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LIBS结合机器学习算法的江西名优春茶采收期鉴别

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 479-485页

作者：陶雷蔡广源程占东黄林何秀文徐将姚明印江西农业大学工学院江西南昌330045 江西省高校生物光电及应用重点实验室江西南昌330045 江西农业大学生物科学与工程学院江西南昌330045

春茶采收期极大地影响其经济价值和消费者接受度。为快速鉴别不同采收期春茶,以庐山云雾茶和狗牯脑茶的明前茶、雨前茶为对象,研究激光诱导击穿光谱(LIBS)结合机器学习的茶叶鉴别方法。每类茶叶和茶水采集100幅光谱数据,并以3∶2的比例... 详细信息

春茶采收期极大地影响其经济价值和消费者接受度。为快速鉴别不同采收期春茶,以庐山云雾茶和狗牯脑茶的明前茶、雨前茶为对象,研究激光诱导击穿光谱(LIBS)结合机器学习的茶叶鉴别方法。每类茶叶和茶水采集100幅光谱数据,并以3∶2的比例随机划分训练集和测试集。对LIBS光谱进行基线校正预处理后优选出11组谱线数据,分别输入线性判别分析(LDA)、支持向量机(SVM)、K最近邻(KNN)、集成学习(EML)分类模型进行分析。结果表明,将茶叶茶水数据融合可有效鉴别春茶采收期,且数据融合后表现出更好的稳定性和鲁棒性,其中,LDA模型在庐山云雾春茶和狗牯脑春茶的测试集识别率分别达到98.60%、99.38%。即LIBS结合机器学习算法区分不同采收期春茶具有可行性。

关键词：光谱学激光诱导击穿光谱机器学习线性判别分析茶叶鉴别

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基于显微CT影像的靶丸表面缺陷检测方法

强激光与粒子束 2024年第1期36卷 117-122页

作者：汤玉玲赵庆贤刘家铭罗守华东南大学生物科学与医学工程学院南京210096

靶丸的内外表面缺陷分布对激光惯性约束聚变实验成功率及效率有重要影响,目前观测不透明靶丸的内表面仅有用X射线直接成像技术获取局部二维信息。运用显微CT实现靶丸三维成像,可得到靶丸内外全表面形貌信息;运用边缘检测、理想曲面拟合... 详细信息

靶丸的内外表面缺陷分布对激光惯性约束聚变实验成功率及效率有重要影响,目前观测不透明靶丸的内表面仅有用X射线直接成像技术获取局部二维信息。运用显微CT实现靶丸三维成像,可得到靶丸内外全表面形貌信息;运用边缘检测、理想曲面拟合分割出缺陷区域,通过连通域分析对表面缺陷进行分块,并分别计算各区域的宽度、高度;运用体绘制方法交互绘制出了靶丸三维数据的立体效果,尤其突出了缺陷区域的彩色高度场效果,并通过虚拟切割观察靶丸内表面。基于该方法的靶丸内外表面缺陷观测技术,能识别大多数表面缺陷,且能较为准确地计算出缺陷尺寸参数,未识别出的缺陷通过体绘制可被观察到作为补充,为研究人员提供了良好的辅助分析手段。

关键词：三维分割缺陷检测 ICF靶丸显微CT 体绘制

暴雨及水位骤降条件下渗流参数空间变异的水库滑坡概率分析

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地球科学 2024年第5期49卷 1679-1691页

作者：蒋水华熊威朱光源黄卓涛林列黄发明江西省水利科学院江西省水工安全工程技术研究中心江西南昌330029 南昌大学工程建设学院江西南昌330031 南昌大学设计研究院江西南昌330029

传统滑坡概率分析没有合理考虑滑坡体渗透系数空间变异性的影响.为有效表征滑坡体渗透系数空间变异性对滑坡概率的影响,提出基于反向传播神经网络(BPNN)的参数空间变异性边坡可靠度分析方法,其中采用Karhunen-Loève级数展开方法离散滑... 详细信息

