红外偏振成像探测技术在传统强度信息的基础上引入偏振信息,在特定条件下可有效提升目标探测识别能力,具有较高的信杂比、抗伪装和抗干扰等优势,在目标侦察、探测与打击等领域展现出广泛的应用潜力和良好的发展前景。首先介绍了物体表面偏振理论及相关现象,特别是目标高温偏振现象的发现,为偏振探测应用拓展了新领域;并基于目标偏振理论,分析了不同环境及应用背景下目标偏振特性的研究成果。其次,综述了近年来红外偏振探测器的发展以及目标红外偏振成像探测的最新进展,归纳了当前复杂战场环境下目标探测任务对红外偏振探测技术提出的新要求:突破实时高精度成像技术瓶颈、强化穿云透雾能力与抗遮蔽干扰性能等。最后,在总结目标偏振机理、目标偏振特性及偏振探测器技术发展趋势的基础上,未来应深化目标表面偏振理论研究、推动高精度红外偏振探测器制备技术发展、探索多维度信息融合处理,并进一步展望红外偏振探测技术在复杂目标识别、反隐身作战及战场监测等军事领域的未来发展及应用前景。

多视角成像技术通过捕捉不同角度的图像而获取丰富的场景信息,可为自动驾驶、智能制造和机器人导航等领域提供关键的视觉数据。该文总结了主流的多视角成像系统的构成要素、工作原理及其实现方法,从动态成像的适应性、成像精度、成本效益及系统综合性能等关键维度,深入剖析了不同多视角成像系统的显著优势及其存在的局限。进一步针对视觉图像增强技术,结合传统图像处理方法与深度学习技术,讨论了在提升多视角成像质量方面的应用与效果。小型化与低功耗的硬件系统、深度学习算法的集成和应用及多模态数据融合将是多视角成像技术未来发展的重要方向。

铁路在煤炭等大宗能源物资的长距离运输中发挥着不可替代的作用,在不确定性成为交通运行新常态背景下,探究能源富集区域铁路运输网络的可靠性对提升铁路运输网络韧性、保障国家能源安全具有深远的战略意义。基于此,以中国最重要的能源化工基地之一的晋陕蒙能源富集区铁路网络为研究对象,在采用Space-L方法构建晋陕蒙能源富集区铁路网络模型的基础上,采取随机攻击和蓄意攻击两种攻击策略系统分析了铁路运输网络的可靠性,并识别了关键运输通道。研究结果表明:晋陕蒙能源富集区铁路网络结构较为稀疏,具有无标度网络特性;小规模的随机攻击使路网呈现更好的可靠性,高介数攻击下路网则更加稳健,而高度数攻击下路网呈现出脆弱性;在不同的攻击策略下,多个节点失效的累积效应导致路网性能呈现阶段式急剧下降;晋陕蒙能源富集区铁路网络的关键通道呈现小区域高度集中分布态势,主要位于运煤专线与外运铁路交会地带,在未来的能源运输规划中需要加强保护力度确保这些关键通道能够持续稳定地发挥作用,维系能源运输网络的安全运作。

偏振光谱成像技术通过融合强度、偏振和光谱信息,为复杂场景的成像问题提供了有效的解决方案,其中分焦平面偏振光谱成像技术凭借其高紧凑性和强实时性成为该领域的重要发展方向。本文首先综述了偏振光谱成像技术的发展历程,系统比较了相关技术的优缺点;随后重点讨论了分焦平面偏振光谱成像系统的研究进展,对偏振光谱分光元件、偏振光谱去马赛克算法以及现有偏振光谱图像数据库进行了详尽的梳理,并系统总结了该技术高紧凑、强实时、低功耗的核心优势;最后,总结了偏振光谱成像技术在军事侦察、空间探测、医疗诊断和遥感探测等领域的应用。分析表明,该技术在目标检测、环境监测和医学诊疗等领域前景广阔,但目前仍面临空间分辨率低、偏振信息重构精度不足等挑战。基于此,未来研究应聚焦于优化偏振光谱分光元件的设计与制备,改进去马赛克算法以提升图像重建质量,并拓展其在动态场景和复杂环境中的应用能力。

基于手机信令、社会经济发展等多源数据,利用位序-规模法、多元回归二次指派程序(multiple regression quadratic assignment procedure,MRQAP)回归等方法探讨湖南省各县域在工作日和周末期间城际流动网络结构特征及其影响因素。结果表明:低位序低流动人口规模的县域数量偏多,日常城际流动人口主要来源还是高位序的县域。湖南省日常城际流动网络以长沙城区为绝对中心,各地级市以该市主城区为中心,共同形成“核心-腹地”的城际流动网络;长沙城区在工作日和周末都是全省枢纽。在城际流动组团结构方面,工作日与周末的网络集聚均呈现等级与组团交互特征,跨市组团与长株潭城际铁路、邵临高速和京港澳高速等道路耦合程度较高;市域组团内的城际流动受距离影响较大。人口的空间集聚效应会产生更多的日常城际流动需求,人口规模会加强县域间城际流动,且相邻县域、同一市域内,工资收益与房价水平差距越小、县域间通行时间越短则日常城际流动人口越多,工作日期间人口集聚效应、行政资源控制力的正向影响都更强;经济发达县域可能通过“收入高地效应”截留潜在流动人口。县域尺度日常城际流动研究有助于依据区域间差异化需求针对性地制定设施配置策略,为湖南省高质量一体化发展布局提供借鉴意义。

