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本期目录

2023年, 第40卷, 第1期 上一期
数学与物理学
洛伦兹空间上的分布函数的极限性质
吴迪, 邓杨肯迪, 于丹丹, 燕敦验
2023, 40 (1): 1-5.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0015
摘要 ( 265 ) HTML ( ) PDF (895KB) ( 116 )
用一个新颖的方法证明以下等式:
$\mathop {\lim }\limits_{\alpha \to {0^ + }} {\alpha ^P}{d_f}(\alpha ) = \mathop {\lim }\limits_{\alpha \to \infty } {\alpha ^P}{d_f}(\alpha ) = 0$
其中 fLp,q(X,μ),并且有0<p<∞和0<q<∞。也证明函数αp在某种意义下不能再提升。特别地,当q=∞时,以上等式是不一定成立的。
常Gauss曲率Bonnet曲面
李苗苗, 吴英毅
2023, 40 (1): 6-11.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0058
摘要 ( 230 ) HTML ( ) PDF (897KB) ( 98 )
三维欧氏空间$\mathbb{R}$3中光滑曲面,如果有保持平均曲率的非平凡(不是$\mathbb{R}$3中刚体运动在曲面上的限制)单参数等距变换族,称为Bonnet曲面。Chen和Peng给出了关于Bonnet曲面的常微分方程,本文将结合Chen-Peng建立的方程,重新证明Colares-Kenmotsu定理。
高维生存分析数据在带有测量误差情形下的变量选择方法
张家睿, 吴耀华
2023, 40 (1): 12-20.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0016
摘要 ( 177 ) HTML ( ) PDF (974KB) ( 49 )
对带有删失的生存数据的分析是高维稀疏回归分析的一个重要组成部分。然而,过去的大量相关工作都是建立在干净原始数据这一基础之上的,实践中面对的往往都是缺失数据或带有测量误差的数据,因此对此类数据的研究实用性更强。而在已有的高维生存分析数据相关文献中,关于带有测量误差情形下变量选择的研究还略显空白。在此背景下,提出一种基于伪得分函数和最近邻半正定投影的方法,对带有测量误差的高维可加风险模型进行变量选择,并且通过随机模拟和实际数据分析验证了该方法可以取得很好的效果。
高频行波磁场驱动低电导率液体流动的数值模拟
郭胜荣, 那贤昭, 刘润聪, 李勇, 张香平, 董海峰, 戴晓天, 巩秀芳, 王晓东
2023, 40 (1): 21-28.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0029
摘要 ( 63 ) HTML ( ) PDF (7661KB) ( 30 )
由两组线圈产生的高频行波磁场可用于驱动低电导率的液体,因此对其机理的研究具有重要意义。建立该驱动方式的数值模型,研究线圈电流大小、频率、相位差以及线圈间距对低电导率液体的流场与温度场的影响,从而获得最佳的电气参数配置以及线圈结构。模拟计算结果表明:流体的平均流速和平均温度与电流大小和频率均为线性关系。流体的平均流速随电流的相位差增加呈先增大后减小的规律,且在相位差为90°附近达到最大值。随着线圈间的距离变化,流场的分布形式从2个涡流转变为单个大环流。此外还采用粒子图像测速技术测量NaCl溶液在高频行波磁场驱动下的流场分布,验证该驱动方式的可行性和有效性。
环境科学与地理学
黄河流域生态水文学研究态势分析
李通, 崔丽珍, 杨雅茜, 宋秀芳, 唐立, 崔骁勇, 郝彦宾, 王艳芬
2023, 40 (1): 29-38.  DOI: 10.7523/j.ucas.2022.025
摘要 ( 222 ) HTML ( ) PDF (11798KB) ( 113 )
黄河流域是中国“一带一路”发展的重要经济廊道,维持黄河流域的生态健康对中国经济社会发展和生态安全具有十分重要的作用。受气候变化和人类活动的影响,黄河流域出现上游植被退化、中游水沙锐减、下游用水紧张、河口三角洲退缩等生态危机,严重制约了流域内的生态文明进程和经济高质量发展。以1990—2020年间Web of Science数据库中收录的5190篇相关文献和145781条参考文献为研究样本,采用可视化知识网络分析和科学计量法,从文献产出规律、
