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基于一维卷积神经网络的儿童睡眠分期
许力, 吴云肖, 肖冰, 许志飞, 张远
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.011
摘要:
高质量睡眠与儿童的身体发育、认知功能、学习和注意力密切相关,由于儿童睡眠障碍的早期症状不明显,需要进行长期监测,因此急需找到一种适用于儿童睡眠监测,且能够提前预防和诊断此类疾病的方法。多导睡眠图(Polysomnography,PSG)是临床指南推荐的睡眠障碍基本检测方法,通过观察PSG各睡眠期间的变化和规律,对睡眠质量评估和睡眠障碍识别具有基础作用。本文对儿童睡眠分期进行了研究,利用多导睡眠图记录的单通道脑电信号,在Alexnet的基础上,用一维卷积代替二维卷积,提出一种1D-CNN结构,由5个卷积层、3个池化层和3个全连接层组成,并在1D-CNN中添加了批量归一化层(Batch normalization layer),保持卷积核的大小保持不变。针对数据集少的情况,采用了重叠的方法对数据集进行了扩充。实验结果表明,该模型儿童睡眠分期的准确率为84.3%。通过北京市儿童医院的PSG数据获得的归一化混淆矩阵,可以看出,Wake、N2、N3和REM期睡眠的分类性能很好。对于N1期睡眠,存在将N1期睡眠被误分类为Wake、N2和REM期睡眠的情况,因此以后的工作应重点提升N1期睡眠的准确性。总体而言,对于基于带有睡眠阶段标记的单通道EEG的自动睡眠分期,本文提出的1D-CNN模型可以实现针对于儿童的自动睡眠分期。在未来的工作中,仍需要研究开发更适合于儿童的睡眠分期策略,在更大数据量的基础上进行实验。
基于切面识别的房间隔缺损智能辅助诊断
张文静, 李文秀, 刘爱军, 武兴坤, 李剑峰, 罗涛
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.14.007
摘要:
针对超声心动图像质量差、噪声多,传统卷积神经网络架构对超声心动图像的学习能力有限、表达不充分的缺点,提出了一种基于标准切面识别的房间隔缺损(Atrial septal defect,ASD)智能辅助诊断模型。该模型通过对超声心动图像进行切面识别,充分融合其不同切面的语义特征,使得诊断的准确率得到明显提升。此外,还对其进行双边滤波保边去噪,并基于此模型搭建房间隔缺损智能辅助诊断系统(简称ASD辅助诊断系统)。结果表明,该ASD辅助诊断系统的准确率高达97.8%,且与传统卷积神经网络相比大大降低了假阴性率。
“健康中国”行动下的智慧医疗
班晓娟
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.01.020
摘要:
基于ALBERT与双向GRU的中医脏腑定位模型
张德政, 范欣欣, 谢永红, 蒋彦钊
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.002
摘要:
脏腑定位,即明确病变所在的脏腑,是中医脏腑辨证的重要阶段。本文旨在通过神经网络模型搭建中医脏腑定位模型,输入症状文本信息,输出对应的病变脏腑标签,为实现中医辅助诊疗的脏腑辨证提供支持。将中医的脏腑定位问题建模为自然语言处理中的多标签文本分类问题,基于中医的医案数据,提出一种基于预训练模型ALBERT和双向门控循环单元(Bi-GRU)的脏腑定位模型。对比实验和消融实验的结果表明,本文提出的方法在中医脏腑定位的问题上相比于多层感知机模型、决策树模型具有更高的准确性,与Word2Vec文本表示方法相比,本文使用的ALBERT预训练模型的文本表示方法有效提升了模型的准确率。在模型参数上,ALBERT预训练模型相比BERT模型降低了模型参数量,有效减小了模型大小。最终,本文提出的脏腑定位模型在测试集上F1值达到了0.8013。
面向显微影像的多聚焦多图融合中失焦扩散效应消除方法
印象, 马博渊, 班晓娟, 黄海友, 王宇, 李松岩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.002
摘要:
多聚焦图像融合是计算机视觉领域中的一个重要分支,旨在使用图像处理技术将同一场景下的聚焦不同目标的多张图像中各自的清晰区域进行融合,最终获得全清晰图像。随着以深度学习为代表的机器学习理论的突破,卷积神经网络被广泛应用于多聚焦图像融合领域,但大多数方法仅关注网络结构的改进,而使用简单的两两串行融合方式,降低了多图融合的效率,并且在融合过程中存在的失焦扩散效应也严重影响了融合结果的质量。针对上述问题,在显微成像分析的应用场景下,提出了一种最大特征图空间频率融合策略,通过在基于无监督学习的卷积神经网络中增加后处理模块,规避了两两串行融合中冗余的特征提取过程,实验证明该策略显著提高了多张图像的多聚焦图像融合效率。并且提出了一种矫正策略,在保证融合效率的情况下可有效缓解失焦扩散效应对融合图像质量的影响。
振动触觉编码的研究现状
杜静宜, 黄志奇, 陈东义, 雷涛玮
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.007
摘要:
触觉作为人的一种独特的感官通道具有独特的优势,它不仅能最大限度的贴合人体的生理构造,传递硬度、大小、纹理、形状、温度等视听觉无法传递的信息,而且拥有快速准确的特性,触觉不仅可以实现全方位的感知,而且能够有效感知一些很难被视觉或听觉形式表达的更真实复杂的信息,和外界环境进行一系列的交互。振动触觉编码的设计是开发触觉的一个重要途径,也是未来人机交互的一种重要手段。本文从振动触觉感知机理入手,讨论了不同振动参数的振动触觉分辨率和振动信息编码理论,并按照方向导航和文字交互的应用对振动信息编码进行归纳总结,介绍了振动信息编码的实验手段和结论,最后展望了振动信息编码领域未来的发展前景。
基于数据融合的智能医疗辅助诊断方法
张桃红, 范素丽, 郭徐徐, 李倩倩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.003
摘要:
医生诊断需要结合临床症状、影像检查等各种数据,基于此,提出了一种可以进行数据融合的医疗辅助诊断方法。将患者的影像信息(如CT图像)和数值数据(如临床诊断信息)相结合,利用结合的信息自动预测患者的病情,进而提出了基于深度学习的医疗辅助诊断模型。模型以卷积神经网络为基础进行搭建,图像和数值数据作为输入,输出病人的患病情况。该医疗辅助诊断方法能够利用更加全面的信息,有助于提高自动诊断准确率、降低诊断误差;另外,仅使用提出的医疗辅助诊断模型就可以一次性处理多种类型的数据,能够在一定程度上节省诊断时间。在两个数据集上验证了所提出方法的有效性,实验结果表明,该方法是有效的,它可以提高辅助诊断的准确性。
基于ECG信号的高精度血糖监测
李婷, 叶松, 李景振, 马菁菁, 陆瑶芃, 洪培涛, 聂泽东
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.009
摘要:
连续血糖监测在糖尿病管理中具有重要的意义。目前糖尿病患者主要通过指尖采血或植入式微创传感器监测血糖,但上述方法存在疼痛、成本昂贵、易感染等问题,因此,无创监测是实现连续血糖监测的理想技术。本文利用心电(ECG)信号,提出了一种血糖水平无创监测的方法:通过获取12名志愿者共60 d 756160个ECG周期信号,利用递归滤波器实现ECG信号的滤波,并采用卷积神经网络和长短期记忆网络相结合(CNN-LSTM)的方法,实现了血糖水平的十分类监测,并通过实验探索了个体建模和群体建模2种建模方式的差异。结果表明,在个体建模和群体建模的条件下,血糖监测精确率分别约达到80%和88%。其中群体建模10分类的F1值可达到0.95、0.88、0.91、0.85、0.92、0.88、0.86、0.86、0.87和0.86。研究表明,本文提出的基于ECG的无创血糖监测方法为实现血糖水平的实时、精准监测提供了一种有力的理论支撑与技术指导。
面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟
徐衍睿, 班晓娟, 王笑琨, 王宇, 尹豆, 周靖, 黄厚斌, 朱志鸿
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.006
摘要:
针对传统医疗手段无法有效量化评估手术中不同硅油加注量对于视网膜裂孔贴附效果的问题,本文提出一种面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟方法,基于物理建模与计算机数值离散化技术对眼内受力、硅油填充状态进行分析,并对填充模拟过程进行三维模型构建与可视化,实现医疗过程决策辅助目的。首先对人类眼球与手术器具进行基础建模与模型采样,模拟手术流程中眼球状态;然后,根据水与硅油的密度、黏滞系数、表面张力等不同物理性质,对水‒硅油两相流动及交互进行模拟;最后,构建固液交互模型,实现多相液体在眼球中的运动与填充。实验结果表明,本文方法能够较好地呈现眼球内多相流体运动交互效果,实现了诸如表面张力、固液耦合、液体分层、连通器效应等效果,实现了对眼内腔中通过导管注入硅油与排出水分流程的模拟,为预测硅油填充后的眼内状态提供了一种有效的方式,辅助医生进行手术流程规划与效果预测。
融合多特征嵌入与注意力机制的中文电子病历命名实体识别
巩敦卫, 张永凯, 郭一楠, 王斌, 樊宽鲁, 火焱
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.006
摘要:
中文电子病历文本包含大量嵌套实体、句子语法结构复杂、句式偏短。为有效识别其医疗实体,提出一种融合多特征嵌入与注意力机制的命名实体识别算法,在输入表示层融合字符、单词、字形三个粒度的特征,并在双向长短期记忆网络的隐含层引入注意力机制,使算法在捕获特征时更加关注于医疗实体相关的字符,最终实现对中文电子病历中疾病、身体部位、症状、药物、操作五类实体的最优标注。面向开源和自建糖尿病数据集的实验结果中所提算法的实体识别准确率、召回率和F1值都达到97%以上,表明其可以更加有效地识别中文电子病历中各类实体。
自注意力指导的多序列融合肝细胞癌分化判别模型
贾熹滨, 孙政, 杨大为, 杨正汉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.003
摘要:
