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1. 三维点云去噪技术
肖俊, 石光田
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 577-595.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.038
摘要2113)      PDF(pc) (14314KB)(1919)    收藏
调研点云去噪的相关研究工作,根据相关算法的实现原理将其划分为基于优化思想的传统算法和基于深度学习思想的去噪算法,论述每类算法的研究进展,并对代表性算法进行详细分析,结合数据集、评估指标、实验结果等对其进行深入比较,在此基础上讨论当前点云去噪技术面临的问题和可能的发展方向及趋势。
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2. 学习路径规划方法
罗中凯, 张立波
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 11-27.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.061
摘要765)      PDF(pc) (2927KB)(904)    收藏
旨在通过对学习路径规划研究现状的分析,为未来学习路径规划领域相关研究的发展提供借鉴。具体而言,首先介绍学习路径规划的定义以及学习路径规划方法中常用参数;然后按照使用算法的类别的不同,对学习路径规划算法进行详细分类,总结各类学习路径规划方法的优缺点;接着,对学习路径规划方法使用的数据集与评估方法进行介绍;最后,总结学习路径规划方法面临的挑战并对其未来发展趋势进行预测。
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3. Actor-critic框架下的二次指派问题求解方法
李雪源, 韩丛英
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 275-284.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.031
摘要518)      PDF(pc) (4937KB)(670)    收藏
二次指派问题(QAP)属于NP-hard组合优化问题,在现实生活中有着广泛应用。目前相对成熟的启发式算法通常以问题为导向来设计定制化算法,缺乏迁移泛化能力。为提供一个统一的QAP求解策略,将QAP问题的流量矩阵及距离矩阵抽象成两个无向完全图并构造相应的关联图,从而将设施和地点的指派任务转化为关联图上的节点选择任务,基于actor-critic框架,提出一种全新的求解算法ACQAP。首先,利用多头注意力机制构造策略网络,处理来自图卷积神经网络的节点表征向量;然后,通过actor-critic算法预测每个节点被作为最优节点输出的概率;最后,依据该概率在可行时间内输出满足目标奖励函数的动作决策序列。该算法摆脱人工设计,且适用于不同规模的输入,更加灵活可靠。实验结果表明,在QAPLIB实例上,本算法在精度媲美传统启发式算法的前提下,迁移泛化能力更强;同时相对于NGM等基于学习的算法,求解的指派费用与最优解之间的偏差最小,且在大部分实例中,偏差均小于20%。
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4. 右江盆地构造演化与卡林型金矿成矿作用
冯宏业, 琚宜文, 朱洪建, 余坤, 乔鹏, 琚丽婷, 肖蕾
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 614-636.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0084
摘要434)      PDF(pc) (20326KB)(448)    收藏
右江盆地(又称南盘江盆地)经历了古生代-早中生代原型盆地-叠合盆地的复杂构造演化,最终表现为残留盆地。根据大地构造背景、沉积系列组合和岩浆岩发育情况,加里东运动之后右江盆地演化过程分为6个阶段:陆内伸展盆地(早期裂谷)演化阶段(D21-D12)、大洋伸展盆地(裂陷洋盆)演化阶段(D2-T1)、洋盆消亡及前陆挠曲盆地演化阶段(T21-T13)、褶皱造山及碰撞后伸展阶段(T13-J1)、NW向陆内挤压造山阶段(J2-K21)和局部伸展阶段(K31-E)。盆地内产出中国重要的卡林型金矿,矿体多赋存于冲断-褶皱带中。这些金矿具有多期成矿特征,大规模成矿主要开始于挤压背景,并持续至造山后伸展阶段,其中集中成矿期有2个。第1期形成于挤压碰撞相关的前陆挠曲盆地演化阶段-碰撞后伸展阶段(235~193 Ma,盆地中南部卡林型金矿),该期成矿受扬子板块和印支板块碰撞造山与古太平洋板块向欧亚板块的俯冲叠加诱发的岩浆熔融作用及其相关热液活动或变质热液控制。第2期为NW向陆内挤压造山-局部伸展阶段(148~103 Ma,整个右江盆地卡林型金矿),该期成矿主要受NW向挤压造山对先存构造叠加改造过程中的岩浆-热液活动影响。早三叠世前伸展背景下岩浆-热液活动对金具有初次富集作用,早白垩世晚期后岩浆-热液活动对金成矿具有叠加改造作用。成矿流体具有混合来源特征,盆地中南部卡林型金矿成矿热液以变质热液为主,盆地中部多为混合来源热液,盆地北部则主要为岩浆热液。通过对比分析,认为不同测年方法获得的年龄可在一定程度上代表成矿年龄,建议利用多种方法联合应用限制卡林型金矿的成矿时代。