北京怀柔夏季大气中的VOCs及其对O3和SOA的生成贡献
周毕安, 胡君, 奇奕轩, 张逦嘉, 霍鹏, 张元勋, 张阳, 王淑兰
2023, 40 (1): 39-49.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0025
摘要 ( 164 ) HTML ( ) PDF (3139KB) ( 55 )
为研究北京郊区挥发性有机物(VOCs)的污染特征、来源以及环境影响,于2016年夏季对北京市怀柔区大气中99种VOCs进行在线监测。结果表明,观测期间VOCs体积分数平均值为20.02×10-9,其中烷烃占比最高为38.48%,其次是含氧挥发性有机物(OVOCs)占比28.28%,卤代烃、芳香烃、烯烃和炔烃及乙腈占比较小。初始VOCs每小时的臭氧生成潜势为157.03μg·m-3,主要贡献来自于OVOCs、烯烃和芳香烃,对二次有机气溶胶生成潜势贡献最大的组分为芳香烃。源解析结果表明VOCs来自背景源和燃烧源、工业源、柴油车排放、汽油车排放、油气挥发、天然源和有机溶剂使用。后向轨迹结果表明,除北京本地源排放外,河北、河南和山东省对北京VOCs污染贡献最大,天津市、辽宁省和内蒙古自治区也有一定贡献。
汉长城烽燧选址的地理因子探究:以玉门市为例
孙瑞祺, 骆磊, 王心源, 姚娅, 黄文江, 董莹莹, 连懿
2023, 40 (1): 50-58.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0030
摘要 ( 143 ) HTML ( ) PDF (5753KB) ( 65 )
汉长城是中国西北荒漠地区最重要的古代防御系统,其显著特点之一即烽燧林立。在经济水平有限的汉代和自然条件恶劣的干旱地区,烽燧的空间选址如何承载并发挥其屯戍功能,对理解过去人地关系具有重要意义。但目前国内相关研究多为历史地理视角的定性分析,难以揭示其中的量化规律,更无法还原古代地理环境下的空间认知和技术利用水平。以甘肃省玉门市段汉长城为例,引入点模式分析、空间相关性检验、蒙特卡洛模拟等方法,定量地对烽燧空间设置的多种假设因子进行敏感性检验,试图揭示烽燧选址的规律。研究结果显示,地形、水文、聚落位置等自然与人文环境要素均显著影响了汉长城烽燧的空间布局,且在高程1250~1500、坡度2.5°~8°、坡向南偏东70°~南偏西60°、距最邻近水系0~1535m及以城障遗址为中心的2~20km的区间内具有统计显著性。定量结果分析表明,汉长城沿线烽燧建址在确保前线通视性的同时,保障了与后方城障间军事情报车马传递的成本控制和效用优化;此外考虑了选址处人居环境,多选地势平坦、水源充足的绿洲,印证了其屯垦、交通等附属功能,综合体现了汉代地理空间认知和技术利用的较高水平。
江苏省制造业能源效率与结构高级度耦合分析
靳婷婷, 段学军, 邹辉
2023, 40 (1): 59-68.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0023
摘要 ( 85 ) HTML ( ) PDF (6405KB) ( 28 )
区域产业结构调整是能源效率提升的重要途径。利用能源效率指数、高级度指数和耦合度模型,评价2006—2016年江苏省地级市制造业能源效率和结构高级度,测算能源效率与结构高级度的耦合度并划分耦合类型,分析不同耦合类型区的制造业结构特征。研究表明:1)研究区能源效率整体上呈现“东高西低、南北分化”的空间特征,高能效地区主要分布在南通、盐城和宿迁,低能效地区分布在淮安、连云港和徐州;2)制造业结构高级度以南京—苏州为高值区的两极格局显著,南部地区整体高于北部地区;3)制造业能源效率与产业结构高级度整体处于初级耦合协调水平,南通、盐城为高度耦合地区;4)根据各城市制造业能源效率与结构高级度耦合关系,划分3种耦合类型区,发现低能源效率-低制造业高级度区域的低附加值、高能耗制造业部门占比较大,是产业结构优化、提高能源效率的关键区域。
新疆医疗卫生资源配置空间公平分析
伏润得, 张新焕, 杨德刚
2023, 40 (1): 69-78.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0001
摘要 ( 208 ) HTML ( ) PDF (5916KB) ( 72 )
