第39届中国计算机应用大会专题（一）

• 改进GRU的钢铁生产能耗特征自适应提取模型

  张淑芬;李雨欣;屈昌盛;谷铮;高瑞;

  目的 针对传统模型在钢铁生产工序中能耗特征提取不充分的问题，方法 提出一种自适应特征提取模型AGRU-Attention。该模型通过引入自适应机制，实现对输入特征权重的动态调整和对GRU(gated recurrent unit,GRU)模型的改进。首先，利用自适应门控单元（adaptive gate unit,AGU）动态调整特征权重，使模型更准确地关注到能耗预测特征因子；其次，通过门控循环单元层充分提取调整后的能耗特征；最后，利用注意力机制对提取出的特征进行加权处理，并将加权后的特征输入到全连接层进行预测输出。为验证所提模型的自适应能力，使用不同来源和数据量的2个数据集，将本文模型与线性回归、支持向量机、CNN、LSTM模型和文献[19]提出的序列到序列GRU模型进行对比。结果 结果表明，AGRU-Attention模型在2个数据集中的预测精度明显优于其他模型。相较于AGRU模型，AGRU-Attention模型在数据集1上的MSE,RMSE,MAE分别降低了99.99%,99.71%,99.67%；在数据集2上的MSE,RMSE,MAE分别降低了98.64%,88.36%,91.27%。这表明AGRU-Attention模型在生产能耗预测中准确性更高。结论 所提模型不仅实现了对输入特征权重的自适应调整，准确提取了不同数据集特征，而且通过注意力机制对特征进行加权，显著提升了模型预测的准确性。

  2025年04期 v.44;No.225 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1323K]
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• 基于连续帧信息融合建模的小样本视频行为识别方法

  张冰冰;李海波;马源晨;张建新;

  目的 为克服现有基于小样本学习的视频行为识别方法在全局时空信息获取及复杂行为建模方面的局限，开发一种新型网络架构，以显著提升小样本学习在视频行为识别中的准确性和鲁棒性。方法 提出一种结合连续帧信息融合模块和多维注意力建模模块的网络架构。连续帧信息融合模块位于网络的输入端，多维注意力建模模块则设置在网络的中间层，整个网络基于2D卷积模型设计，可有效降低计算复杂度。结果 在Something-Something V2,Kinetics-100,UCF101和HMDB51共4个主流行为识别数据集上进行实验，结果表明，所提方法在Something-Something V2数据集上的1-shot和5-shot任务中准确率分别达到50.8%和68.5%；在Kinetics-100数据集上，所提方法的1-shot和5-shot任务准确率分别为68.5%和83.8%，比现有方法显著提升；在UCF101数据集上，本文方法的1-shot任务准确率为81.3%,5-shot任务准确率为93.8%，在不同配置下均显著优于基线方法的；在HMDB51数据集上，1-shot任务的准确率为56.0%,5-shot任务的准确率为74.4%，展现了良好的泛化性能。结论 连续帧信息融合建模网络在提高模型对复杂时空信息处理能力方面表现出显著优势，本文解决方案为小样本视频行为识别领域带来了有效的新方法，且具有高效性和实用性。

  2025年04期 v.44;No.225 11-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1284K]
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• 参数高效化微调的双分支视频动作识别方法

  王小伟;沈燕飞;邢庆君;

