1 湖南大学土木工程学院，长沙 410082
2 湖南大学，绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，长沙 410082
3 长沙市轨道交通集团有限公司，长沙 410082
采用玻璃粉部分替代矿渣制备碱激发胶凝材料，研究了玻璃粉含量(10%、20%、30%、40%，质量分数)对碱激发矿渣-玻璃粉基(AASG)泡沫混凝土性能的影响。对AASG泡沫混凝土流动性、抗压强度、干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性进行了研究，并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对机理进行了分析。结果表明：10%~40%掺量的玻璃粉使AASG泡沫混凝土的流动性提高了5.0%~25.6%；抗压强度随玻璃粉掺量的增加先增大再减小，玻璃粉掺量为20%时，7 d和28 d抗压强度最高，与对照组相比分别提高15.0%和23.8%；玻璃粉掺量为20%时，AASG泡沫混凝土的干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性最佳；SEM分析发现，玻璃粉有助于孔结构的优化和提高微观结构的致密性；XRD分析表明，AASG泡沫混凝土的主要反应产物为 C-(N-)A-S-H和水滑石。将玻璃粉作为矿渣的替代品来制备AASG泡沫混凝土是可行的，为其在回填工程和固废利用提供理论支撑。
碱激发泡沫混凝土 玻璃粉 抗压强度 干燥收缩 软化系数 抗冻性 alkali-activated foamed concrete glass powder compressive strength dry shrinkage soften coefficient frost resistance
1 山西省气候中心，山西 太原 030002
2 山西省气象台，山西 太原 030002
3 大连市气象装备保障中心，辽宁 大连 116001
近年来，太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响，本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布；基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法，结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明：太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km－1，消光系数随着高度的增加而减小；晴日消光系数的最大值为0.33 km－1；新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%)，其次为来自本地的污染气团(39%)；太原盆地受西北或偏西气流的影响，同时在低层暖平流的控制下，易聚集污染沙尘型气溶胶；在静稳天气背景下，低层暖平流导致逆温层形成，地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散，容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶；地面上，太原盆地处于高压底前部，地面风速较大，700～850 hPa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地，气溶胶以沙尘型气溶胶为主，气溶胶抬升高度较大。
遥感 霾日 气溶胶类型 CALIPSO 垂直分布 太原盆地
1 山西省气候中心，山西 太原 030002
2 山西省气象服务中心，山西 太原 030002
3 西安地球环境创新研究院，陕西 西安 710061
利用2017年1月1日至2019年12月31日山西省运城地区9个气象站点的地面逐小时资料、地面日值资料和CALIOP激光雷达资料，分别对运城地区霾日和晴日的气溶胶垂直分布特征进行分析。结果表明：运城地区霾发生时，气溶胶主要聚集在0~2 km高度的大气层中，尤其是517 m左右的大气中，气溶胶的最大消光系数为0.61 km-1；0~1 km高度内，霾日最大消光系数约为晴日最大消光系数的3倍；白天与夜间气溶胶垂直分布有明显差别，在气溶胶消光系数相同的情况下，白天气溶胶所在的高度比夜间高；霾发生时，气溶胶体积退偏比集中在0~0.2；晴日近地面体积退偏比在0~0.2的分布频率低于霾日，小粒径气溶胶数量多于大粒径气溶胶数量。
遥感 气溶胶 光学特性 垂直分布 消光系数 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0228004
齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266000