在生态脆弱地区,道路扩张会加剧景观破碎化、生物多样性降低等问题。以典型生态脆弱区——陕南秦巴山区为研究对象,构建包含数量、形状、面积、聚合及连通性的五维景观破碎化评价体系,并基于多尺度地理加权回归(multi-scale geographically weighted regression,MGWR)深入探究不同道路结构特征对多维景观破碎化的空间异质性影响。结果表明:区域景观破碎化呈现显著空间分异,宝鸡、西安及渭南市构成低破碎化核心区,商洛市则为中度破碎化过渡带,汉中及安康中部形成高破碎化聚集区。多维破碎化特征对道路干扰的敏感性存在差异,数量与面积特征响应最敏感,形状与连通特征次之,聚合特征敏感度最弱。道路密度与距道路距离对生态斑块数量、面积及连通性的解释性最强,且低等级道路的影响强度大于高等级道路。道路曲率与生态斑块形状呈显著负相关,而路网度中心性与斑块的形状及面积存在相关关系。研究可为陕南秦巴山区未来道路建设及生态保护提供参考依据。

光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深层穿透力,是一种高效的非侵入式生物医学影像方法。由于减少光学散射的影响,光声成像提供了更清晰的生物组织成像。本文探讨了传统光声成像技术,包括光声断层成像、光声显微成像、光声内窥成像以及光声功能分子成像。进一步分析了4种新型光声成像技术,包括光声黏弹性成像、光声引导的波前整形、偏振光声成像技术和光声信号的光学检测方法。相较于传统技术,这些新方法引入了高级光学控制和信号处理技术,以提升成像的准确性和分辨率;但新型光声成像技术面临提升成像速度、增强信号的可检测性及优化系统的用户友好性等挑战。在此基础上,本文总结了光声成像在实现高分辨率和深层成像的主要方法。未来,光声成像技术有望通过进一步的硬件创新和算法优化,以实现成像的实时性、系统的易用性和检测的安全性。随着多模态成像系统的发展,光声成像可能与其他成像技术(如磁共振成像、CT或正电子发射断层成像)结合,提供更全面的生物医学成像方案。

福建省生态环境质量优良且稳定,研究其高速公路网络景观及其对生态质量的影响有助于揭示省域高速公路网络演化对景观生态的影响。选取福建省高速公路两侧3 km作为研究区域,运用GIS技术、Fragstats与景观格局指数、遥感生态指数(remote sensing ecological index, RSEI)以及InVEST模型等方法,探讨1994—2022年福建省高速公路路域景观格局与生态质量演化。结果表明:30~90 m范围是路域尺度效应分析的第一尺度域,40 m为路域景观格局分析的最佳粒度;耕地、林地、草地、水域和未利用地的破碎度指数均有不同程度的增长,建设用地破碎度指数不断下降;路域整体的破碎化程度加剧,各地类的离散程度增加,生态系统结构稳定性有所下降;路域、林地、草地的碳储量有所下降,耕地、水域、未利用地和建设用地的碳储量有不同程度的增长,碳储量变化较大的区域主要位于沿海发展较快的地市;路域RSEI均值高于0.6,生态环境质量较好,路域RSEI等级为差和较差的区域主要分布于福建的东南部沿海地市,路域生态环境质量变好与变差的区域面积大致相同,路域1 000 m范围内的破碎度指数、RSEI值等受到的影响最为明显。

高速铁路的建设和发展有助于减少旅行时间,而其是否有助于城市群内部可达性水平分布的平衡,对空间公平的影响是值得关注的问题。研究将2016—2030年京津冀城际铁路中长期规划设定为3个阶段,使用各类路网数据和社会经济数据,对各个阶段的可达性进行测度;利用城市平均旅行时间来评价其可达性变化,并通过可达性离散指数和领土凝聚力指数来衡量空间公平的变化。结果表明,城际高速铁路的建设显著提高了城市可达性和区域潜在联系。2016—2023年,市级层面的城市之间旅行时间平均减少了33.1%,县级层面则平均减少了20.7%;2023—2030年市级层面可达性提高9.5%,县级层面提高10.2%,主要侧重于加强首都地区周边城市的连通。区域内市级层面公平性和凝聚力得到增强,而县级层面公平性趋于极化。国家和地方政府应在不同规划层面考虑政策和协调措施,以进一步促进空间发展和区域平等。

提升乡村地区交通和旅游适配性、促进交旅融合是高质量发展背景下实现乡村振兴和城乡融合发展的重要途径。在构建认知-体验视角下乡村交旅耦合协调测度框架的基础上,融合交通和旅游的游客体验和感知满意度要素,以西安市近郊乡村旅游示范村南堡寨村、房岩村和刘家沟村为研究区域,综合运用统计分析、障碍度模型等方法科学测度近郊乡村交旅耦合协调水平,识别交旅耦合协调发展的影响因素。结果显示:研究村交旅耦合协调度在认知和体验视角上均表现出显著异质性,不同视角之间的耦合协调度位序形成强烈反差。刘家沟村、南堡寨村、房岩村的交旅耦合协调在认知-体验上呈现出失配方向不同、失配程度依次升高的错配性。乡村交旅客观条件与游客交通和旅游体验相互作用是影响乡村交旅耦合协调认知-体验适配的主要原因,认知维度主要取决于交通和旅游发展水平及其同步发展水平,体验维度主要受交通和旅游特色以及游客数量引致的交通和旅游环境压力的影响。研究为优化交旅耦合协调水平测度方法、促进大城市近郊乡村的交通功能和旅游功能不断完善、推动宜游宜业的美丽乡村建设提供科学依据。