  目的 面向视频的AI智慧体育对于个性化训练、定制化运动分析具有重要的现实价值。现有的视频动作分析框架依赖于“预训练-微调”的范式将图像预训练模型迁移到视频时序建模中，然而，随着模型尺寸和预训练规模的不断扩大，一方面直接微调需更新全部参数导致计算成本高昂，另一方面难以基于图像大模型实现视频时空特征的建模。方法 为此，提出一种基于大规模图像预训练模型的双分支视频动作识别框架TBN(two branch network)，其包含时空解耦的双分支架构，分别处理静态背景特征和时序动态动作特征。在迁移中，预训练权重保持冻结，仅通过对额外增加的Prompt和Adaptor中的少量参数进行训练，实现从图像预训练模型到视频时序建模的参数高效化迁移。此外，针对现有基准数据集在高速运动场景的不足，构建一个大规模体育运动数据集Kinetics-Sports，包含42个运动类别（含篮球、滑冰、跨栏等），提供更严格的测试基准。结果 在Kinetics-Sports,UCF101和HDBM51数据集上的实验结果表明，提出的方法在3个数据集上的识别准确率分别达到97.8%,78.0%,74.2%，优于目前几个数据集上最先进的方法，且参数量仅有12 MB，计算复杂度低于现有主流算法。结论 提出的模型在精度-效率方面取得了更好的平衡，提升了体育运动动作检测的准确率和推理效率，为视觉大模型视频迁移提供了高效解决方案。

  2025年04期 v.44;No.225 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1150K]
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• 基于改进猫群优化算法的多目标边缘任务调度研究

  孙鉴;武涛;吴隹伟;杨晓焕;马宝全;

  目的 为了在资源有限的边缘计算服务中降低任务传输时延并提高边缘端资源利用率，方法 提出一种基于改进猫群优化算法（improved cat swarm optimization,ICSO）的边缘计算多目标任务调度方法。在边缘计算任务调度模型上，采用ICSO对其编码求解，引入非线性选择法更新猫群行为比例分配和记忆池，平衡算法的全局搜索能力和局部搜索能力；为弥补算法初始解空间过小的缺陷，引入反向学习策略和扩大算法寻优空间；通过基于平均适应度值的机制改进跟踪行为，增强全局寻优能力，防止陷入局部最优；提出新的被收养行为，使猫群个体空间发生变异和扩散，进一步提高算法寻优能力。结果 仿真实验结果表明，与现有任务调度算法PPCSO,OBL＿TP＿PSO,PCSO,DMOOTC,LCSO和CSO相比，ICSO的任务传输时延分别降低了4.3%,7.8%,8.3%,9.3%,10.8%,12.5%，减少了任务的最大完工时间和成本花费，同时可在有限迭代次数内收敛到比其他算法更优的解，验证了算法的可行性。结论 在应对边缘计算环境中的任务调度问题时，提出的算法优化策略具有一定效果，改进后的猫群优化算法能够提高任务传输效率，使边缘端资源得到更充分利用。

  2025年04期 v.44;No.225 29-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
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• 基于多尺度特征融合的遥感图像小目标检测

  魏明军;葛一珲;杨轩;刘亚志;李辉;

  目的 目前遥感图像小目标的判别特征过少、易受复杂背景干扰，导致检测时存在错检、漏检问题，为了提高遥感小目标检测精度，本文提出一种基于多尺度特征融合网络。方法 首先，在网络的中尺度特征图中，设计稀疏注意力引导的特征融合模块，进行多尺度特征融合，增强网络对小目标的敏感度，抑制背景干扰；为有效融合不同尺度的特征中包含的上下文信息，解决小目标定位问题，使用扩张卷积为核心的网络层，设计多步扩张特征融合模块，采用多个不同扩张率的卷积，并行融合不同层次间的多尺度特征信息，以更好利用深度特征具有的语义信息。结果 在NWPU VHR-10数据集、RSOD数据集和HRSID数据集上分别进行相关定量实验，并对比目前的先进算法，结果表明，基于多尺度特征融合网络在保持或略微提高中尺度和大尺度目标检测精度的同时，在小尺度目标上获得了较高的检测精度，数据集NWPU VHR-10、RSOD和HRSID的mAP＿50分别达到了93.7%,96.92%,92.5%。结论 本文通过注意力引导和扩张卷积，提出了2种多尺度特征融合方法，可有效提升遥感小目标的检测精度。

  2025年04期 v.44;No.225 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1320K]
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• 基于改进布谷鸟搜索算法的无线传感器网络覆盖优化

  周恺卿;杨森宇;康棣文;欧云;

