一种波段聚类和多尺度结构特征融合的高光谱图像分类模型

高光谱图像包含丰富的地物信息,在农业、工业和军事等领域应用广泛。因此,高光谱图像的识别与分类是一项重要的研究课题。然而,高光谱图像存在光谱维度高、噪声大、标记样本有限等问题,并未取得很好的分类效果。针对以上问题,提出一种波段聚类和多尺度结构特征融合的高光谱图像分类模型(ASPS-MRTV)。该方法主要包括以下几个步骤,首先,对高光谱数据进行归一化处理,将归一化后的三维图像按光谱维等分为n个子空间;其次,采用粗细划分策略构造自适应子空间光谱特征提取框架,将每个空间波段拉伸为一维向量后用信息散度构造波段的相似性矩阵,按照聚类的思想对n个子空间进行自适应;然后,将每个自适应子空间的光谱波段平均值进行叠加,形成光谱特征;最后,对所得到的光谱特征数据利用多尺度相对全变分技术提取结构特征。为了增强样本的线性可分性,在数据堆叠之后进行核主成分分析,最终形成空谱特征。对比实验中统一使用惩罚参数C和核参数σ都为24.5的SVM进行分类。经测试,ASPS-MRTV网络模型在Indian Pines、 University of Pavia两个数据集上分别以5%, 1%的训练样本达到了97.06%、 98.98%的总体分类精度。实验结果表明,该模型与SVM、 ASPS(ED)、 ASPS(ID)、 ASPS-LBP、 ASPS-GlCM、 ASPS-BF模型相比,在分类性能和计算效率方面都取得了更优的效果,有效提高小样本下高光谱图像的分类精度。

基于方向自适应相对高斯引导的图像纹理滤波

针对联合双边滤波具有固定空间核尺度,不能随局部特征灵活变化的问题,提出一种基于方向自适应相对高斯算法的结构保持双边纹理滤波算法(DARG)。通过检测方向场中8个方向的相似像素构造自适应相对高斯引导映射图,引导联合双边滤波过滤纹理。大量实验结果表明,DARG算法可以很好地过滤复杂及大比例的纹理,以优于目前经典算法的方式保留高质量的小结构,简单有效,易于应用。

基于AS-OCT图像的核性白内障多级排序分类算法研究

目的探讨基于眼前节光学相干断层扫描(AS-OCT)图像的核性白内障智能辅助分级算法对白内障分级的诊断价值。方法采用诊断试验研究方法,收集2020年11月至2021年9月间同济大学附属第十人民医院电子病例系统中核性白内障患者939例1608眼的AS-OCT图像资料,所有资料均符合临床阅片清晰度要求。其中男398例664眼,女541例944眼,年龄18~94岁,平均年龄(65.7±18.6)岁。由3名经验丰富的临床医生基于晶状体混浊分类系统(LOCSⅢ分级系统),对所收集的AS-OCT图像进行1~6级人工标注。构建一种基于多级排序的全局-局部白内障分级算法,该算法包含5个基本的二元分类全局-局部网络(GL-Net),每个GL-Net聚合白内障核区域、原始图像等多尺度信息进行核性白内障分级。基于消融实验和模型对比试验,采用准确率、精确率、灵敏度、F1指标及Kappa系数对模型性能进行评价,且所有结果均通过五折交叉验证。结果模型在核性白内障数据集上的准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa分别为87.81%、88.88%、88.33%、88.51%、85.22%。消融实验结果表明,ResNet18结合局部特征和全局特征进行多级排序分类,模型在准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa指标上均有提升。与ResNet34、VGG16、Ranking-CNN、MRF-Net模型比较,本研究模型各性能指标均有提升。结论基于深度学习的AS-OCT核性白内障图像多级排序分类算法对白内障分级具有较高的准确度,有望辅助提高眼科医生对核性白内障的诊断精度以及效率。