随着中国社会老龄化问题日益严峻,城市社区居家养老服务设施的需求与供给之间的矛盾不断凸显,迫切需要对养老服务设施进行合理配置与优化提升。以西安市为例,基于城市兴趣点(POI)大数据、统计数据和问卷调查数据等多源数据,借助GIS技术和数理统计方法,在分析城市社区养老服务设施空间配置特征和老年人日常出行规律的基础上,评价城市社区养老服务设施空间配置的合理性,并提出城市养老服务设施优化建议。结果表明:西安市养老服务设施在传统内城区与成熟建成区集中分布,在新兴扩展区和城乡过渡区沿城市扩展方向递减分布;西安市健身娱乐设施分布范围最广,其可达性基本可以覆盖西安市城六区,而其他设施在城乡过渡区的可达性都较低;社区居民对当前养老服务设施整体情况满意度较高,但仍有一部分老年人对于养老服务设施缺乏了解,特别是社会服务设施;西安市养老服务设施配置总体处于较不合理状态,呈现出不平衡的分布格局,部分地区出现设施可达性缺失现象。研究结果既可以深化城市社区公共服务设施空间配置理论,又可为西安市养老服务设施的优化决策提供参考。

无铅金属卤化物双钙钛矿由无毒元素组成、在空气中稳定且具有长的载流子寿命,铋基Cs₂MBiX₆(M=Cu、Ag、Au,X=Cl、Br、I)双钙钛矿具有优异光伏特性材料的物理性质。为分析不同无铅金属卤化物对电池性能的影响,采用第一性原理计算了Cs₂AgBiI₆、Cs₂ AuBiCl₆、Cs₂CuBiBr₆和Cs₂AgBiBr₆的稳定性、能带结构和光学性质。利用等效光学导纳法分析了由FTO/c-TiO₂/Cs₂MBiX₆/spiro-OMeTAD/Au组成的钙钛矿电池性能,计算了4种材料的吸收率、载流子收集效率、外量子效率,并与传统的甲脒铅碘进行了对比,分析了相应材料构成的太阳能电池的短路电流密度和伏安特性曲线。结果表明:吸收层厚度等于0.6 μm时,以Cs₂AgBiI₆、Cs₂AuBiCl₆、Cs₂CuBiBr₆和Cs₂AgBiBr₆制备的钙钛矿太阳能电池短路电流密度分别为27.6、26.0、22.3和10.9 mA/cm²,对应开路电压为0.83、0.87、1.08和1.1 V,器件的光电转换效率依次是19.3%、16.6%、21.3%和10.9%。研究发现4种材料均具有良好的热力学稳定性、合适的带隙和可见光范围内(~10⁵ cm^-1)的高吸收系数,由相应材料构成的电池具有优异的光电转换效率。

碳排放空间关联对于资源配置优化、环境治理以及政策制定具有重要意义,但碳汇潜力视角下的城市群碳排放空间关联结构研究尚未深入探索。基于长三角41个城市数据,结合碳生态承载系数修正引力模型以构建长三角碳排放空间关联网络,利用社会网络分析法和地理探测器探析长三角城市群碳汇潜力视角下的碳排放空间关联网络结构的时空演变及驱动因素。结果表明: 空间上,长三角城市群碳生态承载力以上海大都市圈为低值中心、皖南-浙西生态屏障为高值中心,呈现“中间低,四周高”的核心-外围结构;时间上,长三角城市群碳承载能力整体明显下降,呈现均等化趋势。长三角城市群形成了自东向西的碳排放核心、碳流轴线、碳汇核心的碳排放关联结构,碳排放关联强度随着时间差距逐渐缩小。长三角城市群碳排放空间关联网络整体处于低水平联结状态,南北差异明显,依靠少数核心城市和关键路径保持了碳关联效能;长三角城市群碳排放空间关联网络正在从“经济辐射-生态吸纳”二元结构向“多极化多线程”发展。人口集聚力、资源倾斜力等要素差异有利于推动城市之间建立碳排放空间关联,城市间碳排放关联的异质性主要来源于资源倾斜力、基础建设力等要素,潜在因素为政府引导力。研究可为长三角城市群实现低碳转型与协同推进“双碳”目标提供科学依据和现实参考。

