高分辨太赫兹衰减全反射频域光谱系统

由于水对太赫兹(THz)波具有强烈的吸收,含水样本的太赫兹光谱检测面临重大挑战。为解决太赫兹光谱对含水样本的高灵敏检测问题,本文提出并实验验证了一种太赫兹衰减全反射(ATR)的高分辨频域光谱系统。该系统采用创新式光混频相干检测技术,获得了出色的动态范围和分辨力性能,在0.3~1.2 THz范围内,峰值动态范围超过100 dB,频率分辨力高达100 MHz。创新式的ATR架构有效提升了灵敏度,在对不同浓度α-乳糖水溶液的实验测量中,实现了对水溶液样本的直接、精确定量检测。

独立测距通道超低空无线电引信

针对多通道功能复用脉冲或脉冲多普勒(PD)引信测距误差较大,严重制约引信超低空性能的问题,提出基于独立测距通道的超低空无线电引信。该超低空无线电引信由目标探测通道和独立测距通道组成,其中目标探测通道采用PD体制,独立测距通道采用线性调频连续波(LFMCW)体制。仿真分析结果表明,基于独立测距通道的超低空无线电引信安全距离仅需0.7 m,在目标探测通道距离波门调整过程中引信目标探测区得到最大程度的保留,同时具备3 m高度飞行目标的近距探测能力。

准二维钙钛矿中结晶调控与低阈值微纳激光器

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了Q-2D钙钛矿中更高效的能量传递。通过在Q-2D钙钛矿前驱体中引入钠离子来实现对Q-2D钙钛矿成核和生长过程的操控。研究表明,钠离子的掺入促进高n相的成核,使不同n相在空间上更均匀地分布,寿命的表征证实该操作促进了能量的转移。得益于这种高效的能量传递过程,与普通薄膜体系的光放大阈值(23.3μJ·cm^(-2))相比,掺杂薄膜的光放大阈值降低至14.3μJ·cm^(-2)。该研究提供了一种有效的优化Q-2D钙钛矿光子学性能的新方法,从而进一步拓宽Q-2D钙钛矿的光子学应用范围。

中性束注入系统加速极电源高压部件设计

基于负离子的中性束注入是未来大型托卡马克装置不可或缺的辅助加热方式。中性束系统中的加速极电源需要输出-200 kV电压和5 MW的功率,还经常面临负载短路和断路的特殊工况。过去对加速极电源的研究中缺少高压部分的方案设计,而电源中高压部件的绝缘设计是电源研制过程中必不可少的关键环节。据电源指标和特殊工况的特点,计算了电源高压部分的隔离升压变压器、高压整流器和高压滤波器的电路参数,并对这些部件基于油浸式绝缘进行了工程设计,通过有限元仿真分析进行了绝缘验证。仿真结果表明,这些部件中的电场强度最高为16.22 kV/mm,小于变压器油击穿场强并具有2倍的绝缘裕度。设计的高压部件结构可以满足电源的绝缘要求。

基于随机森林的复合绝缘子憎水性等级检测

针对传统复合绝缘子憎水性检测费时费力,因受环境等因素影响,检测结果误差较大的问题,提出一种基于随机森林的复合绝缘子憎水性等级检测方法。该方法是一种机器学习算法,通过构建多个决策树并投票来建立一个分类模型,采用图像处理方法中的增强、平滑、去噪、分割等操作对复合绝缘子伞裙表面进行预处理,从中提取憎水性相关特征数据,最后运用随机森林完成复合绝缘子憎水性等级检测。检测分析时,当决策树数量在100左右时,准确率稳定在92.88%,与传统复合绝缘子憎水性检测方法相比,提高了憎水性检测效率及准确率。

基于Faster-RCNN的绝缘子缺陷检测

针对传统人工检测绝缘子缺陷效率低的问题,提出一种基于Faster-RCNN的绝缘子缺陷检测方法。首先对航拍的绝缘子缺陷图片进行数据增强,其次算法中使用残差网络结构并引入注意力机制,提升检测效果的同时降低了模型复杂性,使用组归一化方式代替批归一化方式,最后用Soft-NMS代替NMS进行结果优化。试验结果表明,改进后算法的精确率达到90.3%,与改进前相对比精确率提升了14.7%,使绝缘子缺陷检测的有效性与可靠性得到了提升。