结合影像学和人工智能技术对病灶进行无创性定量分析是目前智慧医疗的一个重要研究方向。针对肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)分化程度的无创性定量估测方法研究,结合放射科医师的临床读片经验,提出了一种基于自注意力指导的多序列融合肝细胞癌组织学分化程度无创判别计算模型。以动态对比增强核磁共振成像(Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)的多个序列为输入,学习各时序序列及各序列的多层扫描切片在分化程度判别任务的权重,加权序列中具有的良好判别性能的时间和空间特征,以提升分化程度判别性能。模型的训练和测试在三甲医院的临床数据集上进行,实验结果表明,本文所提出的肝细胞癌分化程度判别模型取得相比几种基准和主流模型最高的分类计算性能,在WHO组织学分级任务中,判别准确度、灵敏度、精确度分别达到80%,82%和82%。
基于小波分析和自相关计算的非接触式生理信号检测
刘璐瑶, 张森, 肖文栋
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.001
摘要:
采用调频连续波(Frequency modulated continuous wave, FMCW)雷达实现非接触式生理信号检测,并提出了基于小波分析和自相关计算(Wavelet analysis and autocorrelation computation, WAAC)的检测方法。首先,毫米波FMCW雷达发射电磁波信号,并接收来自身体的反射信号。然后,通过信号预处理从中频信号中提取包含呼吸和心跳的相位信息,消除直流偏置并完成相位解缠。最后,基于小波包分解(Wavelet packet decomposition, WPD)从原始信号中得到心跳和呼吸信号,利用自相关计算减小杂波对心跳信号的影响,进而提取高精度的心率参数。应用FMCW雷达对10名受试者进行实验测试,结果表明本文方法得到的呼吸和心率的平均绝对误差率平均值分别小于1.65%和1.83%。
骨架图引导的级联视网膜血管分割网络
姜大光, 李明鸣, 陈羽中, 丁文达, 彭晓婷, 李瑞瑞
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.005
摘要:
针对目前视网膜血管分割中存在的细小血管提取不完整、分割不准确的问题,从血管形状拓扑关系利用的角度出发,探索多任务卷积神经网络设计,提出骨架图引导的级联视网膜血管分割网络框架。该框架包含血管骨架图提取网络模块、血管分割网络模块和若干自适应特征融合结构体。骨架提取辅助任务用于提取血管中心线,能够最大限度地保留血管拓扑结构特征;自适应特征融合结构体嵌入在两个模块的特征层间。该结构体通过学习像素级的融合权重,有效地将血管拓扑结构特征与血管局部特征相融合,加强血管特征的结构信息响应。为了获得更完整的骨架图,骨架图提取网络还引入了基于图的正则化损失函数用于训练。与最新的血管分割方法相比,该方法在3个公共视网膜图像数据集上均获得第一名,在DRIVE,STARE和CHASEDB1中其F1值分别为83.1%,85.8%和82.0%。消融实验表明骨架图引导的视网膜血管分割效果更好,并且,基于图的正则化损失也能进一步提高血管分割准确性。通过将骨架提取模块和血管分割模块替换成不同的卷积网络验证了框架的普适性。
基于群体智能优化的MKL-SVM算法及肺结节识别
李阳, 常佳乐, 王宇阳
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.14.004
摘要:
针对单核学习支持向量机无法兼顾学习能力与泛化能力以及多核函数参数寻优问题,提出了一种基于群体智能优化的多核学习支持向量机算法。首先,研究了五种单核函数对支持向量机分类性能的影响,进一步提出具有全局性质的多项式核和局部性质的拉普拉斯核凸组合形式的多核学习支持向量机算法;其次,为增加粒子多样性及快速寻优,将粒子群优化算法引入了遗传算法中的杂交操作,并用此改进的群体智能优化算法对多核学习支持向量机进行参数寻优。最后,分别采用深度特征与手工特征作为识别算法的输入,研究表明采用深度特征优于手工特征。故本文采用深度特征作为多核学习支持向量机的输入,以交叉遗传与粒子群混合智能优化算法作为其寻优方式。实验选取合作医院数据集对所提算法进行训练并初步测试,进一步为了验证所提算法的泛化能力,选取公开数据集LUNA16进行测试。实验结果表明,本文算法易于跳出局部最优解,提升了算法的学习能力与泛化能力,具有较优的分类性能。
基于深度学习的宫颈癌异常细胞快速检测方法
姚超, 赵基淮, 马博渊, 李莉, 马莹, 班晓娟, 姜淑芳, 邵炳衡
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.001
摘要:
宫颈癌是严重危害妇女健康的恶性肿瘤,威胁着女性的生命,而通过基于图像处理的细胞学筛查是癌前筛查的最为广泛的检测方法。近年来,随着以深度学习为代表的机器学习理论的发展,卷积神经网络以其强有效的特征提取能力取得了图像识别领域的革命性突破,被广泛应用于宫颈异常细胞检测等医疗影像分析领域。但由于病理细胞图像具有分辨率高和尺寸大的特点,且其大多数局部区域内都不含有细胞簇,深度学习模型采用穷举候选框的方法进行异常细胞的定位和识别时,经过穷举候选框获得的子图大部分都不含有细胞簇。当子图数量逐渐增加时,大量不含细胞簇的图像作为目标检测网络输入会使图像分析过程存在冗余时长,严重减缓了超大尺寸病理图像分析时的检测速度。本文提出一种新的宫颈癌异常细胞检测策略,针对使用膜式法获得的病理细胞图像,通过基于深度学习的图像分类网络首先判断局部区域是否出现异常细胞,若出现则进一步使用单阶段的目标检测方法进行分析,从而快速对异常细胞进行精确定位和识别。实验表明,本文提出的方法可提高一倍的宫颈癌异常细胞检测速度。