基于社会感知理论,利用高速公路联网收费大数据,通过图论建模、复杂网络和函数解析等方法,从“路段-站点-城市”尺度探索高速公路交通流的空间交互格局。结果表明:1)路段流作为“流动过程”,提供了感知距离衰减过程和交通空间组织规律的微观视角。路段尺度下,广东省高速公路交通流密集路段属于路网“两环四横七射”区域,尤其集中在国家级高速公路。幂函数对高速公路客货流距离衰减规律均具有较高的解释度,高速公路机动车在经济社会发展核心区域的聚集程度随车型规模增大而递减,小型车(小汽车、轻型货车)聚集程度最高。2)较之路段流,站点流作为“流动结果”,直观展现了高速公路服务于短程运输的特点。核心站点流具有空间邻近指向特征,且主要以短簇形态出现;边界站点流可划分出粤桂、粤湘和粤赣、粤闽三类交互关联。3)较之站点流,城市流提供了感知城市空间相互作用的宏观视角。基于城市流透视广东省“五大都市圈”发展现状,珠江西岸都市圈内部交通联系较为松散;广州、深圳两大核心都市圈具有交通融合发展的趋势。该研究梳理了多尺度交通流大数据的挖掘方法和模型关联,归纳了不同尺度交互格局下社会经济现象的感知差异,从尺度差异视角拓展了社会感知方法和理论研究。

以长江中游城市群为研究对象,将昂普理论融入理论分析框架,构建文旅产业融合效率评价指标体系,运用DEA-Malmquist指数、重心和标准差椭圆、地理探测器等模型,探究2009—2021年长江中游城市群文化与旅游产业融合效率时空演化格局及其影响因素。结果表明:从时序演化上看,研究期内长江中游城市群文旅产业融合效率总体水平相对较高,呈先升后降的趋势;Malmquist指数以年均11.9%的速度上升,技术进步及规模效率是全要素生产率保持增长的主要原因。从空间分布上看,长江中游城市群文旅产业融合效率呈现以“武汉-长沙-南昌”为核心、其他城市为边缘的“核心-边缘”结构;三大区域文旅产业融合效率不断提高,“核心”区域优势不断凸显,区域差异显著。从时空演化上看,文旅产业融合效率呈现“东南-西北”方向主导的空间分布格局,分布重心呈现“东北-西南-东南”方向移动的趋势,整体空间格局展现出明显的集聚特征。地理探测结果显示长江中游城市群文旅产业融合效率是由消费需求、产业结构、数字化水平、政府调控、交通水平及人力资本等多元因素共同作用的结果。

科学识别数字基础设施建设和旅游经济韧性的内在联系对于推动长江经济带数字化转型、完善现代旅游业体系具有重要意义。采用熵值法评估2011—2022年两大系统的发展水平,并通过耦合协调度模型、核密度估计、探索性空间分析及地理探测器等方法揭示长江经济带108个地级及以上城市数字基础设施建设与旅游经济韧性的时空耦合特征及影响因素。结果表明:研究期内长江经济带数字基础设施建设与旅游经济韧性综合指数呈波动上升态势,且呈现多层次“核心-边缘”特征,极化现象愈发明显。长江经济带数字基础设施建设与旅游经济韧性两个系统的耦合协调度逐年上升,空间上城际差异明显;两个系统的耦合协调度存在空间集聚现象,但空间集聚特征减弱。经济发展水平、人力资本和旅游资源禀赋是影响耦合协调度的主要因子,人力资本对因子交互作用的影响最强,经济发展水平与人力资本、人力资本与交通通达度、人力资本与旅游资源禀赋的交互作用对耦合协调水平具有最强解释力。

城市是企业活动的空间载体,旅游企业异地投资行为代表并映射了区域间旅游经济竞合关系。基于265家旅游企业的异地投资数据,借助空间分析、社会网络分析和加权指数随机图模型对2008—2012年、2013—2017年、2018—2023年3个时间段的异地投资网络复杂性特征及驱动机制进行深入剖析。研究发现:中国旅游企业异地投资网络的时空复杂性显著。企业异地投资网络以北京、上海为单一中心辐射向“北京-上海-广州”“上海-西安-海口”及“上海-深圳-昆明”等城市节点为核心的三角形架构转变;研究期内北京、上海、海口等为主要对外投资城市,西安、深圳、昆明等城市为重要的投资流入城市。中国旅游企业异地投资网络发育出典型的“核心-边缘”圈层结构,表现出“单核心城市主导”逐步向“多核心城市互联”演化趋势,兼具显著的“小世界”性和无标度性特征。旅游企业异地投资网络的形成是内生结构效应、行动者-关系效应和多维邻近机制共同作用的结果。其中,旅游资源禀赋、旅游市场规模、政府支持水平、要素集聚与扩散水平、对外开放程度及投资的聚敛性和传递性对投资网络形成有显著促进作用。旅游企业倾向于在经济联系紧密、地理距离较近、文化差异较小及制度相近的城市间建立投资联系。

国家发展和改革委员会、国家能源局于2016年提出建设清洁能源示范省区建设工程,并规划了重点试点省份,旨在以点带面降低全国碳排放水平。为明确实施清洁能源示范省政策能够有效抑制试点地区碳排放,基于2005—2022年省级面板数据,借助双向固定效应下的多期双重差分(difference-in-difference,DID)模型对清洁能源示范省政策实施对试点地区碳排放的影响进行了研究。结果显示:清洁能源示范省政策碳减排效应的回归系数显著为负(P<0.05),说明清洁能源示范省政策对试点地区碳排放水平具有显著的抑制作用;通过平行趋势检验得出清洁能源示范省政策的实施效果存在时滞性,且影响效应随时间逐步增强;进一步进行了稳健性检验、中介效应检验、异质性分析,分别验证了技术水平、工业污染治理水平、营商环境等因素对政策碳减排效应的影响。