东部区域核事故核素大气扩散特征研究

针对核事故核素大气环境影响,建立一种基于区域尺度天气预报模式WRF(weather research forecasting model)的核素不同尺度大气扩散特征分析方法。以东部多个核电厂为研究对象,基于再分析气象数据(final reanalysis data,FNL)驱动WRF,并结合高斯大气扩散模式研究了东部区域尺度以及核电厂周边尺度的核事故核素大气扩散分布特征。结果表明:区域尺度大气弥散因子最大值主要分布在计算区域的西部地区,并且其随距离增加呈现下降趋势,距离500 m和5000 m处二者相差约一个量级。核电厂周边尺度大气弥散因子最大值比区域尺度大气弥散因子最大值偏低一个量级;除秦山核电厂外,其他核电厂距离500 m和5000 m处的大气弥散因子最大值相差约一个量级。不同核电厂大气弥散因子最大值出现的方位受厂址气象条件影响存在显著差异;东部沿海地区比内陆大气扩散能力较强,有利于放射性核素的大气传输。

基于数字孪生的核电关键结构全周期制造焊接变形预测

基于数值模拟方法精确预测大型复杂焊接结构制造过程的变形一直是焊接工程领域的难点。而具备数化—虚拟模型,互动—虚拟现实信息交互,先觉—现实数据背后隐藏知识,先知—精确预测四大特征的数字孪生技术,具备更高维度处理焊接工程问题的能力,且其范畴涵盖数值模拟方法,因而可在超大型复杂焊接结构变形控制中予以借鉴。文中以四代核电关键结构堆顶固定屏蔽结构为研究对象,制定基于数字孪生的技术路线。通过焊接制造试验及数值模拟等方法研究相关结构焊接变形量及规律,实现数字孪生四大特征,最终达到定量预测实际堆顶固定屏蔽结构的焊接变形的目的,为其结构设计优化及焊接变形控制措施提供理论及试验基础。结果表明,堆顶固定屏蔽实际结构制造的实际焊接变形与数字孪生技术预测结果达到毫米级定量吻合,证明数字孪生技术可降低基于数值模拟方法预测超大型焊接结构变形的不确定性,进一步提升变形预测精度。

大科学装置的背景研究与展示——以托卡马克CT-6为例

托卡马克装置是一种实现可控核聚变的大型科学实验装置,被认为是最有潜力和希望获取新能源的方式之一。本文对中国科学技术馆展出的中国首台托卡马克实验装置CT-6进行介绍,从其历史背景、技术参数、构造原理和研发过程等方面,逐一揭示其中的细节以及不为大众知悉的研发故事,总结分析CT-6取得成功的原因,结合CT-6展示挖掘大科学装置在博物馆科普展览方面的重要作用,为研究中国可控核聚变早期发展历程和相关大科学装置展示提供参考。

全尺度上下文融合网络用于医学细胞核分割

针对细胞核图像边界模糊、对比度低,且细胞间易发生粘连等特点而导致难以准确分割的问题,本文提出了一种全尺度上下文融合网络用于细胞核的精准分割。首先,该模型结合全局上下文信息,设计了一个高级金字塔传导模块,用于对跳跃连接进行重构,为解码器提供全局信息传导流;其次,在编码器顶部创新性地加入了尺度聚合模块,该模块通过自学习可以动态地为不同尺度的目标选择合适的感受野,更好地融合多尺度上下文信息;同时,为了更好地利用最有用的特征通道,在上采样阶段加入了通道注意力机制;最后,使用改进的混合损失函数解决类不平衡的问题。在Data Science Bowl 2018和TCGA 2个数据集上进行实验,结果表明,所提出的算法能够提高对细胞核的分割性能。

融合多尺度特征的核电施工图纸表格单元格识别

在核电企业数字化转型过程中,人工识别图纸误差较高,易造成企业损失,有必要利用自动化提取表格信息技术代替人工。表格结构识别是表格信息提取的关键技术,但核电施工图纸表格结构复杂且样本少,影响了识别效果。针对这一问题,提出了结合高效注意力机制的多尺度扩展模型EPNet,引入了渐进式尺度扩展模块,增强了有效特征通道权重,实现了少样本的有效特征信息获取。另外,利用局部特征中的文本区域和全局特征中单元关系的视觉信息来获得可靠的单元格边界,提高边缘拟合的精细度。实验结果表明,该模型在识别核电施工图纸中的表格单元格结构方面表现出色,与Mask R-CNN模型相比,精确度提高了1%,F1值提高了3%,具有较高的准确性和鲁棒性。