基于一维卷积特征与手工特征融合的集成超限学习机心跳分类方法
许越凡, 肖文栋, 曹征涛
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.005
摘要:
融合手工特征和深度特征,提出了一种集成超限学习机心跳分类方法。手工提取的特征明确地表征了心电信号的特定特性,如相邻心跳时间间隔反映了心跳信号的时域特性,小波系数反映了心跳信号的时频特性。同时设计了一维卷积神经网络对心跳信号特征进行自动提取。基于超限学习机(Extreme leaning machine,ELM),将上述特征融合进行心跳分类。由于ELM初始参数的随机给定可能导致其性能不稳定,进一步提出了一种基于袋装(Bagging)策略的多个ELM集成方法,使分类结果更加稳定且模型泛化能力更强。利用麻省理工心律失常公开数据集对所提方法进行了验证,分类准确率达到了99.02%,实验结果也表明基于融合特征的分类准确率高于基于单独特征的分类准确率。
小间距平行顶管管道土压力计算方法研究
杨仙, 肖宇锋, 黎永索, 陈娟
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.17.002
摘要:
小间距顶管过程中,由于管−管相互作用的影响,使得管周土压力分布与单管顶进土压力分布模式产生差异,从而造成小间距顶管荷载确定、结构计算及顶力估算与控制等设计施工难题。结合数值模拟反分析,基于太沙基土压力理论和极限平衡理论,假设了土体松动线和上部既有顶管的支挡作用线,进一步构建了小间距平行顶管管道拱顶垂直土压力的计算方法。基于构建的土压力计算方法,分析了土体抗剪强度、管径、管间距等对新建顶管拱顶土压力的影响,并与不考虑既有顶管影响的土柱理论和太沙基理论计算值进行了对比。计算结果表明:土体抗剪强度越大,新建顶管拱顶垂直土压力越大,而其侧面的土压力越小;抗剪强度较大时,新构建方法计算拱顶土压力小于太沙基理论计算结果,抗剪强度较小时,新构建方法计算拱顶土压力大于太沙基理论计算结果;顶管埋深增加时,新建顶管拱顶土压力增加,相较于土柱理论和太沙基理论,新构建方法计算的新建顶管拱顶土压力增量最小;随着管间距增加,新建顶管拱顶土压力越来越大。
鞍山式贫赤铁矿不同种类分选尾矿中铁的赋存规律
张瑞洋, 毛宇宇, 李正要, 李东, 张学进
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.008
摘要:
以齐大山铁矿选矿分厂铁尾矿为例,对重选尾矿、磁选尾矿、浮选尾矿和综合尾矿4种不同种类尾矿的工艺矿物学性质进行对比分析,并对尾矿中铁的可回收性进行评价。研究结果表明,尾矿中铁矿物主要为赤铁矿,脉石矿物主要是石英,有害元素S、P的含量低;尾矿中铁的金属分布率随着粒级的变化,呈两端高、中间低的规律。重选尾矿中铁矿物主要包裹在粗颗粒脉石中,浮选尾矿中铁矿物主要赋存在细颗粒连生体中,磁选尾矿中的铁矿物粒度极细,综合尾矿粒度范围宽、粒度分布极不均匀。采用单一重选和磁选方法对不同种类尾矿进行再选,浮选尾矿指标最佳,重选尾矿次之,综合尾矿最差,磁选尾矿属于不可选。鞍山式贫赤铁矿分选尾矿中铁的赋存状态决定了铁的再回收潜力,可为此类分选尾矿的处理提供理论借鉴。
基于云理论的大坝整体性态评价模型
姜振翔, 陈辉, 陈柏全
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.15.001
摘要:
现有的大坝整体性态评价方法以定性评价为主,主观性较强。针对这一问题,以单测点监控模型的计算值与监测仪器实测值之间的残差为基础,提出采用多测点融合残差表征大坝整体性态。结合信息熵理论研究了不同测点的残差变化规律,从而对各测点残差的融合权重进行了分配,计算了融合残差。通过对融合残差进行分布分析,利用逆向云发生器、正向云发生器建立了表征大坝不同性态的概念云,即评价标准。在此基础上,结合云相似度算法,建立了大坝整体性态的评价模型。算例表明,该模型能够有效识别大坝监测资料中的异常测值,并能够定量、客观地评价大坝整体性态,评价结果合理、可靠,可为保障大坝安全运行提供重要参考。
铁尾矿两步法制备多级孔ZSM-5分子筛
张鹏, 李素芹, 郭鹏辉, 赵鑫, 赵泽坤
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.002
摘要:
以铁尾矿为原料替代纯化学试剂,采用两步法制备含有介孔–微孔复合孔的多级孔ZSM-5分子筛。首先在介孔模板剂(CTAB)作用下合成介孔分子筛(MCM-41),然后通过固相转换法将MCM-41晶化转变为多级孔ZSM-5分子筛。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮气吸附脱附测试(BET)等技术对样品进行表征。实验结果表明,由于体系中没有液态水相参与,成功避免了CTAB与微孔结构导向剂(TPABr)在水溶液中相互竞争,从而得到高结晶度的多级孔ZSM-5分子筛。因此,本文为铁尾矿制备多级孔ZSM-5提供了一种全新方法。