在全球气候治理与中国“双碳”目标下,聚焦西部陆海新通道沿线城市的交通碳排放问题。选取2010年、2015年和2020年3个时间节点,运用基尼系数、空间自相关分析和空间杜宾模型等方法,结合多源城市时空数据开展实证研究,揭示其时空演化特征、空间相关性及影响机制,并提出优化策略。研究发现:交通碳排放呈现显著区域差异与动态非均衡性,非均衡趋势逐步减弱,结构性问题亟待解决;交通碳排放受多种因素综合驱动,交通运输水平起正向驱动作用,城镇化率有显著负向效应,且影响因素的空间溢出作用强度与驱动机制存在差异。研究结果为西部陆海新通道沿线地区交通碳减排提供了理论依据与政策建议,有助于推动通道沿线区域绿色转型,助力国家“双碳”目标实现;同时也丰富了交通碳排放研究的案例代表性,为交通碳排放研究提供一定边际贡献。

为提升小型全Stokes矢量分孔径偏振相机的测量精度,提出并建立了一系列偏振图像处理技术,具体包括:暗电流校正、双边滤波去噪、图像畸变校正、偏振参数校正与通道图像配准等步骤,并进行了偏振成像实验研究。结果表明:相关技术能够有效降低诸多非理想因素对相机成像过程产生的影响。经图像处理后4个偏振通道的重投影误差均小于0.2像素,4幅偏振子图像间的结构相似性指数平均提升15.2%。研究提出的偏振图像处理技术能够有效提高偏振信息测量的准确度。

步行指数是在全球范围内广泛使用的城市步行性诊断工具,对其进行科学测度成为当前学界和实践领域的热点话题。然而现有测度方法多基于西方国家背景,尚未依据我国国情对步行指数的测度进行适应性调整,在影响因素方面也主要针对地块尺度的单一因素进行关联分析而缺乏多尺度多维要素的交叉分析。为此,研究构建了适合中国国情的步行指数测度体系,并以长三角、京津冀、珠三角三大城市群的138个城市为案例进行实证研究。研究发现:长三角城市的步行指数最高,京津冀次之,珠三角最低;城市规模、管理水平、社会发展水平和规划理念对步行指数有显著影响。研究表明,提升一个地区的步行指数不仅需要考虑地区本身的因素,还需要从城市的视角进行针对性的政策干预。

多帧盲解卷积(multi-frame blind deconvolution, MFBD)是目前主流的图像复原算法之一,通过少帧(20帧以下)退化图像就可以复原出高分辨率目标图像,在大口径望远镜空间目标观测等领域有重要应用价值。为了获得复原层面最优的迭代方法和参量化方法,针对MFBD算法框架,采用2种迭代策略(联合迭代和交替迭代)和3种点扩散函数(point spread function,PSF)参量化方法(灰度矩阵参量化、相位参量化、Zernike参量化),对比了不同条件下的图像复原效果。采用复原图像的归一化均方误差(normalized mean squared error, NMSE)和图像频谱曲线评价了不同信噪比、不同PSF初值条件下的模拟海洋卫星观测图像的复原结果。仿真结果表明:联合迭代+相位参量化方法对3种退化图像复原结果的均方误差均值分别为0.046、0.194、0.342,均低于联合迭代+其他参量化方法复原结果的均方误差。而对交替迭代策略,仅灰度矩阵参量化下能获得较好复原结果(均方误差分别为0.109、0.159、0.332),但频谱曲线表明其存在迭代噪点放大的问题。研究结果说明联合迭代+相位参量化能够获得更好的复原结果,同时能处理更复杂的退化环境。

在水下光学成像中,水体中的散射粒子对反射光具有强散射作用,会导致成像效果不佳。为此,在水下偏振差分成像的基础上提出了基于单幅图像的水下伪偏振去散射成像方法。通过对水下浑浊图像频谱信息进行分离,构造出一对虚拟的正交偏振图像,并通过偏振去散射处理得到清晰的水下图像。结果表明:该方法在复杂水体环境和不同距离条件下均具有良好的去散射能力。与原始图像相比,处理后图像的自然图像质量值提高了50%,均方根对比度提高了1.5倍,信息熵提高了10%。随着水体环境浑浊度的增加,该方法的去散射效果更强。该方法相较于传统的水下偏振去散射成像方法具有处理迅速、应用范围广等优点。

基于功能磁共振成像数据的脑网络检测是理解大脑认知和功能的关键,也是探索脑功能障碍疾病的基础。随着深度学习技术的发展,越来越多的研究者开始将其应用于脑网络检测领域。基于此,综述了目前这一领域的主要研究成果和进展。首先,介绍了基于功能磁共振成像的脑网络检测基本原理。随后,介绍了应用于脑网络检测的深度学习模型及相关应用,分析了这些模型的优势和局限性。最后,总结了深度学习方法应用于脑网络检测所面临的挑战和未来的研究方向。为进一步推动基于深度学习和功能磁共振影像的脑网络检测及应用研究提供了重要参考。