  目的 为了提高无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）覆盖率，提出一种针对WSN覆盖优化的改进布谷鸟搜索（improved cuckoo search with multi-strategies, ICS-MS）算法。方法 ICS-MS算法基于对标准布谷鸟搜索算法的寻优过程进行分析，通过建立马尔可夫模型，分析迭代过程，明确改进方向，降低自转移概率，减少平均理论迭代次数，进行一系列改进策略选择。首先，引入分阶段逐维更新策略，以减轻高维空间中的维度耦合效应，降低解空间的自转移概率；其次，在执行Lévy飞行操作后，依据个体适应度进行精英保留，并通过反向搜索操作扩展搜索域；最后，采用基于多策略的随机偏好游走算法，结合全局最优解的信息，引导种群向最优解方向进化。实验基于节点同构、节点感知范围与通信范围相同、节点实时感知假设，对WSN覆盖优化问题进行建模，并提出布谷鸟个体的构建方法。同时，以最大化WSN覆盖率为目标，实验采用点监测离散化方法，在节点数量20,30场景下，对ICS-MS算法与标准布谷鸟搜索（cuckoo search,CS）及其6种变体（MACS,DA-DOCS,WCSDE,ICS-ABC-OBL,CSDE,ICS）进行比较。结果 结果表明，ICS-MS算法在节点数20时，相较于对比算法，覆盖率平均提升17.12%～17.35%；在节点数30时，覆盖率平均提升10.09%～18.05%。结论 ICS-MS算法在WSN覆盖优化领域展现出更均匀的节点分布、更高的覆盖率和更快的收敛速率。

  2025年04期 v.44;No.225 48-58+141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1556K]
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• 基于深度学习的电网指标数据异常检测方法研究

  盛振明;郭耀松;刘超;成阳;韩肖;方巍;

  目的 基于深度学习的时间序列异常检测在电力系统运维、电力设备故障检测、电网运行故障监测等智能运维场景中起关键作用。尽管现有方法取得了显著效果，但它们主要关注于特定窗口的时间序列，忽视了不同特征维度时间序列之间存在的相关性，在某些情况下会导致误检，异常检测精度下降。方法本文提出一种基于时间-特征维度融合的异常变压器（temporal-featurefusionanomalytransformer,TFFAT）模型，用于无监督多变量电网指标数据异常检测。TFFAT利用图注意力机制并行地从时间维度和特征维度学习多变量时间序列之间的复杂依赖关系，采用异常Transformer模型处理融合的隐藏特征并生成异常得分。结果结果表明，在3个公开的时间序列异常检测数据集上，TFFAT检测精度分别达到89.73%,92.12%,97.14%，显著优于现有基准方法。结论 TFFAT能够充分捕获时间和特征维度的时间序列之间的相关性，从而精确捕获时序数据的异常关系，在电网运维中具有重要的应用价值，能够显著提高电网故障检测的准确性，减少误检，增强电网的稳定性和可靠性。

  2025年04期 v.44;No.225 59-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K]
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• 基于提升小波变换的多变量长时间序列预测

  陈旭;张建伟;王叔洋;景永俊;

  目的 为解决多变量长时间序列预测模型难以充分利用时间序列时频信息的问题，提出一种基于多级提升小波变换的神经网络模型（multi-level wavelet transform Network,mLWTNet）。方法 首先通过提升小波变换从时域和频域角度对时间序列进行有效分解，并对分解得到的高频子序列进行自适应滤波；其次利用Elman神经网络提取时间序列的非线性特征，同时通过差分自回归移动平均模型（autoregressive integrated moving average model,ARIMA）捕获时间序列的线性特征；最后将非线性与线性预测结果加权融合，以提高预测的准确性。结果 在5个公开真实数据集上实验结果表明，与FEDformer,InParformer,WaveForM等5种主流的长时间序列预测模型相比，mLWTNet在不同预测长度下的MSE和MAE均达到最优。相比次优结果，mLWTNet的平均MSE和MAE分别提升了约7.15%和2.43%。结论 通过利用提升小波变换与分层重构预测，能够充分利用时间序列的时频信息，有效提高了时间序列的预测精度。

