鸿涛中水东北勘测设计研究有限责任公司长春工程学院水利与环境工程学院长春市弘润灌溉科技有限公司永吉县星星哨水库灌区管理中心吉林省水利科学研究院

[目的]探究不同PAM分子量对东北某地堤防护坡防侵蚀效果，及喷施方式下PAM溶液对堤防坡面的减流减沙作用，为东北土质堤防治理提供理论依据。[方法]以东北某河流上游堤防背水坡为研究对象，设计了室内人工模拟降雨试验，共设置3种不同... 详细信息

[目的]探究不同PAM分子量对东北某地堤防护坡防侵蚀效果，及喷施方式下PAM溶液对堤防坡面的减流减沙作用，为东北土质堤防治理提供理论依据。[方法]以东北某河流上游堤防背水坡为研究对象，设计了室内人工模拟降雨试验，共设置3种不同降雨强度（180,200,220 mm/h）,裸地（分子量为0）及4种不同PAM分子量（1 200,1 400,1 600,1 800万）,PAM浓度采用4 g/m2,对试验坡面进行喷洒PAM溶液，溶液采用4 g/m2PAM配比3.5 L水。研究3种降雨强度下，施加不同PAM分子量坡面的产流产沙特性，分析其水力学参数。[结果]（1）在同种降雨强度下，施加PAM的坡面流产流沙量都小于裸地坡面。（2）在相同PAM分子量情况下，坡面产流产沙都随着降雨强度的增加而增加。3种降雨强度下，1 800万分子量的减流减沙效果最好，最大可减沙57.74%。（3）通过计算坡面水流的雷诺数（Re）发现水流形态为层流，当降雨强度为220 mm/h时，裸地坡面流态为急流，其余均为缓流。降雨强度、PAM分子量对水流功率和单位水流功率均可以用幂函数进行描述。[结论]在东北某地堤防坡面施加不同分子量的PAM溶液可有效减少产流产沙量，其中减沙效果尤为明显，在试验所选定的PAM分子量区间中，施加分子量为1 800万的PAM对于试验坡面的减流减沙效果最为显著，PAM可以提高土壤水分的入渗能力，为治理土质堤防水土流失提供参考。

关键词：降雨强度 PAM(聚丙烯酰胺)分子量减流减沙土质堤防

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螺牙高度对螺纹桩竖向承载特性的影响

土木与环境工程学报（中英文） 2025年第1期47卷 36-45页

作者：徐丽娜齐晨晖郑俊杰黄占芳孙爽武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 中铁十一局集团有限公司武汉430061 吉林建筑大学交通科学与工程学院长春130118 吉林建筑大学土木工程学院长春130118 山东理工大学建筑工程与空间信息学院山东淄博255000

为探明竖向荷载作用下螺牙高度对螺纹桩承载特性及桩周土体的影响,通过室内半面模型桩试验,结合数字图像相关技术(DIC),研究了不同螺牙高度、不同荷载条件对桩身承载性能、桩周土体破坏特征、桩周土体位移场的影响。采用ABAQUS数值模拟... 详细信息

为探明竖向荷载作用下螺牙高度对螺纹桩承载特性及桩周土体的影响,通过室内半面模型桩试验,结合数字图像相关技术(DIC),研究了不同螺牙高度、不同荷载条件对桩身承载性能、桩周土体破坏特征、桩周土体位移场的影响。采用ABAQUS数值模拟方法对模型试验的结果进行验证,并扩展了螺牙高度的取值范围,分析螺纹桩桩身极限承载力与材料利用率、桩周土体应力场分布随螺牙高度变化的规律。结果表明:增加螺牙高度能提升桩身承载力,增大桩周土体位移影响范围,延缓桩侧土体剪切破坏的发展;随着桩身沉降量增加,桩顶荷载以桩侧阻力承受为主,逐渐演变为以桩端阻力承受为主;螺牙高度的增加虽然能提升桩身极限承载力,但桩身材料利用率存在峰值。