基于KNN算法的复合绝缘子憎水性等级分类

传统的复合绝缘子憎水性等级分类主要依靠电网工作人员在高空下进行,受到环境、天气等因素的影响,检测质量难以保证,工作效率低下。提出一种基于KNN算法的复合绝缘子憎水性等级分类方法,并对KNN算法进行试验,选择最合适的参数进行复合绝缘子憎水性等级分类。试验结果表明,当K=8,使用曼哈顿距离,对复合绝缘子憎水性等级分类准确率最高,达到86.41%。

高压保护开关缓冲电路参数优化设计

目前的高压保护开关缓冲电路参数设计缺乏相关理论设计方法,同时缓冲电路方案由于设计过程中并未考虑分布电容影响,因此均为等参数设计方案,这种方法均压效果不够理想。为了解决目前参数设计中存在的问题,首先建立了含缓冲电路和杂散电感的MOSFET模型并对其关断过程进行了分析,从而得到了抑制电压尖峰的缓冲电路理论设计方法及表达式。针对串联均压未考虑分布电容的问题,通过构造等电位点,建立了含有分布电容的等效电路并进行分析,根据电荷方程等式得到了缓冲电路非等参数设计方法及表达式,该参数设计方法可以补偿分布电容造成的电压分布不均,并更好地指导高压保护开关的均压方案设计。为了验证参数设计的合理性进行了仿真分析,结果表明,最终得到的整体设计方案可以满足尖峰抑制以及均压的设计要求。

永磁辅助磁阻发电机建压过程及短路故障运行

为解决传统永磁发电机短路故障时灭磁困难和开关磁阻类发电机电压波形差的难题,提出一种永磁辅助同步磁阻发电系统(PMSynRG)。建立该电机的数学模型,阐述其发电运行机理,并推导出带载时的稳态电压方程和三相短路时绕组交直轴短路动态电流方程。针对发电机带载时的自激建压过程进行数值仿真计算,得出自激建压曲线,验证发电机系统的建压能力。此外,针对三相短路故障进行数值仿真计算,验证了故障时三相电流小于额定电流的结论,同时还验证了三相短路时动态电流方程的正确性,证明了发电机系统具有较强的自我保护能力。最后,制作样机并完成了带载建压实验,实验结果与数值分析结果吻合度较高。

软磁材料性能因子在高速电机设计中的应用

高速电机中定子铁芯损耗占总损耗比例相对较大,高频运行时定子软磁材料的准确选取限制了整机效率的提升,为此引入材料性能因子作为选材准则。以无取向硅钢材料B20AT1500、极薄硅钢材料10JNEX900和新型非晶合金带材AYFA-Z的性能因子作为判据,得到3种材料的最佳使用频率范围。采用数值计算方法,对比3种材料的电机在空载和负载下的性能。结果表明:根据软磁材料性能因子,可以准确、快速判定出工作频率范围内的最优软磁材料。最后,通过搭建高速电机实验平台,完成120 000 r/min的超高速电动机的参数测试和性能测试,进一步验证了根据材料性能因子作为铁芯材料优选判据的可行性。

基于吸收Markov链的网络入侵路径预测方法

入侵意图和路径预测对于安全管理员深入理解攻击者可能的威胁行为具有重要意义.现有研究主要集中于理想攻击场景中的路径预测,然而理想攻击路径并不都是入侵者采取的真实路径.为了准确全面地预测网络入侵的路径信息,提出基于吸收Markov链的多步攻击路径预测方法.首先利用吸收Markov链中状态转移的无后效性和吸收性设计节点状态转移概率归一化算法,并证明完整攻击图可以映射为吸收Markov链,进而给出了基于通用漏洞评分标准的状态转移概率度量方法,最后提出攻击状态节点访问次数和路径长度的期望值预测步骤流程.实例分析结果表明:该方法可以量化不同长度攻击路径的概率分布、计算路径长度的期望值、预测实现既定攻击目标所需的原子攻击次数,并对节点威胁进行排序,为及时应对网络攻击威胁提供更多安全防护指导.

