基于神经算子与类物理信息神经网络智能求解新进展

深度学习通过多层神经网络对数据进行学习,不仅能揭示潜藏信息,还能很好地解决复杂非线性问题.偏微分方程(PDE)是描述自然界中许多物理现象的基本数学模型.两者的碰撞与融合,产生了基于深度学习的PDE智能求解方法,它具有高效、灵活和通用等优点.文章聚焦PDE智能求解方法,以是否求解单一问题为判定依据,把求解方法分为两类:神经算子方法和类物理信息神经网络(PINN)方法,其中神经算子方法用于求解一类具有相同数学特征的PDE问题,类PINN方法用于求解单一问题.对于神经算子方法,从数据驱动和物理约束两个方面展开介绍,分析研究现状并指出现有方法的不足.对于类PINN方法,首先介绍了基础PINN的3种改进方法 (基于数据优化、基于模型优化和基于领域知识优化),然后详细介绍了基于物理驱动的两类解决方案:基于传统PDE离散方程的智能求解方案和无网格的非离散求解方案.最后总结技术路线,探讨现有研究存在的不足,给出可行的研究方案.最后,简要介绍智能求解程序发展现状,并对未来研究方向给出建议.

基于遗传效应和气候变量的日本落叶松微纤丝角预测

【目的】分析遗传效应和气候变量对日本落叶松木材微纤丝角的影响,建立预测模型,预测终端收获木材的质量,旨在提高遗传材料的选育效率和促进目标材种的定向培育。【方法】以20个日本落叶松无性系为研究对象,通过木芯取样测定了林龄从4年到15年连续12个年轮的微纤丝角,分析了微纤丝角与林龄和年轮宽度的关系,建立了微纤丝角基础预测模型,然后对微纤丝角和气候变量进行相关性分析,采用混合效应模型构建了含有遗传效应和气候变量的日本落叶松微纤丝角预测模型。【结果】(1)微纤丝角随着林龄的增加呈减小趋势,随年轮宽度的增加呈增加趋势,不同无性系间微纤丝角变化规律明显不同。(2)含有林龄和年轮宽度的基础模型确定系数(R^(2))为0.43,均方根误差(RMSE)为4.391;加入平均年降水量和冬季平均降水量后模型R2为0.54,RMSE为4.039;采用混合模型建立的含遗传效应和平均年降水量、冬季平均降水量的微纤丝角预测模型R^(2)为0.81,RMSE为3.061。(3)平均年降水量和冬季平均降水量增加会增大日本落叶松微纤丝角,两个气候变量解释了微纤丝角变异的11%;遗传效应对日本落叶松微纤丝角变异有重要影响,可解释微纤丝角变异的27%。【结论】相较于平均年降水量和冬季平均降水量,遗传效应对木材微纤丝角影响更大。而且不同无性系的微纤丝角对气候因素变化的响应不同,无性系I6-7-075、I8-4-30和J28-6对于气候变化更钝化,是生态适应性更强的无性系,适合进一步在日本落叶松适生区推广应用。

真空扩散对奥氏体灰铸铁渗硼层组织与性能影响的研究

为了改善奥氏体灰铸铁渗硼层厚度不足和脆性过大的问题,研究了渗硼处理和渗硼/真空扩散复合处理对奥氏体灰铸铁表面改性层摩擦磨损性能的影响和影响机理。利用光学显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、电子探针等设备对单一处理和复合处理试样的渗层进行了金相组织、元素分布、物相组成、表面硬度、截面硬度以及磨痕分析。结果表明:真空扩散对渗硼层有着增厚的作用,能够有效的将脆性较大的FeB相转化为脆性相对较小Fe2B相,改善渗硼层的耐磨性,但会使得渗层的表面硬度略微降低,渗层中石墨的粗化现象更为加重。

