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基于三维并行多视野卷积神经网络的脑电信号情感识别

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传感技术学报 2024年第4期37卷 696-703页

作者：韩新龙高云园马玉良杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018 浙江省脑机协同智能重点实验室浙江杭州310018

利用脑电信号识别情感状态已经成为当前的研究热门。现有的情感识别方法通常提取二维信息作样本,却忽略了包含大脑不同区域重要特征的空间信息。针对这个问题,结合脑电通道间布局和原始脑电信号中的频率相关特征,提出了基于三维并行多... 详细信息

利用脑电信号识别情感状态已经成为当前的研究热门。现有的情感识别方法通常提取二维信息作样本,却忽略了包含大脑不同区域重要特征的空间信息。针对这个问题,结合脑电通道间布局和原始脑电信号中的频率相关特征,提出了基于三维并行多视野卷积神经网络(Three-dimensional Parallel Multi-field Convolutional Neural Network, TPMCNN)的脑电情感识别新方法。首先将原始脑电信号划分成多频带,并提取每个频带的微分熵(DE)特征。接着将数据按照电极传感器的位置转变成三维特征矩阵。最后采用TPMCNN网络处理所得到的矩阵。实验结果表明,利用不同频带的微分熵特征构造的三维特征矩阵,能够有效地提取多通道脑电信号中与情感识别有关的特征,所提出的并行多视野卷积神经网络能够充分发挥出深度学习的优势。实验在公开数据集DEAP上进行二分类,在唤醒和效价的准确率分别达到了97.31%和96.72%,四分类的准确率达到了97.17%,证实了所提出的方法对脑电信号情感识别的优越性能。

关键词：情感识别三维特征多视野卷积神经网络并行网络

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

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环境科学 2024年第5期45卷 2631-2639页

作者：王玉仓杜晶晶张禹吴昊胡敏鹏陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4041条研究数据,采用M... 详细信息

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.

关键词：景观格局河流水质尺度效应破碎度土地利用

我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析

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环境科学 2024年第2期45卷 755-767页

作者：韦英怀胡敏鹏陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江大学环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江大学浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定... 详细信息

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定量识别了河流硝态氮的污染来源组成.结果表明,我国主要河流水系ρ(NO_(3)^(-)-N)平均值为(4.54±3.99)mg·L_(-1),其中9.6%的河流硝态氮浓度超过我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)规定的限值(10.0 mg·L_(-1)),海河水系的硝态氮污染最为严重.东部地区河流水系的硝态氮浓度总体高于西部,各大河流水系支流的硝态氮浓度高于干流.除黄河水系以外,其他水系枯水期的硝态氮浓度总体高于丰水期.珠江水系、黄河水系中下游地区、辽河水系中游地区、松花江水系,以及海河水系河流水体存在显著的硝化作用,而长江水系、淮河水系和珠江水系下游地区存在显著的反硝化作用.污水/粪肥是长江水系、海河水系、辽河水系,以及东南诸河水系硝态氮的主要来源(>50%),土壤氮是松花江水系硝态氮的主要来源(56.4%),化肥氮、土壤氮和污水/粪肥对珠江水系、淮河水系和黄河水系硝态氮的污染贡献为20%~40%.污水/粪肥对水系支流硝态氮贡献率总体大于干流的,土壤氮对干流硝态氮的贡献总体大于支流的.土壤氮、化肥氮和大气沉降氮对丰水期河流硝态氮的贡献率高于枯水期,而污水/粪肥对枯水期河流硝态氮的污染贡献率高于丰水期.因此,海河水系、长江水系、辽河水系、黄河水系支流与下游干流地区和珠江水系下游地区应重点控制生活和生产的污水排放等点源污染,而淮河水系、松花江水系、黄河水系中游干流地区和珠江水系中上游地区要重点控制化肥和土壤氮等流失造成的非点源污染.研究结果可为有效控制我国各河流水系硝态氮的污染提供科学依据.