水体的遥感反射比光谱(Rrs(λ))是海洋水色遥感反演海洋生物地球光学参数的关键, 其定义是离水辐亮度与恰好水面之上的向下辐照度之比。 海洋水色卫星传感器接收到的总信号中90%是大气的贡献, 海洋水体贡献的离水辐亮度不足10%, 因此对接收的信号进行大气校正获得高精度的水体遥感反射比信号是海洋光学遥感的关键技术之一。 基于大量高质量的现场高光谱遥感反射比数据的基础上建立的Rrs(λ)光谱数据的质量评价体系QA(quality assurance), 可以通过计算Rrs的得分情况(QA score)很好地识别出有问题或可能错误的Rrs(λ)光谱。 GOCI(geostationary ocean color imager)是搭载在全球第一颗对地静止卫星COMS(communication ocean and meteorological satellite)上的主要传感器, 由韩国海洋卫星中心(KOSC)发射, 其高观测频次(8景观测数据/天)使生物地球化学参数的日变化监测成为可能。 KOSC研发了GDPS (GOCI data processing system)软件专门用于GOCI数据处理, 包括大气校正。 到目前为止已为全球用户免费提供GDPS1.1, GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4, GDPS1.4.1, GDPS2.0六个版本。 应用QA Score评价体系对于GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4.1, GDPS2.0四个版本在黄海海域处理得到的GOCI遥感反射比光谱数据的质量进行了评比。 结果发现GDPS1.2的Rrs数据被视为无效的数据量明显大于GDPS1.3, GDPS1.4.1和GDPS2.0的处理结果; GDPS2.0的Rrs数据QA得分情况要差于GDPS1.2, GDPS1.3和GDPS1.4.1; GDPS1.3和GDPS1.4.1的数据处理结果基本相同, 这与GDPS1.4在GDPS1.3的基础上只进行了软件模块化优化处理且修复了一些小问题的结果相吻合。 基于该研究, 黄海海域使用GOCI Rrs数据时, 如果Rrs波段比是首要考虑因素(如反演叶绿素a浓度)且对有效数据数量要求不高, 可以使用GDPS1.2版本进行大气校正; 如果更关心的是某个波段Rrs值, 则使用GDPS2.0进行大气校正更合适。
海洋水色遥感 黄海 遥感反射比 Ocean color remote sensing GOCI GDPS Yellow Sea Remote-reflectance sensing GOCI GDPS 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2233
1 中国海洋大学 信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266071
基于蒙特卡洛模拟方法，建立了一个水中激光偏振辐射传输模型，用于模拟分析船载偏振激光雷达水体垂直剖面的偏振探测回波，分析了不同光学参数的水体和激光雷达测量模式下的偏振测量误差。使用高斯分布设置了三种深度分布在10~30 m的低、中、高浓度散射层，其叶绿素a峰值浓度分别为0.1 mg/m3、1 mg/m3和10 mg/m3。模拟了激光发射波长为532 nm，接收视场角为10~1000 mrad的船载海洋激光雷达的偏振回波信号，并分析了影响偏振测量误差的主要因素。研究结果表明，由于激光在水中的多次散射过程，随着探测深度、叶绿素a浓度和接收视场角的增大，激光雷达接收光信号的单次散射率不断降低，导致激光雷达直接测量的退偏振比的误差随之增大。以100 mrad接收视场角为例，中浓度散射层情况下，在散射层上（0~10 m）、散射层中（10~30 m）和散射层下（30~40 m）的退偏振比相对误差分别为16%、125%、281%；在散射层中，低、中、高三种浓度散射层的退偏振比相对误差分别为54%、125%、731%。视场角从10 mrad增大到1000 mrad时，退偏振比相对误差逐渐增大，在中浓度散射层情况下，其在散射层上、散射层中和散射层下的变化范围分别为6%~28%、17%~452%和10%~734%。文中结果表明，偏振海洋激光雷达探测水体退偏振比时，由于多次散射过程的影响，传统的退偏振比算法会引入较大误差，有必要在反演算法中对其进行校正，以提高激光雷达的探测精度。
海洋激光雷达 偏振蒙特卡洛 水体光学参数 垂直剖面 退偏振比 oceanographic lidar polarization Monte Carlo water optical parameter vertical profile depolarization ratio 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211035
红外与激光工程
2021, 50(6): 20211029
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对图像风格迁移时出现前后景边界模糊造成风格化图像主要目标模糊的问题,提出了目标边缘清晰化的图像风格迁移算法。通过将用于提取内容图像轮廓的深度抠图神经网络与风格迁移网络合并,形成透明遮罩约束风格迁移过程,凸显风格化图像中主要目标的轮廓;通过对迁移网络中最大池化层进行替换,保留图像的背景信息,细化风格化图像的整体结构;通过替换迁移网络中较大卷积核,减少网络模型参数,减少风格迁移计算量;通过对常规卷积层的归一化,实现相似风格迁移之间的参数共享,提升风格迁移速度。用VGG-19神经网络作为特征提取器对输入的内容图像和风格图像提取特征图,把输入图像到输出图像的变换约束在色彩空间局部仿射中,在输入图像RGB通道上合并目标遮罩,使得风格化图像的主要目标在遮罩约束中实现纹理合成。实验表明,与传统方法比较,该方法产生的迁移结果前后景边缘明显,内容结构保留较好,解决了风格化图像主要目标边缘模糊的问题。