  2025年04期 v.44;No.225 66-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1126K]
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• 面向智能AGV调度系统的软件自适应机制研究

  郑婷婷;王东;刘伟静;徐文丽;党兴;王俊德;

  目的 针对传统的AGV调度系统在实际应用中难以适应用户需求和环境的动态变化，存在需求响应慢、调度策略僵化等问题，方法 提出一种集成“用户+软件+硬件”的多层级设计结构的智能AGV调度系统软件自适应机制，从“数据感知、设计决策、执行反馈”的自适应理论出发，将任务调度、路径规划、交通管制、电量管理以及通信管理等多个环节纳入软件自适应体系综合考虑，从全局角度提高系统的响应速度和调度效率，以实现对调度AGV任务需求和环境变化的实时感知和动态调整。首先，采用快速导入技术捕获用户需求，并基于规则映射转化为系统可识别的原始数据；其次，通过与预设调度策略池匹配，识别关键影响因子相关参数，从而选择当前场景下最合适的工作模式以执行AGV任务。此外，该自适应机制还可根据执行结果的实时反馈信息持续优化调度策略池，不断适应新的需求与环境的变化。结果 实验结果表明，用户需求的收集和应用速度明显提高，响应时间不大于300 ms，且使用自适应机制设计框架后，AGV整体作业效率提升了36%。结论 该软件自适应机制能显著提升AGV的响应速度、调度效率和数据准确性，有效适应特定工作场景下的复杂工作需求，提高系统灵活性和适应性。

  2025年04期 v.44;No.225 74-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K]
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安全·矿业

• 极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究

  张盛;徐瑞泽;刘佳伟;朱让河;马强;王高尚;张帆;赵龙刚;

  目的 切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛，但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时，存在帮部煤体松软、巷道高度大，传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题，需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法 以梁北矿32021机巷为工程背景，建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型，分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律，揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理；采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征；提出主动式锚索梁协同锚固方案，设计超前主动支护参数，并进行现场应用。结果 结果表明，预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递，使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区，切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小；经数值模拟验证，所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形，并有利于保持留巷的长期稳定；主动超前支护现场应用后，巷道顶底板移近量最大不超过80 mm，顶板变形量减小了35%，且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论 提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题，对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。

  2025年04期 v.44;No.225 83-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1620K]
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• 磨料参数对低压磨料空气射流喷嘴磨损影响研究

  张宏图;叶红燕;刘勇;魏建平;李志平;

  目的 低压磨料空气射流辅助破岩喷嘴内部受高速运动磨料冲蚀导致磨损过快，为改善喷嘴磨损，提高低压磨料空气射流辅助破岩效率。方法 选取拉瓦尔喷嘴为研究对象，依托Archard Wear和Relative Wear磨损模型，利用FLUENT-EDEM进行耦合数值模拟，选取磨料质量流量、粒径、形状和种类等主要影响因素进行数值模拟计算，以磨损深度为评价指标，求解不同因素对喷嘴磨损的影响。结果 研究可知，磨损发生在喷嘴收敛段喷嘴入口0～6 mm，且磨损最大处集中于距喷嘴入口2.62～3.28 mm，之后磨料发生集束作用开始沿喷嘴轴线处运动，收敛段后端和整个扩张段不发生磨损。数值模拟中，磨损规律与磨料碰撞速度、喷嘴内壁的碰撞次数有关，不同磨料参数对喷嘴磨损影响不同。磨料质量流量增大，导致磨料与喷嘴碰撞次数增多，造成磨损深度增大；磨料粒径增大通过影响碰撞时能量从而增大磨损；球形度较小的颗粒由于棱角尖锐会造成更大的磨损；材料密度、剪切模量、泊松比不同对磨损产生了影响不同，其中以石榴石造成的磨损最大。结论 研究结果可为降低喷嘴磨损提供一定的理论指导。

  2025年04期 v.44;No.225 94-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1376K]
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• 巴拉素煤矿劈裂注浆裂隙扩展机理研究

