中国科学院大学学报

李明强, 郭田德, 韩丛英

2018, 35 (3): 289-296. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.001

近些年来，众多学者提出基于新步长选择策略的加速梯度投影算法求解大规模优化问题。本文针对线性约束二次规划问题提出两种基于新步长的梯度投影算法。一种是基于采用自适应线搜索和Barzilai-Borwein步长的非单调投影算法。另一种是基于Yuan步长的单调投影算法。在较弱的假设条件下，给出这两种算法的全局收敛性。数值实验表明新算法比传统的梯度投影算法求解效率更高。

二维过渡金属卤族化合物三氯化锆的半金属性

黄强, 黄易珍, 郑庆荣, 苏刚

2018, 35 (3): 297-301. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.002

摘要 ( 451 ) HTML ( ) PDF (1098KB) ( 936 )

近年来，新的二维材料不断被发现和合成，探索新型二维材料成为研究热点。采用第一性原理计算对不同二维材料进行筛选，发现二维三氯化锆（ZrCl₃）具有半金属性质。系统研究二维三氯化锆的几何结构、电子结构和磁结构等性质，通过声子谱计算，发现其结构是动力学稳定的；通过电子结构计算，发现费米能级附近只存在自旋向上的电子态密度，显示二维三氯化锆具有半金属特性。通过比较其铁磁态和反铁磁态的能量，发现铁磁基态能量更低，每个金属Zr原子具有1个玻尔磁子的磁矩。估算出磁交换常数J=7.58 meV。结合蒙特卡洛模拟，估计出该体系的居里温度约为130 K。

铒单离子磁体(C₁₈H₂₃Er)器件的自旋极化输运

周洁, 王正川

2018, 35 (3): 302-307. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.003

摘要 ( 335 ) HTML ( ) PDF (1925KB) ( 585 )

研究单分子磁体的自旋极化输运性质。搭建由扫描隧道显微镜钴针尖、铒单离子磁体以及金（111）衬底所构成的分子器件模型。在小偏压下，计算铒单离子磁体在正立和倒立2种构型下的自旋极化电流曲线，发现此单分子磁体器件的隧穿磁电阻最高达120%，自旋过滤效率在70%~100%。对比2种构型下的整流比，发现倒立构型有较大的整流比。通过分析体系的透射谱、分子投影哈密顿量、器件投影态密度等，对上述物理效应的根源进行解释。

掺钾对镁铝复合氧化物四效催化性能的影响

张君伍, 杨丽, 张玉秀, 舒新前, 邓增社

2018, 35 (3): 308-313. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.004

摘要 ( 289 ) HTML ( ) PDF (1922KB) ( 557 )

采用共沉淀法和浸渍法合成掺杂钾的镁铝水滑石氧化物（K-MgAlO）催化剂，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FT-IR）对其进行分析表征，并在固定床反应器上通过程序升温试验对模拟柴油车尾气中污染物转化的催化性能进行研究。结果表明，当K掺杂量为7%时，K以高度分散的颗粒散布于MgAlO表面；在K-MgAlO的作用下NO、CO和C₃H₆的转化率达到80%时其对应的温度分别为343、335和298℃，碳烟的起燃温度从380℃降低到253℃。因此，掺杂钾的MgAlO催化剂的催化性能优于MgAlO催化剂，具有良好的四效催化效果。

衬底表面选择性对胶束排空吸引效应的调控

周婧郁, 张兴华, 苗兵

2018, 35 (3): 314-319. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.005

摘要 ( 315 ) HTML ( ) PDF (1664KB) ( 652 )

采用自洽场理论研究球状胶束和平面衬底间由高分子溶剂诱导的排空效应。这一体系中由二嵌段共聚物形成胶束，而均聚物作为溶剂起到排空效应引发剂作用，当球形胶束接近平面衬底时排空效应将使胶束吸附于衬底表面附近。提出通过改变衬底表面的吸引相互作用调控衬底和本体间的界面结构，从而实现对排空效应的调控。

生物气溶胶及其气候效应

魏文斐, 刘立超, 陈彬, 檀赛春, 石广玉, 谢敏

2018, 35 (3): 320-326. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.006

摘要 ( 474 ) HTML ( ) PDF (1430KB) ( 1248 )