传统滑坡概率分析没有合理考虑滑坡体渗透系数空间变异性的影响.为有效表征滑坡体渗透系数空间变异性对滑坡概率的影响,提出基于反向传播神经网络(BPNN)的参数空间变异性边坡可靠度分析方法,其中采用Karhunen-Loève级数展开方法离散滑坡体饱和渗透系数非高斯随机场,基于BPNN构建边坡稳定系数代理模型.以白水河滑坡为例,分别进行暴雨和库水位骤降条件下滑坡概率分析,并与其他方法对比验证了提出方法的有效性.结果表明:提出方法不仅可有效考虑渗透系数空间变异性对滑坡概率的影响,而且具有较高的计算效率,可为实际复杂水库滑坡概率计算提供一种有效的工具.考虑滑坡体渗透系数空间变异性的作用,白水河滑坡在连续5 d暴雨作用下有19.5%的可能性发生局部失稳破坏,而在水位骤降条件下发生局部失稳破坏的可能性很小.

关键词：滑坡灾害滑坡概率空间变异性渗透系数反向传播神经网络暴雨水位骤降

基于水情变化的河流生态流量阈值及多时间尺度保障率计算

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水资源保护 2024年第4期40卷 128-136,156页

作者：陈雪徐富刚李琴肖睿谢亨旺邓海龙贾卓南昌大学工程建设学院江西南昌330038 江西省科学院能源研究所江西南昌330096 江西省灌溉试验中心站江西南昌330201

为加强河流生态流量阈值及保障率计算对天然水文情势变化的适应性,提出了基于水文集合分位数的生态流量计算方法。根据河流长序列实测径流数据,在年际和年内划分不同水文情景,基于生态流量水文集合的中位数和下四分位数确定年内汛期、... 详细信息

为加强河流生态流量阈值及保障率计算对天然水文情势变化的适应性,提出了基于水文集合分位数的生态流量计算方法。根据河流长序列实测径流数据,在年际和年内划分不同水文情景,基于生态流量水文集合的中位数和下四分位数确定年内汛期、非汛期生态流量阈值下限,以丰、平水年组的计算结果分别作为平、枯水年组的生态流量理想值,结合生态流量中长期和短期保障率,计算分析河流在不同时间尺度下的生态流量保障程度。抚河下游应用结果表明:综合水情变化的生态流量阈值和多时间尺度保障率分析方法能够更好地适应天然河流年际和年内水情变化,更准确识别河流水文健康状况;丰、平、枯水年组抚河下游年均生态流量阈值下限分别为156.49、90.43、29.54 m 3/s;不同时间尺度下抚河下游生态流量的保障程度均较低,中长期保障率大于短期保障率,中长期和短期保障率分别为63.64%~93.11%、42.50%~91.85%。

关键词：生态流量阈值生态流量保障率水文情势抚河下游

基于遥感生态指数的赣抚平原灌区生态环境质量变化评价

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长江流域资源与环境 2024年第6期33卷 1340-1353页

作者：李琴詹聪张金生邓海龙贾卓江西省科学院能源研究所江西南昌330096 南昌大学工程建设学院江西南昌330038 江西省灌溉试验中心站江西南昌330201

赣抚平原灌区是江南最大的引水灌区,也是江西省灌溉面积最大的灌区,被视为典型的“人—社会—自然”复合生态系统。为探究赣抚平原灌区近20年来的生态环境变化状况,基于2002、2008、2015、2021年的Landsat TM/OLI遥感影像数据,应用主成... 详细信息

赣抚平原灌区是江南最大的引水灌区,也是江西省灌溉面积最大的灌区,被视为典型的“人—社会—自然”复合生态系统。为探究赣抚平原灌区近20年来的生态环境变化状况,基于2002、2008、2015、2021年的Landsat TM/OLI遥感影像数据,应用主成分分析法将绿度(NDVI)、湿度(WET)、干度(NDBSI)、热度(LST)4个指标集成构建了遥感生态指数(RSEI),对灌区2002~2021年的生态环境质量变化进行评价。结果表明:2002~2021年间赣抚平原灌区生态环境持续向好,RSEI均值由0.477增至0.552,增幅达15.71%,其中绿度和热度对生态质量影响最大;灌区的RSEI等级以中等等级为主,近20年来优、良好等级面积持续增加,48.37%的区域生态质量在变好,其中抚河东岸、进贤县境内的改善情况最为突出;受城市扩张以及干旱化水文气象的影响,生态环境质量变差区域多分布于主城区、农灌区、河湖沿岸地带,因此能否在灌区现代化建设的同时统筹气候变化与生态环境保护是实现灌区永续发展的关键。研究结果能够较好地表征赣抚平原灌区生态环境质量状况的变化,可为区域生态环境治理与保护提供理论参考和科学依据。