关键词：螺纹桩螺牙高度模型试验数字相关技术位移场

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基于机器学习的水下光通信信道估计与信号解调算法仿真研究

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光电子·激光 2025年第2期 200-207页

作者：叶鹏飞张鹏伍文韬于浩范云龙张鹏浩长春理工大学电子信息工程学院长春理工大学中山研究院长春理工大学光电工程学院

在水下无线光通信系统中，水的吸收、散射以及湍流等效应将造成信道估计与信号检测的困难，从而导致了通信误比特率（bit error rate,BER）升高，甚至无法通信。针对水下复杂信道下光通信信道估计与信号检测的难题，提出了基于机器学习... 详细信息

在水下无线光通信系统中，水的吸收、散射以及湍流等效应将造成信道估计与信号检测的困难，从而导致了通信误比特率（bit error rate,BER）升高，甚至无法通信。针对水下复杂信道下光通信信道估计与信号检测的难题，提出了基于机器学习（machine learning, ML）的信道估计与解调算法，研究其在直流偏置光-正交频分复用（direct current biased optical-orthogonal frequency division multiplexing, DCO-OFDM）光通信系统中水下信道估计及信号检测性能。首先基于所提信道估计与解调算法(深度神经网络（deep neural network, DNN）和无监督学习的k-means星座解调器)完成复杂信道频率响应、二次均衡及误比特分析的仿真建模。其次对比传统最小二乘法（least squares, LS）、线性最小均方误差（linear minimum mean square error, LMMSE）信道估计算法及最小距离解调算法，完成复杂信道下光通信信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）增益等研究。仿真结果中，在湍流闪烁指数为0.18、距离为10 m的水下信道中，当子载波为8阶正交幅度调制（quadrature amplitude modulation, QAM）、误比特率为10-5时，所提信道估计算法相比LS与LMMSE估计分别有大于6 dB与1 dB的信噪比增益。另外采用所提信号检测算法，对比传统算法有大于1 dB的SNR增益。仿真结果表明，所提出基于ML的信道估计与解调算法可提高复杂信道水下光通信的性能。研究结果为远距离、高速复杂水下光通信系统设计提供一定参考。

关键词：水下无线光通信光正交频分复用深度神经网络(DNN) k-means 信道估计信号检测

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下肢重复蹬伸至力竭过程中肌肉功能网络拓扑特性

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中国组织工程研究 2025年第12期29卷 2513-2520页

作者：张陈冉令华呼慧敏张欣周子健徐红旗史冀鹏东北师范大学体育学院运动能力测评与提升研究中心吉林省长春市130024 中国标准化研究院人类工效学实验室北京市100191 中国标准化研究院国家市场监管重点实验室(人因与工效学) 北京市100820 吉林大学仪器科学与电气工程学院吉林省长春市130061

背景:表面肌电已经被广泛用于监测肌肉疲劳,但传统肌电指标通常针对于单块肌肉,无法评价一组肌肉在疲劳过程中的变化。目的:建立肌肉功能网络,提取复杂网络参数,研究不同疲劳程度下的肌肉功能网络拓扑特性变化,为疲劳的监测、预防提供... 详细信息