介绍国内外生物气溶胶研究的动态和历史，总结生物气溶胶直接和间接的气候效应，重点讨论生物气溶胶充当冰核和云凝结核对云与降水的影响。建议增加模式模拟研究、提高观测技术和分析手段。

基于Radarsat-2全极化数据的张掖地区土壤水分的反演

王睿馨, 宋小宁, 马建威, 孙川

2018, 35 (3): 327-335. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.007

摘要 ( 255 ) HTML ( ) PDF (2443KB) ( 733 )

土壤水分是水文、农业、生态等众多研究领域中的重要参数。基于已建立的简化土壤水分反演模型，结合全极化雷达数据的特征，消除简化模型中的粗糙度参数，以提高反演的精度。通过简化经验模型分析，结果显示VV/HH、VV/VH和HH/HV极化组合均能够较好地模拟裸土区土壤水分，其中VV/VH极化组合模拟结果最好。利用Radarsat-2数据反演黑河中游裸土区和植被区的土壤水分，并利用实测数据对结果进行验证。结果表明：VV/VH极化组合反演结果与实测结果吻合度较好，裸土区和植被区土壤水分反演RMSE分别为0.006和0.017 cm³·cm^-3，说明VV/VH极化组合能够较好地反演裸土区域土壤水分。这为快速准确获取区域土壤水分反演奠定了基础。

基于投入产出模型的北京市生产性服务业与制造业互动关系

王红杰, 鲍超, 郭嘉颖

2018, 35 (3): 336-344. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.008

摘要 ( 295 ) HTML ( ) PDF (2925KB) ( 691 )

运用投入产出模型，以北京市为例，分析生产性服务业和制造业互动的一般规律。结果表明：1）北京市2002—2012年制造业对交通运输的中间需求降低，对科研信息服务业的中间需求升高；2）生产性服务业对制造业的中间投入40%以上集中在技术密集型产业，而不同类型的生产性服务业的中间投入各有侧重；3）制造业的前后向关联效应均较强但呈下降趋势，而生产性服务业主要表现为前向效应。为促进生产性服务业和制造业的融合，应继续完善交通运输及仓储业；大力推动科学研究与综合技术服务业、信息传输、计算机服务和软件业，积极推广科研技术生产性服务；持续提高对技术密集型制造业的中间投入。

东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性

王林峰, 张平宇, 李鹤, 刘世薇

2018, 35 (3): 345-352. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.009

摘要 ( 322 ) HTML ( ) PDF (2852KB) ( 642 )

脆弱性理论与方法已成为研究复杂社会生态系统可持续发展的有力工具。通过构建脆弱性评价指标体系，研究振兴东北战略实施以来东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性时空演变特征。结果如下。1）东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性总体呈下降趋势，平均脆弱性得分由2005年的1.343下降到2015年的1.197；适应能力的提高是地区脆弱性降低的主要原因。2）脆弱性水平呈"西南高、东北低"、"北部稳定、中南部下降"的时空分异特征。3）低应对能力是地区脆弱性的主要特征，而各脆弱类型呈差异化分布态势。在当前东北地区粮食结构调整背景下，针对不同地区的脆弱性特征，实施差异化的应对策略是保证地区可持续发展的有效途径。

基于点圆理论的2D/3D点包含高效判定

魏延生, 张树清, 李华朋, 丁小辉, 刘照

2018, 35 (3): 353-361. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.010

摘要 ( 302 ) HTML ( ) PDF (2156KB) ( 765 )

针对2D/3D点包含判定方法的复杂和低效问题，提出基于点圆理论的方法：分类描述奇异情形在点圆中的投影、叠加特征及判定方法，将3D点包含测试转换为与2D点包含测试一致的算法（除子平面方程系数计算外）。筛选和累加与射线相交的射线以上或以下的线段，据此奇偶性判定3D或2D点包含；解析2D射线与多边形相交连续线段内节点的几何特征，即y坐标要么都大于、要么都小于测试点，构建高效2D点包含增量筛选射线法。实验结果表明所建2D/3D点包含方法高效、稳定，可用于处理任意奇异性，适合于任意多面体（流形、非流形、表面为平面或曲面等）或多边形。

松花江(吉林省段)流域经济系统稳定性演变态势

孙永胜, 佟连军

2018, 35 (3): 362-369. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.011

摘要 ( 229 ) HTML ( ) PDF (2343KB) ( 404 )

