计量与测试

  • 基于量子粒子群优化的CNN-LSTM水质预测模型

    张铭玮;李正权;方志豪;

    目的:为了加强水质预测模型的预测能力。方法:基于量子粒子群优化的CNN-LSTM水质预测模型,利用CNN对数据的局部特征提取能力以及LSTM模型对时间序列的预测能力,将两个模型结合构建CNN-LSTM模型;再通过量子粒子群算法对CNN-LSTM模型的关键参数进行寻优,使水质信息与网络拓扑结构相匹配,减少人为工作量。结果:QPSO-CNN-LSTM在溶解氧数据的预测结果中,RMSE、MSE、MAE、MAPE分别为0.147 5、0.021 8、0.061 7、0.011 8,在pH数据的预测结果中,RMSE、MSE、MAE、MAPE分别为0.067 6,0.004 6,0.031 1,0.003 8,均明显低于其他模型。结论:基于量子粒子群优化的CNN-LSTM水质预测模型在水质预测中预测精度较高且具有一定的普遍适用性。

    2022年03期 v.33;No.107 303-309+323页 [查看摘要][在线阅读][下载 1269K]
  • 金纳米粒子增敏的SPRi技术应用于遗传性血栓疾病的检测

    李伊凡;金尚忠;姜丽;谭航彬;蒋彩玲;于自珍;

    目的:基于表面等离子共振成像(SPRi)技术,欲对遗传性血栓疾病4种基因型实现高通量高灵敏的检测。方法:采用多聚腺苷酸(polyA)嵌块将探针简单快速地固定在金表面,制备了polyA-DNA-Au NPs作为增敏介质,结合SPRi技术的检测方法,对遗传性血栓疾病中凝血酶原基因G20210A和凝血因子FV G1691A 4种DNA基因型进行了高通量定量检测。同时,对检测的可行性、灵敏度以及稳定性进行分析研究。结果:4种基因型的检测限可分别低至10.5 pmol/L,12.0 pmol/L,8.0 pmol/L和11.0 pmol/L。在超过16个检测周期后,信号强度仍然保持在98%以上,表明该检测技术的敏感性、重复性较好。结论:金纳米粒子增敏的SPRi技术可实现高通量高灵敏的遗传性血栓疾病标志物检测,并有望推广到更多DNA疾病的检测中。

    2022年03期 v.33;No.107 310-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1283K]
  • 基于热电制冷器的真空高精度温度控制系统

    邓云彪;王晓娜;杨遂军;叶树亮;

    目的:针对太空科学载荷安装面缓慢与微小的温度变化测试要求,设计一种基于热电制冷器的真空高精度温度控制系统。方法:系统使用真空箱与低温恒温槽模拟真空低温测试环境,采用热电制冷器作为温度发生器件,设计环境导冷与加热棒制热的组合方式对热端进行散热,并结合抗饱和积分PID算法进行温度控制。结果:该温度控制系统恒温控制误差范围在±0.008℃以内,匀速温升控制可达到最低0.025℃/1 000 s,速率控制误差范围在±0.002℃/1 000 s以内。结论:所设计温度控制系统满足科学载荷的匀速温升测试需求。

    2022年03期 v.33;No.107 317-323页 [查看摘要][在线阅读][下载 1576K]
  • 流量补偿式微型风扇气动性能测试装置开发

    髙童;彭衡芾;毛谦敏;张洪军;

    目的:基于流量补偿法开发微型风扇气动性能测试装置,解决流量自动调节问题。针对所设计的测试装置进行流量标定实验和微型风扇气动性能测试试验。方法:所开发装置中含有5条流量测量支路和5条流量补偿支路,可通过控制开启不同测量支路组合进行流量调节;设计了以C8051F350为核心处理器的测量控制电路,包括电压转换电路、光耦隔离模块、采样电路模块、阀门控制模块和串口通信模块;实现了测试过程自动控制和测量数据采集。结果:单个流量点阀门动作时间约10 s,组合流量调节正常,实际组合流量与理论流量相差不超过3.5%。结论:微型风扇测试中组合流量调节方法能够满足需求,流量补偿法适用于微型风扇气动性能测试系统。

    2022年03期 v.33;No.107 324-331页 [查看摘要][在线阅读][下载 1074K]
  • 基于双互感等值电压的地下位移三维测量远程监测系统

    王丰;申屠南瑛;李青;