FT3/FT4、hs-CRP/PA、NT-proBNP水平对预测老年急性心力衰竭患者预后的价值

目的 探究游离三碘甲状腺原氨酸/甲状腺素(FT3/FT4)、超敏C反应蛋白/前清蛋白(hs-CRP/PA),及氨基末端脑钠肽前体(NT-proBNP)对老年急性心力衰竭(AHF)预后不良的预测价值。方法 选取2022年3月—2023年3月首都医科大学附属北京潞河医院收治的72例老年AHF患者作为研究组,收集患者FT3/FT4、hs-CRP/PA,及NT-proBNP等临床资料及入院随访一年预后情况,根据预后情况分为预后不良组(n=23)和预后良好组(n=49);另随机抽取72例健康志愿者作为对照组,分析其临床资料及NT-proBNP、FT3/FT4、hs-CRP/PA水平差异,分析其对老年AHF的预测价值。结果 研究组患者的FT3/FT4低于对照组患者,hs-CRP/PA及NT-proBNP高于对照组患者(P<0.05);预后不良组患者FT3/FT4低于预后良好组患者,hs-CRP/PA及NT-proBNP水平高于预后良好组患者(P<0.05)。多因素Logistic回归分析结果显示NT-proBNP、FT3/FT4、hs-CRP/PA水平均为患者预后不良的影响因素(P<0.05)。受试者操作特征曲线分析结果显示,NT-proBNP、FT3/FT4、hs-CRP/PA水平预测老年AHF患者的曲线下面积分别为0.816、0.862、0.713。结论 NT-proBNP、FT3/FT4、hs-CRP/PA与老年AHF患者不良预后有关,3项指标共同使用预测患者预后效能良好。

作物学学科研究进展与展望

作物学作为一门较为系统的学科,在19世纪中期到20世纪初形成并逐渐发展完善。作物学是农业科学的核心学科之一,由作物种质资源学、作物遗传育种学、作物栽培学和耕作学组成。作物学在保障国家粮食安全、生态安全、农产品供给、现代农业可持续发展中发挥着举足轻重的作用。分析了我国及宁夏作物学发展现状、存在的问题,对未来发展的关键科学问题进行了讨论。

可用于狭小空间的单目主动视觉姿态测量方法

在狭小空间智能装配时,需要测量基准面姿态;但现有姿态测量设备尺寸较大或需要附加扫描运动机构,存在装置难以部署等问题,故提出一种适用于狭小空间的基于双线激光的单目主动视觉姿态测量方法。首先提取出线激光中心点进行光平面标定;接着根据中心投影关系,计算出光平面与像平面的转换矩阵;然后提取目标平面线激光中心点像素坐标并转换为相机坐标;最后应用RANSAC算法过滤异常点后使用最小二乘法拟合出物体平面方程,实现目标平面姿态测量。实验结果表明,滚转角测量误差平均值为0.029°,标准差为0.016°;俯仰角测量误差平均值为0.035°,标准差为0.025°。完成了在直径为170 mm、高为520 mm圆柱形腔体内的平面姿态测量,验证了方法的有效性。

胸骨正中劈开入路心脏术后并发胸部切口感染危险因素的病例对照研究

背景胸骨正中劈开术是开胸心脏手术的常规入路,经此入路行心脏手术的患者术后可并发胸部切口感染(sternal wound infection,SWI),给患者造成巨大的心理和经济负担。目的探索SWI发生的危险因素,积极预防并降低其发病率。方法回顾性分析2011年1月—2021年1月于解放军总医院通过胸骨正中劈开入路行开胸心脏手术患者,筛选发生SWI的病例,并进行1∶4倾向性匹配。通过单因素Cox分析和LASSO回归筛选与SWI发生有关的特征指标,综合专家意见后进行多因素Cox回归确定切口感染的独立危险因素。结果5471例患者中61例在开胸手术后180 d内发生SWI,发病率为1.11%,其中44例为浅表胸骨切口感染,17例为深部胸骨切口感染。病例组男21例,女40例,中位年龄61岁;对照组男110例,女134例,中位年龄59岁。多因素Cox回归分析显示,体质量指数[HR(95%CI):1.07(1.00~1.14),P=0.038]、糖尿病[HR(95%CI):1.87(1.01~3.46),P=0.046]、心肌梗死[HR(95%CI):2.25(1.19~4.26),P=0.013]是SWI的独立危险因素。结论基于解放军总医院病例数据,本研究发现SWI的独立危险因素为糖尿病、高体质量指数和心肌梗死。这些因素可能通过破坏伤口愈合过程、损害组织修复和皮肤屏障完整性以及降低对细菌的抵抗力影响SWI的发生。