离心泵的空化现象会严重影响泵的水力性能,特别是采用较高转速的半开式叶轮高速微型泵,其叶顶间隙对叶轮空化性能的影响更加显著。针对此问题,以应用于机载装备热管理系统的高速微型半开式叶轮离心泵为研究对象,对其进全流场空化模拟。采用数值模拟和实验研究相结合的方法,探究了不同进口汽蚀余量、不同叶顶间隙比(0.05、0.08、0.11和0.14)时离心泵空化性能。结果发现:实验泵有效汽蚀余量随着流量的增加而增加;叶顶间隙每增大0.1 mm,即叶顶间隙比增大0.03时,泵的必需汽蚀余量降低0.10 m,导致泵的抗空化性能降低。叶顶间隙越小,叶顶泄漏流越小,发生泄漏涡的可能性降低,提高了泵的抗空化性能。研究结果为高速微型离心泵的设计和优化提供了理论依据。

轴承作为各类大型机械装置中的核心基础部件,其内部缺陷的高精度检测与成像对于保障装备安全运行具有重要的理论意义和工程应用价值。针对具有复杂曲面结构的轴承,提出了一种基于延迟相乘叠加(delay multiply and sum,DMAS)算法的高信噪比超声成像方法。实验中采用楔块与超声相控阵换能器,通过超声斜入射方式对轴承内部的盲孔缺陷展开检测,并引入信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、阵列性能指标(array performance index,API)等参数,对不同损伤的成像结果进行评估。实验结果表明:曲面修正后的p-DMAS成像算法在各项图像性能指标及评价中均表现最优,其SNR最高提升25.8 dB,API最高提升8.4,显著增强了缺陷检测能力。该方法为轴承类曲面结构的原位无损检测提供了新的思路和解决方案。

针对传统全聚焦方法(total focusing method, TFM)在识别裂纹端面时易受衍射波干扰的问题,提出了一种基于Otsu阈值的成像表征新方法。该方法以全矩阵捕捉(full matrix capture, FMC)数据为基础,构建全矩阵幅值图谱,并通过Otsu自适应阈值算法实现对反射与衍射区域的自动分割;在成像过程中仅对反射矩阵信号进行延时叠加,有效避免了衍射能量对端面反射的掩盖,提升了成像效率。基于铝合金内部裂纹的仿真与实验结果显示,该方法在裂纹尺寸测量和成像效率方面均优于基于全矩阵的传统TFM方法,裂纹长度测量误差小于0.3 mm,角度测量误差小于2.0°,成像所需时间减少60%以上。

针对国产大型宽体客机发动机中关键热端承力构件深部三向残余应力场的无损表征难题,开展基于超声测量的残余应力场无损表征与成像方法研究。建立了能够表征任意三向应力影响的声弹性理论模型,揭示了超声体纵波波速相对三向应力变化的定量关系。通过构建含残余应力构件的超声波传播仿真框架,针对典型高温合金锻件设计并采集多角度超声透射数据,分别提出了基于迭代重建算法的层析成像法和基于神经网络的反演成像法。结果表明:层析成像方法能够高灵敏反映锻件内部“内拉外压”分布特征,并对工艺引起的非对称分布具有较高敏感性。神经网络方法则展现出对复杂模式的非线性拟合能力,在高应力区域的平均误差更小。两种方法互为补充,反演结果均与真值保持同一应力水平,能够有效反映实际锻件内部径向、周向、轴向残余应力的幅值与分布状态。所提方法为保障航空发动机关键热端承力构件的尺寸稳定性、可靠性与服役安全性提供了重要数据支撑。

针对低信噪比环境下超声细微缺陷特征提取难题,提出一种适用于低信噪比超声信号的门控残差与双级压缩-激励(squeeze and excitation, SE)注意力协同增强网络。该模型以卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)为基础,通过残差块-SE模块-池化级联结构,在残差块内部嵌入普通SE模块进行初步通道筛选,在网络末端利用局部增强SE模块聚焦峰值信号,并采用门控残差连接从而动态保留原始细微特征,实现噪声抑制与特征增强的协同优化。结果显示:改进后模型的均方根误差(root mean square error,RMSE)均值为0.068 3、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)均值为0.047 1,较基准CNN分别降低49.7%、41.7%,且模型显著优于仅使用单一注意力或残差块的改进模型,验证了双机制协同的优越性,且训练稳定性突出,低信噪比环境下仍保持高精度。所提模型的预测精度、抗干扰能力及稳定性显著优于传统方法与现有模型,为钢管超声无损检测提供高效技术方案,具有重要工业应用价值。

基于时域谱元法开发了GPU并行算法,并系统研究了各向异性板中S₀模态导波的传播特性。将高阶谱单元离散技术与CUDA计算平台相结合实现了并行化计算,建立了复合材料板导波传播的数值模型,精准模拟了导波在复合材料板中的激发与传播过程,进而提取S₀模态特征并计算其波速,并据此绘制S₀模态波速分布曲线。搭建实验系统,以压电传感器作为激励单元,对T300复合材料板开展S₀模态导波传播实验。数值结果表明:通过引入单元级并行计算与“无矩阵化”组装策略,有效提升了模拟效率并显著降低了内存消耗;该方法在保证高精度的同时,大幅优于传统谱元法的计算性能与资源占用。数值模拟结果与实验测量数据高度吻合,能够准确捕捉S₀模态的波速曲线,验证了所提并行时域谱元法的准确性和可行性。研究结果为复合材料板健康监测提供了有效的理论基础。