    目的:对滑坡进行实时监测,极大限度地减少或防止滑坡灾害导致的人员伤亡及经济损失。方法:采用电磁互感原理,将位移变化转化为电压变化,基于分段线性和拉格朗日插值法建立了地下位移测量模型,同时结合物联网技术,将测量数据实时发送至物联网平台,基于物联网平台设计了远程监测界面。结果:实验结果表明,当水平位移和垂直位移在0~50 mm的测量范围内,最大测量误差不会超过1 mm。结论:实现了一种高自动化、高精度的地下位移三维测量远程监测系统,能够满足滑坡地下位移监测的需求。

    2022年03期 v.33;No.107 332-338+372页 [查看摘要][在线阅读][下载 1381K]
  • 基于差分进化算法优化多层感知器的印染污泥灰熔点预测模型构建

    张滕成;王琦;孙公钢;张艺琳;陈冉;

    目的:印染污泥(textile dyeing sludge, TDS)的灰熔融特性对掺烧其的锅炉安全稳定运行具有重要影响。为更好地减轻TDS掺烧带来的结渣、堵塞和频繁检修等问题,需对TDS灰熔点进行预测模型构建及研究。方法:采用差分进化算法优化多层感知器(differential evolution algorithm optimizing multilayer perceptron, DE-MLP)的方法构建TDS灰熔点预测模型,并与遗传算法优化支持向量机模型(genetic algorithm optimizing support vector machine, GA-SVM)进行比较分析。结果:DE-MLP表现出更强的泛化能力,最大误差仅为1.4%,拟合优度达到0.998。结论:DE-MLP可用于构建TDS的灰熔点预测模型,适合解决小样本回归问题。

    2022年03期 v.33;No.107 339-344页 [查看摘要][在线阅读][下载 1032K]
  • 一种低成本高精度多GNSS定位装置设计

    沈峻威;叶强;文连国;

    目的:为解决民用机载导航、野外应急救援等领域中设备定位精度不够与可靠性低等问题,设计了一种低成本、高定位精度、高可靠性的基于多全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems, GNSS)的定位装置。方法:该定位装置采用了GPS和BDS的双系统定位结构,增加了卫星可视数,提高了定位精度;可实现北斗短报文通信功能,可保证极端天气条件下的通信;同时对电源部分进行优化,减小了电源纹波和高频噪声。结果:对其定位精度进行测试及其在晴天无遮挡和雨天有遮挡物的情况下分别对装置进行连续4 h的十组短报文通信测试,实现了2 m以内高精度定位的且在晴天和雨天时能分别达到平均95%和89%以上的成功率。结论:与传统的单系统定位装置和双频GPS定位装置相比,本设计在低成本的前提下实现了高定位精度和高可靠性。

    2022年03期 v.33;No.107 345-351+412页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
  • 铝加工企业粉尘爆炸风险定量评估模型及应用

    孙春光;贾天耀;杨晶;牟杰;

    目的:为快速、准确确定铝加工企业的粉尘爆炸风险等级。方法:经事故统计分析、现场调研后建立了铝加工企业粉尘爆炸风险定量评估模型,客观考虑了生产作业中各类点火源、爆炸性环境空间、生产工艺、安全措施等对风险影响能力和安全措施补偿能力,可实现对铝加工企业粉尘爆炸安全风险等级的精准辨识和评估。结果:经对某铝加工企业涉铝粉尘作业场所的安全风险应用后,人员风险为1.3×10~(-3),风险等级为黄,其结果符合企业生产实际。结论:评估模型可针对企业生产实际和危险源变化状况,实现风险等级的动态评估和管控措施的施动态调整,确保安全风险始终处于受控范围内。

    2022年03期 v.33;No.107 352-359页 [查看摘要][在线阅读][下载 885K]
  • 前盖板为声子晶体结构的夹心式压电换能器的振动性能研究

    马铭欣;许龙;

    目的:基于声子晶体带隙理论,对换能器的前盖板进行了优化设计,使换能器具备良好的纵向振动性能。方法:将传统的夹心式压电换能器的前盖板设计成声子晶体结构,通过有限元仿真,分别研究了在一定频率范围内散射体圆心距和散射体半径,对材料的带隙总宽度以及换能器的共振/反共振频率和有效机电耦合系数的影响。结果:带隙总宽度随散射体圆心距增大而减小,随散射体半径增大而增大;换能器的共振/反共振频率随着散射体圆心距的增大呈现先减后增的趋势;换能器的反共振频率随散射体半径的增大呈减小趋势,共振频率随之呈增大趋势;有效机电耦合系数随散射体圆心距增大而增大,随散射体半径增大而减小。结论:换能器的前盖板采用声子晶体结构可以实现调控换能器的部分关键性能参数,研究结果对改善传统的夹心式压电换能器的振动性能具有一定的理论指导意义。

