当期目录

2021年 第34卷 第3期 刊出日期：2021-06-20

  

海洋科技与装备

基于SVS-603传感器的波浪反演技术及海上比测数据分析

王志, 周扬, 杨俊贤, 郑威, 赵彬, 于雨, 蔡志文

2021, 34(3):  1-8.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.001

摘要 ( 465 )   PDF (10310KB) ( 203 )  

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波浪反演技术是传感器研制的重要组成部分。将SVS-603传感器安装在DWR-MKIII浮标上，进行SVS-603与DWR-MKIII的实测数据对比，对SVS-603的波浪反演技术进行深入分析，同时对比时域、频域光顺算法结果的差异性和可靠性。结果表明：SVS-603的时域光顺算法结果与DWR-MKIII所得结果最为接近；使用频域光顺算法时，出现了SVS-603自身的低通滤波器没有完全将低频信号过滤掉的现象，这影响到波浪谱，进而影响谱峰周期等参数。该研究能够为基于加速度原理的波浪设备研发提供更加准确的波浪算法。

基于CAN总线的机械海流计测控模块设计

刘庆鹏, 付明阳, 于雨, 惠力, 鲁成杰

2021, 34(3):  9-18.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.002

摘要 ( 358 )   PDF (9814KB) ( 246 )  

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针对目前机械海流计功耗大、姿态测量精度较低、体积大、维护复杂、流速流向测量数据单一等问题，设计了一种基于控制器局域网络(controller area network,CAN)总线并以STM32F103RCT6芯片为控制核心的低功耗机械海流计测控模块，并给出了测控模块系统的总体结构、硬件接口电路、通信协议、软件设计及主要技术指标。海上试验结果表明，该模块不仅实现了海流流速和流向的信号采集与控制，而且通过CAN总线的可拓展性，可以实现对不同海流层流速流向的测量，拓展了海洋水文测量的范围并提高了其灵活性。

中药与天然活性产物

美洲大蠊的生药学及分子生药学鉴定

苏阳, 徐凌川

2021, 34(3):  19-25.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.003

摘要 ( 595 )   PDF (2341KB) ( 1569 )  

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运用生药学及分子生药学方法，对美洲大蠊的中药材特征进行鉴别。采用高效体视显微镜和生物数码显微镜对美洲大蠊的性状特征及其粉末显微特征进行观察记录，并利用分子鉴定方法对美洲大蠊DNA做PCR扩增、测序。将测序结果与中药材DNA条形码鉴定系统中的数据进行同源性比对，检测结果与形态学方法鉴定结果相比较，验证生药学鉴别的准确性。结果显示美洲大蠊粉末体壁碎片多鳞片状纹理，内外壁分层明显；刚毛分粗细两种，颜色分明，二者之间的差异较大；复眼碎片特征明显。分子生药学鉴定结果为蜚蠊科大蠊属昆虫美洲大蠊Periplaneta americana L.，同源性100%。该研究可以确认美洲大蠊的中药材鉴别特征，为保障美洲大蠊药材的安全使用提供了实验依据。

氨基酸分析仪法快速检测土鳖虫中谷氨酸含量

张华丽, 周洪亮, 孙家昌

2021, 34(3):  26-32.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.004

摘要 ( 429 )   PDF (2076KB) ( 408 )  

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采用氨基酸分析仪建立了土鳖虫中谷氨酸含量的检测方法，比较不同浓度的盐酸以及不同料液比、提取时间对土鳖虫中谷氨酸提取效果的影响。结果表明，土鳖虫中谷氨酸的最佳提取工艺为6 mol/L 的盐酸消解，料液比1:1（mg/mL），水解时间22 h，建立的谷氨酸分析仪法回收率为99.2%，精密度试验相对标准偏差为0.19%，不同地区土鳖虫中谷氨酸质量分数存在较明显差异，范围为1.068%~1.149%。该方法重现性好、快速高效、操作简便，适用于土鳖虫中氨基酸含量的检测，可为其质量控制及资源深入开发提供技术支持。

山东植物一新记录种——白花碎米荠

赵奉熙, 任昭杰

2021, 34(3):  33-35.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.005

摘要 ( 669 )   PDF (3068KB) ( 563 )  