面向工件自动化装配的空间位姿柔性接触式测量方法研究

自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、畸变等影响鲁棒性不高。为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测量系统,通过解耦将位姿调节量转化为姿态、圆心、相位相互独立的测算量。首先采用视觉引导方式构建视觉坐标系实现点位测量路径自更新实现柔性测量,然后通过测量工件平面、圆周、孔位圆周获取坐标点位,最后采用最小二乘法拟合平面并将圆周点位进行投影拟合圆心,求解定位孔圆心构成的向量空间夹角得到姿态、相位及圆心的调整量。本文所述方法可以提高测量效率,解耦调整方式大大降低了位姿联调的相互影响,提高了位姿测量的柔性和鲁棒性。通过实验对本文所提方法的有效性进行验证,实验结果表明:采用空间位姿柔性接触式测量方法进行测量后调整,其工件相对位置偏差在0.075 mm以下,姿态角度偏差在0.02°以下,相位角度偏差在0.055°以下。

基于声发射b值演化的脆性岩石裂纹起裂应力评价方法

岩石裂纹起裂应力的识别和研究对认识脆性岩石受载变形及破坏过程具有重要意义。系统总结了现有的裂纹起裂应力确定方法(裂纹体积应变法、侧向应变法、移动点法、声发射振铃计数法)及存在的问题,并以单轴压缩条件下岩石破裂过程中声发射幅值及b值分析为基础,提出了一种基于声发射b值演化的脆性岩石裂纹起裂应力评价方法。采用GAW2000单轴刚性试验机和声发射测试仪开展了一系列变辉长岩和花岗岩的单轴加载试验,根据力学及声发射测试结果,对所提方法及现有方法进行了评价。研究结果表明:声发射b值演化法具有明确的物理机制及意义,可以方便准确地确定起裂应力大小,测定应力结果与现有方法所得结果具有一致性。通过方差分析可知,所提方法与现有方法不存在统计差异,验证了该方法测定裂纹起裂应力的可靠性。2类岩样的起裂应力均与单轴抗压强度呈正线性相关,使用所提方法确定的变辉长岩起裂应力约为单轴抗压强度的0.51倍,花岗岩起裂应力约为单轴抗压强度的0.48倍。所提方法及研究成果对于丰富岩石裂纹起裂应力测试手段和探究岩石脆性破坏机制具有一定的价值。

台湾地区排湾人头饰艺术的审美情趣和文化内涵探析

排湾人头饰种类繁多,特色鲜明,具有独特的文化内涵。推广其历史价值、文化价值和艺术价值有助于深入挖掘台湾地区先住民服饰文化独特的差异化形式,加深对排湾人文化的理解和认知,唤起、契合并满足现代人对于传统民族服饰文化的兴趣和探索欲望,有利于开展服饰非物质文化遗产的保护工作。文章通过相关文献分析、实地考察以及图片实例解读,从色彩、造型、图案、材料和工艺等多方面分析排湾人头饰的形态特征,探究头饰的审美情趣和文化内涵。排湾人头饰所具有的独特的象征寓意与其民族的避邪纳福的宗教含义、自然与神灵崇拜以及头饰佩戴的社会地位、等级功业密切相关。同时,排湾人头饰在其发展中也受到了临近部族、外来文化以及现代化进程的影响,体现出多元文化交融的印迹。其神秘性和独特性不仅吸引了人们对于民族文化的探索和研究,也为我们提供了更多了解和欣赏不同文化之美的机会。

