山东科学

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2025年第38卷第6期刊出日期：2025-12-20

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海洋科技与装备

双波长水体颗粒体散射函数测量仪研制与测量

陶邦一, 韩昶, 厉运周, 潘耀瑞, 李常鹏, 毛志华

2025, 38(6): 1-9. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025054

摘要 ( 35 )

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水体颗粒物的体散射函数(VSF)是水体最主要的固有光学特性之一,可用来表征水体颗粒物的含量、形状、粒径谱、组分等特性。目前国内尚缺乏覆盖多波长、广角度测量范围的VSF测量仪。本文基于双潜望镜式光路结构与旋转探测器相结合的探测方式,构建了一套双波长(488 nm 和 532 nm)水体颗粒体散射函数测量系统,实现了1.5°~178.5°范围内双波长水体颗粒体散射函数的测量。基于系统的光路结构以及辐射传输原理进行了对系统开展了基线矫正、角度及幅值标定等校准实验。测量3 μm直径聚苯乙烯标准颗粒结果与米散射理论计算值吻合程度较高,证明了系统测量VSF的准确性。基于此测量系统获取了我国东海及南海海域真实水体颗粒物双波长体散射函数测量数据,分析了不同波长之间体散射函数特性的差异,测量的VSF可以为辐射传输模型中VSF的参数化提供依据。同时,还基于实测数据计算了不对称因子,从体散射的角度分析了不同波长之间散射特征的差异。

基于重要性分布图的合成孔径雷达无源干扰调控方法

楚维钦, 余慧娟, 谷捷, 李正, 谢昕, 张佳林

2025, 38(6): 10-21. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240145

摘要 ( 36 )

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合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)以其全天时、全天候对观测区域进行高分辨率成像的特点,被广泛应用于地球测绘、国防军事、微波遥感等多个领域。因此,如何有效地对SAR进行干扰,以降低SAR系统对目标侦察识别的准确率,成为雷达对抗领域研究的难点问题。该文通过空间坐标转换的方法,生成用于表征场景中不同目标空间位置关系以及重要性程度的重要性分布图,并基于此设计了一种基于重要性分布图的SAR无源干扰调控方法,搭建了U-Net网络进行雷达干扰策略决策算法,以期达到以最小代价优先保护重要性更高的目标的目的。仿真实验表明,该方法通过构造重要性分布图对干扰问题进行可视化表征,并将先进人工智能算法用于无源运动干扰装置调控决策,实现了多干扰装置协同决策,显著提升了SAR无源干扰的智能化水平,在不同场景中,算法解算得到的干扰策略都能对目标区域进行很好的干扰,干扰条带完全覆盖住了每个场景中的区域。

海洋精细化漂流浮标观测网络实验

李宾, 张文, 厉运周, 赵强, 徐登科

2025, 38(6): 22-28. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025050

摘要 ( 63 )

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设计了一种创新型海洋精细化漂流浮标及其组网观测系统。浮标硬件采用自研分离式抗风浪结构与低功耗核心组件集成技术,结合双天线通信架构通过实验室测试和野外湖试,量化评估浮标的测量精度、环境适应性和数据稳定性。基于LoRa的分布式物联网通信技术,创新地采用拓扑组网架构,构建4节点10 km级立体观测网络,丢包率<0.1%,利用快速傅里叶变换(FFT)频谱分析数据特征并提出降噪方法。实验表明,该网络可同步捕获准稳态海洋环境数据,为高密度、立体化、精细化海洋监测提供可扩展解决方案。研究成果已应用于教学实践,并计划扩展至10节点网络,推动海洋精细化观测技术的工程化应用。

中药与天然活性产物

基于非靶向代谢组学技术的忍冬不同部位差异代谢物分析

张绪鑫, 张璐哲, 林树乾, 赵增成, 孟兆青, 董晓弟, 曹桂云, 贺吉香, 王岱杰

2025, 38(6): 29-41. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240129

摘要 ( 45 )