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5. 我国昼夜非对称性增温时空变化特征及影响因素
何昶, 邓建明, 陈爽
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 596-604.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.042
摘要497)      PDF(pc) (4950KB)(377)    收藏
近几十年来,全球变暖的一个主要特征是昼夜增温呈现非对称性,即夜间增温速率大于白天增温速率,但该现象还未引起广泛关注。为了解我国昼夜气温日温差的时空变化特征及影响因素,搜集我国838个气象站点历史观测数据,运用趋势检验等方法,对1952-2018年间气温日温差(DTR)进行分析。结果表明:空间上,全国年平均DTR最高的地区分布在西北和西南地区,其次是东北和华北地区,最低为华中、华东和华南地区;季节上,一年中月平均DTR总体呈多峰分布,其中春季、秋季各有1个波峰,夏季有1个低谷;长期来看,1952-2018年期间年平均DTR呈下降趋势(τ=-0.396;p<0.01)。DTR的长期变化与蒸发量、日照时数、纬度和海拔呈正相关,与风速、降水量、相对湿度、站点气压、总云量和经度呈负相关。
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6. 发达国家(地区)污染场地修复现状及对中国的启示
赵丹, 於方, 廖晓勇, 王膑, 孙倩, 陶欢, 吴畏达, 周游
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 441-452.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.014
摘要319)      PDF(pc) (5352KB)(364)    收藏
综述美国、加拿大、英国、荷兰、日本等发达国家和中国台湾地区在污染场地修复方面的进展,包括立法、重点关注污染物、修复技术、修复资金来源和修复效果评估等。并将其与中国国情进行对比分析,以期为中国探索新时代土壤污染防治路径提供参考。结果表明,近年来,中国虽针对土壤污染防治进行了专门立法,污染地块的底数有望在详查后初步摸清,与发达国家和地区的差距显著缩小,但历史遗留地块修复仍存在政府兜底、粗放型技术占主导、效果评估周期长等现实问题。未来中国应以《土壤污染防治法》的贯彻落实为契机,结合土壤污染责任人认定和生态环境损害赔偿制度改革相关要求,通过责任追究、成效评估、损害赔偿等制度的落实,妥善解决修复资金难题,严格管控历史遗留污染风险,有效防控新增污染,构建污染地块风险管控和修复长效管理机制,实现环境、经济和社会效益的最大化。
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7. 基于洪泛约束的移动自组网多径路由协议
王筱翔, 汪明亮, 徐慧慧, 覃荣华
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 710-719.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.004
摘要338)      PDF(pc) (4736KB)(335)    收藏
移动自组网因其网络能够动态重组而广泛应用于紧急救援等场景之中,但其拓扑结构的动态特性导致路由容易断裂,而路由重建将占用较多网络资源。针对该问题提出一种新的基于洪泛约束和多函数度量的多路径路由协议FLMP,利用基于节点移动性的洪泛约束机制,结合局部最优和全局最优思想构建路由,并利用多个路由度量函数选出最优主路由和备份路由用于数据传输。仿真结果表明,FLMP路由协议可以保证数据可靠传输,有效减少路由断裂次数,同时明显地降低路由控制开销。
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8. 构造活动与地表作用耦合下的河流演化过程及动力学机制——以青海湖和倒淌河为例
苗宇, 张怀, 石耀霖
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 212-221.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.056
摘要268)      PDF(pc) (13615KB)(331)    收藏