  梁向阳;方刚;武义强;王赋宇;刘洋;张嘉凡;

  目的 注浆改造是富水煤矿灾害防治的有效手段，研究富水高压作用下煤体的注浆劈裂效应对实际工程有重要意义。方法 基于离散元流-固耦合机理，引入“域”与“管道”概念，对注浆劈裂过程进行流固耦合计算。将流体“域”作为储水“水库”，其由颗粒圆心连线构成的三角形区域组成，“管道”为模型中流体的运移通道，将各个流体“域”连接起来，通过光滑平行板模型对其表征。采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验标定数值模型细观参数，建立劈裂注浆数值模型，模拟煤岩体劈裂后的力链分布规律，分析注浆压力和侧压力系数对裂隙扩展的影响。结果 结果表明：无围压时，孔周煤岩颗粒接触力为0.02～0.10 MPa，有围压时，孔周颗粒接触力为0.06～0.12 MPa；等围压条件下，围压越大，试样应力集中范围越大，劈裂扩散距离越短；同一围压下，注浆压力越大，试样劈裂距离越长；围压不等时，裂隙平行于最大主应力方向发育。结论 采用较高注浆压力可有效驱替煤层裂隙中的水体和空气，减少钻孔工程量，降低成本。研究结果有益于注浆参数的选取，可为今后类似工程提供有意义的技术支持。

  2025年04期 v.44;No.225 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1515K]
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• 分形煤岩胶结体动态力学性能及数值模拟研究

  朱昌星;霍嘉鑫;吴大志;

  目的 为研究颗粒破碎程度对煤岩胶结体的动态力学性能影响，方法 基于松散介质固体颗粒分布规律理论，以分形维数分别为1.4,1.7,2.0,2.3,2.6配制不同破碎程度的松散煤体，按比例将胶凝材料与煤体拌合，经养护后制成标准块，对其进行分离式霍普金森压杆冲击试验，并利用有限元软件LS-DYNA对SHPB试验过程进行数值模拟和对比分析。结果 结果表明，分形维数D=1.7时，抗压强度最低、分形维数D=2.6时，抗压强度最高；煤岩破碎程度对试样的动态力学性能影响较大；水泥基体内能远大于4种粒径煤体内能之和；数值模拟的峰值应力、应变终值和破坏模式与室内试验结果吻合较好。粒径为0～20 mm时，0～5 mm的小颗粒质量占比越多，试样整体强度越高；胶结体动态抗压强度随着分形维数增大先减小后增大；动态压缩下试块耗散能也呈先减后增趋势；分形维数D=1.7的煤体级配不利于发挥胶结体试块的力学性能；水泥基体为主要的储能介质，承担主要的能量吸收与耗散；HJC参数的合理选取可以使数值模拟较好地反映胶结体试块的动态力学特性。结论 研究结果可为后续煤岩注浆提供一定的技术支持。

  2025年04期 v.44;No.225 112-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1503K]
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地质·测绘·环境

• 分形毛细管束中溶质对流-扩散传质行为研究

  金毅;黄欢;宋慧波;郑军领;董佳斌;董文浩;

  探明煤层气在煤储层中的运移规律对煤层气高效开发和产能评估至关重要。煤层气在储层通道中的运移隶属对流、扩散的耦合，受限于孔隙结构复杂形貌，而传统连续介质理论难以准确表征孔隙结构多尺度分形特征对对流-扩散耦合输运过程的控制性作用。目的 为了深入阐释复杂多尺度孔隙结构中煤层气对流-扩散耦合传质的内在机理。方法 首先，依托分形拓扑理论构建分形毛细管束模型，以定量表征孔隙结构的几何异质性与拓扑连通性；其次，结合经典Taylor-Aris方程，推导耦合孔隙结构尺度不变特征的溶质对流-扩散数学传质方程；最后，借助格子Boltzmann方法模拟分形毛细管束中溶质的对流-扩散过程，并阐释了孔隙结构分形特征对溶质输运的影响机制。结果 结果表明，对流-扩散数学传质方程可精准预测溶质有效扩散系数，具有较好的适配性；管道弯曲度分形维数、缩放间隙度、最大管径等孔隙结构特征参数制约着溶质对流-扩散行为。具体地，管道弯曲度分形维数反比于有效扩散系数，而缩放间隙度和最大管径与有效扩散系数呈良好正相关关系，并以控制流体流速的形式影响溶质对流-扩散过程。结论 研究结果可为煤储层中煤层气复杂运移规律研究提供理论与方法参考，进而为煤层气产能精准预测及储层压裂改造方案的优化提供理论支撑与决策支持。