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为研究忍冬不同部位的代谢物的差异性,采用基于超高效液相色谱串联质谱技术,对忍冬的茎、叶与花进行非靶向代谢组学研究。在忍冬不同部位样品中共鉴定到正离子模式代谢物773个,负离子模式代谢物572个。叶和花作比较共检测到553个差异代谢物;茎和花作比较共检测到471个差异代谢物,主要为酚酸类、氨基酸及其衍生物、黄酮以及异黄酮等化合物,差异代谢物相关的途径主要为苯丙烷生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、嘌呤代谢途径和花青素生物合成途径等。该研究分析了忍冬不同部位的优势化合物及参与的重要代谢途径,对比了茎和叶同药用部位花的差异性,为进一步开发利用忍冬植物资源提供了科学依据。

基于气相色谱的六神系列制剂中人工麝香的特征图谱和含量测定

郭璐玫, 王影超, 张臻锴, 刘兴鹏, 陈凤

2025, 38(6): 42-51. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025021

摘要 ( 47 )

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采用气相色谱法(GC)对六神系列制剂中人工麝香建立了一套科学、统一、可靠的特征图谱和含量测定检验方法,以准确反应其质量,为后续质量标准的修订提供实验基础。应用中药色谱指纹图谱相似度评价软件(2012 版)对39批次六神系列制剂特征图谱的相似度进行分析,相似度均在 0.995 以上,六神丸有5个特征峰,六神胶囊有4个特征峰,其中指认了一个峰为麝香酮。测定了三种制剂中人工麝香的质量浓度,麝香酮在0.006 4~0.638 8 mg/mL(R=0.999)范围内线性关系良好,丸剂、胶囊剂、凝胶剂的平均回收率(相对标准偏差)分别为102.3%(1.0%)、97.3%(1.5%)、103.1%(1.6%)。建立的GC特征图谱及含量测定方法,能较准确全面地反映六神系列制剂中人工麝香的质量,可用于六神系列制剂中人工麝香的质量控制。

火龙果色素唇膏的制备及工艺优化

宋盈萱, 尹馨一, 梁淑蕾, 张馨予, 郑振佳

2025, 38(6): 52-59. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025025

摘要 ( 39 )

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以火龙果色素为主要原料制备天然色素唇膏。选取蜂蜡、椰子油、可可脂和火龙果色素添加量4个因素,以综合感官品质评价为指标,进行单因素和响应面试验,确定火龙果色素唇膏最优配比并进行质构分析。各组分配比(质量分数)分别为:蜂蜡22.14%、椰子油67.02%、可可脂5.56%、火龙果色素5.28%。在此工艺条件下进行验证实验,得到火龙果色素唇膏的感官评分为95.07±1.08,与理论预测值接近。制备的唇膏质地丝滑,膏体软硬适中,色泽性质稳定,对皮肤无敏感刺激。此研究为火龙果副产物的产品开发提供参考,满足消费者对于唇膏产品天然性和安全性的要求。

农业微生物

草莓炭疽病拮抗木霉菌筛选、鉴定及功能评价

刘建华, 蒋艳青, 李红梅, 杨建闻, 魏艳丽, 刘宝军, 李纪顺, 扈进冬

2025, 38(6): 60-68. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025027

摘要 ( 51 )

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针对当前草莓炭疽病发生严重并且难防难治的问题,以引起草莓炭疽病的暹罗炭疽为靶标,采用平板对峙、平板对扣等方法,筛选获得高效防治草莓炭疽病的生防木霉菌株HB 23422,经分子生物学和形态学特征观察鉴定为类棘孢木霉。该菌在PDA平板上对暹罗炭疽菌CM9具有强烈抑制作用,抑制率可达74.55%;离体叶片试验和盆栽试验表明该菌的孢子悬液可有效降低草莓炭疽病发病率。类棘孢木霉HB 23422生长速度快,产孢能力强,防治效果好,具有开发成微生物农药用于草莓炭疽病绿色防治的潜力。

羊肚菌深层发酵条件优化及抗氧化活性的研究

廉涵宇, 郑志祺, 于晴, 王佳慧, 沙玉杰, 曲杰

2025, 38(6): 69-76. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240157

摘要 ( 42 )