基于对稳定性的认识和理解，以压力、敏感性和响应等稳定性要素构建流域经济系统稳定性评价指标体系和评价模型，对松花江（吉林省段）流域经济系统稳定性演变特征进行分析。结果如下。1）从压力得分来看，松花江（吉林省段）流域经济系统压力具有显著的空间分异特征。2）从敏感性得分来看，流域内吉林市、松原市和白城市自身经济系统内部结构和功能不尽合理，一定程度说明松花江（吉林省段）流域的经济结构合理性较差。3）从响应得分来看，松花江（吉林省段）流域经济系统响应总体呈现出由流域自上而下依次降低的特征。4）从稳定性得分来看，松花江（吉林省段）流域经济系统稳定性具有明显的中心-外围特征，并且区域间差异程度不断扩大，尤其是长春市和白城市之间。今后经济发展过程不仅要巩固流域核心城市的优势地位，更要加快流域边缘城市的发展，注重经济发展的质量和效率，避免差距进一步扩大。

新疆不同气候区的气温和降水变化及其对地表水资源的影响

李佳秀, 陈亚宁, 刘志辉

2018, 35 (3): 370-381. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.012

摘要 ( 386 ) HTML ( ) PDF (4283KB) ( 1003 )

运用Mann-Kendall趋势检验法、典型相关分析法和逐步回归分析法研究新疆不同气候区气温和降水的时空变化特征及其对地表水资源的影响。结果如下。1）近50多年来，新疆气温和降水分别以0.32℃/10 a和8 mm/10 a的倾向率增加，气温增加趋势更显著，且以最低温增温幅度最大。2）气温和降水在1987年发生显著突变，突变后气温的增长幅度更大，而降水由突变前的弱下降趋势变为突变后的弱上升趋势。3）气温和降水的增长率自北向南逐渐减小，北疆暖湿变化明显。4）阿尔泰山南坡区和天山北坡区的地表水资源主要由水文年降水变化主导，而天山南坡区和昆仑山北麓区的地表水资源主要由5—9月气温变化主导。

乌昌地区医疗卫生资源失配度时空演化特征

程兰花, 杨德刚

2018, 35 (3): 382-390. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.013

摘要 ( 234 ) HTML ( ) PDF (2382KB) ( 537 )

为有效整合利用乌昌地区医疗卫生资源，促进"乌昌一体化"深层次发展，从失配的角度，引入对医疗卫生资源失配度的认识，并将生态学中的健康距离模型应用到医疗卫生资源研究中。以新疆乌昌地区为研究区域，分析2005—2014年乌昌地区8个县市医疗卫生资源失配度时空演化特征及造成失配的作用机制。研究发现：2005—2014年乌昌地区医疗卫生资源失配度时序演化整体呈下降趋势且具有明显的阶段性特征，可以分为高度失配主导（2005—2006）、失配度平稳下降（2007—2009）、失配度波动下降（2010—2014）3个阶段，失配度区域差异呈扩大趋势；空间格局演化具有明显的方向性和结构性特征，整体由高度失配向适配方向发展，空间结构由"V "字形向" M"字形演化；地方经济社会发展基础（内部因素）、地方财政支出和行政能力（直接因素）和国家医疗卫生政策及宏观的区域发展战略（外部因素）相互影响，共同推动乌昌地区医疗卫生资源失配度时空演化。

一种基于视觉特性和灰度补偿改进的LDR图像增强方法

何保畅, 耿修瑞, 胡文龙

2018, 35 (3): 391-401. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.014

摘要 ( 336 ) HTML ( ) PDF (4237KB) ( 753 )

针对传统空域增强算法的不足，LDR （layered difference representation）算法构造一种二维直方图，该直方图包含像素间上下文信息。基于此，提出一种基于LDR的改进算法。该算法将视觉特性引入直方图，构造二维视觉差异直方图，再利用该直方图和LDR进行初步增强。最后采用灰度补偿方法改善过增强现象。实验结果显示该算法可产生更好的视觉效果，并适当提高整体亮度和对比度，消除人工伪影，且无需调整参数，满足实时处理的要求。