  2025年04期 v.44;No.225 124-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1346K]
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• 生态环境修复方案的模糊-改进AHP评价——以盘石头水库为例

  李建林;胡兴文;张钰锋;邓晓颖;齐玉峰;郝成元;

  生态环境修复方案的可行性论证与修复效果评价是生态环境修复工程的重要内容，对生态环境修复工程的设计及建设具有重要指导意义。目的 为确定生态环境修复方案可行性和修复的综合效果，以盘石头水库为例，对该水库生态修复方案进行综合评价研究。方法 首先，参照OECD(Organization for Economic Cooperation and Development)模型，构建由生态效益、景观效益、社会效益、维护管理共4个准则层和18个评价子指标组成的盘石头水库生态环境修复方案可行性和修复效果评价体系；其次，通过最优传递矩阵对层次分析法的权重计算进行改进，对构建的评价指标体系进行权重的计算；最后，将改进AHP与模糊综合评价方法相结合，对盘石头水库生态修复方案进行综合评价。结果 结果表明，在盘石头水库生态环境修复方案中最重要的准则层指标是生态效益；在选取的18个评价子指标中，物种多样性、观赏价值、改善城市形象和降低灾害这4个指标的权重较大；所评价的鹤壁市盘石头水库生态环境修复方案的修复效果为优，方案可行。结论 模糊-改进AHP法为生态环境修复及其方案可行性的评价提供了一种新的、更有效的方法。

  2025年04期 v.44;No.225 134-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K]
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• 黄河中下游地区和海河流域AQI与NDVI时空格局及相关分析

  张成丽;马嘉玉;廉高敏;赵贺赢;刘梦洁;闫帅腾;马青霞;苏艳霞;

  目的 为探究大气污染物与植被生长状况之间的相互影响，方法 基于美国国家航空航天局（national aeronautics and space adminidtration, NASA）提供的归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）与空气质量在线监测分析平台提供的空气质量指数（air quality index, AQI），采用Kriging插值、一元线性回归和相关性分析等方法，对黄河中下游地区的河南省、山东省、山西省、陕西省，海河流域的河北省和重要城市（北京市和天津市）的AQI与NDVI时空分布特征进行解释，并分析其相关性。结果 结果表明：（1）2014—2016年，AQI年均值呈显著下降趋势，每年AQI数值冬季最高，春秋相对较低，夏季最低，且呈现明显的区域差异性，出现中间高两侧低的“中心-外围”结构；2017年后，夏季AQI反而高于春秋季的。（2）2014—2020年，NDVI波动上升，上升斜率为0.004 1/a。总体上，NDVI上升的面积占研究区总面积的93.76%，且极显著和显著上升趋势的面积分别占16.32%和12.09%。结论 黄河中下游地区和海河流域AQI与NDVI时空格局及相关分析结果可以为气候变化对环境的影响研究提供理论基础。

  2025年04期 v.44;No.225 142-150+169页 [查看摘要][在线阅读][下载 1439K]
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• 晋城市沁河流域秋季浮游动物群落结构特征及其与环境因子的关系

  李艳利;李艳粉;李林霞;高梦蝶;王明仕;