    2022年03期 v.33;No.107 360-365页 [查看摘要][在线阅读][下载 1115K]
  • Si掺杂Pr_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3体系的磁性和磁热性能研究

    方杰扬;杨杭福;

    目的:研究了非金属元素Si掺杂对Pr_(0.5)Sr_(0.5)Mn_(1-x)SixO_3(x=0.00、0.05、0.10)体系样品的结构、磁性能和磁热效应的影响。方法:通过传统固相烧结法制备了钙钛矿锰氧化物系列样品,利用粉末X射线衍射仪对样品的结构进行了表征,通过综合物性测量系统测量了样品的磁性和磁热性能。结果:随着Si的掺杂浓度的增大,样品在室温下呈正交结构,样品的居里温度(Curie temperature,T_C)从294 K增大到305 K,样品的磁熵变(magnetic entropy change,-ΔS_M)在外加磁场为5 T时从3.09 J/(kg·K)增大到3.70 J/(kg·K),根据Bonilla准则确定样品由一级相变转变为二级相变,相对制冷效率(relative cooling power, RCP)的值在x=0.05时,达到最大为69.2 J/kg。结论:Si的掺杂使得样品居里温度提高至室温附近,并且磁热性能也得到了增强,使得Pr_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3成为良好的潜在制冷工质。

    2022年03期 v.33;No.107 366-372页 [查看摘要][在线阅读][下载 1552K]
  • 美国防部及海军装备计量军用标准、规范研究和启示

    王瑞宝;王节旺;潘德祥;

    目的:为使我军装备计量法规建设具有更好的指导性、实用性和超前性,研究了美国防部及海军装备计量法规。方法:介绍了美国防部系列顶层装备计量法规、海军配套计量法规,从制定、工作内容和服务、校准机构等级及项目范围等方面,重点说明了海军计量与校准项目;进而分析了美国防部和海军装备计量法规体系的特点,最后得出了对我军装备计量法规建设的启示。结果:美国防部和海军装备计量法规体系具有权威性、系统性、覆盖性、更新快等特点。结论:我军应从加强计量法规顶层设计、配套建设,促进标准、规范军民融合和加速法规修订更新等方面,加速建设并完善符合我军实际的装备计量法规体系。

    2022年03期 v.33;No.107 373-378页 [查看摘要][在线阅读][下载 1247K]

信息科学

  • 基于贝叶斯加权LSTM网络的COVID-19多序列预测

    袁梦;郭奕瑄;刘学艺;王义康;张宝琳;

    目的:基于贝叶斯优化方法构建COVID-19疫情的加权长短期记忆(LSTM)多序列预测模型,提高对COVID-19疫情的预测精度。方法:首先,通过引入输出权重系数,建立COVID-19的加权LSTM多序列预测模型;其次,提出一种基于贝叶斯优化的加权LSTM多序列预测模型(Bayesian Weighted LSTM, BW-LSTM),并根据不同超参数间的关联特点,基于两步优化策略实现权重系数以及其它超参数的优化学习;最后,基于BW-LSTM模型实现COVID-19疫情的多序列预测。结果:与其它传统深度学习模型对比,基于BW-LSTM的COVID-19预测模型能获得更优的预测精度。结论:本文提出的加权LSTM多序列预测模型及其参数的贝叶斯优化学习算法,能够有效提升网络学习效率,提高模型预测精度。

    2022年03期 v.33;No.107 379-387页 [查看摘要][在线阅读][下载 1309K]
  • 基于串行关注机制的3D点云分类算法

    芦新宇;杨冰;叶海良;曹飞龙;

    目的:优化3D点云的分类任务中邻域点的选取和聚合,平滑局部邻域内的结构信息,并使卷积神经网络关注较为有用的信息。方法:首先,提出多空间索引来优化点云中邻域点的选取。同时,通过关注机制学习得分权重聚合邻域点的特征。接着,设计多通道关注模块对特征进行细化,提高特征的融合力和可辨别性。最后,将细化的特征放入分类器中,完成点云的分类任务。结果:在ModelNet40和ScanObjectNN两个具有挑战性的基准数据集上分别达到了93.4%和81.7%的分类精度。结论:基于串行关注机制的卷积神经网络在点云分类任务中取得良好性能。

    2022年03期 v.33;No.107 388-396页 [查看摘要][在线阅读][下载 1275K]
  • 基于多尺度密集嵌套型网络的磁共振图像重建

    郑峰;刘晓芳;