中国耕地质量的提升战略研究

本文在系统分析我国耕地数量、质量变化态势的基础上,提出以统筹耕地数量、质量、生态三位一体为重点,实现耕地管理的三大战略转变的总体战略思路,以及提高国家耕地保有量、控制建设用地无序增长、提升耕地土壤肥力、防控土壤重金属污染和农膜污染五项重要措施,并建议尽快实施中低产田改造,农村土地综合整治,土壤重金属污染综合修复,水土保持、防沙与盐渍土改良四项重大工程。

中国农业资源环境若干战略问题研究

21世纪中叶我国将处于全面实现现代化和走向全球化时期,在此期间我国将面临人口老龄化、劳动力不足和资源短缺。这一时期是人与资源矛盾最尖锐时期,也是环境治理最艰难时期。为确保粮食与食物安全、资源安全与生态环境安全,中国工程院成立重大咨询项目"中国农业资源环境若干战略问题研究",旨在"分析形势,寻找对策"。依据中央的"创新、协调、绿色、开放、共享"的新发展理念,提出"全面实施农业创新驱动战略""深入推进农业可持续发展战略"和"实施农业走出去的全球化战略"三大战略方向,八项战略性转变,十六条有关资源节约、环境保护、结构调整、区域布局等战略性措施和十项重大工程。

支架联合中间导管接触性抽吸技术在急性大脑中动脉闭塞机械取栓中的应用

目的探讨支架联合中间导管接触性抽吸技术在急性大脑中动脉闭塞开通中应用的安全性和有效性。方法回顾性分析2018年3月至6月于首都医科大学宣武医院神经外科接受支架联合中间导管接触性抽吸机械取栓治疗的急性大脑中动脉闭塞患者15例的病例资料,记录患者年龄、性别、入院美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分、Alberta卒中项目早期CT评分(ASPECT)评分、血管再通分级[改良脑梗死溶栓试验(mTICI),mTICI分级≥2b为血管成功再通]、一次再通率、股动脉穿刺至成功再通时间、手术相关并发症、出院NIHSS评分以及患者术后90d改良Rankin量表(mRS)评分(mRS评分0~2为预后良好)。通过SPSS23.0软件对组间相关数据差异进行分析。结果15例中,男12例,女3例;年龄36~74岁,平均(57±12)岁,合并高血压病12例,糖尿病4例,高脂血症12例,心房颤动6例,卒中史2例,吸烟史8例;ASPECT评分6~10分,平均(8.5±1.4)分;入院NIHSS评分7~16分,平均(12.0±2.9)分。15例患者均实现闭塞大动脉再通成功,自股动脉穿刺至成功再通时间20~120min,中位时间43.6(31.3,47.2)min,一次实现血管再通成功12例(12/15),无严重的操作相关并发症。患者出院时NIHSS评分0~12分,中位评分3.4(2.7,3.8)分。术后90d随访,患者预后良好12例。结论中间导管接触性抽吸结合支架取栓技术治疗急性大脑中动脉闭塞是一种安全有效的血管内机械取栓方法。

脊柱内镜椎板间入路治疗高髂嵴L5/S1脱垂型腰椎间盘突出症

目的:探讨脊柱内镜椎板间入路治疗高髂嵴L5/S1脱垂型腰椎间盘突出症的临床疗效。方法:回顾性分析2016年1月至2019年1月中南大学湘雅医院收治的31例采用脊柱内镜椎板间入路治疗高髂嵴L5/S1脱垂型腰椎间盘突出症的患者。通过术前、术后及随访时视觉模拟评分(Visual Analoge Scale,VAS)和Oswestry功能障碍指数(Oswestry Disability Index,ODI)评估患者术前、术后的疼痛程度和腰部功能,按Macnab标准评定临床疗效。结果:31例患者术后均获得随访,时间12~48(29.68±9.64)个月。手术时间(79.16±22.43)min,透视次数2.71±0.78。患者术前VAS为7.09±0.94,术后3个月为1.45±1.23,末次随访为1.27±0.92,术后及末次随访VAS较术前明显降低(P<0.05)。术前ODI为56.03±6.64,术后3个月为16.45±6.83,末次随访为13.03±4.96,术后及末次随访ODI较术前明显降低(P<0.05)。末次随访时的临床疗效:优26例,良3例,可2例,优良率为93.5%。术后2例出现部分髓核残留,1例术后内镜翻修,1例保守治疗。1例术后即刻出现神经根刺激痛,经保守治疗后好转。结论:采用脊柱内镜椎板间入路治疗高髂嵴L5/S1脱垂型腰椎间盘突出症手术入路相对简单,透视次数少,并发症少,临床疗效满意,是一种安全可行的方法。