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对济南九如山进行植物资源调查过程中，首次发现白花碎米荠Cardamine leucantha (Tausch) O. E. Schulz在山东省的分布，该种隶属于十字花科Brassicaceae碎米荠属Cardamine。基于野外调查和标本研究，描述了该种的形态特征，讨论了分布情况及新分布的意义，同时，提供了山东省碎米荠属植物分类检索表。




农业微生物

木霉T11-W及苹果枝条木屑对黄瓜幼苗生长的影响

王贻莲, 赵忠娟, 杨凯, 吕常厚, 于毅, 徐维生, 李纪顺

2021, 34(3):  36-41.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.006

摘要 ( 589 )   PDF (995KB) ( 255 )  

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为探寻苹果树修剪枝条资源化快速利用的方法，以黄瓜（津研四号）为试材，分别测定了苹果枝条培养木霉T11-W后(处理木屑)和同时添加木霉对盆栽黄瓜幼苗生长发育的影响，并与不同添加量的未处理苹果枝条（原木屑）处理和单独木霉T11-W处理进行对比。结果显示：单独木霉T11-W处理对黄瓜幼苗生长促进效应最为显著；原木屑质量分数为0.7%时，添加木霉可改善其对根长的抑制，并能进一步提高根的干物质量；木霉+木屑处理(处理木屑或原木屑)综合评价虽不如单独木霉T11-W处理，但根冠比最高；原木屑处理用量0.35%时，对黄瓜幼苗生长的综合促进作用弱于空白对照，用量0.7%时，促进作用高于空白对照，表明原木屑添加量大，利于黄瓜幼苗生长；木屑在0.35%使用量时，处理木屑对黄瓜幼苗的促生长作用优于原木屑处理。

新材料

基于实时监测的轴承寿命预测方法

侯南, 刘珑, 江婷, 田力男, 丁宁

2021, 34(3):  42-48.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.007

摘要 ( 496 )   PDF (4945KB) ( 437 )  

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从凯斯西储大学轴承数据中心提取了斯凯孚(SKF)轴承内圈、滚动体和外圈不同故障尺寸的原始振动信号，故障尺寸分别为0.007，0.014和0.021 in（1 in=2.54 cm)，对其进行经验模态分解(EMD)，发现共有17个本征模函数。进行主成分分析(PCA)，发现内圈和外圈故障尺寸与第一主成分和第二主成分的关系可通过主成分拟合公式进行准确拟合，因此,通过实时监测轴承振动信号并进行信号分析，可获得内圈和外圈的故障尺寸，利用Pairs-Erdogan公式和有限元仿真方法对含故障轴承的剩余寿命进行了预测。该研究对预防由含裂纹轴承导致的机械事故具有重要的意义。

能源与动力

动力锂电池剩余使用寿命影响因素分析

孙希泉, 侯恩广

2021, 34(3):  49-53.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.008

摘要 ( 549 )   PDF (987KB) ( 511 )  

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为了有效地评估动力锂电池系统的剩余使用寿命，必须准确地掌握影响动力锂电池剩余使用寿命的关键因素。以动力锂电池管理系统采集的充放电电流、电池温度、实时电压等参数作为影响动力锂电池剩余使用寿命的因素，通过对多次充放电循环采集的这些参数，应用主成分分析方法，分析得出每个参数对动力锂电池剩余使用寿命的影响程度，实现影响因素的定量化分析。通过剩余使用寿命预测的验证对比，可以看出5个因素的累计贡献率达到了99%，误差小于3%；4个因素的累计贡献率达到了90%，误差小于4%。

交通运输

城市轨道交通双列位停车线设计

彭磊, 孙元广, 金华

2021, 34(3):  54-61.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.009

摘要 ( 1220 )   PDF (4705KB) ( 503 )  

