本期目录
前沿创新
综述
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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
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2023, 40 (4):
441-452.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.014
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摘要 (
601 )
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PDF (5352KB) (
730
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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。
数学与物理学
化学与生物学
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三聚氰胺分子在外电场中的物理特性和红外光谱特征
- 王国成, 陈宇, 邹志伟, 曹润平, 刘玉柱
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2023, 40 (4):
468-473.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0086
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摘要 (
362 )
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581
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三聚氰胺（C3H6N6）是一种工业原料，对人体危害极大，被世界卫生组织列为致癌物，研究其在外电场中的性质尤为重要。利用密度泛函理论，在B3PW91/6-31+（d，p）基组水平上，研究在外电场（0～0.010 a.u.）的作用下，三聚氰胺分子的键长、总能量、偶极矩（诱导偶极矩）、lowest unoccupied molecular orbital （LUMO）-highest occupied molecular orbital （HOMO）能隙、红外光谱、解离势能面的变化。通过对不同外加电场作用下C3H6N6分子基态稳定电子结构的计算，结果表明：在N—C键方向上加电场，随着外电场的逐渐加大，C3H6N6分子的总能量逐渐减小，偶极矩逐渐增大，能隙逐渐减小。电场对不同的键长影响不同，随着外电场逐渐加大，不同N—C键键长变化不同，其中，N7—C1键逐渐增大，N5—C1键逐渐减小，N—H键长逐渐减小。
环境科学与地理学
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中亚5国生态承载力时空动态监测与驱动因素分析
- 李旭, 古丽·加帕尔, 于涛, 尹瀚民, 涂海洋
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2023, 40 (4):
474-485.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0085
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摘要 (
316 )
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291
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中亚干旱半干旱地区生态环境极其脆弱，研究中亚5国生态承载力，对实现区域可持续发展，保障“丝绸之路经济带”生态安全具有重要意义。针对中亚5国生态环境特征，从自然资源补给、生态环境状态和人类活动3个方面建立评价指标体系，构建像元尺度的生态承载力指数，分析中亚5国2001—2019年生态承载力时空动态特征及驱动因素。结果表明，中亚生态承载力由西南向北部和东部递增；71.56%的地区生态承载力处于相对稳定状态，23.93%的地区呈提升趋势，4.51%的地区呈下降趋势，其中湿地生态系统下降较为明显；生态承载力在2003、2006、2010和2016年发生4次突变，干旱是引起生态承载力突变和波动的主要原因，尤其对中亚北部雨养农田和草地生态系统影响较大；人类活动对中亚生态承载力变化的影响较大，其影响集中在咸海、哈萨克丘陵、图尔盖洼地及耕作区和绿洲区。
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多源雷达遥感协同的鄱阳湖流域洪水淹没历时估算
- 张若旭, 李小涛, 江威, 张丽萍, 邓清海, 宋小宁
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2023, 40 (4):
486-495.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0079
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摘要 (
327 )
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洪水淹没历时是洪涝灾害损失评估的关键变量，为满足大尺度洪涝灾害遥感应急监测和灾损评估需求，亟需构建一种利用多源密集雷达遥感的流域洪水淹没历时估算方法。以2020年长江中下游鄱阳湖流域性洪水为例，综合利用国内外多源密集时相的雷达遥感数据，对鄱阳湖流域周边受灾地区的洪水淹没范围进行提取，在此基础上构建基于遥感的洪水淹没历时估算模型，并依据乡镇级平均淹没历时和水稻的淹没时长-产量损失关系对鄱阳湖周边地区进行洪涝灾情评估。结果表明：密集时相洪水淹没范围提取结果的Kappa系数高于0.89，流域洪水淹没历时为1~44 d，鄱阳湖流域周边地区受灾极其严重乡镇为新建县南矶乡、鄱阳县昌洲乡和永修县三角乡，重灾区为鄱阳镇、莲湖乡、蛟塘镇等，绝大部分地区为水稻不同程度减产的中度灾区，评估结果与实际灾情基本一致。本文提出的淹没历时计算和灾情评估方法具有大尺度、高频次和准确性等优势，可为流域性洪涝灾害应急监测和灾损评估提供支撑。
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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
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2023, 40 (4):
496-505.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.008
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摘要 (
386 )
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550
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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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农村基础设施建设对农民增收的影响效率——以新疆南疆4地州为例
- 孙晨曦, 杜宏茹
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2023, 40 (4):
506-513.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0082
