1 紫金矿业建设有限公司，厦门 361000
2 厦门钨业股份有限公司，厦门 361000
某矿山控制爆破工程要求爆破后粒径小于0.4 m，但该区域为“硬软夹层”地质构造，采用传统爆破方法在孔口堵塞段极易产生大块，爆破质量难以满足要求。为改善爆破质量节约施工成本，借鉴深浅结合方形布孔技术，分别在现场工况的基础上以中间浅孔深度为0 m、4 m、5 m、6 m、7 m开展爆破试验研究。首先采用 ANSYS /LSDYNA有限元软件开展数值模拟试验，建立了上半部采用RHT本构关系的石灰岩模型，下半部采用HJC本构关系的泥灰岩模型，形成“硬软夹层”构造。随后在多组数值试验中初步获取相对较优的中间浅孔深度，分析不同试验条件下岩体损伤分布特征与爆炸有效应力分布规律。由于ANSYS/LSDYNA并未将爆生气体的作用考虑在内，因此为了得到更准确的实验结论，同时考虑到不宜过度增加爆破炸药消耗，结合项目实际情况，选用4 m、5 m中间浅孔深度进行现场爆破试验。研究结果表明：采用深浅结合方形布孔的措施降低爆破大块率是有效的。采用中间浅孔深度为5 m时，可以降低曲率系数Cc与爆破大块率。技改前平均大块率约为64.4%，技改后0.4 m以上的大块率可降低至38.1%左右，使得爆堆级配达到良好水平。其降低大块率效果优于原爆破方案及4 m中间浅孔方案。
露天矿山 爆破 数值模拟 优化 open pit blasting numerical simulation optimization
1 紫金矿业建设有限公司, 厦门 361000
2 厦门钨业股份有限公司, 厦门 361000
针对某矿山爆破粉矿率偏高的问题, 采用传统连续装药爆破方法易在孔壁粉碎圈附近产生粉矿, 造成矿石级配不达标和资源的永久浪费。因此为改善爆破后矿石级配并提高骨料成品率, 借鉴中部空气间隔装药爆破技术, 依据现场工况参数, 分别在0 m、1 m、1.2 m、1.5 m中部空气间隔装药条件开展爆破试验研究。首先采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟试验, 建立了采用HJC本构关系的石灰岩模型, 模拟该矿实际地质条件。随后获取不同间隔距离条件下岩体损伤分布特点, 初步获取相对较优的空气间隔装药长度。由于ANSYS/LS-DYNA并未将爆生气体的作用考虑在内, 因此为了得到更准确的实验结论, 同时考虑到不宜使爆破大块率过度增加, 结合项目实际情况, 选用1.2 m、1.5 m中部空气间隔装药长度进行现场爆破试验, 对比不同爆破试验条件下的岩块级配。试验结果表明, 采用中部空气间隔装药的措施降低爆破粉矿率是有效的。采用空气间隔长度为1.5 m时, 可以降低不均匀系数Cu与爆破粉矿率。技改前平均粉矿率约为15.94%, 技改后4.75 mm以下的粉矿率可降低至9.37%左右, 使得爆堆级配达到良好水平。
露天矿山 矿山开采 爆破 粉矿率 优化 open pit mining blasting fine ore rate optimization
山东大学（威海）机电与信息工程学院, 山东 威海 264209
拉曼光谱因具有简单、 快速及无损等特点, 非常适合矿石的分类与鉴别。 拉曼光谱模型拟合分类方法无需构建参考光谱库且避免了复杂的逐项光谱匹配, 具有明显的优势。 然而, 已有的基于机器学习及深度学习的矿石拉曼光谱分类研究所采用的学习模型比较单一, 缺乏具有参考意义的综合比较。 对基于机器学习及深度学习的矿石拉曼光谱模型拟合分类方法进行综合评估验证, 对比了KNN, XGBoost, SVM, RF四种传统机器学习方法和CNN, DNN, RNN三种深度学习模型在RRUFF矿物拉曼光谱数据集上的分类效果, 验证了4种数据预处理方法和样本量对模型分类效果的影响。 为提升机器学习模型的分类性能, 本文还提出了一种拉曼光谱强度曲率的数据预处理方法, 对经基线矫正后的拉曼光谱序列强度计算曲率作为构造特征, 使模型更有效的提取出拉曼光谱的特征峰位置。 实验结论: 数据预处理对提升机器学习模型的分类性能效果明显, 而对深度学习模型不敏感; 样本量为影响模型分类效果的关键因素, 当样本量较大时, 深度学习模型的分类效果优于传统的机器学习模型; 对于微小样本, 深度学习模型难以发挥其优势, 而辅以预处理的机器学习具有更优的分类性能。
矿物分类 拉曼光谱 机器学习 数据预处理 Mineral classification Raman spectroscopy Machine Learning Data preprocessing
安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
