当期目录

2024年 第37卷 第6期 刊出日期：2024-12-20

  

海洋科技与装备

基于小波变换与改进时间序列模型的船舶升沉运动预测方法

刘志臻, 黄鲁蒙, 孙亚鹏, 张颖, 刘振东

2024, 37(6):  1-11.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240019

摘要 ( 146 )   HTML ( 377 )   PDF (6283KB) ( 56 )  

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船舶升沉运动信号的检测滞后严重影响了海洋升沉补偿系统性能,通过对升沉运动进行准确预测可以有效改善系统的稳定性和实时性。为了提高预测模型的实用性,设计了自回归时间序列模型,具有计算效率高、编程简单的特点。在此基础上为了进一步解决该模型对非平稳复杂海况和预测时长适应性差的问题,引入小波多尺度分析方法,形成了一种基于小波变换与改进自回归的组合预测模型,通过对历史数据进行分解变换、重构、子序列预测及预测数据合成实现了对升沉运动的在线多步预测。对平稳随机波形和船舶实测非平稳波形的理论测试与实验结果表明:该组合模型具有良好的预测性能,能有效减少由于升沉运动信号检测滞后而引起的海洋升沉补偿系统控制误差。

自诱导漩涡收油器的结构参数优选与除油效果研究

张芮菡, 姜乐文, 王越, 郝宗睿

2024, 37(6):  12-21.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240045

摘要 ( 98 )   HTML ( 12 )   PDF (4081KB) ( 12 )  

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为应对湍急海面溢油回收难度大问题,设计了自诱导漩涡收油器进行溢油收集,通过数值仿真计算对该设备入流角度和插入深度进行适当的调整和优化,找到最佳入流角度和插入深度组合,以达到最佳的分离效果和油相收集效率。通过比较相同时间内设备内部的油相体积剩余情况,得出在20°的入流角度和设备高度三分之一的吸油管插入深度的条件下,该设备能够保持较高的油相分离效率,抑制油水混合,减少油水界面的扩散并减少杂质的混入。在确定最佳结构后,通过改变入流速度来确定设备在不同水面环境下的除油效果。结果表明,入口流速越大,设备汇聚油相的性能更强,除油效果越好。整个收油过程在设备内部进行,不受外部环境影响,说明该设备能够克服复杂的水面环境来进行收油作业。

中药与天然活性产物

绿原酸分子印迹共价有机框架的制备及其识别性能研究

王尤胆, 纪文华, 王晓

2024, 37(6):  22-30.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240002

摘要 ( 84 )   HTML ( 9 )   PDF (3392KB) ( 120 )  

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采用分子印迹技术,以绿原酸为模板分子,筛选醛/胺缩合反应单体制备了对绿原酸同骨架分子有较好选择识别性的分子印迹共价有机框架材料。等温吸附实验证明,与空白印迹共价有机框架材料相比,印迹共价有机框架对绿原酸的吸附效果更佳,具有更高的吸附容量。吸附动力学实验中,印迹共价有机框架能快速吸附绿原酸,15 min即能达到平衡吸附量的97.1%。选择性实验中,印迹共价有机框架对绿原酸同骨架分子均具有较好的吸附性能,对不同结构的化合物具有较差的选择识别性,而空白印迹共价有机框架则无此特性。研究结果表明,该分子印迹共价有机框架有作为高选择性材料在高极性环境中选择性分离富集绿原酸同骨架分子的潜能。

基于多糖及熵权-TOPSIS的灵芝药材质量评价研究

杨志城, 孙彩虹, 叶冠

2024, 37(6):  31-41.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240044

摘要 ( 98 )   HTML ( 8 )   PDF (1933KB) ( 13 )  