医疗卫生资源的合理配置是促进社会公平,增加居民幸福感,实现“公共服务均等化”目标的要求。基于OSM路网数据与Python程序构建居民点最近医疗点距离成本计算方法,将可达性测度方法扩展到更大的空间尺度,分析新疆医疗卫生资源空间配置的公平性特征,并探究其影响因素。结果表明:整体上医疗资源按人口分布配置公平性趋于改善;基本医疗卫生服务资源上,仅有38.5%居民点的最近医疗点加权距离成本在5km内,20.1%居民点的加权距离成本大于10km。地州与区县层面均存在显著的医疗卫生资源配置公平性失衡。部分区域的基本医疗卫生资源空间配置需要进一步优化,尤其是沿边区县;部分行政交界区域的居民点在120km搜索范围内能提供基本医疗服务的医疗点为0,基本医疗资源缺乏,而且全疆存在显著的城乡分化,基本医疗资源下沉不足;新疆居民点平均最近三甲医院加权距离成本为70.05km,三甲医疗卫生资源的获取机会存在显著的空间不平等,三甲医疗卫生资源获取机会的“贫富差距”悬殊。当前新疆区域间的医疗配置空间公平分异性主要受到医疗人才队伍建设与区域经济发展的影响。
地球科学
致密射电源0400+258的毫角秒尺度偏振研究
李宇航, 张海燕, 陈如荣, 陈天禄
2023, 40 (1): 79-83.  DOI: 10.7523/j.ucas.2022.001
摘要 ( 99 ) HTML ( ) PDF (1679KB) ( 26 )
利用美国甚长基线干涉阵,对致密射电源0400+258进行5GHz和8GHz双频段偏振观测,获得毫角秒尺度的辐射强度分布图像,并首次得到这个射电源在5GHz和8GHz频段的偏振矢量分布结果。源0400+258呈现单侧核—喷流结构,偏振辐射集中在射电核附近。通过4个频率的偏振分布,首次获得该源毫角秒尺度的旋转量分布。移除介质的影响后,得到该源内禀磁场结构,磁场方向大致沿着喷流方向。
电子信息与计算机科学
一种新的基于FrFT的动目标测速和定位方法
申晓天, 郑明洁
2023, 40 (1): 84-92.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0017
摘要 ( 143 ) HTML ( ) PDF (15922KB) ( 60 )
使用分数阶傅里叶变换(FrFT)进行SAR动目标测速的传统计算方式是二维搜索,即遍历所有的旋转角度进行FrFT计算,在二维平面内搜索峰值获得最优解。该方法需要在计算精度和计算量之间权衡。提出一种基于时频平面几何信息的动目标测速和定位方法,首先计算两个不同角度下的FrFT及其投影长度;然后利用时频平面内的几何关系,计算动目标的最优旋转角;最后计算最优旋转角下的FrFT,并对动目标测速和定位。值得注意的是,通过选择关于π对称的两个旋转角度,可以进一步抑制杂波。综上,该方法具有速度快、参数估计精度高的优点。通过仿真实验和真实数据实验,验证了提出方法的有效性和优越性。
基于改进的YOLOv3和Facenet的无人机影像人脸识别
高锦风, 陈玉, 魏永明, 李剑南
2023, 40 (1): 93-100.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0019
摘要 ( 306 ) HTML ( ) PDF (18322KB) ( 148 )
基于无人机影像的高精度人脸识别在应急救援、嫌疑人员跟踪等场景中发挥着重要作用。深度学习卷积神经网络以其较高的精度和较少的人为干扰被广泛应用于目标检测识别领域,能很好地应用于无人机影像人脸识别任务中。探究在无人机嫌疑人员识别应用场景下利用卷积网络进行人脸高精度识别,用改进后的YOLOv3(you only look once)进行无人机影像的人脸检测,将得到的预测框对齐后输入到经典的Facenet人脸识别网络中进行目标身份的判定。实验对比了改进后的YOLOv3、原始YOLOv3和MTCNN(multi-task convolutional neural network)的检测效果以及结合Facenet进行人脸识别的效果。结果表明:1)改进后的YOLOv3相对于原始YOLOv3不仅精度和召回率得到提升,而且模型参数量有所减少,无人机影像的漏检和错检现象也轻于原始YOLOv3;此外,改进后的YOLOv3相对MTCNN的AP(average precision)提升9.49%,检测速度也约是MTCNN的3倍;2)改进后的YOLOv3+Facenet相对于原始YOLOv3+Facenet及MTCNN+Facenet对人脸的区分能力更强,精度更高,对遮挡以及模糊的鲁棒性也更强。
基于改进布谷鸟搜索的卫星成像规划方法
李小牧, 田妙苗, 马广彬, 林友明, 程博
2023, 40 (1): 101-108.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0014
摘要 ( 144 ) HTML ( ) PDF (1321KB) ( 48 )