背景:表面肌电已经被广泛用于监测肌肉疲劳,但传统肌电指标通常针对于单块肌肉,无法评价一组肌肉在疲劳过程中的变化。目的:建立肌肉功能网络,提取复杂网络参数,研究不同疲劳程度下的肌肉功能网络拓扑特性变化,为疲劳的监测、预防提供理论和方法依据。方法:11名受试者进行直到力竭的50%1RM单腿下肢蹬伸运动,同步采集股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌长头、胫骨前肌、腓肠肌外侧肌、腓肠肌内侧肌7块肌肉的肌电信号,以及心电信号和Borg CR-10量表评分;根据Borg CR-10量表评分划分为轻度、中度和重度三个疲劳阶段,采用心率和心率变异性验证疲劳阶段划分的有效性;以7块肌肉为节点,使用肌肉信号的相干性构建肌肉功能网络,提取聚类系数、平均加权度、全局效率、特征向量中心性4个复杂网络参数;提取肌电信号的均方值振幅、中位频率、瞬时平均频率和共激活比4种指标,并在3种疲劳程度下进行比较。结果与结论:①3种疲劳阶段在心率及心率变异性上产生显著性差异,证明了疲劳阶段划分的有效性;②对于不同肌肉在3种疲劳程度下的肌电指标:均方值振幅和共激活比未表现出差异,中位频率在股外侧肌、股内侧肌和股二头肌长头表现出稳健的疲劳趋势,瞬时平均频率则在股直肌、股外侧肌、股内侧肌和股二头肌长头表现出稳健的疲劳趋势;瞬时平均频率的性能优于中位频率和均方值振幅,但三者仅在主要工作肌群能够获得较好的稳健趋势,共激活比不受疲劳因素的影响;③股外侧肌-股内侧肌、股外侧肌-股二头肌长头、股外侧肌-腓肠肌内侧肌和股内侧肌-股二头肌长头连接强度逐渐增加,平均加权度、聚类系数和全局效率在疲劳后表现出显著差异,并且与疲劳程度之间显著相关。结果表明:肌肉功能网络内的连通强度变化能够反映疲劳过程中肌肉间的协同性和互补性;聚类系数、平均加权度、全局效率可作为一组肌肉疲劳的监测指标。

关键词：肌肉功能网络下肢蹬伸膝关节肌电 Borg CR-10量表疲劳运动损伤复杂网络指标相干性

密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响

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作物学报 2025年第1期51卷 161-173页

作者：丁树启程彤王弼琨于德彬饶德民孟凡钢赵胤凯王晓慧张伟吉林省农业科学院(中国农业科技东北创新中心)大豆研究所吉林长春130033 吉林农业大学农学院吉林长春130118

密植是挖掘优良大豆品种生产潜力的有效途径,但对于育种时间跨度长达百年的大豆品种而言,其对密植的响应差异仍不清楚。为明晰密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响,以1930s-2020s育成的50个大豆品种为试验材料,探究了... 详细信息

密植是挖掘优良大豆品种生产潜力的有效途径,但对于育种时间跨度长达百年的大豆品种而言,其对密植的响应差异仍不清楚。为明晰密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响,以1930s-2020s育成的50个大豆品种为试验材料,探究了不同年代大豆品种(1930s-1940s、1950s-1960s、1970s-1980s、1990s-2000s和2010s-2020s)在不同密度水平(常规密度200,000株hm^(–2)和高密度300,000株hm^(–2))下叶面积指数(LAI)、叶面积指数增长率(LGR)、光合势(LAD)、干物质积累、作物生长率(CGR)、下部叶片衰老和产量的响应差异。结果表明,随着育成年代的推进,大豆群体光合生产能力和产量均逐渐提升。与老品种(1930s-1940s,1950s-1960s和1970s-1980s)相比,新品种(1990s-2000s和2010s-2020s)在高密度下表现出更好的生长状态。新品种在高密度下的叶面积指数(LAI)增幅更大,盛荚期(R4)的LAI的增幅依次为17.79%和23.06%,盛荚-鼓粒期(R4-R6)的LAI衰减更缓慢,LAD增幅更大。在R6期,新品种在高密度下的干物质积累增幅更大,依次为25.28%和28.96%,其CGR也显著增加(P <0.05),依次为21.66%和25.38%;此外,新品种在高密度下下部叶片黄叶节位上移量和叶片SPAD值的降幅较小,表现出较强的抗衰老特性。在产量方面,新品种在高密度下单位面积粒数和荚数增幅较大,百粒重降幅较小,产量显著(P <0.05)提升,其产量增幅依次为4.49%和5.04%。综上,生育初期,新品种在高密度下表现出较强的“源”增加能力,其叶源值高且稳定,光能截获量大,干物质积累多,促进籽粒“库”快速发育;而生育后期,其叶面积指数衰减速度较慢,群体光合能力强,籽粒灌浆充分,因而显著提高单位面积粒数和荚数,从而弥补百粒重的微降,实现大豆产量显著提升。

关键词：大豆密植不同年代光合生产产量

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拉格朗日动力学方程在弹性体方程推导中的应用及其教学

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力学与实践 2025年第6期46卷 1286-1292页