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基于多糖及熵权-逼近理想解排序法(TOPSIS)建立灵芝药材综合定量评价模型,为灵芝药材质量评价及优选最佳批次提供参考。首先测定同产地多批次灵芝药材粗多糖得率、糖组成、总糖含量、蛋白含量和糖醛酸含量,其次将数据进行无量纲化,最后采用熵权-TOPSIS法综合评价不同批次灵芝粗多糖得率质量并建立优选标准。根据各批次灵芝粗多糖得率、成分含量检测及聚类热图分析得出不同批次间灵芝药材粗多糖得率、总糖、糖醛酸含量差异较大,糖组成、蛋白含量差异相对较小,灵芝药材粗多糖得率及内在指标与基源无关联。熵权法赋权分析计算粗多糖得率权重系数最大为23.68%,其次为总糖21.35%及糖醛酸含量13.24%。TOPSIS排序结果及分组显示,栽培灵芝子实体、赤灵芝多糖综合评分较优。综上,同产地不同批次间灵芝药材质量差异较大,基于多指标综合评价的熵权-TOPSIS法可实现对灵芝多糖提取物药材来源快速、高效且准确的优选,在生产和质量全面评价中有广泛的应用前景,也可为其他中药材或饮片质量评价提供参考。

药理与毒理

基于网络药理学和分子对接技术预测西洋参抗衰老的作用机制

范伟, 沈川琳, 张轩铭, 杜兴硕, 展文, 孙晨, 靳梦, 李晓彬, 张思晨, 孙博通, 何秋霞

2024, 37(6):  42-50.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240005

摘要 ( 125 )   HTML ( 20 )   PDF (4085KB) ( 36 )  

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基于网络药理学联合分子对接技术探讨西洋参抗衰老的潜在有效成分及其作用机制。利用斑马鱼衰老模型评价西洋参的抗衰老活性;使用数据库筛选出西洋参活性成分及其与抗衰老相关的潜在靶点,并绘制蛋白互作网络(PPI),筛选核心靶点;对核心靶点进行富集分析和分子对接验证。SA-β-Gal染色结果表明西洋参具有显著的抗衰老活性。数据库筛选出西洋参活性成分11个,抗衰老的潜在核心靶点AKT1、STAT3、JUN等53个。GO和KEGG分析的结果显示西洋参的抗衰老作用可能涉及对外源刺激的反应、凋亡过程负向调控、PI3K-AKT信号通路、ErbB信号通路等。分子对接结果显示有效成分polyacetylene PQ-2和PQ-2与关键靶点结合紧密,AKT1和HRAS与多种成分结合紧密。西洋参可能通过polyacetylene PQ-2和PQ-2等多种成分作用于AKT1、HRAS、MAPK1等多个靶点,进而通过调节内分泌抵抗、ErbB信号通路等多条通路发挥抗衰老作用,为西洋参在抗衰老应用方面提供了理论基础。

基于PI3K/AKT/Gsk-3β通路研究山药多糖对运动疲劳小鼠的影响

曾婷, 杨然, 李庆军, 宫亚楠, 王书珍, 刘谦

2024, 37(6):  51-58.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240034

摘要 ( 100 )   HTML ( 10 )   PDF (2727KB) ( 5 )  

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研究山药多糖(Dioscorea opposita Thunb. polysaccharides,DTPs)对运动疲劳小鼠的抗疲劳作用及作用机制。采用力竭游泳结合疲劳转棒方法建立小鼠运动疲劳模型,分析小鼠力竭游泳时间和体重变化、疲劳代谢产物积累、相关酶活力水平、肝脏组织结构和肌肝糖原变化。结果表明:山药多糖能显著延长小鼠力竭游泳时间,减轻小鼠体重下降和肝脏损伤,显著降低血清乳酸(LD)、尿素氮(BUN)、乳酸脱氢酶(LDH)含量并显著提高超氧化物歧化酶(SOD)活力及肌糖原(MuG)和肝糖原(LG)含量,同时显著降低谷草转氨酶(AST)水平;此外,给药组显著上调骨骼肌中磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphoinositide 3-kinase,PI3K)mRNA表达、显著降低蛋白激酶B(Protein kinase B,AKT)和糖原合成酶激酶-3(Glycogen synthase kinase-3 beta,Gsk-3β)的表达。综上,山药多糖能减少代谢产物积累、通过调节PI3K/AKT/Gsk-3β通路促进糖原合成来改善运动疲劳。

农业微生物

桂花精酿啤酒工艺研究与品质分析

郝倩, 孟德文, 吕媛, 战航山, 王成浩, 陈思酉, 李杰

2024, 37(6):  59-66.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240018

摘要 ( 119 )   HTML ( 7 )   PDF (2087KB) ( 155 )  