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目前各个城市的轨道交通线路广泛采用单列位停车线，在列车故障救援时，由于长度限制，只能容纳一辆列车，会产生二次延误。如果将其扩充为双列位停车线，虽然对工程条件和成本提出了更高的要求，但是在列车故障救援方面会有更好的效用。在单列位停车线的基础上，考虑了停车线形式与设置原则，设计了8种不同形式的双列位停车线,并对其适用性进行分析，最后结合OpenTrack软件对双列位停车线在列车故障救援领域中的应用进行仿真。结果表明：8种双列位停车线类型都有其各自的适用场合，纵列式相对普适性更强；双列位停车线宜设置在线路中间，远离停车场和车辆段，可减少延误时间；仅考虑列车故障救援，纵列尽头式双列位停车线为最优选择。

西安地铁某车站深基坑开挖变形特性分析

孙建超, 毛红梅, 高攀科, 张华兵, 刘大鹏

2021, 34(3):  62-70.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.010

摘要 ( 367 )   PDF (6537KB) ( 373 )  

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为了确保基坑开挖中周边环境的安全，以西安地铁某车站深基坑开挖为例，运用ABAQUS软件建立三维模型模拟开挖对周边地表沉降和围护结构变形的影响，重点研究开挖中周边地表的沉降分布规律和围护结构变形的规律，并与现场实际监测数据进行对比分析。结果表明：地表沉降的实测值比模拟计算值大，但变化趋势基本一致；在基坑开挖过程中，地表最大沉降位置距离基坑边缘约11 m处，最大值为3.298 mm；围护结构水平变形沿开挖深度的变化曲线呈抛物线形，最大水平位移位于基坑最大开挖深度的 1/2 处，最大水平位移为11.05 mm，距基坑长边边缘0~25 m及短边边边缘0~22 m范围内的地表沉降最大，施工监测中应重点关注。

环境与生态

固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法分析环境水样中5种酚类化合物

刘友彬, 李玉阳, 李燕

2021, 34(3):  71-79.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.011

摘要 ( 442 )   PDF (3999KB) ( 545 )  

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结合高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)，建立了用固相萃取技术富集环境水中5种酚类化合物(双酚F、双酚S、双酚A、辛基酚和壬基酚)的分析方法。样品中目标物经亲油亲水平衡（HLB）固相萃取柱富集，使用二氯甲烷/乙腈梯度洗脱。样品经C18色谱柱分离，采用高效液相色谱-负离子-电喷雾(ESI)串联质谱，多反应监测模式(MRM)，外标法定量分析。5种双酚类化合物的线性范围为1~500 ng/L，方法检出限为0.05～0.15 ng/L，线性相关系数为0.998 7～0.999 7，精密度在2.54%～7.88%，三个水平的回收率在89.40%～104.2%，并应用4种不同类型环境水样成功进行分析。该方法可以同时测定环境水样中5种双酚类化合物，方法准确可靠、灵敏度高。

纳米银对小麦秸秆还田土壤中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

曹鑫磊, 姜浩, 杨宝山, 焦克芹, 王惠

2021, 34(3):  80-89.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.012

摘要 ( 406 )   PDF (3316KB) ( 494 )  

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采用室内培养的方式，设置空白对照组（无添加，CK）、土壤＋小麦秸秆组（SW）、土壤+小麦秸秆+纳米银组（AgSW），探究纳米银对秸秆还田农田土壤的呼吸作用，碳循环相关酶包括过氧化物酶、多酚氧化酶和纤维素酶的活性，微生物群落功能多样性的影响。结果显示：与CK组相比，添加小麦秸秆的SW组提升了土壤呼吸速率，使CO₂累计释放量增加了9.9%；与SW组相比，添加纳米银的AgSW组抑制了土壤呼吸作用，CO₂累计释放量减少36.8%，同时3种酶活性显著降低，过氧化物酶、多酚氧化酶和纤维素酶的活性可分别最高降低25.1%、27.1%和14.3%；微生物群落水平生理特征(CLPP)分析结果发现，纳米银显著降低了微孔板平均孔颜色变化率（与SW组相比下降了73.8%）和微生物多样性与丰富度。研究认为纳米银通过抑制土壤酶与微生物活性改变了土壤有机质分解的生态学过程，使微生物群落功能多样性降低。

2014年1月济南市空气污染气象条件分析

孙凤娟, 吕波, 张文娟, 李敏, 王桂霞, 付华轩

2021, 34(3):  90-99.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.013

摘要 ( 332 )   PDF (7934KB) ( 198 )  