新生代以来,青海湖在河流侵蚀与构造活动耦合下由外流湖泊转化为内流湖泊,但其动力学成因一直悬而未决。倒淌河作为青海湖由外流转换为内流的关键通道,其动力学演化历史记录着这一重要的构造与地貌转变地质事件。基于最新开发的地貌演化有限体积法数值计算程序,模拟山脉隆升与河流下切共同作用下的河流倒淌形成与演化过程,定量分析隆升速率和河流下切系数对不同的流域演化模式的影响,探讨倒淌河演化的动力学机制,为认识倒淌河流域形成过程与青海湖形成成因提供支撑。结果表明,倒淌河流域的水系重组和倒淌河流向的转变主要受到由日月山断层活化引起的山脉快速隆升与河流下切影响;日月山隆升速率是影响倒淌河流域能否发生水系重组的控制因素;当河流被隆升的山脉阻挡而倒淌时,河流下切系数是控制流域重组速率的因素。
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9. 利用有限元热应力计算方法对热事件月震成因的探讨
张君策, 胡才博, 石耀霖
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 50-64.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.045
摘要358)      PDF(pc) (14838KB)(326)    收藏
在前人工作的基础上,考虑月表向内吸收的太阳光照热量和向外释放的月球热辐射热量,以及与温度、深度相关的月壤热力学参数的非线性,开发了适合研究月壤温度、变形和热应力时空演化的热弹性耦合有限元并行程序,利用4组有限元模型研究不同的月壤特征厚度对月表温度、变形和热应力时空演化的影响。计算结果表明,月表月壤温度呈现1个月球日(29.5个地球日)的周期性变化,赤道月表的温度在100~385 K之间变化,变化幅度随深度增加指数衰减,影响深度约达50 cm。温度的周期性变化引起月表垂直位移也呈现上升和下降的周期性变化,以及月表水平正应力的挤压和拉张的周期性变化。总体而言,水平应力白昼是挤压,夜晚是拉张,其中拉应力增长速率最快的时刻是18:00,拉应力最大的时刻是06:00。月壤特征厚度对温度、水平正应力的时空分布的影响较大。热应力的量级有可能达到月表岩土抗张强度,张应力增长最快和幅值最大时段与观测到的月球浅表热事件发生的早晚频度较高相吻合。
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10. 基于IDDES方法的受限撞击流反应器流动及混合特性
金琳娜, 曹玉会
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 165-175.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.050
摘要202)      PDF(pc) (11560KB)(324)    收藏
采用基于SSTk-ω模型的IDDES方法对 CIJR内部的流动及混合过程进行数值模拟研究,较完整地识别了流场不同区域的大尺度涡结构,探讨了涡结构的生成和演化机制。讨论涡结构对相平均温度场和热通量场的影响,揭示了混合机理。研究结果表明:2股射流向圆顶区的交替偏转导致动量不相等,射流剪切层的自持振荡伴随涡旋的周期性运动,因此驻点出现周期性偏移现象。下游发展区K-H不稳定性的发展卷起大尺度展向涡。撞击区的流向涡对混合的促进作用局限在腔室轴线附近,下游发展区的展向涡能够激发大规模的热量输运,从而有效强化混合。
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11. 一种面向PUF的模糊提取器设计与实现
宋敏特, 侯凯, 茹占强, 王争光, 宋贺伦
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 127-135.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.054
摘要353)      PDF(pc) (7892KB)(318)    收藏
基于SRAM等方案实现的物理不可克隆函数(PUF)易于受电压变化、热噪声等环境因素影响,存在可复现性较差的内在缺点,因此极大限制了其在密码和通信等领域的应用。借助BCH码的精确纠错译码特性,设计了一种具有大纠错容量的模糊提取器,用于实现SRAM原始数据的重建。搭载本设计的SRAM PUF芯片在华虹宏力0.11 μm CMOS平台制造,模糊提取器部分消耗面积为306 267 μm2,搭载的本源BCH码具有127 bit的码长和27 bit的纠错能力,满足PUF的实际应用需求。
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12. 面向Ad-Hoc协作的局部观测重建方法
陈皓, 杨立昆, 尹奇跃, 黄凯奇
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 117-126.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.028
摘要374)      PDF(pc) (9211KB)(313)    收藏
在多智能体强化学习的研究中,如何进行Ad-Hoc协作,也就是说如何适应种类和数量变化的队友,是一个关键问题。现有方法或者有很强的先验知识假设,或者使用硬编码的规则进行合作,缺乏通用性,无法泛化到更一般的Ad-Hoc协作场景。为解决该问题,提出一种面向Ad-Hoc协作的局部观测重建算法,利用注意力机制和采样网络对局部观测进行重建,使得算法认识到并充分利用不同局面中的高维状态表征,实现了在Ad-Hoc协作场景下的零样本泛化。在星际争霸微操环境和Ad-Hoc协作场景上与代表性算法的性能进行对比与分析,验证了算法的有效性。