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精酿啤酒因具有高麦汁浓度、高酒精度、高酒花苦味等特有风味及口感,成为近些年来啤酒企业关注的焦点。桂花香气舒适浓郁,香氛中富含大量的活性健康成分。因此,探究不同桂花添加量对精酿啤酒产生的品质差异具有重要的实际意义。通过理化指标检测、挥发性成分分析及感官评价结果确定桂花精酿啤酒的工艺配方。实验结果表明桂花添加量影响精酿啤酒的挥发性成分,其与精酿啤酒的酒精度、浓度、酸度等理化指标成正比,和发酵度成反比。桂花精酿啤酒挥发性成分主要以醇类和酯类为主,具有醇厚浓郁香气。桂花添加量为0.6%时所制得的桂花精酿啤酒泡沫丰富细腻、持久,酒体爽口、入口纯正,酒体协调,无异香、异味,具有桂花的典型性香气。

新材料

常用双极板焊接工艺及其接头组织性能对比研究

侯东旭, 殷子强, 任远, 马新强, 成巍

2024, 37(6):  67-74.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240021

摘要 ( 96 )   HTML ( 10 )   PDF (2883KB) ( 13 )  

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为研究适合于金属双极板的焊接方式,采用激光焊、真空扩散焊、钎焊、超声波焊4种常见双极板焊接方式对0.1 mm 316L不锈钢进行了焊接。通过使用CHI-604E型电化学工作站测量了4种焊接接头的动电位极化曲线,比较了4种接头的电化学腐蚀性能,结合微观组织、化学成分分析了电化学腐蚀行为。研究发现真空扩散焊接头以及激光焊接头的抗腐蚀能力较强,超声波焊接头与钎焊接头抗腐蚀能力较弱。使用激光光谱共聚焦显微镜测量了4种焊接试样的焊后变形量,在夹具作用下,激光焊试样变形量相较于其他试样变形量较小。将4种焊接方式在焊接过程中所使用的焊接时间、焊接工艺进行了比较。经过综合对比分析,最终确定激光焊接为这4种常见金属双极板焊接方式的最佳选择。

新型本征二维GeO₂对SF₆分解气体的吸附及电子特性研究

杨乐, 孙婉婉, 丁立顺, 曾闻天

2024, 37(6):  75-82.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240038

摘要 ( 78 )   HTML ( 6 )   PDF (3530KB) ( 25 )  

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六氟化硫(SF₆)因其优异的绝缘特性,在高压绝缘设备中广泛应用。高压绝缘设备在长期运行中会面临绝缘老化的问题,这会降低能源电力设备的稳定性和安全性。当局部放电发生时,SF₆在高压和高温环境下会分解产生多种组分,如二氧化硫(SO₂)、硫酰氟(SO₂F₂)、氟化氢(HF)、硫化氢(H₂S)等。基于第一性原理,提出了一种新型二维半导体本征二氧化锗(GeO₂)单分子层材料,对SF₆的分解气体具有较强的吸附能力。结果表明,单层本征GeO₂分子层在吸附过程中具备理想的电荷转移量和功函数。通过新型二维GeO₂半导体气敏材料检测SF₆气体中的分解组分,可以及时了解高压绝缘设备的运行状态和绝缘老化程度,对于维护电力系统的可靠性和稳定性至关重要。

邻苯二甲腈树脂研究及应用进展

朱光来, 于一涛, 刘强, 刘海明, 侯衍涛, 许超, 张维, 姜传兴, 李元月, 潘新敬, 李冰, 王振华

2024, 37(6):  83-93.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240029

摘要 ( 106 )   HTML ( 9 )   PDF (3925KB) ( 275 )  

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邻苯二甲腈树脂是一类新型的耐高温热固性树脂体系,因其具有优异的热氧稳定性、阻燃性、力学性能、低膨胀系数、低介电常数和低介电损耗而受到广泛关注。为了改善其工艺性并满足严苛的环境性能需求,国内外针对邻苯二甲腈树脂体系开展了大量改性研究工作。从分子结构设计、固化方式、固化机理及其在电子领域和粘接领域的应用等方面,介绍了邻苯二甲腈体系的研究进展,并对邻苯二甲腈作为新型特种功能树脂材料所面临的机遇与挑战做了展望,以期对相关领域的研究提供参考。

交通运输

基于量子计算的灵活编组列车大小交路混合运行优化方法

袁也, 徐皓, 卢学永, 李文新, 徐辉章, 杨欣

2024, 37(6):  94-103.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240003

摘要 ( 105 )   HTML ( 5 )   PDF (2422KB) ( 67 )  