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为提高羊肚菌发酵液的总抗氧化活性,采用单因素和响应面法优化羊肚菌发酵培养基组成和培养条件。通过单因素实验,分别改变发酵培养基中蔗糖、酵母粉、(NH₄)₂SO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O质量浓度以及pH,以发酵液的总抗氧化值为指标进行筛选。之后根据单因素实验结果,选择3个主要影响因素进行响应面设计(Box-Behnken)实验,并通过Design-Expert软件进行方差分析以及回归分析。结果表明,发酵培养基成分为酵母粉4.3 g/L、蔗糖32 g/L、MgSO₄·7H₂O 1.5 g/L、KH₂PO₄ 1.4 g/L、(NH₄)₂SO₄ 2.5 g/L和pH为6时对羊肚菌发酵液抗氧化值的提升显著,并且培养基配制成本低廉。该研究结果为羊肚菌发酵产业提供理论依据和实践指导,有助于提高羊肚菌发酵产品的质量和抗氧化性能,进一步推动羊肚菌在保健品、化妆品等领域的应用。

新材料

钢中微米夹杂物分布特征及其对力学性能的影响

王正慈, 刘珑, 田力男, 刘哲, 孙伟, 刘永超, 温培建, 张青

2025, 38(6): 77-85. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025007

摘要 ( 42 )

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受炼钢工艺和环境条件的影响,钢材中通常有夹杂物的存在。为了研究微米夹杂物尺寸和分布对金属材料力学性能的影响规律,实验采用真空电弧熔炼方法控制微米Al₂O₃粉末的添加量(质量分数)分别为0%、0.2%、0.6%、1%、2%,制备不同微米夹杂物含量的样品。利用计算机层析成像和扫描电镜的方法对熔炼样品中微米夹杂物尺寸进行统计分析,结果表明大部分夹杂物尺寸在5 μm以下,且夹杂物数量随Al₂O₃粉末的添加量逐渐增多。采用压痕法对熔炼样品的力学性能进行测试,结果表明添加一定量的微米夹杂物能提高材料力学性能,当Al₂O₃粉末的添加量超过1%时,抗拉强度的增速减缓,屈服强度的增速下降。对熔炼样品进行扫描电镜观察发现,随着Al₂O₃粉末添加量的增多,夹杂物倾向于发生团聚成大尺寸夹杂物,或聚集成夹杂物团簇区域。大尺寸夹杂物和夹杂物团簇会产生局部应力集中,进而导致微米夹杂物对材料力学性能的强化作用产生了不利影响。

快速硫化型丁腈橡胶的制备及性能研究

李昱彤, 陈东平, 李铁柱, 王福善, 李琳, 王辉

2025, 38(6): 86-93. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240135

摘要 ( 47 )

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采用湿法混炼的工艺,将三烷基氯化铵(TAC)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)和二苄基二硫代氨基甲酸锌(ZTC)这三种促进剂分别填充于丁腈胶乳中,以此改善填料的分散性。将促进剂加入廉价易得的丁腈胶乳中经过混合、絮凝、洗涤、干燥得到丁腈橡胶(NBR),以快速硫化型丁腈橡胶NBR3445F和NBR3345的性能作为参照标准,制备了一种新型的快速硫化型NBR,并研究了不同种类及用量的促进剂对NBR硫化特性、力学性能及微观结构的影响。结果表明:相较于快速硫化型NBR,添加2份TAC的NBR(TAC-2)硫化速度加快了4.7 s,拉伸强度提升了138%,撕裂强度提高了59%,其综合性能也明显优于其他两种促进剂ZTC和TMTD,以上结果与扫描电子显微镜(SEM)图像所呈现的微观结构特征吻合较好。基于在确保较快硫化速度与安全加工性能的前提下,选择性能较优异的促进剂TAC来制备快速硫化型NBR,为相关材料的制备提供了技术路径与实验依据。

能源与动力

基于APO-MVMD-Transformer的电缆故障定位方法

孙杰, 孙玉玮, 胡国栋, 尹海海, 蒋徐勇, 马宏忠

2025, 38(6): 94-106. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240144

摘要 ( 46 )