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13. 基于体素网格划分的二维DDA接触粗检测优化算法
程晓龙, 程章焱, 肖俊, 张龙, 王颖
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 540-546.   DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0071
摘要128)      PDF(pc) (1705KB)(311)    收藏
接触检测在非连续变形分析方法计算流程中耗时占比最高。提出一种高效的基于体素网格划分的接触粗检测算法。该算法将符合特定条件的复杂块体剖到网格中,有效减少预检测获得的块体对数。本文的算法已整合到非连续变形分析程序中,经过经典算例测试,该算法相比现有算法优势明显。
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14. 遥感影像区域覆盖数据集筛选方法
闫雪静, 刘巍, 刘士彬, 段建波, 夏玮
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 523-530.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.006
摘要381)      PDF(pc) (6362KB)(305)    收藏
随着遥感卫星技术的发展,遥感数据的时空分辨率不断提升,呈现出大数据、海量化的趋势,为遥感数据的筛选工作带来了挑战。传统的遥感数据检索往往出现查询结果数据量大、重叠度高的问题,需要人工进一步挑选数据,效率低且准确度不高,因此如何从大量遥感影像中快速准确地找到所需数据是目前亟需解决的问题。采用区域覆盖数据集筛选算法,利用影像的有效范围将目标区域分割成互不重叠的碎块,根据影像包含的碎块数量、成像时间和云量等参数建立归一化数学计算模型,得到一个综合代价,根据代价的大小筛选出最优影像组合,将目标区域完全覆盖。通过Landsat8数据证实了方法的有效性,并通过并行计算提升了筛选效率。
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15. 基于多层次深度模型的社交网络核心谣言传播节点识别
李元, 张栖, 朱建明, 焦建彬
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 136-144.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.057
摘要377)      PDF(pc) (3614KB)(303)    收藏
鉴于在线社交网络谣言控制的时效性与及时性,提出一种基于多维特征的两阶段图卷积网络(MSF-GCN)学习模型。该模型试图在尽早的时间实现精准定位核心谣言传播节点,从源头上阻断谣言扩散。通过将MSF-GCN方法与其他基准方法在谣言数据集上进行比对,实验结果验证了MSF-GCN学习模型更加有效。
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16. 基于EEMD-Prophet-LSTM的滑坡位移预测
王震豪, 聂闻, 许汉华, 简文彬
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 514-522.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.002
摘要382)      PDF(pc) (10558KB)(297)    收藏
对于阶跃型滑坡位移这一非稳态自然过程,提出一种结合集合经验模态分解法(EEMD)、Prophet和长短时记忆网络(LSTM)的滑坡位移预测方法。以白水河滑坡位移数据为例,采用EEMD将位移时间序列分解为若干个本征模态函数(IMF)和残差(RES),将包含周期因素、随机因素的IMF叠加视为波动项,RES视为趋势项。分别采用Prophet和LSTM预测趋势项与波动项,两项预测结果叠加得到滑坡位移预测值。结果表明:该方法对于少量数据的白水河滑坡位移预测拟合度(R2)达到0.98以上,优于支持向量机、人工神经网络等传统机器学习方法。且此方法对八字门滑坡各监测点的预测精度R2同样在0.96以上,证明了此方法的有效性。
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17. 基于CA-Markov模型的重庆西部新城城市扩张时空演化模拟与生态响应
王柯文, 秦见, 马海涛
中国科学院大学学报    2023, 40 (4): 496-505.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.008
摘要285)      PDF(pc) (8731KB)(294)    收藏