关键词：赣抚平原灌区遥感生态指数生态环境质量主成分分析气候变化

考虑渗透系数空间变异性的降雨作用下边坡大变形破坏特征

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 72-84页

作者：李剑平蒋水华黄发明黄劲松南昌大学工程建设学院江西南昌330031

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物... 详细信息

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物质点耦合分析方法(RLE-MPM),并开发了MATLAB-HYDRUS-Anura 3D这3个软件的接口实现程序.首先,利用HYDRUS模拟边坡降雨入渗过程,得到每个土层单元的含水率及孔隙水压力分布特征;其次,采用局部抗剪强度法更新每个物质点的等效抗剪强度及重度;最后,利用随机物质点法(RMPM)进行降雨作用下边坡大变形破坏概率计算、破坏模式识别及大变形破坏特征评估.研究结果表明:RLE-MPM方法可模拟日本Tokai-Hokuriku降雨型滑坡水-力耦合过程,模拟得到的滑坡最终堆积形态与现场调查结果基本一致.相较于RMPM,RLE-MPM方法计算边坡失效概率的效率更高,并且能够有效识别降雨作用下3种边坡破坏模式,即完全破坏模式、剪切带破坏模式、渐进式破坏模式.此外,降雨历时对非均质边坡大变形破坏模式及其特征均具有重要的影响.

关键词：降雨诱发滑坡边坡失稳空间变异性大变形破坏模式破坏特征

基于GRU和MOGWO的软基水闸底板脱空动力学智能反演

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 85-99页

作者：李火坤唐义员黄伟柳波王文韬朱慧琪南昌大学工程建设学院江西南昌330031

软基水闸在水流侵蚀等因素作用下易发生底板脱空现象,极大地威胁水闸的安全运行.针对软基水闸底板脱空检测问题,提出一种基于门控循环单元(Gate Recurrent Unit, GRU)神经网络代理模型和多目标灰狼算法(Multi-Objective Grey Wolf Optim... 详细信息

软基水闸在水流侵蚀等因素作用下易发生底板脱空现象,极大地威胁水闸的安全运行.针对软基水闸底板脱空检测问题,提出一种基于门控循环单元(Gate Recurrent Unit, GRU)神经网络代理模型和多目标灰狼算法(Multi-Objective Grey Wolf Optimizer, MOGWO)的软基水闸底板脱空动力学反演方法.基于GRU神经网络构建表征软基水闸结构模态参数与脱空参数间非线性关系的数学代理模型,基于水闸结构固有频率、归一化振型建立软基水闸脱空参数反演的多目标优化函数,并采用MOGWO优化算法求解多目标优化问题的Pareto最优解.将所提方法应用于室内软基水闸物理模型两种脱空工况的反演计算.GRU神经网络代理模型精度优于多层前馈(Back Propagation, BP)神经网络代理模型及三阶多项式响应面模型,且反演脱空面积和模型实际脱空面积的相对误差分别为6.76%、5.58%,反演效果明显优于单目标反演方法.