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针对现有电力电缆故障定位的准确率和可靠性均偏低的问题,提出一种基于APO-MVMD-Transformer的电缆故障定位方法。将采集到的电缆故障信号通过相模变换进行解耦得到故障行波信号,采用经北极海鹦优化算法(APO)寻优后的多元变分模态分解(MVMD)参数分解行波信号,通过Teager能量算子获取分解后的高频模态分量的瞬时能量变化,标定行波波头到达时刻,将时刻对应的采样点作为特征值构建特征数据集,再利用APO优化Transformer模型。最后将数据送入APO-Transformer定位模型中,实现电缆故障定位。结果表明,该定位模型的决定系数高达0.999 91,故障定位相对误差在1%以内,定位距离误差在百米以内,具有较高的故障定位精度。

光纤与光子传感技术

DAS系统中微分交叉相乘与反正切解调算法研究

张峰, 蒋宇, 隋翔, 乔晓晗, 尚盈, 赵文安, 吕京生, 王晨

2025, 38(6): 107-114. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240137

摘要 ( 36 )

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基于相干光时域反射计(coherent optical time-domain reflectometry, COTDR)的分布式声波传感(distributed acoustic sensing, DAS)系统,通过对光纤中后向瑞利散射光信号的相位信息进行解调,可以获取沿光纤长度方向的振动信息。相位解调算法是DAS系统进行相位提取的关键技术,不同的解调算法对解调结果有不同的影响。针对微分交叉相乘(differential cross-multiplying,DCM)和反正切(Arctan)两种同相正交(in-phase quadrature, IQ)解调算法对解调结果的影响进行了研究探讨,首先对DCM算法和Arctan算法进行了理论分析与数值仿真,随后通过搭建基于COTDR的DAS系统采集数据,分别使用两种算法进行处理并对比分析。实验结果表明,两种算法得到的解调信号峰值相差0.04 rad,且存在0.01 rad的相移。此外,基于两种算法不同的特性,对两种算法的使用场景提出了建议。

交通运输

基于旅客出行需求数据的机场巴士站点布局与路径优化研究

何佳, 赵小奇

2025, 38(6): 115-124. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240131

摘要 ( 49 )

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基于城市公交和地铁刷卡数据,分析了旅客的实际出行需求,为机场巴士站点选址与线路优化提供了数据支持。首先,通过对刷卡数据的分析,识别出旅客的出行需求点,应用K-medoids聚类算法对全市旅客的出行需求进行聚类,并将聚类得到的出行需求中心与火车站等重要交通枢纽作为巴士站点,为旅客提供便捷的接驳服务。其次,利用路网分析和路径优化算法生成站点间的最优路径,以提升机场巴士的服务覆盖率和运营效率。最后,基于优化算法所得的路径推荐结果并结合人工校正,形成了推荐路线方案。对比路线评价结果显示,优化后的机场巴士路线能够显著缩短旅客的总步行距离。本研究以实际出行需求为导向,优化机场巴士的站点布局与路径规划,为机场接驳服务体系的完善提供了科学支持。

基于换层方式的具有有限缓冲区的动态双层网络的交通动态

孙明明, 凌翔

2025, 38(6): 125-132. doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240138

摘要 ( 32 )

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为了缓解双层网络中底层网络节点的排队长度,减少信息包在传输过程的旅行时间,可以通过信息包在两层网络间传输提升网络的整体流量和传输效率。研究了动态和静态耦合网络在有限的缓存区间下,基于信息包在两层网络间判断换层的频次不同,信息包产生率和网络的耦合强度对改善网络传输能力和稳定性的影响。该论文通过分析丢包率、密度和平均旅行时间来比较两种换层方式的运行效率,采用损失阈值来衡量两种换层方式下网络的稳定可靠性。结果表明在具有有限缓冲区间的双层动态网络中,换层方式和换层概率影响网络的传输效率,通过联合换层方式和网络间的连边数能使网络的损失阈值增大,使网络中信息包稳定传输的能力优化,缓解网络拥堵。

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