以重庆西部新城作为研究区域,分别运用Markov和CA-Markov模型进行城市扩张模拟对比,验证CA-Markov模型的先进性,并利用CA-Markov模型预测2030年西部新城的城市扩张格局,模拟分析2007—2030年城市扩张的时空演化特征和生态响应表征。结果表明:1)与Markov模型相比,CA-Markov模型具有更高的面积模拟能力且弥补了前者无空间格局模拟能力的缺陷,Kappa系数高达82.97%。2)2007—2018年西部新城扩张面积、速率和强度分别为1 568.78 hm2、5.74%和1.20%,预测2018—2030年扩张面积、速率和强度分别为71.62 hm2、0.15%和0.05%,表明西部新城城市建设将从快速发展阶段转向扩张饱和阶段。3)西部新城城市扩张空间差异显著,建设用地由西部集聚逐步扩张至西、北、东部,共同构成“n”字型区域,且由外延式扩张转变为内充式扩张。4)西部新城生态保护与城市扩张经历了“共同推进—相互对抗—趋于稳定”的演变过程,且未来部分区域的生态用地范围有扩大趋势,一定程度上规避了城市盲目扩张,城市建设发展与生态保护将实现较好平衡,而政策对其生态响应可能存在重要的引导作用。
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18. 基于分层模糊聚类和小波卷积神经网络的SAR图像变化检测算法
张萌, 潘志刚
中国科学院大学学报    2023, 40 (5): 637-646.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.013
摘要361)      PDF(pc) (7162KB)(293)    收藏
传统的合成孔径雷达(SAR)图像变化检测方法存在受散斑噪声影响大、图像深层信息难以利用、检测精度低等问题。针对以上问题,提出一种基于卷积神经网络和模糊聚类的SAR幅度图像变化检测算法。首先通过基于Gabor纹理的FLICM算法对差异图进行预分类,基于预分类结果自动选取可靠的训练样本,无需人工进行样本标注;引入多尺度通道注意力机制,并采用MSCA_WCNN完成二次分类,最终得到变化检测结果。本文算法在提取SAR图像不同尺度特征的同时能够对无关特征通道进行抑制,从而有效利用图像特征;小波卷积神经网络在保留图像有用信息的同时实现了去噪功能,增强了算法的鲁棒性。采用真实的星载SAR图像数据进行对比实验,实验结果表明,本文算法具有较高的检测精度,验证了算法的有效性。
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19. 三维黏弹性模型在月球冷却产生的热应力计算中的应用
金一民, 陶莎, 石耀霖
中国科学院大学学报    2024, 41 (1): 1-10.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.059
摘要361)      PDF(pc) (8323KB)(291)    收藏
月球冷却过程中积累的热应力是影响月球内部力学环境的重要因素之一。使用三维黏弹性有限元模型计算月球热应力的积累过程,并通过对比实验分析黏性参数对热应力大小的影响。计算结果表明月幔深部和浅部的热应力状态存在截然的分界。浅部热应力以切向挤压为主,挤压应力最大值出现在月壳底部;深部径向和切向正应力的大小主要受浅部径向正应力的控制,径向和切向热应力均为拉张,但由于黏性松弛差应力的积累和松弛动态平衡,而处于接近“静水压”状态。假设月球岩石圈的黏度大于1028 Pa·s,则现今月壳和浅部月幔水平挤压热应力可以达到数百MPa,而月幔深部的拉张热应力可达到数十~100 MPa。因此,震源深度较浅的浅源月震可以用热应力来解释。而深源月震成因仍是一个困难的问题,推测深部月幔的拉张热应力为孔隙结构的发育提供了条件,而月幔底部的熔融层提供了高压孔隙流体,从而降低了深部月幔介质的破裂强度。
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20. 基于风机式激光测风雷达的风机功率特性曲线测试方法
梁志, 师宇, 张哲, 胡非
中国科学院大学学报    2024, 41 (2): 257-267.   DOI: 10.7523/j.ucas.2022.036
摘要302)      PDF(pc) (11445KB)(286)    收藏
通过风机式激光测风雷达(NML)测试风机功率特性曲线(PPM),对比分析风机式NML和测风塔的结果差异,评估两种方法在发电量计算中的不确定性。结果表明,风机式NML与测风塔的风速测量一致,相关系数可达0.994,拟合的斜率和截距分别为0.979和0.084;风机式NML的测试数据在功率特性曲线的散点分布图中更集中;发电量评估结果表明,NML比测风塔高估发电量1.73%。不同风向扇区的研究结果表明,测风塔在不同风向下处于风机的不同方位,NML随风机机舱的偏航始终测量风机正前方风速,与风向保持一致,因此散点更为集中。风机式NML对PPM测试的不确定度更低,对风机叶轮上平均风速更具有代表性,具有一定的研究意义与实际应用价值。
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