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2019年  第51卷  第5期

物理学与光学工程
冷原子系统中不同色散准粒子波包动力学的模拟
李志, 黄育蕾, 陈李梅, 廖开宇
2019, 51(5): 1-5. doi: 10.6054/j.jscnun.2019077
摘要:
基于光晶格中的超冷原子气体,研究了不同色散关系的准粒子动力学行为.分别采用数值时间劈裂谱方法和海森堡绘景解析求解运动方程的方法,针对有初速度和无初速度的准粒子动力学问题进行了数值模拟, 并深入讨论了色散关系中准动量幂次对准粒子动力学行为的影响.结果表明:在系统的准粒子色散关系中,当准动量幂次为奇数时,系统会出现相对论Zitterbewegung (ZB)振荡现象; 而当幂次为偶数时,准粒子动力学过程中不会出现ZB现象.此外,准动量幂次越大,则准粒子漂移对波包初速度的敏感度越高.
基于脑电图的新型情绪识别特征提取方法
张克军, 韩娜, 陈欣然, 缪睿
2019, 51(5): 6-11. doi: 10.6054/j.jscnun.2019078
摘要:
基于脑电图(EEG)信号对情感识别计算进行研究.针对脑电图的特征提取难和模型计算难的问题, 提出了一种从EEG信号中获得可靠区别特征的创新方法.该方法将微分熵与线性判别分析(LDA)相结合,可被应用于情绪EEG信号的特征提取.采用3类情绪EEG数据集进行实验,结果表明该方法能够有效提高EEG分类的性能:与原始数据集的结果相比,平均准确度提高了68%,比单独使用微分熵进行特征提取时的准确度高7%.总执行时间结果证明提出的方法具有较低的时间复杂度.研究结果在3类情感脑电图识别领域具有重要的实用价值,可被应用于实际的工程领域.
智能车追寻信标灯过程的图像处理
唐小煜, 苏思伟, 翁哲, 陈群元
2019, 51(5): 12-17. doi: 10.6054/j.jscnun.2019079
摘要:
针对自动化系统中的信标定位技术,提出了一种基于图像进行信标定位的方法,并将其应用于智能车竞赛中.综合考虑真实环境的情况,利用中值滤波算法、动态求阈值算法、交换帧丢弃算法、改进型连通域算法和改进型畸变还原算法等多种算法处理线阵CCD和CMOS摄像头采集的图像,研究该方法的误判率.经实验测试和竞赛中的应用检验,该方法能实现智能车在高速行驶时对信标灯目标的追寻,在强光(约200 lx)、弱光(约75 lx)环境下测试1 000次的误判率分别为1.4%和3.2%.研究结果对解决准确定位信标问题具有重要意义.
化学与环境
镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能
张璋, 胡先标
2019, 51(5): 18-24. doi: 10.6054/j.jscnun.2019080
摘要:
采用溶剂热法将镍、铁和钴的硝酸盐溶液在180 ℃条件下反应24 h,经过后续磷化反应,在泡沫镍基底上生长镍铁钴磷化物纳米片阵列(NiFeCoP@NF).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对材料进行了表征,并用电化学工作站研究了镍铁钴磷化物纳米片阵列的析氧性能.结果表明:当电流密度达到10 mA/cm2时,需要的过电势仅为160 mV,并且在恒定电流密度下,过电势可保持24 h.研究结果对于研究纳米结构的过渡金属磷化物电催化剂具有借鉴意义.
g-C3N4@Ag的光催化性能及原位热动力学研究
覃方红, 万婷, 王素素, 邱江源, 肖碧源, 贺子君, 黄在银
2019, 51(5): 25-31. doi: 10.6054/j.jscnun.2019081
摘要:
采用硼氢化钠作还原剂将吸附于石墨相氮化碳(g-C3N4)表面的硝酸银还原成纳米银(Ag)颗粒,通过调控在氮化碳上原位沉积时硝酸银的用量,制备了不同Ag负载量的g-C3N4@Ag复合催化剂.使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察、X射线粉末衍射(XRD)分析、N2吸附-脱附等温曲线(BET)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析等方法对制备的材料进行了表征.由紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析和光微量热-荧光光谱联用分析研究了复合催化剂对罗丹明B降解的原位热动力学性质.结果表明:当Ag纳米颗粒的质量分数为4%时其降解罗丹明B的反应速率常数为1.55×10-2 min-1,其催化性能是未修饰g-C3N4的1.9倍;在光密度为10、20、32 W/m2条件下,反应均在120 s左右达到表观吸热最大值,随后放热,最终恒定放热速率依次为7.293×10-8、1.316×10-7和1.162×10-7 mJ/s.文中的研究结果对研究光催化原位过程的热力学、动力学及光谱性质具有重要意义和潜在应用价值.