    目的:研究一种从欠采样K空间数据中重建高质量磁共振图像的算法。方法:利用密集连接网络与多尺度思想设计一种网络模型来实现磁共振图像的高质量重建。首先以密集连接网络为基础框架,将不同空洞率的组合分别放置在密集连接单元;然后基于切片间的先验信息来建立相邻切片间特征信息的传输通道,并嵌套在密集连接网络当中;最后对K空间进行数据保真,并在网络迭代层加入密集连接机制。结果:对于12.5%和25%的K空间数据,重建的磁共振图像峰值信噪比(PSNR)分别为36.12 dB,40.45 dB。结论:在Calgary-Campinas数据集上的实验结果表明,与传统网络模型相比,所提模型重建精度更高、收敛更快。

    2022年03期 v.33;No.107 397-404页 [查看摘要][在线阅读][下载 1378K]
  • 基于遗传算法的WBAN双转发路由协议研究

    吴创凡;谭劲;

    目的:研究降低无线体域网能耗,并改善数据传输效率和QoS。方法:结合能量收集技术,提出了一种基于遗传优化算法的双转发路由协议。结果:仿真模拟实验和性能分析结果表明,本文提出的协议与传统的路由优化算法相比,在网络寿命方面比改善约5%~8%,在网络吞吐量方面提高约4%~6.5%,同时降低约5%的端到端延迟。结论:在考虑QoS度量约束和动态链路约束的情况下,本文提出的路由协议在降低能耗、提高网络吞吐量和降低端到端延迟等方面有着明显的改进。

    2022年03期 v.33;No.107 405-412页 [查看摘要][在线阅读][下载 1137K]
  • 融合多头注意力机制的多任务情感分类研究

    李欣雨;金宁;严珂;马祥;

    目的:针对当前多任务学习(multi-task learning, MTL)方法往往忽视子任务之间特征相关性的问题,提出一种融合多头注意力机制(multi-head attention, MHA)的多任务情感分类(MHA-MTL)方法。方法:首先采用MHA提取文本重要特征,在训练中对多领域数据集进行动态的自动归类。文中构造了基于长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)和逐点卷积网络的多任务情感分类器,并且设计了辅助分类任务的损失函数,在模型整体训练中,动态优化特征提取和分类器参数。结果:在五个领域的中文任务集上进行实验,实验结果表明与单任务和传统的多任务学习方法相比,本文提出的方法在准确性和F_1值上都有明显的提升。结论:使用融合多头注意力机制的多任务学习方法能够有效提升情感分类模型的性能。

    2022年03期 v.33;No.107 413-422+442页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K]

生命科学

  • 褐飞虱KCTD3基因克隆、序列分析及其时空表达研究

    姬金亮;张瑞娟;李雅彬;余建斌;俞晓平;许益鹏;

    目的:克隆褐飞虱钾通道蛋白KCTD3基因,并研究其序列特征和时空表达情况,以更好地了解褐飞虱KCTD3在褐飞虱生长发育中的作用,为防治褐飞虱提供理论依据。方法:通过PCR扩增褐飞虱KCTD3基因,运用生物信息学方法对褐飞虱KCTD3基因序列进行分析;之后采用荧光定量PCR(qPCR)检测KCTD3基因在褐飞虱不同生长发育时期(1~5龄若虫和1~9日龄雌成虫)和不同组织(胸部、卵巢、脂肪体、头部和肠道)中的表达情况。结果:褐飞虱KCTD3基因开放阅读框长度为2 139 bp,编码712个氨基酸残基,预测蛋白相对分子质量为78 200 u,等电点为7.6,包含有一个BTB保守结构域,无信号肽。系统进化树显示,褐飞虱KCTD3与半翅目茶翅蝽Halyomorpha halys和绿盲蝽Apolygus lucorum的KCTD3亲缘关系最近。qPCR结果显示,褐飞虱KCTD3在褐飞虱发育的所有阶段均有表达且在雌成虫中高水平表达,KCTD3在若虫时期表达量较为稳定,而在3日龄成虫中的表达量最高;组织表达分析表明,褐飞虱KCTD3在各组织中均有表达,且在卵巢中的表达量明显高于其他组织,在脂肪体中的表达量最低。结论:本研究成功克隆了褐飞虱KCTD3基因,明确了KCTD3的序列特征和时空表达模式,结果暗示KCTD3在褐飞虱的生长发育和生殖中起重要作用。