可溶性固形物含量(SSC)是决定鲜桃风味和品质的重要成分。 高光谱影像的特征提取为无损检测可溶性固形物含量提供了数据基础和方法路径。 先前的研究表明, 基于多光谱、 荧光谱、 近红外光谱、 电子鼻的水果内部品质评估取得较好的结果。 但是, 由于缺少多特征融合, 从而限制了水果品质的精准估测。 为此, 提出了一种基于堆栈自动编码器-粒子群优化支持向量回归(SAE-PSO-SVR)模型预测鲜桃可溶性固形物含量。 首先, 利用高光谱影像提取光谱信息、 空间信息及空-谱融合信息。 其次, 设置普适性堆栈自动编码器(SAE)提取光谱信息、 空间信息及空-谱融合信息的深层特征。 最后, 将深层特征作为粒子群优化支持向量回归(PSO-SVR)模型的输入数据进行鲜桃可溶性固形物含量的预测。 其中, 对于光谱信息作为输入的SAE模型, 设计了453-300-200-100-40, 453-350-250-150-50, 453-350-250-100-60的三个隐含层结构。 对于空间信息作为输入的SAE模型, 设计了894-700-500-300-50, 894-650-350-200-80, 894-800-700-500-100的三个隐含层结构。 对于融合信息作为输入的SAE模型, 设计了1347-800-400-200-40, 1347-750-550-400-100, 1347-700-500-360-150的三个隐含层结构。 实验结果表明, 对于输入数据分别为光谱信息、 空间信息及融合信息的SAE模型, 结构为453-300-200-100-40, 894-800-700-500-100和1347-750-550-400-100的模型效果较好, 而且基于融合信息的模型预测精度明显优于基于光谱信息或者图像信息的模型。 为了验证模型的普适性, 利用结构为1347-750-550-400-100的SAE模型提取融合信息的深层特征估测不同品种鲜桃的可溶性固形物含量并进行可视化。 结果表明, 基于结构为1237-650-310-130的SAE-PSO-SVR模型预测效果最好(R2=0.873 3, RMSE=0.645 1)。 因此, 所提出的SAE-PSO-SVR模型提高了鲜桃可溶性固形物含量的估计精度, 为鲜桃的其他成分检测提供了技术支撑。
可溶性固形物含量 高光谱影像 深层特征 支持向量回归 鲜桃 Solid content Hyperspectral image Deep feature Support vector regression Peach 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3559
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 安徽农业大学茶树生物与利用国家重点实验室, 安徽 合肥 230036
茶多酚是黄茶中的重要成分之一, 具有保健和药用功效。 准确估测茶多酚含量对茶叶品质鉴定和定量分析具有重要的意义。 学者们已经利用电子鼻、 电子舌、 高光谱和近红外技术开展了茶多酚的估测研究, 取得了良好的效果。 然而, 由于缺乏空间特征, 难以满足黄茶内外品质综合判断的要求。 随着高光谱成像系统的发展, 尽管基于灰度共生矩阵的茶叶成分估测已经被证实取得较好的效果, 但在实际应用中仍然存在一些障碍。 一方面, 分辨率较低时, 图像的纹理特征不会有显著差异, 并且少数特征无法充分地解译高光谱图像, 从而导致模型估测效果较差。 另一方面, 分辨率较高时, 特征的增加会导致模型更复杂。 因此, 在保留高光谱图像原始信息的前提下, 有必要进一步挖掘高光谱图像的潜在特征, 尤其是纹理的细节部分。 因此, 提出了一种融合光谱和空间特征的模型来提高茶多酚估测的准确性。 首先, 利用连续小波变换提取光谱信息的小波系数; 其次, 根据不同尺度的小波系数能量优选小波系数特征, 分别是第4尺度的959和1 561 nm, 第5尺度的1 321, 1 520和1 540 nm, 以及第6尺度的1 202和1 228 nm; 再者, 基于小波系数能量之和优选2个特征波长, 分别是1 102和1 309 nm; 然后, 根据特征波长对应的高光谱图像分别提取灰度共生矩阵和小波纹理。 最后, 分别利用小波系数特征、 灰度共生矩阵、 小波纹理和他们的组合构建黄茶多酚含量的估测模型。 通过对五种黄茶的分析和验证, 比较基于不同特征的不同模型估测效果, 包括偏最小二乘回归、 支持向量回归和随机森林方法。 结果表明, 融合小波系数特征, 共生矩阵和小波纹理的支持向量回归模型效果最佳, 校正集的R2为0.933 0, 验证集的R2为0.823 8。 因此, 所提出的模型能有效的提高茶多酚含量的预测精度, 为预测茶叶的其他成分提供了技术基础。
茶多酚 小波变换 小波纹理 高光谱图像 Tea polyphenols Wavelet transform Wavelet texture Hyperspectral image
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 南京 210094
对于隐蔽目标的探测, 雷达技术是常用的手段, 现已发展出探地雷达、穿墙雷达等技术。毫米波具有一定的穿透能力且可以成像, 毫米波辐射计可全天候、全天时工作, 且系统相对体积小、成本低、使用方便, 因而受到越来越多的关注。对于浅埋的金属目标, 提出利用其毫米波辐射成像进行探测, 并利用区域生长法提取图像中的单个感兴趣目标, 依据其辐射温度加权计算目标中心。实验研究表明, 利用该方法处理可探测到浅埋的金属目标, 并提取出感兴趣的单个目标及其特征, 以作为进一步应用的参考。