图像处理 风格迁移 神经网络 抠图算法 深度学习 结构约束 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210021
1 福州大学至诚学院, 福建 福州 350002
2 福建卫生职业技术学院, 福建 福州 350101
3 福建省建筑科学研究院, 福建 福州 350101
近年来, 二维材料(2D materials)突触晶体管器件由于其维度低、可同时读写操作、效率高等优势, 受到了研究者的广泛关注。然而, 由于二维材料的工艺兼容性、重复性以及复杂的转移过程, 它的实现仍然是一个巨大的挑战。本文采用简单的提拉法工艺, 实现了超薄铟镓锌氧化物(In-Ga-Zn-O, IGZO)半导体层(小于8 nm)的突触晶体管, 其工作电压低至3 V; 并成功地模拟了重要的生物突触行为, 包括兴奋性后突触电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)以及突触长程增强(LTP)等。在超薄半导体薄膜条件下, 由于缺陷的增强效应和栅电压对超薄半导体层可控性的提高, 有效提升了突触器件的记忆保持能力, 使其长程性能得到增强。这种改善突触晶体管长程特性的方式, 为利用普通材料制作高性能二维突触晶体管提供了一种简单易行的方法。
超薄 金属氧化物薄膜晶体管 突触 ultra-thin metal-oxide thin film transistor synapse
1 中国海洋大学 信息科学与工程学院 海洋技术系，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266071
为了评估和分析星载海洋激光雷达探测全球海洋光学参数的性能，依据激光雷达方程和蒙特卡罗模型结果模拟计算激光传输信号，开发了星载海洋激光雷达仿真模拟系统。仿真模拟系统由正向模拟、数据反演与误差分析三部分组成，能够模拟激光发射、传输和探测的全过程。根据给定的激光雷达参数，模拟了443 nm、486.1 nm和532 nm波长在地中海、印度洋、南大洋与太平洋四个典型海区的探测信号。研究结果表明，443 nm和486 nm波长的探测深度在各个海区均比较接近，并且均比532 nm更深。在给定的激光雷达参数情况下，486.1 nm波长在太平洋和南大洋的探测深度分别为120 m和70 m，在地中海和印度洋的探测深度均为约100 m。叶绿素a浓度在以上海区的探测深度分别约为80 m、50 m和70 m。
星载海洋激光雷达 仿真模拟系统 叶绿素a 探测深度 spaceborne oceanographic lidar simulation system Chl-a detection depth 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200164
干旱是一种破坏力极强的自然灾害, 近年来, 受气候变化的影响, 干旱在全球的发生频率不断升高, 造成了严重的经济损失, 准确监测干旱信息是防灾减灾的基础。 干旱严重度指数(DSI)监测全球干旱的能力已经得到证实, 但在局部区域的应用具有明显的差异性。 为了检验DSI在省级尺度的适用性、 修正其等级划分差异, 以山西省为研究区, 基于MODISET/PET, 以及MODIS和AVHRR的NDVI数据集分别得到2001年—2014年的DSIMODIS和DSIAVHRR, 同时结合SPEI, 对三者进行了干旱时空分布的对比分析; 为了证实SPEI的可靠性, 将长时序的SPEI与历史干旱记录进行了比对; 为了考察DSI在区域范围内的误差, 将DSIMODIS, DSIAVHRR和SPEI进行了时间频率与空间分布的比较; 最后, 以SPEI为参照, 基于DSI的原始划分标准, 以0.1为步长调整DSIMODIS的干旱等级阈值, 得到了新的干旱等级划分标准DSIMM; 并利用DSIMM监测了全省2001年—2014年季节尺度的旱情, 捕捉了研究区2001年和2002年的典型干旱事件, 验证了DSIMM在山西省干旱监测中的适用性和稳健性。 研究表明, DSIMODIS与DSIAVHRR之间存在较高的相关性, 相关系数为0.75, 二者对干旱的空间分布和时间频率具有一致的表现, 说明在数据缺失的情况下, DSI可拓展应用于AVHRR数据集, 以弥补MODIS数据在长时序监测中的不足; DSIMODIS低估了山西省D1等级干旱信息, 而高估了D2~D4等级干旱; 对于轻度干旱D1, 中度干旱D2, 重度干旱D3, 极度干旱D4四个等级, DSIMM与SPEI在干旱时间频率和空间分布占比方面表现出高度的一致性, 其中D3等级的时间频率完全一致, D4等级的空间分布一致性为0.98; 在干旱类型丰富的地区可精确地修正DSI的干旱等级划分。 研究结果对利用DSI进行区域尺度干旱监测具有借鉴作用, 为山西省干旱信息监测获取了一种计算简易、 精确度高的方法。
干旱严重度指数(DSI) 修正 等级划分 干旱 遥感 山西 Drought severity index (DSI) Modification Gradation Drought Remote sensing Shanxi 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3522