    2022年03期 v.33;No.107 423-431页 [查看摘要][在线阅读][下载 2012K]
  • 蝉生球孢虫草液体发酵培养基的优化及其菌丝多糖对免疫细胞功能的影响

    尚亮程;凌春燕;陈春;

    目的:对药用真菌球孢虫草Cordyceps bassiana Bs1112菌株的液体培养进行优化,提取纯化的菌丝多糖并进行免疫功效的评估。方法:采用Plackett-Burman设计和响应面分析获得的优化培养基组分,通过凝胶渗透色谱法(GPC)色谱分析菌丝多糖的重均相对分子质量;采用流式细胞术检测球孢虫草多糖对人体关键免疫调节细胞(NKT细胞)的CD3+CD56+双阳性影响,并以肝癌细胞Hep G2为靶细胞评估经球孢虫草多糖处理后的NKT细胞的杀伤率。结果:响应面分析优化获得培养基组分比例,多糖含量最高可达913.5 mg/L。经凝胶渗透色谱法色谱分析发现菌丝多糖的重均相对分子质量为2 212 815 u。不同质量浓度球孢虫草多糖处理对CD3+CD56+NKT细胞的体外增殖产生抑制作用,但增强了该细胞对Hep G2细胞的杀伤力。结论:条件优化后获取的球孢虫草菌丝多糖对人体NKT细胞具有免疫调节作用。

    2022年03期 v.33;No.107 432-442页 [查看摘要][在线阅读][下载 1552K]
  • 褐飞虱若虫、成虫期荧光定量PCR内参基因的筛选

    矫启启;叶成龙;冯娅琳;郝培应;俞晓平;

    目的:筛选适用于褐飞虱Nilaparvata lugens成虫期目的基因表达水平检测的内参基因。方法:根据褐飞虱转录组数据初步筛选候选内参基因,采用RT-qPCR技术检测候选内参基因RPS11、β-actin和18S(18S rRNA)在褐飞虱不同发育阶段的表达水平,分别按照若虫阶段、成虫阶段、若虫-成虫阶段(包含若虫期和成虫期)3种情况分析内参基因在不同发育阶段的表达稳定性,用geNorm、NormFinder、BestKeeper和ΔCt 4种方法对数据进行处理,并用RefFinder对以上4种方法进行内参基因稳定性综合分析。结果:在褐飞虱若虫阶段,geNorm、NormFinder、BestKeeper和ΔCt 4种方法均表明RPS11基因的稳定性最好;在褐飞虱成虫阶段和若虫-成虫阶段,ΔCt和NormFinder方法分析表明,18S作为内参基因更稳定,而BestKeeper分析显示RPS11基因比18S稳定,geNorm分析表明RPS11与18S基因稳定性相同,4种方法均表明β-actin基因的稳定性最差。RefFinder综合以上4种分析方法,结果显示3个内参基因稳定性由强到弱依次为:18S、RPS11和β-actin。分别以RPS11、β-actin和18S为内参基因,检测NlATG3基因在褐飞虱成虫阶段羽化后不同天数的相对表达量,发现NlATG3基因在褐飞虱成虫羽化后不同天数的表达规律因内参基因的不同而出现差异。结论:内参基因RPS11在褐飞虱若虫时期表达稳定,但18S更适用于检测褐飞虱成虫阶段羽化后不同天数目的基因的表达水平。

    2022年03期 v.33;No.107 443-452页 [查看摘要][在线阅读][下载 1238K]
  • 两种土壤中茄果类蔬菜镉富集特征及镉安全阈值研究

    杨佳敏;贺希格都楞;王飞娟;丁艳菲;江琼;韦何雯;朱诚;

    目的:就南方地区轻度污染红壤及潮土对茄果类蔬菜展开土壤Cd安全生产阈值研究,以期实现对于中轻度污染农田的安全利用,合理进行蔬菜生产布局。方法:在Cd处理0、0.1、0.2、0.3、0.6、1.0、1.5、3.0 mg·kg~(-1)条件下,利用盆栽试验研究潮土及红壤中番茄与茄子的转运系数、富集系数及安全生产阈值。结果:潮土中番茄、茄子Cd安全阈值分别为0.593、0.284 mg·kg~(-1);红壤中番茄、茄子Cd安全阈值分别为0.528、0.043 mg·kg~(-1)。结论:茄子的地上、地下部分对Cd的富集能力普遍大于番茄,土壤类型对茄子Cd积累影响较大,与红壤相比,潮土中更适合种植茄果类蔬菜。

    2022年03期 v.33;No.107 453-460页 [查看摘要][在线阅读][下载 1057K]
  • 下载本期数据