“碳中和”目标下中国核电发展

中国能源结构不合理,化石能源占比偏高,这对如期实现“碳中和”目标带来巨大的挑战。大规模利用无碳能源是减少碳排放量的主要手段,核能作为优质的无碳能源,在“碳中和”过程中将做出重大贡献。本文从能源的生产、消费及结构等方面分析了中国能源供需现状及其发展趋势,介绍了中国核电的发展现状,预测了中国核电在不同强度低碳情景下的需求量,构建了核电“三位一体”的发展架构,保障核能高速可持续发展。研究表明中国在“碳中和”目标引导下,无碳能源大规模使用,能源结构将获得极大的优化,核能将成为最重要的无碳能源供应来源之一,在强化低碳情景中,随着核电技术及建设能力的极大提高,预计2050年中国核电装机规模最高可达6.9亿千瓦时。

多尺度核电质量文本故障信息语义抽取方法

提出了多尺度核电质量文本故障信息语义抽取方法,从核电质量文本描述中获取了存在质量缺陷的故障设备与所属阶段的信息。针对故障设备与正常设备并存,以及所属设计、采购、施工和调试的全价值链阶段未描述的问题,提出了多尺度故障信息抽取策略。基于Transformer双向编码的预训练语言模型将核电质量文本转化为文本向量;采用注意力机制的双向门控循环神经网络挖掘出质量缺陷的关键语义特征;采用条件随机场对关键语义特征进行实体预测,输出故障设备;通过多层感知机对提取的关键语义特征进行微调及推理,解译出故障设备所属阶段。最后,在真实的核电质量文本数据集上进行验证,F1值达到94.3%,表明提出的方法具有较好可行性和有效性。

内外先验结合的多尺度低秩去噪方法

内部先验的去噪方法侧重图像的低秩性、稀疏性等先验知识,较少考虑多尺度特性;而基于外部先验的去噪方法充分利用自然图像的先验信息,却难以恰当地估计相似块组的秩.针对这些问题,综合考虑不同尺度间的噪声图像信息以及外部清晰图像的统计分布规律,提出内外先验结合的多尺度低秩去噪方法.在预训练阶段,学习外部自然图像数据集的统计分布规律,获得外部自然图像的先验信息;在分组阶段,采用外部先验信息引导噪声图像分组,构建低秩矩阵;在低秩约束阶段,利用构建的多尺度低秩去噪方法对噪声图像进行重建.在Set5,Set12,Kodak,McMaster等经典图像数据集上的实验结果表明,该方法在客观评价指标上有较为明显的改善,如峰值信噪比优于对比方法0.2 dB,并在主观视觉效果上能够保留图像细节和纹理.

热化学硫碘循环水分解制氢研究进展

随着化石能源日益短缺和环境污染日益严重,寻求高效、清洁、可再生能源迫在眉睫。氢能作为现代能源体系新密码,因清洁、可再生、可存储、用途广泛等优点,近年来受到广泛关注。目前制氢方式众多,但大规模、高效、低成本、绿色的制氢方式才是未来氢能经济的基础。其中,热化学硫碘循环(也称碘硫循环)水分解制氢因具备上述优点被认为是最具发展潜力的制氢方法之一。从Bunsen反应、H2SO4分解和HI分解3方面综述了热化学硫碘循环水分解制氢的基础研究情况,对目前各国已建立的硫碘循环系统进行总结,着重介绍了核能耦合硫碘循环制氢流程的最新进展。从经济、环保和安全方面对目前核能耦合硫碘制氢进行分析讨论,以期为未来研究和发展提供新思路。针对Bunsen反应部分,寻找一种高效分离反应物的新方法至关重要;而对H2SO4分解和HI分解部分,现阶段主要研究仍集中在开发稳定、高效、低成本的催化剂。经过几十年研究,热化学硫碘循环水分解制氢技术已取得长足发展。在实际产氢中,苛刻的高温高腐蚀环境、复杂的耦合流程是限制其规模化、工业化的主要原因,开发由工业结构材料制成的耐腐蚀和耐热系统,继续对耦合流程进行优化和模拟是未来热化学硫碘循环水分解制氢技术的发展方向。