毫米波 辐射成像 浅埋目标 金属目标探测 区域生长法 millimeter wave radiometric imaging shallow-buried target metal object detection region growing method
在车载激光雷达系统中, 雪崩光电二级管(APD)检测微弱光信号时, 其增益和灵敏度受温度偏移影响, 导致输出信号失真, 进而影响系统测距精度、实时性与稳定性。设计了这一种带有温度控制与温度补偿功能的APD驱动电路。温度控制模块由TEC制冷器、TMP117温度传感器等器件组成。温度补偿模块采用DS1841芯片。此设计以温控为主, 温补为辅。由于TEC具有热惯性, 温控模式不能立刻使温度达到设定的目标值, 此时温补模式将被触发, 自动补偿合适的APD偏压, 达到温补目的。实验测试表明, 温控模式的控制精度为±0.3℃, 温补模式的偏压相对误差小于0.5%, 系统的测量精度与稳定性显著提高。
TEC制冷器 数字PID算法 DS1841数字电位器 自动补偿 TEC cooler digital PID algorithm DS1841 digital potentiometer automatic compensation
1 河北北方学院医学检验学院, 河北 张家口 075000 v
2 河北北方学院医学检验学院, 河北 张家口 075000
3 电子科技大学生命科学与技术学院, 四川 成都 610054
4 河北北方学院附属第一医院, 河北 张家口 075000
5 香港科技大学电子与计算机工程系, 香港特别行政区 999077
采用单电流阶跃电化学沉积技术, 在商业纯钛(CP-Ti)表面构建硅、 银、 氟离子共修饰羟基磷灰石(Si-Ag-F-HA)纳米复合薄膜。 Ag+的持续释放可以提供有效的抗菌性, Si4+作为生物活性元素可以有效地抵消Ag+的潜在细胞毒性。 采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定涂层中硅和银元素的释放规律。 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能量弥散X射线谱(EDS)、 X-射线衍射(XRD)等技术对得到的材料进行了表征。 结果表明: Si, Ag和F三种元素均匀地掺杂到了HA的晶体结构中。 Si-Ag-F-HA为纳米级的针状晶体结构, 薄膜整体致密且均匀。 Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以在一周内很好地诱导类骨磷灰石的形成, 具有优异的生物活性。 塔菲尔曲线测试结果证实涂层的耐SBF腐蚀性较好。 ICP-MS测试结果表明Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以提供持续的Si和Ag离子释放。 FTIR 和ICP-MS等光谱技术为开发新型抗菌硬组织修复材料提供了高效快速的检测手段。
电化学沉积 生物涂层 FTIR FTIR ICP-MS ICP-MS Electrochemical deposition Biological coating 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1198
杭州电子科技大学 信息工程学院, 杭州 310018
引入核函数法对随机扩散方程（SDE）样本的密度分布进行统计, 希望用核函数来减少统计涨落。由于SDE样本的密度随时间发展, 越来越稀疏, 所以核函数也应该越来越大, 也就是说核函数应该随时间在变化。通过一个瞬时释放的二维扩散问题（具有解析解）, 从定性和定量两个角度比较了变带宽核函数法和传统统计方法在密度分布统计中的性能差别, 论述了变带宽核函数法的优缺点, 变带宽核函数法在牺牲部分峰值的前提下可以很好地解决SDE样本密度分布统计涨落问题, 在工程应用中值得推广。
随机扩散方程 扩散输运方程 拉格朗日模型 核函数法 stochastic diffusion equation advection-diffusion transport equation Lagrangian model kernel function method 强激光与粒子束
2017, 29(12): 126009
1 广西工学院,电子信息与控制工程系,广西,柳州,545006
2 广西师范大学,物理与信息工程学院,广西,桂林,541004
3 中国原子能科学研究院,北京,102413
研究了强流质子束在周期聚焦磁场通道中束晕-混沌的外部磁场自适应控制方法,给出了磁场控制方程.将该方法应用在多粒子模型中,实现了对4种不同初始分布质子束的束晕-混沌的有效控制,得到了消除束晕及其再生现象的理想结果.在强流加速器系统中,由于外部磁场是可测和可调的物理量,因此该控制方法有利于实验研究,可为强流质子加速器中周期聚焦磁场的设计和实验提供参考.
强流质子束 周期聚焦磁场通道 束晕-混沌 混沌控制 自适应控制 High-current proton beam Periodic focusing channel Halo-chaos Chaos control Self-adaptive control