热损伤岩石物理力学特性演化机制研究进展
吴星辉, 李鹏, 郭奇峰, 蔡美峰, 任奋华, 张杰
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.23.007
摘要:
为深入了解温度作用下岩石热损伤演化机制,对超深钻探、深地实验室、核废料处置库、地热资源开发等地下岩体工程的安全性和稳定性做出合理性评价,本文通过分析整理国内外文献,系统综述了温度作用下岩体变形破坏方面的研究进展与成果。简述了高温作用下岩石的物理力学特性,侧重总结了岩石物理力学参量随温度变化的演化规律。重点分析了深部岩石材料在高温条件下岩体结构及相关物理场探测技术的最新研究成果,梳理了声发射(AE)、超声波(UT)、X射线分析(XRD)、偏光显微镜(PM)、扫描电子显微镜(SEM)、核成像技术(NMR)以及CT扫描技术等先进的辅助试验设备在热破裂分析中的应用。归纳总结了国内外学者采用的热力耦合模型和数值分析方法及适用条件,简略阐述了温度作用下岩石力学参量变异性特征。最后,指出了当前岩石热损伤研究中存在的一些局限性,并从深部地下工程建设方面展望了未来的发展方向,即多尺度、多场−相探究岩石热损伤机理,宏−细−微观角度系统分析岩石热损伤演化规律。
高压直流干扰大幅值管地电位产生原因及影响因素分析
袁洵, 杜艳霞, 梁毅, 秦润之
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.002
摘要:
基于实际的工程参数建立了高压直流干扰电场计算模型,利用数值模拟计算技术对高压直流干扰大幅值管地电位的产生原因进行探究。考察接地极与管道之间的间距、管道防腐层类型、管道长度及土壤结构等因素对高压直流干扰下管地电位的影响规律,得到高压直流干扰大幅值管地电位是在接地极与管道距离较近、防腐层的绝缘性能较高、管道长度较大及上低下高的土壤电阻率分层结构共同作用下产生的。
基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密过程絮团演化规律
周旭, 吴爱祥, 王洪江, 王贻明, 尹升华, 阮竹恩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.004
摘要:
在初始泥层高75 cm和耙架转速为0、0.1、1和10 r·min−1条件,以及耙架转速为0.1 r·min−1和初始泥层高度为75、45和25 cm条件下,采用FBRM和PVM实时在线监测技术,对动态浓密系统泥层脱水过程絮团结构演化进行原位连续观测,获得了泥层脱水过程中,絮团直径、数量分布特征和实时图像。研究结果表明,尾矿浓密过程中絮团直径和数量随剪切时间延长呈现先增长后降低,再保持稳定的状态。根据絮团直径变化程度,将絮团密实化过程分为絮团生长期、絮团重构期和絮团破碎期3个阶段。在剪切速率0.1 r·min−1和初始泥层高度75 cm实验条件下,有利于絮团生长和絮团快速破裂重构,并提高絮团密实化程度,但过高的剪切速率作用对絮团结构影响程度下降。剪切速率的增加造成絮团平均直径减小,同时絮团平均直径减小的速率上升。随着初始泥层高度增大,絮团生长阶段时间更长,絮团直径峰值更大,重构期较长,絮团平均直径随初始泥层高度增加而增大。尾矿絮团分形维数可以反映絮团结构变化特征,结合PVM图像的分形维数和孔隙率计算,分析了剪切破坏力与絮团凝聚力存在的相互平衡关系,基于这种动态平衡对絮团破裂程度的影响,研究了尾矿浓密过程中的絮团密实化规律。
结合多尺度分割和随机森林的变质矿物提取
唐淑兰, 孟勇, 王国强, 卜涛
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.08.004
摘要:
为提高遥感影像变质矿物提取精度,提升变质带的识别效果,以甘肃北山ASTER影像为研究区,结合了比值运算、多尺度分割、随机森林分类法进行变质矿物提取。首先,通过矿物特征性光谱特征构造比值运算公式、进行影像增强;然后,对增强影像进行基于光谱及变差函数的多尺度分割;接着,采用随机森林法提取目标矿物;最后,通过野外勘查、采样、薄片鉴定进行精度评价。结果表明,黑云母、白云母、角闪石在ASTER影像上具有鉴定性特征,提取精度分别为85.4088%、84.7640%和85.7308%;其他含量较少的变质矿物提取精度可达到60%以上。多尺度分割能充分利用矿物的丛集特征;变差函数纹理能增强形态特征对矿物的区分能力;随机森林分类法对矿物混合引起的噪声不敏感、提取结果稳定。
胀断连杆用高碳微合金钢连铸大方坯的铸态组织
夏勇, 李亮, 王璞, 铁占鹏, 兰鹏, 唐海燕, 张家泉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.03.001
摘要:
胀断连杆是汽车精密传动用高端产品,需具高强高韧和裂解加工脆性解理断裂特性。连铸化生产高碳易切削胀断连杆用微合金非调质钢是当前的发展方向。基于大方坯连铸生产典型工艺及其铸态组织、成分均匀性分析,研究了胀断连杆加工过程常见断口形貌不合的钢坯遗传性因素。以常用德系C70S6钢为例,采用250 mm×280 mm断面弧形连铸机,解析其在一定结晶器电磁搅拌条件下所浇铸大方坯的铸态低倍结构和枝晶形貌,并分析其不同晶区的成分分布特点。结果表明,当前连铸条件下大方坯中心缩孔和后续热轧棒材探伤合格率可控,但铸坯初凝坯壳凝固前沿发生明显的C、S负偏析白亮带区及其柱状晶偏转现象。金相试样图像分析和相场法凝固模拟表明,铸坯中柱状晶具有逆流生长特征,其偏转角是一次枝晶尖端向旋流方向逆向生长的结果。自铸坯角部至宽、窄面中心,实测柱状晶区的一次枝晶偏转角约在−7°到27°之间。利用X射线能谱分析(EDS)进一步检测了钢中主要合金元素Si、Mn、Mo在铸坯不同晶区的分布,揭示了其铸态偏析特征与差异性。据此,探讨了这种铸态组织和成分偏析对后续热轧棒材和连杆成品组织的遗传性,以及对其胀断加工断口不合的影响,可为源头铸态质量的控制提供依据。
固溶处理对S32707特超级双相不锈钢析出相、组织及性能影响
沈伟, 孙丽娟, 李长荣, 杨占兵, 王福明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.25.002
摘要:
通过Thermo-Calc热力学计算、OM和FE-SEM观察、力学性能和腐蚀性能试验对不同固溶温度下的特超级双相不锈钢进行分析和研究。结果表明:σ相和非平衡氮化物是固溶水冷组织中的主要析出相,当固溶温度低于1050 ℃时,σ相优先沿双相界面析出,显著降低双相不锈钢的冲击韧性;当固溶温度高于1100 ℃,非平衡氮化物开始在铁素体晶粒内部析出,且随着固溶温度的升高,非平衡氮化物析出数量增加。这是由于固溶水冷过程中氮在铁素体中的溶解度快速降低,过饱和的氮来不及扩散到相邻奥氏体中,只能以氮化物的形式析出。随固溶温度升高,铁素体含量增加,奥氏体含量降低,实验钢的强度增加,冲击韧性降低。在1080~1120 ℃之间固溶时,双相比例接近1∶1,S32707特超级双相不锈钢具有优良的综合力学性能和耐晶间腐蚀性能。
基于有向权值网络的航班运行风险传播与控制
王岩韬, 杨志远, 刘锟, 谢春生
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.002
摘要:
为了分析航班运行风险传播过程,进而有效控制保障飞行安全,基于复杂网络理论,首先参照民航局咨询通告选取机组、航空器、运行环境共29个终端因素作为网络节点,统计民航安全监察记录,根据事件中节点关系,构建无向网络;统计前后节点间的作用关系和发生概率,提出一种有向带权的航班运行风险网络;然后,引入改进感染率和改进恢复率概念,构建一种适用于航班运行风险传播分析的改进SIR(Susceptible-infected-recovered)模型;定义感染起始范围,最后采取多参数控制方式,大规模计算该有向带权网络的传播和控制过程。结果表明:有向网的平均最短路径为1.788,属于小世界网络;参照使用民航常规管控措施,有向网节点感染下降幅度可达到37.4%;对入度值排序前3或前4的节点控制后,感染节点峰值下降率高达50.6%和58.1%,网络传播抑制明显。结果证实:在该航班运行风险有向带权网络中,按入度值控制节点对抑制风险传播最为有效。
单轴应力下烟煤氧化‒自燃灾变温度
徐永亮, 刘泽健, 步允川, 陈蒙磊, 吕志广, 王兰云
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.02.004
摘要:
为探究不同埋藏深度裂隙煤体氧化‒自燃过程在单轴应力作用下的影响规律,本文通过荷载加压煤自燃特性实验平台,采用新疆硫磺沟矿区烟煤煤样,开展了施加单轴应力在0~8 MPa下的贫氧环境程序升温试验。根据加压试验中烟煤产生气体随温度的变化关系,计算了烟煤在单轴应力下升温过程表观活化能和耗氧速率。结合煤自燃氧化动力学和热解参数,阐述了单轴应力下煤体由缓慢氧化到快速氧化的非线性发展过程,并基于突变理论解算出试验条件下烟煤氧化‒燃烧过程的突变温度和临界温度,确定出4个特征参数:突变温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}(CO表征)和\begin{document}$ {T}_{\mathrm{H}\mathrm{Y}} $\end{document}(耗氧速率表征),临界温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}}^{'} $\end{document}(CO表征)和\begin{document}$ {T}_{\mathrm{H}\mathrm{Y}}^{'} $\end{document}(耗氧速率表征),并分析了不同特征参数随单轴应力的变化规律。结果表明:热解气体浓度、表观活化能和耗氧速率随单轴应力增大呈先增大后减小再增大的三次函数规律(其中1.8和5.5 MPa时为临界轴压),1.8 MPa时表观活化能和各项特征参数数值最低,煤氧反应速率最快,耗氧速率最高;单轴应力为5.5 MPa时耗氧速率最大,煤体新生裂隙最多;单轴应力对\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}特征参数影响最大,煤自燃缓慢过渡到快速氧化的温度指标,由CO浓度表征的突变温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}表征最为准确。该研究结果对于矿井不同埋深煤自燃预警和防控具有重要理论指导意义。