川东北滑坡地质灾害成因机制分析及治理方案探究

滑坡是一种常见的地质灾害现象,对人类生命和财产造成了严重的威胁。川东北地区因其地理位置和地质特点,常常受到滑坡地质灾害的侵袭。为了更好地应对这一现象,将对川东北地区的滑坡地质灾害进行分析和研究。通过分析滑坡地质灾害的成因机制,包括地质、地形、气候、人为因素等,结合相关资料和实际工作经验,提出了一些治理方法和实践措施,以期提供宝贵的经验,降低川东北滑坡地质灾害的风险,从而促进川东北地区的可持续发展。

异构无人潜水器水声通信技术发展综述

作为构建无人潜水器水下信息链路的关键技术,水声通信一方面受不确定海洋环境下水声信道多径、多普勒、环境噪声等制约因素严重影响;同时,不同类型异构无人潜水器具有完全不同的工作模式、航行状态、平台适装要求,对水声通信造成极大挑战。本文的目的是对异构无人潜水器水声通信技术近年来取得的研究进展进行分类综述。首先对自主式水下航行器、水下滑翔机、波浪滑翔机等典型异构无人潜水器水声通信面临的挑战进行介绍,然后从模型方法理论、技术系统实现及工程化应用等方面分析异构无人潜水器水声通信国内外的研究现状。考虑到当前异构无人潜水器水声通信技术仍无法满足高性能海洋立体信息体系建设的需求,本文围绕典型应用场景探讨了相关技术发展趋势并从适应性、体系化、一体化等角度进行展望。

适度间伐对日本落叶松人工林生物多样性和土壤多功能性影响

【目的】探讨间伐强度对日本落叶松人工林林下植被、土壤微生物群落结构和土壤多功能性的影响,为其合理经营提供科学依据。【方法】以辽宁省东部山区16年生日本落叶松人工林为研究对象,于2019年4月设置对照组(2000株·hm^(-2),郁闭度0.89)、间伐强度30%(保留1404株·hm^(-2),郁闭度0.78)、间伐强度45%(保留1106株·hm^(-2),郁闭度0.69)3种间伐强度,2020年7月生长旺季调查林下植被特征,并在春、夏和秋季进行土壤取样,测定土壤理化性质、酶活性、土壤真菌和细菌多样性与群落组成,以及基于15个与碳、氮、磷循环相关的土壤理化性质和酶活性指标计算土壤多功能性。【结果】与对照组相比,45%间伐强度可显著提高林下植物被多样性、土壤有效养分含量、酶活性、真菌多样性,增加土壤多功能性,且对土壤性质的影响在夏季表现尤为明显;30%间伐强度显著降低春、夏、季的土壤多功能性,对林下植被生物量和多样性影响不显著;2)间伐显著影响土壤真菌优势门和纲的相对丰度,对细菌优势门和纲的相对丰度影响不显著;45%间伐强度显著增加夏季子囊菌门的相对丰度,显著降低夏、秋季担子菌门的相对丰度;3)相关分析显示,林下植被生物量和多样性、真菌丰富度与土壤多功能性显著正相关;结构方程模型结果表明,45%间伐强度对土壤多功能性具有显著而直接的正效应,并通过改变真菌群落组成产生间接的正效应。【结论】日本落叶松人工林土壤真菌群落更易受间伐影响,细菌群落主要受季节影响;45%间伐强度(郁闭度0.69)较30%间伐强度(郁闭度0.78)更有利于维持16年生日本落叶松人工林林下植被生长发育、真菌多样性和土壤多功能性。