  目的 为了摸清晋城沁河流域浮游动物的空间分布及关键驱动因子，方法 于2020年10—11月对山西省晋城市沁河和丹河的61个采样点的浮游动物和环境因子进行调查分析。结果鉴定出浮游动物4门37种，其中，轮虫动物和原生动物种类数较多，分别占总物种数的48.6%和32.4%。沁河干流和支流丹河共有优势物种2种，分别为普通表壳虫、球形砂壳虫；差异优势物种3种，分别为沁河干流的长圆砂壳虫和丹河的英勇剑水溞和无节幼体；沁河晋城段浮游动物密度为0.4～16 ind./L，以原生动物居多，生物量为0.01～164.02μg/L，以桡足类居多；丹河中下游浮游动物密度和生物量最高；沁河晋城段浮游动物Shannon-Wiener(H′)多样性指数为0.28～2.94，均值1.28；丹河中上游点位和沁河大多点位属于α-中污染型水平，物种的优势种主要普通表壳虫和球形砂壳虫。丹河下游点位属于β-中污染水平，对应的优势物种为英勇剑水溞和无节幼体。典范对应分析结果表明：沁河晋城段浮游动物的主要驱动因子为氯离子、总氮、硝酸盐和水温。原生动物门的普通表壳虫、球形砂壳虫和长圆砂壳虫等优势种主要受硝酸盐、氨氮与化学需氧量影响，桡足类的英勇剑水溞和无节幼体与氯离子和硫酸盐显著正相关。为了阻止和缓解沁河晋城段持续退化，应减少化肥、采矿、化学材料制造的废水的排放以及增加河岸带林地和草地的比例等。结论 研究结果可为晋城市沁河流域水环境质量评价和水资源合理利用与保护提供参考。

  2025年04期 v.44;No.225 151-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 1400K]
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力学·土木·材料

• 饱水作用对白砂岩抗拉强度及声发射特性影响的试验研究

  徐荣超;阎震;周文朋;胡玉波;王怡博;高粱;

  目的 为研究饱水作用对白砂岩的力学损伤，从宏观角度分析饱水作用对白砂岩的抗拉强度、声发射特性和劈裂节理面形貌的影响机制。方法 分别对饱水及天然状态的白砂岩进行巴西劈裂和声发射实时监测试验，分析饱水作用对白砂岩的影响。结果 结果表明：（1）饱水作用导致白砂岩内部的矿物颗粒溶解，颗粒间的黏聚力下降，引起砂岩力学损伤，抗拉强度下降；（2）受饱水作用影响，白砂岩变形、抗拉强度降低导致其加载过程单位面积劈裂能量显著下降；（3）饱水作用后，砂岩声发射计数、累计能量在前期活动中减弱，且声发射计数、累计能量峰值均晚于荷载峰值出现；（4）基于声发射RA-AF的破裂类型分析表明，饱水后白砂岩的拉伸破裂占比减小，剪切破裂占比提升，2种状态的白砂岩试样在接近峰值荷载时，剪切破裂数量均出现明显增长；（5）饱水后，声发射b值降低，白砂岩劈裂过程中小尺度破裂占比下降，大尺度破裂占比提升，岩石劈裂加载时声发射实时b值的陡降可以作为试样破坏的前兆特征；（6）受饱水作用影响，白砂岩劈裂节理面的粗糙度指标均出现下降。结论 饱水作用后白砂岩抗拉强度下降显著，大尺度破裂占比提升，劈裂节理面的粗糙度降低。

  2025年04期 v.44;No.225 160-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 1386K]
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• 可铸造性十字板式节点拓扑优化设计研究

  余永强;韩文哲;王超;