运动通过调控多器官代谢通路改善肥胖诱发的糖脂代谢紊乱、胰岛素抵抗及慢性炎症,但其效果受饮食因素调节。饮料和食物中糖类的过多摄入对机体各器官功能会产生负面效应,食用低热量的功能性甜味剂代替高热量蔗糖广受减肥者和运动爱好者欢迎。然而,功能性甜味剂与机体能量代谢、脂肪代谢和免疫之间的关系复杂,尚无定论。鉴于运动与甜味剂摄入在肥胖发生和发展中的关键作用,综述运动对肥胖引起的多器官(包括心脑血管、肝脏、肾脏、骨骼肌和脂肪组织等)功能紊乱的关键作用机制,总结不同类别甜味剂对运动改善肥胖作用关键靶点(例如AMPK/SIRT1/PPARs、STAT3/NF-κB/Smad、PI3K/Akt等信号通路)的影响,揭示甜味剂摄入对运动改善肥胖及其相关代谢疾病的潜在协同或拮抗作用,为肥胖等慢性疾病的运动预防和康复策略提供理论依据和实践指导。

针对弱非线性效应提取的难题,提出了一种基于滑动相关分析的混频非线性分量提取方法。通过有限元仿真,研究了时间窗宽度对混频分量提取效果的影响。选择汉宁窗调制的正弦信号作为基准信号,当时间窗宽度与激励信号长度相等时,混频非线性分量的提取效果最佳。针对不同粘接强度的试件进行了混频非线性检测实验,并采用3种不同方法提取混频分量。结果表明:与三激励差法和极性反转法相比,滑动相关分析法简化了实验流程,仅需一次检测信号即可准确提取非线性混频分量,其归一化非线性系数能够有效表征粘接结构和粘接强度。

通过分割生态图像中蝴蝶获得蝴蝶掩码是基于生态图像的蝴蝶物种自动化识别的基础,因此研究蝴蝶生态图像分割有重要意义。然而,现有蝴蝶生态图像存在数据集样本量小、蝴蝶拟态、翅膀遮挡等问题,使现有深度网络难以训练出具有良好泛化能力的分割模型。为此,通过改进SAM(segment anything model)模型,提出一种鲁棒的蝴蝶生态图像分割新模型SABM(segment any butterfly model)。SABM模型通过引入双路卷积模块、蝴蝶词元(butterfly token)及一个3层MLP(multi-layer perceptron)使模型具有更好的特征学习能力。707张蝴蝶生态图像数据集的2折交叉验证实验表明,SABM模型对蝴蝶生态图像的分割能力超越了SAM及其现有的改进SOTA模型。7 645张全新蝴蝶生态图像数据集的分割实验测试发现,SABM模型具有非常好的泛化性能,对7 645张全新蝴蝶生态图像的蝴蝶实现了非常好的分割。该分割结果为未来的蝴蝶生态图像分割研究提供了10倍于现有数据的大数据集,为野外环境下的蝴蝶物种自动识别提供了更好的可用数据,也为测试聚类算法性能提供了富有挑战性的数据集。另外,还在医学图像数据测试了SABM模型的鲁棒性。

针对变厚度板结构中Lamb波传播行为复杂、频散效应显著而导致缺陷定位成像困难的问题,提出了一种基于Lamb波传播模型的缓变厚度板缺陷成像方法。首先构建了变厚度板Lamb波传播模型,基于分段等厚度近似和频散曲线插值实现了变厚度板中Lamb波响应信号预测,并结合反向传播相位补偿算法,消除了变厚度板中Lamb波频散效应导致的信号畸变问题。在此基础上,结合延时求和成像算法实现缓变厚度板缺陷成像。为验证所提出的缓变厚度板缺陷成像方法的有效性,进行了数值模拟和实验研究。数值仿真结果表明,所提出的方法在500 mm × 500 mm、厚度变化范围为2~4 mm的缓变厚度板中对直径为8 mm的圆孔缺陷的定位误差约为5.8 mm。实验结果显示,缺陷位置能够清楚地呈现,缺陷定位误差约为10 mm,验证了所提方法在缓变厚度薄板缺陷检测中的有效性。

为改进基于非线性超声静态分量的微观损伤检测方法中的“一发一收”检测模式,提出了基于脉冲反射方式的检测方法,该方法仅需使用一个直探头即可实现超声波的发射与接收。以铝板试样为例,分别进行了有限元仿真和实验测量。通过单个直探头激励非线性超声纵波,并采集其反射信号,从中提取基频与静态分量,进而计算相对非线性系数,用于评估铝板的塑性损伤程度。结果表明:采用中心频率为5 MHz的超声换能器进行激励与接收时,可有效获取反射波静态分量,验证了单换能器脉冲反射法获取静态分量的可行性。反射波静态分量的相对非线性系数随铝板厚度和塑性损伤程度的增大而增大,进一步证明了该方法在微观损伤检测方面的有效性和适用性。