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摘要 (
326 )
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农村基础设施补短板在精准扶贫中发挥了重要作用，而农村基础设施的合理高效利用是进一步实现乡村振兴的关键。使用超效率DEA方法对2014—2019年间南疆4地州33个区县的农村基础设施对农民增收的影响效率进行分析，得出如下结论：1）南疆农村基础设施对农民增收的影响效率未达到有效，尚需提高。2）农村基础设施对农民增收的影响效率存在显著的区域差异，自然条件较好、人均收入较高、村庄人口规模较大的区域，其影响效率更高。3）影响效率增长尚不稳定，技术进步的波动是效率增长不稳定的主要原因。在政策方面，应重点推进低效区农村基础设施建设，加强农村基础设施的管理维护与监管，积极引导农民对农村基础设施的使用，从而实现农村基础设施对农民增收的影响效率的持续稳定提高，加快推进乡村振兴。
地质与地球科学
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基于EEMD-Prophet-LSTM的滑坡位移预测
- 王震豪, 聂闻, 许汉华, 简文彬
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2023, 40 (4):
514-522.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.002
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摘要 (
515 )
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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。
电子信息与计算机科学
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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
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2023, 40 (4):
523-530.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.006
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摘要 (
524 )
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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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一种改进YOLOv3的学校场所目标识别方法
- 高锦风, 陈玉, 魏永明, 李剑南, 江若楠
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2023, 40 (4):
531-539.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0081
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摘要 (
382 )
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基于遥感影像进行特定场所类型的识别在智慧城市规划、土地利用分析、平安城市建设等多方面都具有重要意义。然而，不同场所的环境景观属性（如道路和停车场等）比较复杂，难以用传统的分类或目标识别方法基于简单的规则进行识别。卷积神经网络具有较强的空间信息挖掘能力，尝试对著名的YOLOv3模型进行改进，提出一种名为YOLO-S-CIoU的新模型，用于学校场所目标的识别。主要改进工作包括：1）使用SRXnet模块替换YOLOv3中的Darknet53模块以提高特征学习能力；2）利用complete-IoU loss （CIoU loss）优化边界框的回归；3）基于自制的学校场所样本数据集（SS数据集）进行训练和验证。实验结果表明，YOLO-S-CIoU的平均精度（AP）达到96.46%；参数量为226 MB。与改进前YOLOv3相比，YOLO-S-CIoU实现了参数量9 MB的下降以及AP 2.3%的提升。此外，在新疆图木舒克市和烟台市区域遥感影像中对学校场所目标识别，召回率比YOLOv3分别提高37.5%和42.2%。这表明改进后的网络模型在不同地理区域的遥感影像识别中具有更强的鲁棒性和更高的识别能力。
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协作机器人运动学应用标定方法
- 李海旺, 隋春平, 王宇坤, 山天涯, 霍少达
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2023, 40 (4):
555-565.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0083
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摘要 (
379 )
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机器人的几何参数误差导致其绝对定位精度较差，会制约其在离线编程方面的应用。协作机器人关节刚度小，受其自重和末端负载的影响柔性变形大，会进一步降低其定位精度。针对该问题，对相邻3轴（2~4轴）平行型协作机器人展开运动学标定方法研究，并面向工程实际开发了相应的标定软件。首先，提出一种非线性的几何参数辨识模型，并利用模型非线性方程组的逆函数原理进行模型冗余性分析；进一步建立关节刚度辨识模型；考虑到几何参数辨识和关节刚度辨识是互相干扰的，提出一种基于迭代思想的综合辨识方法。应用该方法对UR5机器人进行标定实验，实验结果显示，标定后机器人空载和负载时的绝对定位精度相比标定前分别提高75.5%和85.1%，验证了本文标定方法的有效性。
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销量约束下基于切片递归神经网络模型的成品油价格推荐算法
- 连会强, 刘兵, 李朋远, 于华
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2023, 40 (4):
566-576.
DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0056
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摘要 (
320 )
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加油站成品油零售价格的确定是智慧加油站发展的关键。由于成品油价格的变化遵循复杂的非线性规律，尽管以长短期记忆（LSTM）为代表的非线性时序模型提高了传统时序预测方法的精度，但其运行效率难以满足动态变化的油价预测需求。针对这一问题，提出一种基于切片递归神经网络（SRNN）的成品油价格推荐模型，该模型以LSTM模型为递归单元，创新性地通过决策者根据多源数据得到的聚类结果筛选、设置的市场环境因子，对成品油销量施加影响，从而实现在销售约束条件下的成品油价格推荐。基于4年的加油站历史数据对模型预测性能进行了评估。结果表明，使用该模型与LSTM神经网络具有相同的预测精度水平，但比LSTM神经网络的运行速度快72倍。此外，基于SRNN模型的成品油价格推荐算法，加油站在实际销售中得到有效的应用，验证该模型的实用价值。
4C2r)结构的估计
4C2）=（C2）2，K2（(
4C4）=（C2）3。借助相对K2群，通过计算Dennis-Stein符号给出K2（(