作者：左文杰吉林大学机械与航空航天工程学院长春 130000

为了避免牛顿力学中对微元体做受力分析的复杂过程，本文采用拉格朗日力学分别推导了弹簧质量系统、轴向杆、弯曲梁、弯曲板、三维连续体5种弹性体的拉格朗日量及其等价的动力学微分方程表达式。在弹性力学课程教学中，可以让学生从能... 详细信息

为了避免牛顿力学中对微元体做受力分析的复杂过程，本文采用拉格朗日力学分别推导了弹簧质量系统、轴向杆、弯曲梁、弯曲板、三维连续体5种弹性体的拉格朗日量及其等价的动力学微分方程表达式。在弹性力学课程教学中，可以让学生从能量的视角建立控制方程，避免对微元体进行复杂的受力分析。在有限单元法课程教学中，可以让学生直接对拉格朗日量进行变分与离散。本文是对现有弹性体的拉格朗日量和微分方程的总结，有利于学生形成较为系统的知识体系。

关键词：弹性体拉格朗日方程拉格朗日量动力学微分方程

优化改进YOLOv8无人机视角下目标检测算法

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计算机工程与应用 2025年第01期61卷 109-120页

作者：孙佳宇徐民俊张俊鹏炎梦雪操文侯阿临长春工业大学计算机科学与工程学院吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室吉林省新一代人工智能智慧健康联合创新实验室

针对无人机视角下的目标存在多尺度、目标小、被遮挡与背景复杂等问题，提出了一种基于动态样本注意力尺度序列的YOLOv8改进算法BDAD-YOLO。通过引入BiFormer的思想来改造原模型骨干结构，提高模型对关键信息的关注度，更好地保留目标... 详细信息

针对无人机视角下的目标存在多尺度、目标小、被遮挡与背景复杂等问题，提出了一种基于动态样本注意力尺度序列的YOLOv8改进算法BDAD-YOLO。通过引入BiFormer的思想来改造原模型骨干结构，提高模型对关键信息的关注度，更好地保留目标细粒度细节信息。由于目标存在大小、位置等多变性，传统卷积并不能很好地处理这一情况，因此基于DCN(deformable convolutional network)的思想，设计了一种可以增强对小目标特征提取的C2＿DCf模块，从而进一步提高颈部网络中小目标层对特征信息的融合。提出一种基于动态样本的注意力尺度序列融合框架AFD(attention-scale sequence fusion framework based on dynamic samples)，使用轻量化动态点采样并通过融合不同尺度的特征图来增强网络提取多尺度信息的能力。使用WIoU损失函数，改善小目标低质量数据对梯度的不利影响，以加快网络收敛速度。实验结果表明，在VisDrone数据集中的val集与test集上平均精度（mAP@0.5）分别提升了4.6个百分点、3.7个百分点，在DOTA数据集上平均精度（mAP@0.5）提升了2.4个百分点，证明了改进算法的有效性和普适性。

关键词：目标检测无人机视角 YOLOv8 BiFormer 特征融合损失函数

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土木工程专业应用型人才培养的创新与实践

中国大学教学 2013年第2期 22-23页

作者：窦立军范国庆长春工程学院教务处

工程实践能力是应用型人才最重要的能力之一,那么如何培养工程实践能力就成为我们教育工作者的一个重要责任。本文针对土木工程专业应用型人才工程实践能力的培养,开展了探索与实践,在不断完善的基础上提出了旨在充分发挥企业深度参与... 详细信息

工程实践能力是应用型人才最重要的能力之一,那么如何培养工程实践能力就成为我们教育工作者的一个重要责任。本文针对土木工程专业应用型人才工程实践能力的培养,开展了探索与实践,在不断完善的基础上提出了旨在充分发挥企业深度参与人才培养的应用型人才培养的模式——"搭接式"人才培养模式,建立与注册工程师接轨的课程体系,建设校内工程环境等方法来培养学生的工程实践能力和工程意识。

关键词：应用型人才搭接式人才培养模式