基于二维NMR谱解析对碘苯甲酸乙酯结构的实验教学设计

由于二维核磁共振波谱(NMR)技术对于确定化合物的结构非常有效,为了培养学生的独立解谱能力,开设了二维NMR谱的实验课程。以对碘苯甲酸乙酯为分析对象,对其一维和二维NMR谱信号进行完全归属,特别是在二维谱中,确认各组碳与氢的连接关系;化学键上相邻氢原子的耦合、远程相关和空间相关信息。该解析对象的结构相对较典型有效地让学生了解核磁共振波谱仪的性能和二维谱的应用。

中-晚全新世姚江河谷平原古文化遗址分布变化及动因的GIS分析

姚江河谷平原是河姆渡文化的发源地,文明演进历史悠久。此地区在全新世期间经历了复杂的环境演变,是研究人类如何适应环境变迁的理想区域。本研究收集了63处姚江河谷平原新石器时代与商周的人类遗址的地理位置、文化分期、遗址面积、文化层厚度、遗迹和遗物等信息,使用ArcGIS软件对其进行继承性、与山地距离、核密度和规模等属性的地理信息系统(GIS)空间分析,得到以下主要认识:(1)河姆渡文化一、二期遗址较少且继承性较高,叠置系数为0.83。河姆渡文化三、四期,遗址数量显著增加,但继承性相对降低,叠置系数降至0.73。良渚文化与商周遗址数量与继承性均呈现下降趋势,叠置系数降至0.43。上述结果反映了从河姆渡文化三期到四期、河姆渡文化四期到良渚文化以及良渚文化到商周这三个时间节点,发生了重要的环境和人群组成变化。(2)在空间分布上,遗址最早出现于平原中部并于河姆渡文化二期与四期先后向东部与西部扩散,直至占据整片姚江河谷平原;遗址普遍距山地不超过1500 m,且只在河姆渡文化四期与商周明显向平原低地扩散,反映这两个时间段姚江河谷平原陆地资源比较丰富,指示了比较广泛的海退。(3)从河姆渡文化一期到商周,姚江河谷平原经历了从残余古海湾到被充填的过程,同时还伴随古姚江的形成、变迁以及海岸线附近与平原内部的地势倒转。

WIGWAM水下核爆炸气泡脉动理论计算及数值模拟对比分析

针对水下核爆炸和常规爆炸区分问题,开展了水下爆炸气泡脉动理论计算和数值模拟方法研究。基于气泡脉动能量守恒方程推导了水下爆炸气泡脉动最大半径理论计算公式,通过定义气泡脉动能量的传递因子,递推了后续气泡脉动周期和最大半径的计算公式。开展了水下常规爆炸的气泡脉动数值模拟方法研究,从状态方程、边界条件、人工黏性系数及计算网格设置等方面分析了关键参数设置对数值模拟结果的影响,提出了基于等效缩比定律的水下爆炸数值模拟方法,解决了水下千吨级常规爆炸气泡脉动数值模拟的问题。对WIGWAM试验的气泡脉动能量占比进行了理论计算,并开展了同等当量水下TNT爆炸气泡脉动的数值模拟,对比分析两者气泡脉动参数的结果表明,水下核爆炸第一次、第二次气泡脉动与等效TNT爆炸的差异并不明显,而第三次气泡脉动之间的差异较大,由此提出将第三次气泡脉动周期与第二次气泡脉动周期的比作为识别水下核爆炸的方法。

实时超声造影及MRI联合经直肠超声对前列腺癌穿刺检出率的对比研究

目的讨论实时超声造影(CEUS)与磁共振(MRI)分别联合经直肠超声(TRUS)引导前列腺可疑结节穿刺活检对前列腺癌检出率的影响。方法回顾性分析了417例疑似前列腺癌(PCa)患者的临床资料,根据穿刺引导方式分为AB组。A组为CEUS联合TRUS引导经直肠前列腺穿刺活检B组为MRI联合TRUS引导经直肠前列腺穿刺活检。结果两组的年龄并无统计学差异(P=0.741>0.05)MRI联合TRUS与CEUS联合TRUS引导穿刺的结果与病理诊断的结果的一致性均有统计学意义(P<0.001),而TRUS引导穿刺的预后结果与病理诊断的结果的一致性无统计学意义(P=0.777)。CEUS联合TRUS的一致性(Kappa=0.672)要高于MRI联合TRUS(Kappa=0.305)。ROC统计结果显示CEUS联合TRUS的诊断结果明显优于其余两种方法。结论CEUS联合TRUS引导前列腺可疑结节穿刺的方法较MRI联合TRUS及单纯应用TRUS引导前列腺可疑结节的穿刺可以得到更显著的诊断效果。