一种免除二值化的视频叠加中文字符识别方法

田洁, 王伟强, 孙翼

2018, 35 (3): 402-408. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.015

摘要 ( 292 ) HTML ( ) PDF (2505KB) ( 848 )

提出一种新的用于识别视频中字幕文字的方法。鉴于视频中文字的大小、颜色、渲染风格和分辨率的不同，以及视频中各种复杂背景的影响，识别视频中的叠加文字是一个尚未解决的问题。目前，大多数视频叠加文字识别方法都基于视频文字的二值化和传统OCR引擎的结合。然而，二值化过程容易引入噪声和文字笔划信息的丢失。另外，传统OCR技术主要专注于高分辨率的扫描打印文档，这些文档具有背景单一、噪声少和笔划信息较完整的特点。因此，传统OCR引擎用于识别叠加文字二值化后的结果可能不够鲁棒。为解决这个问题，直接从未二值化的叠加视频文字图像中提取Gabor特征用于训练二层字符识别器。实验结果表明，本文提出的方法在多字体视频叠加中文文字识别上有良好的效果。

一种自动化的Android应用定向行为测试方法

叶延玲, 傅晓彤, 张玉清, 乐洪舟

2018, 35 (3): 409-416. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.016

摘要 ( 259 ) HTML ( ) PDF (2446KB) ( 624 )

Android应用特定行为的定向测试通常被用来测试应用是否存在隐私泄漏、远程控制等恶意行为。为解决已有定向测试方法存在的失败率高和耗时多等问题，提出一种以目标API调用代表程序特定行为的自动化测试方法。首先，用静态分析得出到达目标API调用位置的路径；然后在动态测试过程中，排除无关组件和控件，使应用沿路径自动运行至目标API调用的位置，触发特定行为。实验证明，本方法完成Android应用定向行为测试的效率较高。

简报青藏高原高寒草原土壤微生物量对氮磷肥添加的响应

赵国强, 王淑平, 崔骁勇, 董俊夫, 常旭卉, 汪诗平

2018, 35 (3): 417-424. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.017

摘要 ( 332 ) HTML ( ) PDF (2510KB) ( 731 )

土壤微生物在维持和提高高寒草地植被生产力水平、改善土壤环境等方面起着重要作用，基于连续2年（2014和2015年）的小区施肥控制试验，探讨高寒草原土壤剖面微生物量碳、氮对氮、磷肥添加的响应。结果如下。1）施用无机氮、磷肥对土壤微生物量碳的影响主要表现在0~10 cm土层，其均值分别是10~20 cm和20~30 cm土层的1.67倍和1.28倍。2）单施高量氮肥显著降低土壤微生物量碳、氮含量，N₂P₀（15g N/m²，0g P₂O₅/m²）处理0~10 cm和10~20 cm土层的微生物量碳分别比空白处理显著降低60.39%和29.2%；在施磷肥的基础上增施氮肥提高土壤微生物量碳、氮含量，当施磷30g P₂O₅/m²时，施氮15g N/m²处理0~10 cm土层微生物量碳比不施氮处理增加61.54%，差异显著。3）单施磷肥各土层微生物量碳、氮含量相对于空白均无显著差异；在施氮15g N/m²的基础上增施15和30g P₂O₅/m²磷肥，0~10 cm土层微生物量碳含量比不施磷处理分别显著增加159.8%和279.98%，10~20 cm土层微生物量氮含量分别显著增加53.78%和38.66%；施磷7.5g P₂O₅/m²时，10~20cm土层微生物量氮含量比不施磷处理显著增加68.35%。

简报基于感兴趣区域的HEVC会话视频容错编码新方案

和智涛, 张灿, 陈德元

2018, 35 (3): 425-431. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2018.03.018

摘要 ( 259 ) HTML ( ) PDF (2414KB) ( 533 )

在计算和传输资源受限的智能手机上编码传输实时会话视频一直是引人关注的关键技术。在采用肤色、运动和纹理信息快速提取感兴趣区域并且使用丢包率修正感兴趣区域权重的基础上，提出一种HEVC会话视频容错编码方案。仿真结果表明，该方案在丢包率5%~20%的网络中编码传输时，会话视频的感兴趣区峰值信噪比PSNR比现存的随机帧内刷新方法至少提高0.7 dB，编码时间减少20%~40%。实际比特率符合目标比特率要求。

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