贵州土地石漠化变化及社会经济活动的影响分析

分析石漠化与社会经济活动的关系及其动态变化,有利于石漠化状况的改善和治理。以往的驱动因子分析对社会经济因素的研究较少,本文以贵州省为研究区,以县域为研究单元,基于2000年和2011年两期石漠化影像,通过空间分析研究了贵州省2000—2011年的石漠化动态变化,并从人口因素、社会发展状况和经济水平、农业生产活动、地形坡度和生态工程建设等5个方面选取23个影响因子,对石漠化的驱动力进行分析。结果表明:1)2000—2011年贵州省石漠化的治理工作取得了一定的成效,石漠化面积总体减少,但中度和重度石漠化面积呈增加趋势,轻度以上石漠化的治理任务还很艰巨;2)23个影响因子与石漠化呈现不同程度的正负相关关系; 3)农业人口比重、农业总产值、人均粮食、人均耕地、耕地比重、15°～25°耕地(岩溶)比重和25°以上耕地(岩溶)比重均与石漠化呈显著正相关,其他因子均与石漠化呈显著负相关,其中农业活动对石漠化的影响最为显著,农业人口比重、农业总产值、人均耕地、15°～25°耕地比重、25°以上耕地比重、15°～25°岩溶比重和25°以上岩溶比重与石漠化的相关系数分别为0.473、0.425、0.291、0.288、0.430、0.338和0.334。研究社会经济活动对石漠化的影响可为石漠化治理提供借鉴和参考。

宏基因二代测序技术对脊柱感染的诊断效率及预后的影响

目的:脊柱感染是一种比较少见且治疗棘手的感染性疾病。由于经验性使用抗生素使多重耐药菌感染发生率增加,同时检测技术进步导致检出率增加,因此脊柱感染的发病率呈上升趋势。传统检测方法诊断脊柱感染存在敏感性低和耗时长等局限性。在脊柱感染的临床诊疗中,判断病原体的类型从而有针对性地使用抗生素一直是重点和难点。许多患者在脊柱感染早期因传统检测方法的局限性不能得到快速精准的诊断,造成诊断延迟,错过最佳治疗时间,给患者带来灾难性后果。临床上急需一种高特异度、高灵敏度、耗时少的检测脊柱感染病原体的技术。宏基因二代测序技术(metagenomic next-generation sequencing,m NGS)是近几年新兴的前沿技术,其可以检测样本中已知的所有病原体,已应用于诊断临床上非典型的、罕见的感染性疾病。本研究旨在分析mNGS技术在脊柱感染术后诊断病原体中的敏感度,以及其对预后的影响。方法:回顾性分析2019年1月至2021年12月中南大学湘雅医院收治的82例脊柱感染患者的临床资料,术前检测其外周血C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate,ESR)、降钙素原(procalcitonin,PCT),在术中取得患者病灶组织标本,并进行微生物培养、组织病理学检查和mNGS检测。根据mNGS检测结果,将82例患者分为针对用药组(n=71)和经验用药组(n=11)。术后定期随访,根据病理学及病原学检查结果,评价m NGS检测脊柱感染病原体的敏感度及其对预后的影响。结果:mNGS检测脊柱感染病原体的阳性率(86.59%,71/82)显著高于微生物培养(18.99%,15/79)和PCT检测(30.23%,13/43)。针对用药组与经验用药组的术前体温、白细胞计数、中性粒细胞比值和入院视觉模拟评分差异均无统计学意义(均P>0.05);术前是否使用抗生素对mNGS检测结果和微生物培养结果阳性率无明显影响(P=0.681)。针对用药组患者的术后CRP、ESR呈下降趋势;术后30 d,针对用药组的ESR较经验用药组明显下降(P=0.044)。结论:相比于微生物培养和PCT检测,mNGS检测脊柱感染病原体的敏感度更高;与经验用药相比,根据mNGS检测结果针对性使用抗生素的患者预后更好。

