1 河北工程大学地球科学与工程学院, 河北省资源勘测研究重点实验室, 河北 邯郸 056038
2 中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221116
为研究岩浆侵入体对煤化学结构等方面的影响, 采用傅里叶变换红外光谱对邯邢矿区云驾岭煤矿岩浆接触带四个高变质煤进行了化学结构表征。 结果表明: 所有样品中芳香结构以苯环三取代为主, 在夹矸中最高达到67.4%; 离侵入体越远, 苯环三取代含量越低, 苯环二取代含量逐渐升高, 而苯环四、 五取代均表现出先增后减的变化规律。 在含氧官能团方面, 离侵入体越远, 活性较高的芳香酯和羧基含量越高, 酚中C-O含量变化较小, 烷基醚和芳基醚含量降低, 芳香环或稠环中CC伸缩振动占比逐渐增加。 受岩浆侵入的影响, 样品中脂肪类物质含量很低; 离侵入体越远, 甲基的对称与反对称伸缩振动占比先增加后减小, 亚甲基对称与亚甲基反对称伸缩振动的变化规律则与甲基相反。 在羟基官能团方面, 羟基自缔合氢键为煤样中氢键的主要类型, 而夹矸中则以羟基和醚中氧形成的氢键为主; 离侵入体越远, 后者在煤样中则逐渐升高, 羟基和π键形成的氢键含量越低, 羟基-N氢键含量先增加后减小。 研究结果表明, 岩浆侵入对煤中有机质的化学结构产生了显著影响, 且对煤和夹矸中有机质化学结构具有差异性影响, 为探索高变质煤中大分子结构演变机理提供了理论依据。
高变质煤 傅里叶变换红外光谱 岩浆侵入 化学结构 Highly metamorphic coal FTIR Magmatic intrusion Chemical structure 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2747
1 苏州市轨道交通集团有限公司，江苏 苏州 215008
2 中电科芯片技术(集团)有限公司，重庆 401332
针对振动传感器系统对环境状态中入侵事件识别正确率较低的难题，该文提出了一种基于随机配置网络(SCN)的神经网络结构,用于识别周界入侵的振动传感信号。首先通过搭建振动传感器系统对4种周界入侵信号进行采集,然后利用小波降噪对信号进行降噪预处理,再提取信号的能量特征、过均值率、PAR特征,最后通过随机配置网络神经网络对攀爬、触碰、撞击及剪切4种入侵事件进行识别。其训练集识别准确率可达92.7%，测试集平均识别准确率可达90.7%。实验结果表明，该文所提出方法可对周界入侵信号进行有效识别。
振动传感 随机配置网络 入侵识别 特征提取 vibration sensing stochastic configuration network(SCN) intrusion recognition feature extraction
1 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院，北京 100875
2 北京大学物理学院大气与海洋科学系，北京 100871
臭氧是大气中重要的痕量气体，可影响对流层与平流层大气状态和过程。约90%的臭氧集中在平流层，可吸收下行紫外太阳辐射，保护地球生命系统；约10%的臭氧位于对流层，其空间分布多受局地生成和跨区域输送的影响。目前，臭氧已逐渐成为我国甚至全球首要污染物，臭氧污染防治也相应地成为我国未来大气污染防治的重点。本文回顾了卫星遥感臭氧的发展进程，包括臭氧卫星探测传感器、反演算法和应用进展，并着重分析了臭氧污染相关内容，包括臭氧污染时空特征分析、典型污染事件分析、臭氧污染与气象条件相互作用等。多种卫星探测载荷的仪器设计和反演技术的不断发展，使得卫星遥感臭氧反演和监测应用成为可能。卫星可通过紫外谱段和红外谱段而获取臭氧整层信息和垂直分布信息，目前臭氧柱总量监测精度较高，但对流层下层和近地面臭氧浓度反演精度还有待提高。根据现阶段的技术水平，可采用多种技术方法相结合来提升中低层臭氧的探测能力。臭氧污染的监管和防控需要摸清来源，准确评估污染的成因，可从前体物排放、化学转化、气象影响、三维传输等方面逐步进行解析。此外，氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）的协同减排是我国臭氧治理的根本所在，也是下一步的重点研究方向。