面向六关节机器人的位置域控制
崔旭东, 邓少丰, 王平江
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.07.002
摘要:
多轴联动下的串联多关节工业机器人在空间轨迹运动时,在时间上保证各关节轴单独具有良好的跟踪性能,而由于机械电气的迟滞效应,并不能完全保证理想的轮廓轨迹,这说明各个伺服轴的运动在几何空间中的同步非常重要。针对运动指令与实际位置之间的迟滞所带来的机器人末端轮廓精度不高的问题,本文结合工业机器人现有的运动学和动力学以及传统的PID控制理论,研究了六关节机器人位置域控制算法。将机器人空间轮廓轨迹的控制,通过采用主−从运动关系实时建立的方法,将时域中的各个伺服关节的同步控制方法,变换到位置域的各个伺服关节的主−从跟随的控制方法,在实现位置域的同步控制的同时,引入基于位置域的PD控制,减少了主−从跟随控制的跟随误差,从而整体提高机器人末端的轮廓运动精度。该方法在Linux CNC(Computerized Numerical Control)数控系统上,以某公司HSR-JR605机器人为对象进行了实验,证明采用位置域控制方法对六关节机器人空间运动轨迹精度的提高有积极作用。
带有限缓冲区的混合流水车间多目标调度
袁庆欣, 董绍华
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.26.002
摘要:
研究对象是带有限缓冲区混合流水车间中的多目标调度问题。以各机器前置后置缓冲区容积有限、工件以批量形式运输、运载设备的运载能力有限等作为资源限制因素,以最小化完工时间、最小化物料运输时间、最小化并行机前置缓冲区空间占用率均衡指数为目标,建立调度模型。分别采用NSGA-II、NSGA-III算法求解该模型,并对比两者之间的差别;设置不同的缓冲区容积,探究不同缓冲区容积对生产目标的影响,寻找最优缓冲区容积;建立不同模型,探究以最小化并行机前置缓冲区空间占用率均衡指数为目标的意义,最后以某船用管类生产企业的实际生产案例作为对象,通过对比优化结果与实际生产数据,验证了算法有效性。
基于S-LRCN的微表情识别算法
李学翰, 胡四泉, 石志国, 张明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.006
摘要:
基于面部动态表情序列,针对静态表情缺少时间信息等问题,将空间特征与时间特征融合,利用神经网络在图像分类领域良好的特征,对需要进行细节分析的表情序列进行处理,提出基于分离式长期循环卷积网络(Separate long-term recurrent convolutional networks, S-LRCN)的微表情识别方法。首先选取微表情数据集提取面部图像序列,引入迁移学习的方法,通过预训练的卷积神经网络模型提取表情帧的空间特征,降低网络训练中过拟合的危险,并将视频序列的提取特征输入长短期记忆网络(Long short-team memory, LSTM)处理时域特征。最后建立学习者表情序列小型数据库,将该方法用于辅助教学评价。
基于分形理论无腹筋混凝土梁的受剪性能
于江, 吕旭滨, 秦拥军
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.19.003
摘要:
基于裂缝的发展及分布形态,探究无腹筋混凝土梁在不同剪跨比和纵筋配筋率作用下的剪切性能,采用剪跨比分别为1.5、2、2.5和纵筋配筋率分别为1.28%、1.62%、1.99%的9组无腹筋混凝土梁进行四点加载受剪试验,通过应用分形几何理论对试验梁表面的裂缝进行分析,使用盒计数法计算得到分级荷载及极限荷载作用下梁表面裂缝的分形维数,探讨了梁表面分形维数与极限荷载、分级荷载及跨中挠度之间的关系。结果表明:剪跨比与极限荷载及开裂荷载成反比,而纵筋配筋率与极限荷载成正比,但其对于开裂荷载的影响较小。无腹筋混凝土梁不论在分级加载作用下还是极限荷载作用下都具备明显的分形特征,在分级荷载作用下的分形维数在0.964~1.449,在极限荷载作用下的分形维数在1.33附近。分级荷载、跨中挠度与分形维数之间呈现较好的对数关系,分级荷载与分形维数的变化曲线受剪跨比及梁纵筋配筋率的影响具有一定的规律性,而跨中挠度受剪跨比的影响较小,在纵筋配筋率作用下,其曲线的曲率呈现出先增大后减小的趋势,但极限荷载与分形维数之间的关系具有一定的差异性,极限荷载会随着剪跨比的增大呈现出先增大后减小的趋势,随着纵筋配筋率的增大呈现出的差异性较大。
非光滑带钢在粗糙轧辊平整轧制过程中表面微观形貌的转印行为与演变规律
张勃洋, 张煜东, 李嘉琪, 李瑞, 张清东
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.25.004
摘要:
针对平整轧制过程不同用途带钢对表面微观形貌的特殊要求,在批量跟踪电火花毛化轧辊、磨削轧辊和冷轧后带钢表面微观形貌的基础上,建立工作辊与带钢都可考虑真实表面粗糙峰的带钢表面微观形貌轧制转印生成模型,采用工业实验验证了仿真模型的准确性,并据此模型分析轧制前带钢已经具有表面粗糙度分别大于、等于、小于轧辊表面粗糙度时,带钢表面微观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律。提出了负转印和转印饱和的概念,定义了两种极限轧制转印状态的描述指标— —负转印最大和转印饱和,研究发现当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗糙度时,存在负转印最大点和转印饱和点;当带钢表面粗糙度大于轧辊表面粗糙度时,负转印最大点和转印饱和点重合。在此基础上,采用负转印最大点与转印饱和点对应的临界板宽轧制力,描述带钢表面微观形貌的遗传及演变规律,并系统仿真分析带钢屈服强度、带钢轧前表面粗糙度、轧辊表面粗糙度等工艺条件参数对于负转印最大点与转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力的影响规律,发现随着带钢屈服强度增大和轧辊表面粗糙度增加,该临界单位板宽轧制力均增大;随着带钢表面粗糙度增大,负转印最大点对应的临界单位板宽轧制力增大,但转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力却减小。
硫酸盐侵蚀作用下纤维锂渣混凝土裂缝的分形特征
张广泰, 陈勇, 鲁海波, 李雪藩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.10.001
摘要:
为探究新型混凝土受硫酸盐侵蚀后的力学性能,采用质量分数为5%的硫酸盐溶液全浸泡加速侵蚀法,对11组聚丙烯纤维混凝土(PC)试块、11组聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)试块、8根PC大偏心受压柱和8根PLiC大偏心受压柱进行侵蚀试验,得到了不同侵蚀时间下混凝土的力学性能。基于分形理论分析了试块及构件破坏时表面裂缝分布的分形特征,详细讨论了试块及构件表面裂缝分形维数与其侵蚀时间、抗压强度、极限承载力之间的关系。研究表明,PC和PLiC立方体抗压强度随侵蚀天数先增加后降低,在120 d达到最大;试块及构件破坏时表面裂缝分布具有分形特征,试块表面裂缝分形维数随侵蚀天数的增加呈现先增加后减少再增加的规律,随试块抗压强度的提高而减少;PC及PLiC混凝土大偏心柱极限承载力随侵蚀天数的增加先增加后减少,锂渣的掺入可以提高聚丙烯纤维混凝土柱的抗硫酸盐侵蚀能力,构件破坏时表面裂缝分形维数随硫酸盐侵蚀天数呈现震荡上升的趋势;因此混凝土表面裂缝的分形特征可作为判定构件损伤程度的指标之一,可为今后对在役混凝土结构承载力和寿命预测提供参考。
基于面投影微立体光刻技术的三维模拟储层岩心模型制造
孟思炜, 孙大兴, 俞佳庆, 莫翌, 邵广斌, 薛伟杰, 周德开, 郑立臣
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.10.001
摘要:
首先搭建具有高精度面投影微立体光刻设备,通过理论分析和实验相结合的方法获得最优打印工艺参数,然后提出一种可用于模拟地层岩心的微球堆叠岩心模型,并通过分析岩心模型成型机理,选取具有更高成型精度的堆积方式对岩心模型进行设计。该模拟岩心制造方法具有对特殊岩心结构制造的高适应性,为实验室显微镜下研究多种EOR技术微观驱替机理提供了新思路。
絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响
阮竹恩, 吴爱祥, 王贻明, 王勇, 王建栋
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.01.002
摘要:
深锥浓密机内底部料浆的屈服应力过高容易导致压耙,为此通过对不同絮凝沉降条件下获得的浓缩超细尾砂料浆的屈服应力进行原位测量,并通过对絮凝前后料浆总有机碳的测试来分析超细尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量,进而分析了絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响规律。研究发现,絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆的屈服应力有显著影响,pH和絮凝剂单耗通过影响尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量进而影响浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,屈服应力随着pH和絮凝剂单耗的增大均不断增大。综合考虑尾砂料浆的絮凝沉降效果和所得浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,最佳絮凝条件是pH值为11和絮凝剂单耗为15 g·t−1,在此最优条件下料浆固液界面的初始沉降速率为0.4565 mm·s−1,沉降后上清液浊度为143 NTU,底部沉积尾砂料浆的固相质量分数为51.56%、屈服应力为243.18 Pa。初步建立了适用于超细人造尾砂的基于絮凝剂吸附量的屈服应力模型,屈服应力随尾砂颗粒表面单位面积的絮凝剂吸附量的增大而增大,为实际生产中控制全尾砂絮凝沉降参数提供参考。