针对多卫星区域目标的成像规划问题,提出一种基于改进布谷鸟搜索的卫星成像规划方法。为最大限度地利用卫星资源,首先基于卫星的单次过境活动将区域目标按条带分解,然后考虑卫星姿态约束、传感器使用约束、过境时间约束、成像时云量及光照约束等,建立约束满足模型,针对模型设计编码和更新策略,并在布谷鸟搜索算法中引入非线性惯性权重对其进行改进,最后采用改进的布谷鸟搜索算法求解约束满足模型。求解结果表明,与遗传算法相比,本文算法的收敛性好、目标完成率高且稳定性强,验证了该算法的有效性。
基于GAN序列的卫星数据接收系统故障定位
王正晟, 李亚林, 张洪群
2023, 40 (1): 109-118.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0009
摘要 ( 164 ) HTML ( ) PDF (1455KB) ( 75 )
现有的卫星数据接收系统故障定位方法受困于专家知识的难以获取。提出一种基于生成对抗网络(GAN)序列的故障定位方法GANseq。利用故障传播特性,将接收系统分解为M个信号处理单元(SPU),形成一个按照信号处理顺序排列的SPU序列;将故障定位问题转化为有序排列的M个异常检测子问题,其中第m个子问题为对前m个SPU的联合状态的异常检测;然后针对每个子问题采用基于GAN的状态参数检测模型,进而形成GAN序列;综合分析该序列在所有子问题上的检测结果以定位故障SPU。利用实际接收系统进行的实验证明所提出的GANseq不仅从数据驱动的角度完成了故障定位,而且在总体上降低了虚警率,并提高了定位精度。
面向输变电场景的基于SSA的WSN分簇路由算法
刘天凯, 刘洪, 郑敏, 谭冲
2023, 40 (1): 119-127.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0024
摘要 ( 107 ) HTML ( ) PDF (1124KB) ( 52 )
针对部分输变电场景传感器众多、不具有组网能力的特点,提出采用计算能力高的中继节点收集传感器信息,并对中继节点进行组网的解决方案。根据方案,提出一种轮换中继节点网络的根节点-无线网关节点的分簇路由算法(LEACH-WGR-SSA),并且引入麻雀搜索智能算法(SSA),对节点网络中的簇首选举进行优化,并加入Levy飞行策略避免算法陷入局部最优。对于无线网关节点和网络簇首的选举均考虑了节点剩余能量、邻接节点的个数和位置信息。仿真实验表明,在50%节点死亡时,LEACH-WGR-SSA的网络生存轮数相较于LEACH、LEACH-WGR、LEACH-WGR-PSO分别延长121.6%、64.1%、6.5%,均衡了能耗,延长了网络生存周期,并有效地提高了寻优精度。
简报
基于奇异值分解的压缩感知GNSS信号捕获算法
邓乐乐, 周方明, 赵璐璐, 梁广, 余金培
2023, 40 (1): 128-134.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0031
摘要 ( 133 ) HTML ( ) PDF (4851KB) ( 41 )
信号捕获是全球导航卫星系统(GNSS)信号接收的关键步骤,其搜索过程运算量较大。压缩感知可以减少捕获的运算量,但对捕获性能有一定影响。为提高压缩感捕获算法的性能,在GNSS信号稀疏性的基础上,构造基于奇异值分解的高斯测量矩阵,该测量矩阵比传统高斯测量矩阵具有更好的非相关性和重构性能,利用该矩阵进行基于压缩感知的捕获算法仿真。仿真结果表明,与传统高斯压缩感知捕获算法对比,改进算法在较低信噪比情况下捕获概率有明显提升。
基于相空间重构方法的三维MIMO无线信道预测
冯馨玉, 李凯, 任天锋, 李汉辉, 杨旸, 周明拓
2023, 40 (1): 135-143.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0032
摘要 ( 66 ) HTML ( ) PDF (2620KB) ( 20 )
第五代(5G)无线通信网络采用的大规模多输入多输出(MIMO)技术需要大量空口资源估计和反馈MIMO信道。除优化导频、估计和反馈设计外,对信道衰落的预测也是节约空口资源的有效途径。运用相空间重构方法研究三维信道模型相关的相空间重构参数,提出一种基于经验知识的小样本在线学习方法,对MIMO信道系数和信道容量进行预测。研究发现无线信道数据具有混沌性,相空间延迟时间和嵌入维数服从一定分布,因此可以作为实时预测的先验参数进行设定。实验结果表明,该方法预测效率比传统ARMA方法提升6倍左右,信道容量的平均误差最小为5.91%。最后,采用某市区的实测数据验证相空间重构方法的有效性,信道容量的预测平均误差最小为0.91%。