基于模态参数指标的空心板梁桥铰缝损伤对比研究

模态参数反映结构动力特性,基于模态参数的损伤指标能反映结构动力特性的变化,可用于桥梁结构损伤识别。以模态参数构成的损伤指标众多,每个损伤指标通过自身的变化来识别损伤,但难以用统一标准对不同损伤指标的识别效果进行量化对比。针对空心板梁桥的铰缝损伤,提出一致性量化指标,从数据层面定量描述指标的损伤指示效果,便于各类损伤指标的对比和应用。首先根据模态参数损伤指标,构造一致性量化指标,定量描述不同损伤指标的识别效果;然后建立空心板梁桥及其铰缝损伤的有限元实体模型,模拟3种不同铰缝位置处的损伤工况,对每处损伤分别设置6种不同损伤程度;最后应用一致性量化指标对比各损伤指标的识别性能,总结不同工况下各损伤指标识别效果的变化规律。分析表明,一致性量化指标能够在不同工况下定量描述不同损伤指标的识别效果。

日本落叶松人工林不同生长势林木的木材物理力学性质

以日本落叶松人工林为研究对象,根据国家物理力学标准,测定日本落叶松木材的基本密度、干缩性、抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性、顺纹抗拉强度等物理力学性能,分析评价长势(优势木、平均木和劣势木)、产地(甘肃沙坝和龙门)和胸径等对日本落叶松木材物理力学性能的影响。结果表明:(1)不同长势日本落叶松的木材密度和力学强度差异不显著,劣势木、平均木、优势木的干缩率逐步递增。(2)龙门与沙坝的日本落叶松抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性和顺纹抗拉强度差异不显著;沙坝样木的干缩率、抗弯强重比高于龙门,密度则低于龙门。(3)不同胸径日本落叶松物理性质存在显著性差异(P<0.05),木材密度随胸径先增大,后趋于稳定,弦向和体积干缩率以及干缩比与胸径正相关,径向干缩率则随胸径先减小后增大;不同胸径间抗弯强度、冲击韧性与抗拉强度无显著性差异,弹性模量随胸径增加先增大后减小;胸径22~28 cm的日本落叶松材性较优,且处于适伐阶段。(4)产地和长势对日本落叶松木材的密度、径向气干干缩率、干缩比、抗弯强重比有显著的交互作用。

京津冀交通部门的碳排放及减排潜力预测研究

交通部门是除电力和工业部门之外能源消耗与碳排放第三大的重要产业。文章应用LEAP模型构建了京津冀交通部门(道路、铁路、航空、水路)的能源与环境排放模型,预测了2019-2060年不同情景下4类交通方式的能源消耗及CO_(2)排放状况,并对比分析了4个交通部门的减排潜力。结果表明,基准情景下交通部门CO_(2)排放呈明显上升趋势,预计2030年北京市、天津市和河北省排放量将分别增长61.7%、79.9%和56.8%,2060年将分别增长275.3%、229.7%和256.9%。综合情景下预计2030年北京市、天津市和河北省CO_(2)排放量相较于基准情景将分别减排62.8%、44.0%和65.8%,可达到2030年前碳达峰的目标;2060年CO_(2)排放量将分别减少97.3%、83.9%和94.6%。优化能源结构是最有效的碳减排手段,预计2060年CO_(2)排放将减少80%左右。