科学识别国土空间生态修复重点区域、合理布局生态修复空间是当前国土空间规划面临的重要任务之一。以秦巴山区为例,通过INVEST模型对秦巴山区景观价值、水源涵养、土壤保持、碳固定和生境质量进行评估并识别生态源地,运用电路理论提取生态廊道和生态夹点,构建国土空间生态安全格局,并以小流域为基本单元识别生态修复重点区域。研究结果表明:高阻力区主要分布在秦巴山区东部和东北部区域,低阻力区、中低阻力区、中高阻力区和高阻力区面积分别为 31 682.38、179 998.17、11 346.18、1 404.08 km²。秦巴山区共包含26处生态源地,总面积34 646.87 km²;潜在生态廊道51条,总长3 274.111 km;夹点及障碍点141处。生态源地在中西部覆盖面积最大,生态廊道空间分布呈现东西部廊道长、中部廊道短的特点,夹点主要集中分布在秦巴山区的东部区域,障碍点在秦巴山区的北部分布较为密集。以小流域为基本单元识别出秦巴山区5类重点修复区,包括生境质量与水源涵养修复小流域10处,碳固定与景观价值修复小流域74处,生境质量与土壤保持修复小流域18处,综合修复小流域7处,廊道、夹点和障碍点修复小流域58处。最后,提出了秦巴山区国土空间生态修复策略,为秦巴山区国土空间生态修复提供科学参考。

岩画作为一种特殊的历史文化遗产,其数量大、分布广,图像分类面临复杂元素交叉干扰的挑战,难以实现高效准确的分类识别,而深度学习等技术的发展为岩画的保护研究提供了新的契机。基于此,提出一种双分支注意力融合网络(DBAFN),融合ResNet50的局部特征提取能力与ViT(vision Transformer)的全局语义建模能力,以贺兰山岩画为例,通过门控注意力机制动态加权特征,提升岩画分类精度。在包含1 200幅贺兰山岩画图像(人面像、动物、狩猎场景)的数据集上,DBAFN实现85.62%的分类准确率,较单一ResNet50(81.46%)和单一ViT(80.02%)提升显著,其中狩猎岩画F₁值提高至82.35%。实验表明,该网络能有效解决岩画误分类问题,为文化遗产语义解析与跨学科研究提供新路径,助推人工智能在文化遗产数字化保护领域的应用。

虽然SASRec(self-attention sequential recommendation)模型在稀疏性数据集和稠密型数据集上的结果都优于各种序列推荐模型,但是在序列推荐中也会受到表征退化的困扰,即高频出现的物品常常会集中在表征空间的一小块区域,从而降低推荐性能。为了解决该问题,引入了一个对比学习损失函数,在embedding空间里添加高斯噪声做数据增强,并使用原始物品序列和数据增强后的物品序列来构建正样本对,促使相似实例在映射空间里的距离越近越好,不同实例在映射空间里的分布呈现均匀性,尽可能让实例映射成embedding之后还能保留自己的个性化信息。对两个基准数据集的综合实验研究表明,该对比学习模型方法可以平滑地调整学习表示的流行度偏差。该对比学习基于图推荐模型SGL(self-supervised graph learning for recommendation),该模型在表示学习中存在负采样偏差,提出的模型可以有效地提高推荐性能。

城市扩张引发的耕地破碎化对自然资源的可持续利用和粮食安全构成了严峻威胁。以关中平原城市群为例,构建景观格局视角的耕地破碎化综合指数(cultivated land fragmentation index,CLFI),结合CRITIC(criteria importance through intercriteria correlation)权重法、圈层梯度分析法和土地利用转移矩阵等方法,系统探讨了1990—2023年城市群扩张与耕地破碎化的时空特征及其关联响应。结果表明:1990—2023年,关中平原城市群耕地面积减少6.01×10³ km²,其中4.30×10³ km²转化为建设用地,占新增建设用地的46.62%,耕地破碎化主要集中于城市边缘和海拔较高的地区;各城市耕地破碎化在城乡梯度上的变化趋势显著,反映了不同城市的发展规模和阶段差异;耕地破碎化综合指数差值显示,1990—2023年耕地破碎化程度总体增加,咸阳市破碎化程度增幅最大且随距离递增,而多数城市的破碎化程度随距离递减。研究揭示了城市群扩张背景下耕地破碎化在城乡梯度上的时空演变规律,为耕地保护、科学规划城市扩展及优化土地利用格局提供了科学参考。

为优化肠溶植物滴丸的制备工艺,提升其机械性能,促进其在食品和生物医药领域的应用,通过单因素实验和响应面分析确定肠溶植物滴丸的最优配方为:普鲁兰多糖质量分数2.875%、海藻酸钠质量分数0.702%、m_κ-卡拉胶∶m_结冷胶=3∶1、甘油质量分数2.5%、KCl 质量分数0.20%。验证实验结果表明,所制得囊皮薄膜的抗拉强度为10.98±0.42 MPa,断裂伸长率为55.31%±0.65%,与理论预测值相近,表明囊皮薄膜具有良好的机械性能。由该配方制得的肠溶植物滴丸先后在模拟胃液中检查2 h和模拟小肠液中检查3 h未出现崩解或软化现象,而在模拟结肠液中11±3 min内完全崩解,满足《中华人民共和国药典》(2020年版)要求。同时,滴丸在胃液和肠液中的溶胀率分别为38.32%±4.63%和294.92%±7.33%,且外形未出现侵蚀和变形,溶胀性能良好。研究结果可为机械性能优良的肠溶植物滴丸制备提供理论基础和技术支撑,有助于其在食品和医药领域的应用拓展。