关键词：硝态氮源解析河流氮氧同位素非点源污染点源污染

探究四聚体超表面中多极准连续域束缚态的调控机制

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物理学报 2024年第10期73卷 321-336页

作者：孟祥裕李涛余彬彬邰永航云南师范大学云南省光电信息技术重点实验室昆明650500 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 温州市生物物理重点实验室温州325000 瓯江实验室(再生调控与眼脑健康浙江省实验室) 温州325000

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum)... 详细信息

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum).通过测量准BIC (quasi-BIC)模式的谐振波长,计算准BIC模式的Q因子(quality fector)与不对称参数的关系,可进一步证实不对称参数对准BIC共振频率和Q因子的可调谐性.在此基础上,当同时引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可获得5个高Q因子的准BIC模式.共振峰的数量、位置以及Q因子都可通过调整面内破缺、位移扰动和周期扰动的程度进行调控.该超表面的设计可为传感器的多参数传感以及灵敏度等性能的提升提供一种全新思路.

关键词：超表面准连续域束缚态对称破缺

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二维旋转谐振子势中单粒子的跳频压缩及演化

物理学报 2024年第7期73卷 171-177页

作者：王渝吴艺豪李易璞卢凯翔伊天成张云波浙江理工大学物理系浙江省光场调控重点实验室杭州310018

本文主要研究二维旋转谐振子势中单粒子的动力学行为,通过跳频的方式分析该粒子的压缩演化过程,并分析了相应的物理机制.一方面,研究跳频过程对回旋半径模式的压缩演化,通过选择适当的跳频时刻,分析跳频过程对压缩的影响.研究表明,回旋... 详细信息

本文主要研究二维旋转谐振子势中单粒子的动力学行为,通过跳频的方式分析该粒子的压缩演化过程,并分析了相应的物理机制.一方面,研究跳频过程对回旋半径模式的压缩演化,通过选择适当的跳频时刻,分析跳频过程对压缩的影响.研究表明,回旋半径坐标的压缩程度并未在跳频时刻发生改变,但可在后续的演化中出现更强的压缩现象.另一方面,主要研究跳频过程中心导向模式的压缩演化.通过参数的选择,分析了两种压缩模式,即发散模式和振荡模式的压缩及演化.有趣的是,在中心导向模式压缩中,外势存在一个由旋转角速度决定的临界势阱纵横比.压缩模式在此处发生突变,且在振荡模式中,势阱纵横比趋于该临界值时,将出现明显的压缩.

关键词：跳频压缩态谐振子势

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

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无机化学学报 2024年第2期40卷 325-335页

作者：李嘉欣钟雯诗刘召妹胡庚申先进催化剂材料教育部重点实验室浙江省固体表面反应化学重点实验室浙江师范大学金华321004

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究... 详细信息

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^(-1)KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^(-1)的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^(-1),而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^(-1)。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5A·g^(-1)的电流密度下循环10000次后仍能保持98.4%的初始比电容。

关键词：超级电容器多孔碳硫掺杂

生物质炭与铁钙材料对镉砷复合污染农田土壤的修复

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环境科学 2024年第1期45卷 450-458页

作者：吴秋产吴骥子赵科理连斌袁峰孙淇田欣浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室杭州311300

选取了铁钙材料(FC)和山核桃蒲生物质炭(BC)制备得到复合材料(BF),用于修复农田土壤中镉砷复合污染,以降低水稻糙米中的镉和砷含量.通过水稻盆栽试验,在植物生长期内,采集了土壤孔隙水、根际土壤、非根际土壤、水稻植株和水稻根表铁膜,... 详细信息

选取了铁钙材料(FC)和山核桃蒲生物质炭(BC)制备得到复合材料(BF),用于修复农田土壤中镉砷复合污染,以降低水稻糙米中的镉和砷含量.通过水稻盆栽试验,在植物生长期内,采集了土壤孔隙水、根际土壤、非根际土壤、水稻植株和水稻根表铁膜,探究了铁钙材料、生物质炭及其复合材料对土壤中镉和砷生物有效性和植株中镉和砷含量的影响及机制.结果表明,生物质炭材料能显著(P<0.05)提高非根际土壤(0.55~0.66个单位)和根际土壤(0.28~0.36个单位)pH,且提升土壤DOC含量;铁钙材料能显著(P<0.05)降低非根际土壤(0.14~0.27个单位)和根际土壤(0.38~0.41个单位)pH,同时降低土壤DOC含量.铁钙材料和复合材料能够同时降低土壤孔隙水、根际土壤和非根际土壤有效态Cd和As含量,而生物质炭能降低Cd含量,却提高了As含量,其中复合材料1%添加处理的效果最佳,土壤有效态Cd和As分别降低了41.8%~48.2%和6.1%~10.1%.生物质炭、铁钙材料和复合材料均能提高植株生物量(根、茎、叶和籽粒的干重),水稻籽粒干重较CK增加了48.5%~184.0%,根表铁膜含量增加7.5%~13.6%.与空白对照组相比,生物质炭能够有效降低水稻糙米中Cd含量(21.0%~26.1%),铁钙材料和复合材料能够同时降低糙米中Cd和As含量,其中复合材料对糙米中Cd和As降低效果最佳,降幅高达36.9%~42.0%和40.4%~44.4%,使水稻糙米Cd和As含量均低于国家标准值(GB 2762-2017).