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为研究大气环流背景及气象条件对山东中西部PM2.5污染的影响，利用气象及PM2.5浓度资料，选取济南市作为典型代表城市，诊断分析了大气环流背景及气象演变过程对2014年1月济南市PM2.5浓度的影响，建立济南静稳指数公式。结果表明：2014年1月华东北部至华北南部地面至对流层中层风速均为负距平，水平方向污染扩散能力差，偏南风异常加强了南方水汽的输送，有利于气态污染物向颗粒态转化，推高了PM2.5浓度；对流层低层东亚冬季风异常偏弱，逆温增多，垂直方向污染扩散能力差；500 hPa异常高压，抑制了东亚大槽的发展，更加有利于污染物在底层的累积。天气演变过程分析表明：地面水平方向及高空垂直方向气象条件对PM2.5浓度均有影响，地面风速偏弱（偏强），高（低）湿度，风场辐合（辐散）时，PM2.5污染偏高（偏低）；边界层高度降低（升高），垂直方向气流下沉（上升），对流层中低层大气层结不稳定增强（减弱）时，PM2.5污染升高（降低）。静稳指数对于空气质量及重污染过程具有较好的预报能力。

其他研究论文

极化码四阶核矩阵的构造

马奎明, 李秀丽

2021, 34(3):  100-108.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.014

摘要 ( 393 )   PDF (993KB) ( 547 )  

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极化码是目前唯一被证明理论上可达到香农极限的线性纠错信道编码。在已有的极化码二、三阶核矩阵研究的基础上，提出了最优四阶核矩阵的构造标准：主对角线全为1 且最后一行“1”的个数为4，并由此给出了符合标准的全部矩阵。不同于只有单一线性形式的二阶核矩阵，四阶核矩阵可以采取多种不同的形式，这一点使得极化码在构造时能够有更多的选择。然后以核矩阵为例，详细介绍了信道极化原理。最后总结了利用给定任意维数核矩阵构建特定块长度的极化码的步骤。

基于改进双向RRT算法的机器人路径规划

韩丰键, 邱书波, 李庆华, 刘海英

2021, 34(3):  109-118.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.015

摘要 ( 783 )   PDF (3633KB) ( 963 )  

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针对双向快速搜索随机树（BI-RRT）算法在路径规划中存在目标导向性差、收敛速度慢、路径拐点多的问题，提出了一种改进BI-RRT算法。通过目标导向引导随机树更快朝向目标点生长，提高收敛速度。引入贪婪路径优化策略，有效减少路径拐点，提高了路径规划算法的效率。同时提出了一种圆盘碰撞检测的算法，并在多个场景中用Matlab平台进行了圆盘移动机器人的路径规划仿真实验，实验结果验证了所提出算法的可行性和有效性。

基于反步法的SCARA机器人轨迹跟踪控制

赵娜, 吕成兴

2021, 34(3):  119-124.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.016

摘要 ( 582 )   PDF (4065KB) ( 527 )  

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针对SCARA机器人轨迹跟踪问题，提出了一种基于反步法的轨迹跟踪控制方法。利用反步法设计控制器的虚拟控制和实际控制量，基于李雅普诺夫稳定理论设计的控制律能够实现对机器人的轨迹跟踪，并确保闭环系统为全局稳定。仿真结果验证了算法的有效性，所设计的跟踪闭环系统一致全局渐近稳定，有效提高了轨迹跟踪控制精度，保证了跟踪误差信号的收敛。

汽车刹车盘包装线控制系统设计

张东, 管志光, 张广渊

2021, 34(3):  125-130.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.03.017

摘要 ( 291 )   PDF (4403KB) ( 376 )  

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现有的汽车刹车盘包装线存在较大的人为误差，人工参与包装限制了汽车刹车盘包装系统的工作效率。研发了一条集成化、高效化、智能化的汽车刹车盘全自动柔性包装系统。该系统下位机采用西门子PLC，上位机采用WinCC组态软件，并通过WinCC Web Navigator实现网络发布。系统人机界面友好，功能齐全，可满足汽车刹车盘自动包装要求，提高了工作效率及包装质量，节省了劳动成本。