生物炭负载金属硒化物复合材料的储锂性能
苏炽权, 汝强, 石正禄, 赵灵智
2019, 51(5): 32-37. doi: 10.6054/j.jscnun.2019082
摘要:
通过高温对膨化大米进行炭化处理得到米炭(Puffed Rice Carbon, PRC),以米炭(作为生物炭)和商业Sn、Se粉为原材料,采用高能球磨法在氩气保护气氛中球磨48 h,制备了SnSe/PRC锂离子电池负极材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜(含能谱分析)、恒流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗谱等技术对材料进行结构、形貌表征和电化学性能测试.结果表明:在高能机械力作用下,米炭与Sn、Se相互挤压形成合金/碳复合镶嵌结构,提升了体系的导电性能,缓冲了材料的体积膨胀效应,改善了纯合金相的结构稳定性.在电流密度500 mA/g、电压范围0.01~3.00 V条件下进行充放电循环,SnSe/PRC的首次放电比容量较高(704.00 mAh/g),经50次充放电循环后比容量稳定保持在608.90 mAh/g.该材料还具有良好的倍率性能,在较大电流密度下容量仍保持稳定,当恢复至初始电流密度时,容量能恢复到原有水平.利用环境友好且易制得的生物炭材料能有效地改善了SnSe的储锂性能,对金属硒化物在锂离子电池方面的应用有很好的参考价值.
铁碳内电解耦合蕹菜(Ipomoea aquatica)对黑臭污水脱氮效果的研究
陈胜男, 廖子聪, 胡勇有
2019, 51(5): 38-48. doi: 10.6054/j.jscnun.2019083
摘要:
构建了铁碳内电解耦合蕹菜技术体系,用于原位净化河道黑臭污水,采用单因素模拟实验,探究耦合体系植株密度、铁碳填料用量和陶粒用量对黑臭污水脱氮效果的影响规律.结果表明,在植株密度为80株/m2、铁碳填料用量为18 g/L和陶粒用量为52 g/L的适宜组合下,处理22 d后,TN和NH4+-N的去除率分别为74.1%和99.6%,其质量浓度分别稳定在(13.65±1.24) mg/L和(0.18±0.04) mg/L.水体微生物丰度和多样性有了显著提高,主要优势细菌门是Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,主要优势细菌属为PseudomonasEscherichia-ShigellaDiaphorobacter,微生物群落演化更适宜脱氮.耦合体系通过协同作用净化水质,其作用过程包括:铁碳内电解产生质子[H]和Fe2+提供电子促进自养反硝化、蕹菜根际泌氧促进微生物硝化、陶粒生物膜与根际微生物之间的硝化反硝化作用、陶粒吸附氮.该研究为采用铁碳内电解耦合挺水植物净化河道黑臭污水提供了依据.
基于水环境数学模型的竹桥河流域综合整治成效模拟分析
许文卿, 梁康, 黄志华, 黄振雄, 杨佘维, 高源濛
2019, 51(5): 49-57. doi: 10.6054/j.jscnun.2019084
摘要:
以竹桥河水质达标为目的,综合考虑整治范围内水体污染来源及水文条件等因素,采用水环境模拟技术建立竹桥河流域的水动力与水质动态二维模型,采用现场实测、监测数据等有效资料对模型参数进行率定.并利用率定后的模型对综合整治方案进行水质模拟.结果表明:根据现有整治方案,当竹桥河流域整治后截污率达到60%的情况下,干流COD、NH4+-N可在入河口稳定达到地表水Ⅲ类水质要求,但TP在河口处不能稳定达到地表水Ⅲ类水质要求.为保证水质稳定达标,还需对畜禽养殖污染进行控制,即减少生猪养殖约3 000头/年.
化工园区水环境中优控化学品的污染特征及风险评估
刘强, 陈晓雯, 刘嘉烈, 卓丽, 蔡凤珊, 严骁, 胡立新, 石运刚
2019, 51(5): 58-65. doi: 10.6054/j.jscnun.2019085
摘要:
为了更好地掌握化工园区生产运行过程中排放的主要污染物在环境水体中的实际质量浓度,客观评价化学品在环境中的分布及对环境和生物体造成的影响,文章综合了水环境相关的污染物毒性数据和化工园区背景资料, 确定了优先控制化学品清单,通过选取重庆长寿化工园区内及周边上下游8个采样点位进行监测分析,对该段长江水体中优先控制化学品进行风险评价.评价结果表明:化工园区内污水处理厂中的三氯甲烷、Zn、四氯化碳等污染物具有较高的生态风险,而周边长江江段水样中也发现Cr和Zn具有生态风险,研究结果可为下一步对园区污染物制定日常管理和风险防控提供研究基础和科学支撑.