关键词：生物质炭铁钙材料镉(Cd) 砷(As) 农田土壤

氧化石墨烯负载铁锰复合材料对镉砷污染土壤的钝化修复

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环境科学 2024年第2期45卷 1107-1117页

作者：袁婧吴骥子连斌袁峰孙淇田欣赵科理浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室杭州311300

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定... 详细信息

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定,探究了氧化石墨烯(GO)和氧化石墨烯负载铁锰复合材料(GO-FM)在不同添加比例下(0.1%、0.2%和0.3%),对上虞和佛山两种理化性质和污染程度不同的土壤中Cd和As的钝化效果,并阐明其相应修复机制.结果表明,与空白对照相比,GO-FM提高了酸性上虞土的pH,但使佛山土pH降低.培养结束后,GO和GO-FM处理均增加了土壤DOC含量.GO-FM使佛山土可溶态Cd含量降低了5.08%~19.19%,有效态Cd含量降低了36.57%~42.8%,其主要钝化机制是静电吸附、络合和羟基化金属离子的形成.而酸性上虞土受静电斥力的影响使得GO-FM对Cd的钝化效果低于佛山土,但随着材料添加量的增加,GO-FM使氧化石墨烯增加土壤Cd有效性的趋势得到了抑制,添加0.2%和0.3%的GO-FM使上虞土有效态Cd含量降低了6.45%~13.56%.同时,复合材料通过锰氧化物对As的氧化作用以及As与铁氧化物表面羟基形成内表面螯合物的钝化机制,促使上虞土和佛山土的有效态As含量分别降低了4.34%~9.15%和0.87%~5.71%.总之,在佛山土中GO-FM对Cd的钝化效果优于上虞土,在上虞土中GO-FM对As的钝化效果优于佛山土.研究结果可为不同类型土壤镉砷复合污染防治提供理论依据和参考.

关键词：镉砷复合污染氧化石墨烯(GO) 铁锰钝化土壤修复

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基于逆投影变换的纱筒纱线余量检测算法

纺织学报 2024年第3期45卷 185-193页

作者：王俊茹王宏鹏汝欣陈智锋史伟民浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室浙江杭州300018

纱筒纱线余量检测是纺织行业自动化生产过程中的重要一环,针对目前纱线余量检测算法检测精度低的问题,提出一种基于三点逆投影变换模型的纱筒纱线余量检测技术。根据实际生产过程中相机与纱筒的位置关系,建立三点逆投影变换模型进行初... 详细信息

纱筒纱线余量检测是纺织行业自动化生产过程中的重要一环,针对目前纱线余量检测算法检测精度低的问题,提出一种基于三点逆投影变换模型的纱筒纱线余量检测技术。根据实际生产过程中相机与纱筒的位置关系,建立三点逆投影变换模型进行初步矫正。为得到更好的图像矫正结果,设置补偿矩阵并根据内外筒位置信息优化变换矩阵,最后将逆投影变换后的图像按照改进的椭圆坐标变换模型展开为矩形,根据余量计算准则计算得到纱筒纱线余量。在自主搭建的检测平台上进行实验,结果表明,本文算法检测精度在5 mm以内,基本满足实际生产要求,可为纺织产业自动化生产提供依据。

关键词：纱筒纱线余量检测逆投影变换模型三点逆投影变换椭圆极坐标