基于多尺度时间窗口的核电运行数据关联性分析方法研究

[目的]核电运行数据具有维度高、体量大等特点,而核电厂内部系统的复杂性导致难以构建相应的机理模型,因此依靠人工从核电数据中筛选出具有关联性的参数非常困难,而非关联性参数的混入将极大地影响模型精度,通过提高模型精度以达到精准建模的目的。[方法]文章提出了一种基于多尺度时间窗口的关联分析方法,该方法对目标参数进行状态切换点提取,依据不同传感器所记录数据的特点对各个传感器进行分类,再针对不同种类的传感器设计符合其特点的检测窗口,利用从目标参数所提取到的状态切换时间点,对各个传感器的相应时间邻域进行状态切换检测,计算各个传感器与目标传感器的关联匹配率来判断其关联性大小。[结果]利用真实的核电厂历史运行数据展开实验,通过建立的关联匹配率规则,成功地筛选出了与目标传感器具有关联性的传感器参数。[结论]实验结果表明,文章所提出的方法可以更为准确地筛选出关联性参数,与常用的皮尔逊相关系数相比,文章所提出的方法准确性更高。

关于组建大型仪器与科研课题组联合体的探索

大型仪器分析测试平台是高等院校教学、科研工作的重要基础保障,充分发挥大型仪器的作用,提高服务水平是不可忽视的重要工作。针对大型分析测试仪器开放过程中存在的功能利用率及使用效率问题,以固体核磁共振谱仪为例,对组建大型仪器与课题组联合体的管理模式和运行机制进行探索,试图建立一种新的大型仪器管理运行机制,实现大型仪器的测试方法、测试技术和测试需求紧密结合,以提高大型仪器的使用效率、服务质量。

注入水结垢对储层的微观影响特征研究

针对尕斯库勒油田N1-N21油藏注水开发引发的储层结垢、注水井欠注等问题,通过室内岩心流动实验,结合核磁共振、SEM、XRD等技术,分析了油藏开发中后期,温压条件的变化和流体的不配伍导致难溶盐过饱和,形成结垢沉淀型储层伤害的问题。结果表明,结垢对岩心渗透率的损害可分为诱导期、伤害期和稳定期,物性较好的岩心渗透率损害较大;NMR曲线显示,垢的充填和堵塞作用使得渗流空间减小,吸附孔喉、部分微孔喉和细小孔喉的数量相对增加,部分渗流通道被堵塞,主要表现为谱峰降低和曲线左移;XRD结果表明,实验中垢型为碳酸钙垢,垢的主要成分为方解石和霰石;SEM显示岩心不同位置压力、流体的流速以及模拟水成垢离子浓度的差异,导致了不同物相及形貌的碳酸钙垢的形成,压力、流速较低的出口端会形成发育较好、粒径较大的半自形和菱形方解石。

超低渗透储层注水吞吐微观油水运移特征

注水吞吐已经成为国内开发超低渗透油藏的重要技术之一。为探索超低渗油藏注水吞吐过程中油水运移特征,利用南泥湾长6储层天然岩心与模拟填砂管模型,测试了时间与压力对吞吐效果的影响,开展了注水吞吐动态渗吸的作用范围与微观动用特征的研究。分析发现:第一轮和第三轮吞吐效果随着闷井时间的增加越来越好,但第二轮吞吐效果逐渐变差,闷井压力的增加可以促进吞吐效果。动态渗吸作用范围与渗吸时间呈现正相关关系,含油饱和度变化差值随渗吸距离增加而逐渐减小。渗透率、孔隙尺寸影响吞吐过程中水的波及与大小孔道中原油的二次运移,开发实践中应尽量扩大注入水的波及范围,同时也需要重视不同孔径孔隙中发生的油水二次运移。