问卷调查法对显微神经外科训练效果的调查分析

目的探讨显微神经外科医师的培训方法和培训内容的侧重点。方法采取问卷调查法对2001年12月至2019年12月在首都医科大学宣武医院Ya爧argil显微外科训练中心接受过系统培训的490名进修医师进行回访,并对数据进行分析。问卷内容:(1)基本信息(参加培训时的年龄、工作年限);(2)培训期间的情况(参加培训的目的和对培训的体会);(3)培训效果(培训后对实际临床工作的帮助和目前的工作状态,主要指从事颅内外动脉旁路移植手术、显微血管吻合、显微神经外科、整形外科或其他);(4)对培训的建议。结果(1)发放问卷调查表414份,回收166份,排除2份无效问卷,共164份有效问卷调查表,问卷调查表的回收率为40.1%,问卷的有效应答率为98.8%。(2)参加培训时,进修医师年龄为25~51岁,平均(35±4)岁;已有工作年限不等,>10年者占50.6%(83/164),>5~10年者占41.5%(68/164),1~5年者占7.9%(13/164);有一定显微操作基础者占74.4%(122/164)。(3)96.3%(158/164)的进修医师认为培训内容有很大帮助。(4)经过培训后,76.2%(125/164)的医师开展了至少1项新手术,开展最多的是脑血管病的显微手术治疗,仅有39名尚未开展新手术,与至少开展了1项新手术的医师相比,前者年龄小于后者,二者年龄的差异具有统计学意义[(34±3)岁比(36±4)岁,t=-2.60,P=0.01]。(5)2001—2010年与2011—2019年进修医师工作年限、后期培训效果的差异均无统计学意义(均P>0.05);2011—2019年,参加培训的进修医师零基础比例低于2001—2010年,二者差异有统计学意义[20.2%(22/109)比36.4%(20/55),χ^2=5.020,P=0.025]。结论显微外科培训有助于中青年神经外科医师的技术提高,但培训完成后开展新手术需以既往的工作经验和年限作为补充。

一种区分等级的可生存服务功能链映射方法

针对在底层网络可能发生单点和单链路故障情况下的服务功能链(service function chain,SFC)映射问题,提出一种区分等级的可生存SFC映射方法,为提供重要服务的关键SFC预先分配备用资源,为提供普通服务的普通SFC快速重映射失效部分,从而兼顾提高SFC可生存能力和降低底层网络资源开销的需求.首先,在考虑最小化SFC服务时延的条件下,分别为关键SFC和普通SFC的可生存映射问题建立混合整数线性规划模型.其次,提出2种启发式的模型求解算法,其中,面向关键SFC的主备服务路径构建算法采用贪心思想交替进行节点和链路映射,以减小SFC服务时延,并在主备服务路径之间建立桥接路径,以提高路径切换速度和降低路径切换过程的丢包率;面向普通SFC的失效服务路径重建算法引入最大流问题求解失效节点的最佳重映射位置,以提高成功恢复的失效普通SFC数目,并利用改进的Dijkstra最短路径算法选择时延低的重映射路径.最后,在不同网络条件下实验验证了启发式算法的性能,并且在模拟网络环境中所提可生存SFC映射方法能保证SFC的成功运行率在59.2%以上.

Ce在负载Pd催化苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯反应中的作用

采用微乳液法制备了Ce为助剂的Pd-Ce-O/SiO2催化剂,用于苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯(DPC)反应。活性评价结果显示,催化剂性能随着Ce用量的增加而提高,当Ce/Pd摩尔比为10/1时,苯酚转化率为64.4%,碳酸二苯酯选择性为83.4%。利用XRD表征发现,部分Ce4+进入到PdO晶格中,使得失活Pd原子中的电子更容易向Ce转移,从而易于再生,表现出更好的催化性能。根据上述结果,设计制备了Pd-O/CeO2催化剂用于本反应,苯酚转化率和碳酸二苯酯选择性分别仅为24.0%和23.3%。表征发现,在Pd-Ce-O/SiO2催化剂表面,Pd物种主要是PdO,而Pd-O/CeO2表面的Pd物种则以PdO2为主。由于苯酚氧化羰基化反应的活性中心为Pd(Ⅱ),所以Pd-O/CeO2催化性能较差。并且,由于Pd与CeO2之间存在强相互作用,催化剂表面Pd含量较低,这也是Pd-O/CeO2催化活性较差的原因之一。