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灵活编组模式下列车时刻表和大小交路策略的联合优化问题受到列车时刻表、乘客动态方程和列车灵活编组等相关条件制约,各约束相互耦合增加了问题的复杂性和计算求解的难度,传统优化方法求解该问题将变得较为困难。本研究将量子计算应用于该问题,以最小化线路上所有车站的滞留乘客数量为目标,建立了混合整数非线性规划模型,设计数值实验并利用相干伊辛机真机对模型进行求解。结果表明,相干伊辛机真机在运行效率和优化性能上相比较于其他经典算法具有明显的优势。

面向复杂交通场景的目标检测模型YOLO-T

刘宇, 高尚兵, 张秦涛, 张莹莹

2024, 37(6):  104-115.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240047

摘要 ( 151 )   HTML ( 11 )   PDF (5610KB) ( 38 )  

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针对复杂交通场景下,特别是拥堵道路中,经常出现的交通目标密集、互相遮挡,小尺度目标检测精度低的问题,提出了一种面向复杂交通场景的目标检测模型YOLO-T(You Only Look Once-Transformer)。首先提出CTNet主干网络,相较于CSPDarknet53,该主干拥有更深的网络结构和多尺度特征提取模块,不仅能够更好地学习密集目标的多级特征,还可以提高模型对复杂交通场景的应对能力,进而引导模型更加关注小目标的特征信息,提升小目标的检测性能;其次引入Vit-Block,采用卷积和Transformer并行的方式融合更多的特征,兼顾局部和上下文信息的关联性,从而提升检测精度;最后在颈部网络Neck后增加Reasonable模块,引入注意力机制,进一步提高目标检测算法对复杂场景和遮挡目标的鲁棒性。实验结果表明,相比基准算法,YOLO-T在KITTI数据集和BDD100K数据集的检测精度分别提高了1.92%和12.78%,能有效提升复杂交通场景下的检测性能,更好地辅助驾驶员对其他车辆行驶行为的判断,减少交通事故的发生。

环境与生态

基于LSTM模型的污水处理厂出水总氮预测研究

余铭铨, 师浩铭

2024, 37(6):  116-124.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240010

摘要 ( 109 )   HTML ( 7 )   PDF (3441KB) ( 57 )  

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出水总氮质量浓度是评价污水处理厂生物脱氮效果的关键指标之一。为解决污水厂总氮排放易超标的问题,提出了一个基于长短期记忆网络(LSTM)的出水总氮实时预测模型。利用皮尔逊相关性分析来确定模型输入,并通过网格搜索算法优化模型超参数。将得到的LSTM模型应用于重庆市某实际污水处理厂预测出水总氮,并与传统的时序模型作对比,验证了该模型的可行性。结果表明: LSTM模型能够较好地预测出水总氮,其预测值与实际值的平均绝对误差为0.911 mg/L,均方根误差为1.074 mg/L,平均绝对百分比误差为11.28%,各项指标均优于循环神经网络(RNN)模型和自回归差分移动平均(ARIMA)模型。这一模型的构建可以为出水总氮的高效监测提供帮助。

全球中低纬度降水量时空特征分析

王秋妍, 宋秀瑜, 杨帆, 李耀如

2024, 37(6):  125-134.  doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240013

摘要 ( 100 )   HTML ( 7 )   PDF (9391KB) ( 12 )  

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基于1982年1月至2022年4月全球降水量的月平均数据资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法,讨论了第一、二模态的空间分布和时间序列,分析了全球中低纬度海洋降水量的空间分布、季节变化特征和年际变化特征,讨论了可能引起该变化的原因。结果表明,降水量的年际变化呈现周期性变化特征,其主要变化区域分布在热带太平洋地区,第一模态空间场呈现东-西反相位振荡特征,冬季强于夏季;第二模态空间场季节变化相对于第一模态空间场更为复杂,冬季正负变异高值区主要表现为东-西反相位振荡特征,而夏季以负变异区为主,变异区强度较弱。第一模态时空变化特征主要受到厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象影响,而第二模态主要受到中部型厄尔尼诺(El Niño Modoki)现象影响,降水量的主要变化特征受到两种现象的叠加影响。