生物学与生物工程
1株副干酪乳酸菌S-4对致病弧菌的抑制特性研究
梁晓明, 曾嘉颖, 王安利, 叶剑敏, 冯娟, 廖绍安
2019, 51(5): 66-74. doi: 10.6054/j.jscnun.2019067
摘要:
针对弧菌病害的防治,选取了一株副干酪乳酸菌(Lactobacillus paracasei)S-4对4种致病弧菌进行体外拮抗实验,并在此基础上比较了不同发酵时长及稀释倍数的上清液对弧菌的抑制作用,同时探究了抑菌物质特性及进行共培养拮抗实验.结果显示:副干酪乳酸菌S-4对4株致病弧菌均具有显著的抑制作用.副干酪乳酸菌S-4生长过程中,0~16 h的上清液无抑菌活性,20 h后开始表现出对4株弧菌的抑制作用;36 h时的上清液对创伤弧菌、哈维氏弧菌、副溶血弧菌的抑制率大于95.42%,且该上清液3倍稀释后的抑菌活性无显著降低,为最佳收获时间;72 h时的上清液对溶藻弧菌的抑制率达到95.72%,6倍稀释后的抑菌活性无显著降低,为抑制溶藻弧菌的最佳收获时间.进一步探究菌株间的相互拮抗表明:副干酪乳酸菌S-4在共培养4~6 h就表现出明显的抑菌活性,比上清液提前12 h产生抑制效果,在培养初期就能有效抑制弧菌的生长.生化分析表明:抑菌物质对过氧化氢酶、蜗牛酶、胃蛋白酶不敏感,与多肽类物质无关,酸碱中和后抑菌活性完全消失,推测为有机酸.本研究表明:副干酪乳酸菌S-4对4株常见致病弧菌具有较强抑制作用,在水产养殖中具有潜在应用价值.
变形球囊霉(Glomus versiforme)和钢渣复合处理对玉米生长和积累镉/铅的影响
卓逢, 张小凤, 颜廷秀, 胡尊河, 黄丹, 靖元孝
2019, 51(5): 75-83. doi: 10.6054/j.jscnun.2019087
摘要:
通过盆栽实验,研究变形球囊霉(Glomus versiforme)和钢渣单独或者联合处理对玉米甜丰6号生长和Cd/Pb积累的影响.实验土壤设3个重金属水平:1 mg/kg Cd和75 mg/kg Pb、2 mg/kg Cd和150 mg/kg Pb、4 mg/kg Cd和300 mg/kg Pb.实验处理包括:未接种变形球囊霉/未添加钢渣(CK)、接种变形球囊霉(Gv)、添加钢渣(SS)、变形球囊霉和钢渣联合应用(Gv+SS).研究结果表明:Gv对土壤pH和土壤DTPA-Cd/Pb的质量分数没有影响,但SS和Gv+SS均显著增加了土壤pH和易提取球囊霉素、总提取球囊霉素的质量分数,并降低土壤DTPA-Cd/Pb的质量分数. Gv和SS的单独和联合使用均显著提高了玉米的生物量和P的质量分数,并且联合使用的促生效果最佳. Gv显著提高了玉米地上部分Cd/Pb的质量分数,但SS和Gv+SS显著降低了玉米地上部和根部Cd/Pb的质量分数,并且Gv+SS降低玉米Cd/Pb积累的作用更好.综上所述,Gv+SS复合处理提高了土壤pH和土壤总提取球囊霉素的质量分数,降低土壤DTPA-Cd/Pb的质量分数,从而促进了玉米的生长,降低了玉米地上部和根部Cd/Pb的积累.
地理科学与技术
铀系不平衡在粤北花岗岩风化速率研究中的应用
杨虹, 周尚哲
2019, 51(5): 84-91. doi: 10.6054/j.jscnun.2019088
摘要:
为探讨粤北花岗岩化学风化过程中所表征的地貌演化和气候环境变化,选取锦江流域为研究区,运用铀系不平衡方法,测试流域内河流水中铀的质量浓度、风化壳及岩石中铀的质量分数、234U与238U的放射性活度比,计算流域中花岗岩的化学风化速率.结果显示:在当前水热条件下,本流域中平均CIA值为86.84的花岗岩风化壳的化学风化速率为0.038 mm/a,即风化1 m厚的花岗岩需要约26 000年;在热带亚热带地区,控制岩石风化的主要因素是高温潮湿的气候条件;铀系同位素之间产生的不平衡适用于量化评估风化作用下水-土-岩三者间的相互作用,也为岩石风化及地表过程的相关研究提供了一种新的示踪手段.