植物油精炼过程中缩水甘油酯和3-氯丙醇酯的形成及脱除研究进展

缩水甘油酯(GEs)和3-氯丙醇酯(3-MCPDE)是植物油精炼过程中产生的主要污染物之一。GEs和3-MCPDE伴随食用油摄入人体后,经脂肪酶水解产生的缩水甘油和3-氯丙醇具有肾脏毒性和遗传毒性。植物油中GEs和3-MCPDE主要产生于油脂精炼脱臭工段,脱臭温度、脱臭时间对GEs和3-MCPDE的生成影响巨大。从油脂精炼加工过程中GEs和3-MCPDE的形成及脱除等方面进行了综述,指出脱色和脱臭工段可促进GEs和3-MCPDE的生成,当前可通过抑制及脱除其前体物质、优化植物油脱臭条件、脱除精炼油中的GEs及3-MCPDE等方式降低植物油中GEs和3-MCPDE含量。酶制剂具有安全、无污染等优点,通过酶法酯交换降低待脱臭油脂中的甘油二酯和甘油单酯,进而减少脱臭过程中GEs及3-MCPDE的生成是降低GEs和3-MCPDE的发展趋势。

岩石非均质程度对水压致裂地应力测试方法影响的分析与讨论

准确揭示原位地应力状态,对地下工程开挖支护设计和长期稳定性分析等具有十分重要的意义。利用水压致裂技术开展了纱岭金矿主竖井地应力测试工作,获得了20个测段地应力状态;室内进行了主竖井测试孔岩芯的岩石力学试验,包括巴西劈裂试验、单轴压缩试验及声发射监测试验,获得了岩石空间非均质度和强度分布特征,并分析了岩石非均质度与水压致裂测试结果的关系。结果表明:主应力大小随测量深度近似呈线性增大,测试孔的最大水平主应力值为20.78~45.20 MPa,最小水平主应力值为14.94~35.33 MPa,平均最大水平主应力方向为NW65°;测试孔岩芯各层位非均质度不同,变辉长岩非均质度系数为0.1~0.3,且岩石不同强度条件下声发射信号数量变化不显著,岩石离散度较小,花岗岩非均质度系数最高,可达1.0,以加载后期强相破裂产生的声发射信号为主;岩石非均质度影响水压致裂裂纹的扩展方向,扩展方向和最大水平主应力方向的夹角φ影响着最大、最小水平主应力的测量结果,且对最小水平主应力的影响尤为显著。分析水压致裂测量结果与岩石性质之间的关系,对精确探测非均质地层的地应力场分布规律具有一定的指导作用。

还原氧化石墨烯接枝聚己内酯/聚乳酸复合材料的制备及其性能

为了提高聚乳酸(PLA)的综合性能,拓宽聚乳酸复合材料的应用领域,以还原氧化石墨烯(rGO)接枝己内酯(CL)作为纳米填料(rGO-PCL),通过溶液共混制备rGO-PCL/PLA复合材料,并研究rGO-PCL的化学结构、微观形貌和分散性,讨论rGO-PCL质量分数对rGO-PCL/PLA复合材料的微观结构、力学性能、热性能和水接触角的影响。结果表明:rGO-PCL纳米填料在共混溶液中具有良好的分散性;与纯聚乳酸相比,当rGO-PCL质量分数为1%时,在PLA基体中的分散性最佳并且亲水性优异,复合材料拉伸强度提高了19%,断裂伸长率提高了180%,热稳定性和结晶度也得到显著提高;rGO-PCL/PLA有望应用于纺织纤维、3D打印材料和包装材料等领域。

Fe掺杂BiOBr空心花球光催化剂的制备及其降解刚果红性能研究

采用水热法合成了具有空心花球形貌的BiOBr催化剂,通过调整Fe3+/Bi3+物质的量比,制备了不同Fe掺杂量的BiOBr光催化剂,并对其晶体结构、形貌、光学及电化学性质进行了表征。以有机染料刚果红为污染底物,在可见光照射下,通过测试光催化剂对污染物的降解效果来评价其催化活性。结果表明,Fe掺杂量为7%的光催化材料表现出较好的光催化性能,5 W发光二极管光源照射180 min时,该光催化剂对刚果红的降解率为89.66%,远高于未掺杂BiOBr催化剂的降解率(62.82%)。Fe掺杂BiOBr光催化性能的提升归因于增强的光吸收能力及光生载流子的高效转移和分离。