关键词：软基水闸底板脱空反演动力学方法代理模型 GRU神经网络 MOGWO优化算法

环境因子筛选及组合方法对滑坡易发性预测的影响规律

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 49-71页

作者：黄发明刘科技曾子强田钦蒋水华杨阳周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031

采用不同筛选方法从滑坡环境因子中获取各种因子组合,将其作为滑坡易发性预测模型的输入变量,用以研究不同环境因子筛选及组合下的建模规律,对准确可靠地预测滑坡易发性具有重要的理论和实践参考价值.以三峡库区万州区为例,首先,选取23... 详细信息

采用不同筛选方法从滑坡环境因子中获取各种因子组合,将其作为滑坡易发性预测模型的输入变量,用以研究不同环境因子筛选及组合下的建模规律,对准确可靠地预测滑坡易发性具有重要的理论和实践参考价值.以三峡库区万州区为例,首先,选取23种环境因子,如地形、水文、岩性等;然后,用相关系数(Coefficient Analysis, CA)、线性回归(Linear Regression, LR)、主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、神经网络(Artificial Neural Network, ANN)和粗糙集(Rough Set, RS)等筛选方法来优化环境因子组合,将其作为支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、多层感知器(Multi-layer perceptron, MLP)等典型机器学习模型的输入变量,构建CA-SVM、CA-MLP等耦合模型,预测滑坡易发性,并与未进行环境因子筛选的全部因子耦合机器学习模型作对比;最后,用受试者操作特征曲线下面积(Area under receiver operating characteristic curve, AUC)精度、易发性指数的均值和标准差等指标探讨建模规律.研究结果表明:(1)全部环境因子耦合的滑坡易发性预测精度总体上优于考虑环境因子筛选的机器学习模型,可见环境因子筛选对提升易发性预测精度并不理想;(2)滑坡易发性精度对不同环境因子筛选方法的敏感度略低于不同机器学习模型,显示开展环境因子筛选是不必要的,且其将导致建模过程更复杂,当然仍需避免采用相关性太高、且作用机制类似的环境因子.总之,可依据数据准确、类型齐全、意义明确、操作可行和主次清晰等原则,构建出完善的滑坡环境因子组合体系.

关键词：滑坡易发性预测环境因子筛选机器学习不确定性因素敏感度分析

枯草芽孢杆菌RN8的抗菌活性成分分离及其作用机制

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中国生物工程杂志 2024年第7期44卷 12-28页

作者：沈晓熳杨炽光翁晨虹朱向东江西农业大学生物科学与工程学院南昌330045

目的:从采自云南省丽江郊野的土壤中筛选出具有抑菌活性的菌株,分离其活性成分进行抗菌作用机制初步研究以寻找抗菌活性物质。方法:使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等6种细菌以及白色念珠菌等11种真菌作为指示菌,采用管碟法和菌丝生长速... 详细信息

目的:从采自云南省丽江郊野的土壤中筛选出具有抑菌活性的菌株,分离其活性成分进行抗菌作用机制初步研究以寻找抗菌活性物质。方法:使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等6种细菌以及白色念珠菌等11种真菌作为指示菌,采用管碟法和菌丝生长速率法对拮抗菌进行筛选,通过生理生化测试和16S rDNA序列分析鉴定菌种;对发酵液中分离出的活性化合物使用液相色谱-质谱/质谱技术进行结构分析;采用氯化三苯四氮唑法检测RN8菌株发酵液不同稀释倍数处理大肠杆菌和白色念珠菌后的细胞脱氢酶活力,利用分光光度法测定蛋白质、DNA和钾离子泄漏率;将环四肽RN作用于白色念珠菌进行代谢组研究。结果:RN8菌株发酵液对17种测试指示菌具有拮抗效果,鉴定为枯草芽孢杆菌;RN鉴定为环肽类化合物,当其质量浓度为12.5μg/mL时,抑制率达73.41%,EC50为4.69μg/mL;KEGG数据库和路径拓扑分析显示,五个主要代谢途径有显著影响,包括嘧啶代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,苯丙氨酸代谢,烟酸和烟酰胺代谢,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,这些过程涉及2′-脱氧胞苷等37种代谢物。结论:枯草芽孢杆菌RN8是广谱拮抗性菌株,其抑菌活性成分造成白色念珠菌细胞外膜的损伤,破坏细胞膜整体结构,导致细胞内物质泄漏,显著影响主要代谢途径,从而起到抗菌作用。

关键词：枯草芽孢杆菌抑菌活性代谢产物作用机制