大气光学 臭氧 卫星遥感 反演算法 精度验证 空气质量 平流层侵入 光学学报
2023, 43(18): 1899905
1 北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京 00044
2 北京交通大学 智慧高铁系统前沿科学中心，北京 100044
异物入限是导致铁路安全事故频发的主要原因之一，传统深度学习需要大量训练样本进行网络训练，但铁路场景中入侵样本很少且难于获取。本文提出了基于改进度量元学习的铁路小样本异物入侵检测方法。为了让入侵目标的特征表征在分类时发挥更大作用，提出了基于通道注意力机制的特征提取网络；为解决样本数量不足时个别样本在特征空间中产生偏离的问题，提出了一种基于类中心微调的网络用于类别中心的修正；同时，基于center loss与交叉熵构建了中心相关损失函数用于小样本网络训练，提升特征空间中同类别特征分布的紧凑性。在公共数据集miniImageNet上与经典小样本学习模型中最优的相比，本文算法在5-way 5-shot设置下图像分类准确率提升了7.31%。在铁路入侵小样本数据集的5-way 5-shot消融实验表明：本文提出的通道注意力机制（Channel Attention Mechanism，CAM）和中心相关损失函数分别提升0.86%和1.91%的检测精度；提出的类中心微调和预训练方法对检测精度的提升效果更明显，分别达到3.05%和6.70%，上述模块综合应用的提升效果达到了7.90%。
小样本学习 度量元学习 铁路限界入侵 目标检测 注意力机制 few-shot learning metric meta learning railway clearance intrusion object detection attention mechanism 光学 精密工程
2023, 31(12): 1816
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 430070
2 湖北工业大学材料与化学工程学院,武汉 430070
为探究陶瓷抛光废料(CPW)对超高性能混凝土(UHPC)耐久性能的影响, 采用CPW分别取代部分水泥、粉煤灰和硅灰制备UHPC, 主要研究了CPW对UHPC孔隙结构、力学性能、体积稳定性、抗氯离子渗透性能以及抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明, 随着CPW分别取代水泥、粉煤灰、硅灰量的增加, UHPC的孔隙率增大, 导致UHPC的抗氯离子渗透性能下降。CPW取代粉煤灰会增大UHPC的自收缩, 而取代水泥和硅灰会减小UHPC的自收缩。CPW取代水泥会降低UHPC的抗压强度, 但对硫酸盐侵蚀后UHPC的抗蚀系数和抗压强度有所提升; 当CPW取代20%(质量分数)的水泥时, 硫酸盐侵蚀90 d的UHPC的抗压强度达到最高。
陶瓷抛光废料 超高性能混凝土 耐久性能 自收缩 干燥收缩 压汞法 ceramic polishing waste ultra-high performance concrete durability autogenous shrinkage drying shrinkage mercury intrusion porosimetry
1 中国科学院 力学研究所，北京0090
2 中国科学院大学 工程科学学院，北京100049
载荷装备通过软土地面会引起了软土地面的变形，车轮侵入软土的深度是软土地面装备通行性评估的重要参数。本文提出了连续-非连续单元法（Continuum-discontinuum Element Method， CDEM）与物质点法（Material Point Method， MPM）耦合的数值计算方法，建立了车轮-软土地面耦合模型，模拟了车轮和软土地面相互作用过程，定量分析车轮载重、软土弹性模量、软土强度参数（黏聚力、摩擦角）与软土表面压应力、侵入深度等参数之间的关系，获得车轮侵入软土深度的变化规律。研究表明：软土侵入深度与车轮载重接近线性正相关，相对改变量约为179%；与弹性模量非线性负相关，相对改变量约为23%；与强度参数非线性负相关，相对改变量约为164%。当车轮载重一定时，非线性变化的车轮侵入深度对软土强度参数更敏感。建立强度参数（黏聚力、摩擦角）和侵入深度变化的三维关系，可为软土地面装备通行性评估中现场待测的关键参数提供理论依据。