  目的 采用传统结构拓扑优化方法对十字板式节点构型进行优化设计后，所得优化结果几何构型复杂，铸造困难。方法 考虑铸造约束的结构拓扑优化，在密度法框架下，本文以结构柔顺度最小化为目标，建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑优化模型；利用密度过滤和阈值投影相结合的优化技术减少优化设计中的中间密度单元；采用P-norm函数解决铸造约束函数面临的可微性问题。在此基础上，分别进行基于典型2D和3D十字板式节点的可铸造性结构拓扑优化设计对比研究。结果 结果表明：采用集成铸造约束条件的结构拓扑优化方法，可有效解决传统十字板式节点拓扑优化设计面临的铸造困难问题；不同脱模方向和材料体积均会导致不同的节点设计，合理的脱模方向和充足的材料有利于获取高性能节点设计；过滤半径和网格密度主要影响节点的优化设计质量，过滤半径越小，节点设计越精细，网格密度越细密，节点设计越光滑。结论 本文优化设计构型创新，满足可铸造性要求，可为可铸造性铸钢节点优化设计提供有益参考。

  2025年04期 v.44;No.225 170-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K]
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• 配筋方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

  阿里甫江·夏木西;邵金兰;史露江;

  目的 为改善再生混凝土不均匀性产生的不利影响，实现再生粗骨料利用，进行了配筋钢管再生混凝土承载力的计算方法研究。方法 基于统一理论思想，充分考虑钢管和钢筋对核心再生混凝土的双重约束作用，对既有核心再生混凝土本构模型中的套箍系数等指标进行修正，得到适合配筋钢管再生混凝土的非线性数值模拟模型，并采用现有试验数据验证模型的可靠性，以修正后的套箍系数为参数对不同钢管壁厚、纵筋直径和混凝土强度等级正交得到的90根模型试件进行参数化分析。结果 随着混凝土强度和钢管壁厚的增加，组合抗压强度对应的荷载值和峰值荷载后的塑性变形能力均呈现增加趋势，而纵筋直径的增加对此影响不大。基于此，以现有T/CECS625-2019规程中钢管再生混凝土短柱承载力公式为参考，提出基于统一理论思想的R-RACFST(reinforced and recycled aggregate concrete-filled steel tube)短柱承载力计算公式。为验证该计算公式的可靠性，对100组既有试验和模型试件的试验值和公式计算值进行对比分析。结果表明，直接采用CECS408-2015中的配筋钢管混凝土公式得到的试验值与计算值之比的平均值为0.95，标准偏差为0.05，采用本文推荐的配筋钢管再生混凝土短柱承载力公式试验值与计算值之比的平均值为1.11，标准偏差为0.06。结论 本文提出的配筋钢管再生混凝土短柱承载力公式安全可靠，符合工程实际。

  2025年04期 v.44;No.225 179-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 1296K]
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• 硅灰掺量对泡沫充填材料性能和微观结构的影响

  张海波;孙会婷;柴虎成;胡毅康;周运通;谢佰恩;田艳超;

  目的 充填材料泡沫混凝土孔隙率高，导致强度显著降低。方法 本文使用硅灰取代普通硅酸盐水泥制备高强低密泡沫混凝土（silica fume-ordinarily portland cement, SF-OPC），研究硅灰不同掺量（0%,5%,10%,15%,20%）对SF-OPC样品的流动度、凝结时间、抗压强度、干密度等宏观性能的影响，并结合低场核磁技术测试孔隙结构，纳米压痕表征硬化浆体骨架硬度，X射线衍射分析水化产物的物相，扫描电镜分析微观物相结构。结果 结果表明，随着硅灰掺量增加，浆体流动度先增加后降低，凝结时间不断减少，SF-OPC试样强度先增加后减小；硅灰掺量为5%时，流动度最大，为223.1 mm；硅灰掺量为15%时，SF-OPC试样强度最高，3,7,28 d龄期强度分别为3.8,4.2,4.9 MPa，与对照组相比分别提高123.5%,100.0%,75.0%，宏观孔比例降低75.8%，纳米孔比例增加208.4%。结论 掺入硅灰可以促进低钙型C-S-H凝胶的形成，有效改善SF-OPC的孔隙结构分布，提高浆体骨架结构硬度，微观结构更加致密。相同发泡倍数下，硅灰可显著提高SF-OPC强度，适于制备煤矿高冒区高强低密泡沫充填材料，同时为煤矿采空区充填防火材料研究提供借鉴。

  2025年04期 v.44;No.225 188-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 1561K]
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