多源数据结合的高分一号土地利用/覆盖分类方法研究
欧健滨, 罗文斐, 刘畅
2019, 51(5): 92-97. doi: 10.6054/j.jscnun.2019089
摘要:
基于多时相的GF-1数据获取NDVI时序变化、NDWI和MNDVI等指数图像数据,辅以Landsat8卫星OLI影像和数字高程模型(DEM)数据,得到了不同地物在光谱、时相和形状等方面的特征;通过分析各种地物类型在这些特征上的差异和变化规律,总结出不同地物的特征提取规则,构建了一种基于GF-1数据在地物复杂地区的土地利用/覆盖分类方法,并以广州市为实验区,运用该方法、最大似然法和最小距离法进行了土地利用/覆盖分类及其精度评价.结果显示:基于GF-1数据在地物复杂地区的土地利用/覆盖分类方法的总体精度为85.86%(部分地物分类精度达到95%以上),与最大似然法及最小距离法相比,其总体精度分别提高了4.62%和12.24%,说明该方法能够更好地发挥GF-1遥感数据在土地利用/覆盖分类中的实际应用潜力,且有效提高了各种土地利用/覆盖地物类别的分类精度.
数学与应用数学
基于信息干预的SIRS传染病模型稳定性分析
李小妮, 张启敏
2019, 51(5): 98-103. doi: 10.6054/j.jscnun.2019090
摘要:
建立了一类基于信息干预和疫苗接种的SIRS传染病模型, 研究了该模型的全局渐近稳定性, 给出了疾病持久和灭绝的基本再生数0.研究结果表明:当0 < 1时, 该模型存在全局渐近稳定的无病平衡点; 当0>1时, 该模型存在全局渐近稳定的地方病平衡点.数值算例验证了理论分析结果.
一类二阶整数矩阵方程的解
尹倩倩, 梁欣然, 袁平之
2019, 51(5): 104-109. doi: 10.6054/j.jscnun.2019091
摘要:
为解决与毕达哥拉斯方程x2+y2=z2相关的整数矩阵方程问题, 利用矩阵的基本运算把整数矩阵方程问题转化成不定方程求解的问题, 从特殊情形逐步推广到一般情形, 研究了与毕达哥拉斯方程相关的一类二阶整数矩阵方程\begin{document}${\mathit{\boldsymbol{X}}^2} + {\mathit{\boldsymbol{Y}}^2} = \lambda \mathit{\boldsymbol{I}} $\end{document} (\begin{document}$\lambda \in \mathbb{Z}, \boldsymbol{I} $\end{document}为单位矩阵), 并得到其全部解( X , Y ), 类似可得二阶整数矩阵方程\begin{document}${\mathit{\boldsymbol{X}}^2} - {\mathit{\boldsymbol{Y}}^2} = \lambda \mathit{\boldsymbol{I}} $\end{document}的全部解.
按饱和顶点分类的完美匹配数的递推求法
唐保祥, 任韩
2019, 51(5): 110-114. doi: 10.6054/j.jscnun.2019092
摘要:
构造了2类新图2-2nK5和2-nZ5,用嵌套递推的方法,得到了这2类新图的完美匹配数的2个递推关系式及其通解, 从而得到了这2类图的完美匹配数目的计算公式.
计算机科学与软件工程
SDN中一种基于网络的分布式移动管理方案
张奇支, 赵淦森
2019, 51(5): 115-120. doi: 10.6054/j.jscnun.2019093
摘要:
传统的分布式移动管理方案虽然能解决集中式移动管理方案的不足,但在移动结点发生切换时,仍然需要建立隧道,从而增加了网络开销.为了解决这一问题,利用软件定义网络(SDN)中控制平面与转发平面相分离的特点,在SDN架构下提出一种新的基于网络的分布式移动管理方案(NNDMM),该方案能充分发挥SDN的优点,同时不会给控制器造成额外的压力.建模分析表明:相对于传统的分布式移动管理方案,无论在信令费用上,还是包递送费用上,NNDMM方案都有明显的优势.
TLRank:一种新的社会化协同排序推荐算法
李改, 徐清振, 李磊, 黄锦涛
2019, 51(5): 121-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2019094
摘要:
已有的社会化协同排序推荐算法的研究只是简单地融入用户的社交网络信息,没有考虑用户之间社会化信任网络的传递性;同时,该推荐算法的性能面临数据高度稀疏性问题的挑战.为了进一步解决这些问题,在传统的协同排序推荐算法(ListRank, List-wise Learning to Rank)和最新的社会化协同过滤算法(TrustMF, Social Collaborative Filtering by Trust)的基础上,提出了一种新的社会化协同排序推荐算法(TLRank),融合均高度稀疏的用户的显式评分数据和社会化信任网络数据,以进一步增强协同排序推荐算法的性能.实验结果表明:在各个评价指标下,TLRank算法的性能均优于几个经典的协同排序推荐算法,且复杂度低、运算时间与评分点个数线性相关;TLRank算法的推荐精度高、可扩展性好,适合处理大数据,可广泛运用于互联网信息推荐领域.