CDEM-MPM 软土变形 侵入深度 软土强度 通行性 CDEM-MPM soft-soil deformation intrusion depth soft-soil strength trafficability
国家电投集团 江苏海上风力发电有限公司, 江苏 盐城224000
基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤振动探测是海缆锚害预警的重要防护手段。针对探测海缆锚害的入侵事件类型判别需求, 提出将反向传播(BP)神经网络分类器应用于基于Φ-OTDR的海缆防锚害系统中, 介绍了基于Φ-OTDR+BP神经网络分类器的海缆防锚害系统原理, 采用信号时域特征和时频域特征作为特征向量, 构建基于BP神经网络的分类器, 实现了对入侵事件类型的判别。试验结果表明, 分类器的模式识别准确率达到100%。
海底电缆防锚害 神经网络算法 模式判别 相位敏感光时域反射计 入侵判别 submarine cable anti-anchor damage neural network algorithms pattern discrimination phase sensitive light time domain reflectometer intrusion discrimination
1 浙江大学建筑工程学院，杭州 310058
2 浙江大学平衡建筑研究中心，杭州 310058
3 浙江大学建筑设计研究院有限公司，杭州 310028
水泥基材料基体和骨料之间的界面过渡区是影响材料力学性能和传输性能的薄弱区域，因此解析骨料周围的界面过渡区一直是混凝土研究的重要专题。由于分辨率的限制，工业X射线断层扫描技术(XCT)通常难以解析界面过渡区的三维形貌。而当过渡区孔隙中充满汞后，由于汞的高X射线吸收系数，界面过渡区XCT图像衬度显著提升。利用这一原理，提出压汞联合XCT的可视化表征方法，以石英玻璃棒为骨料制备了连通的水泥-骨料界面过渡区样品。结果表明：压汞后残余汞滴残留在界面过渡区，对界面过渡区的表征起到了显影增强作用，解析出了界面过渡区的三维孔隙结构。为探索水泥基多孔材料基体与集料界面过渡区孔隙分布规律提供全新研究思路。
界面过渡区 孔隙分布 压汞 X射线断层扫描技术 interfacial transition zone pore structure mercury intrusion porosimetry X-ray computed tomography
由于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶干缩湿胀，水泥基材料在干燥与含水状态下的孔结构差异显著且受干燥制度的影响，干燥状态下测量所得孔结构特征及其演化规律的代表性和准确性存疑。为深入揭示孔结构随水灰比演化的基础规律，以典型白水泥砂浆为研究对象，利用低场磁共振和压汞法分别测试饱水和干燥时的孔结构特征，同时测量得到水分渗透率。结果表明：利用饱水时的离散孔径分布，基于平行毛细管束假设的经典Kozeny-Carman模型，可准确预测水分渗透率；水灰比对饱水砂浆孔结构和水分渗透率的影响规律基本一致。压汞测试所得孔径分布离散性较大，且难以反映水灰比影响规律，干燥状态下测试所得孔结构特征及据此建立的孔径分级方式具有明显局限性。由于孔结构全面影响硬化水泥基材料宏观性能，且低场磁共振技术能避免干燥预处理的显著影响，利用该技术实现饱水状态孔结构的测试分析对水泥基材料科学研究具有重要价值。
饱水水泥砂浆 孔结构 水灰比 水分渗透率 低场磁共振测试技术 压汞法 water-saturated cement mortar pore structure water to cement ratio water permeability low-field nuclear magnetic resonance mercury intrusion porosimetry
光学 精密工程
2022, 30(13): 1591
