摘要：微塑料作为一种新型污染物,引起的污染问题在当今越发受到研究人员的关注。拉曼光谱有着无损样品,光谱特征峰位有代表性,便于识别样品种类的优点,一直以来是生物化学分析领域热门的检测方法之一。深度学习近年在特征提取、目标检测等领域的发展成就引人瞩目。针对准确高效的微塑料检测方法问题,探索了基于马尔可夫变迁场(MTF)变换的拉曼光谱和卷积神经网络的微塑料识别可行性。采集了11种微塑料样品的拉曼光谱,每种样品采集100条光谱,并通过光谱平移、添加噪声、光谱叠加等方式数据强化扩充了光谱数据集,利用MTF将一维拉曼光谱数据转换为彩色二维图像,获得二维图像形式的光谱数据集。设计一种主体为多个小尺寸卷积核的卷积神经网络(SSMKB-CNN)模型,包括1个输入层、6个卷积层、2个池化层、1个平坦层、2个全连接层与1个输出层。选择Dropout与带权重衰减的自适应矩估计优化器以避免过拟合现象,采用阶梯式学习速率保证模型充分习得数据深层特征。分类性能的评价标准采用混淆矩阵、精确率、召回率、F1分数与整体准确率。模型的分类结果与基于二维图像光谱数据集的AlexNet、VGG16和ResNet50三个深度卷积神经网络模型和基于一维光谱数据集的随机森林(RF)、K-最邻近(KNN)和三种核函数(rbf、Linear、Poly)的支持向量机(SVM)机器学习分类器的分类结果进行对比。通过分析训练曲线及混淆矩阵的分类结果,四种CNN模型的损失与准确曲线走势平稳,均能达到良好的训练效果,其中提出的SSMKB-CNN模型准确率达到了97.04%,综合精确率、召回率和F1分数分别为97.05%、95.06%和97.02%,均明显优于用于比较的另外三种经典神经网络模型以及三种机器学习分类器。一轮训练时长为9s,训练时间少于三种CNN模型,综合分类性能最佳。实验结果表明,基于结合MTF变换的拉曼光谱的SSMKB-CNN模型能够准确高效地提取光谱特征并作出种类预测,利用拉曼光谱实现微塑料样品的定性识别,可以为海水中微塑料实际样品的准确客观的识别技术提供方法新思路参考。

摘要：针对刚性机械臂在果蔬采摘作业中的不足,设计了一种结构简单、运动灵活的柔性采摘机械臂。首先,基于等圆弧假设建立了柔性采摘机械臂的运动学模型,对其进行了从关节空间到操作空间和从驱动空间到关节空间的正、逆运动学分析以及各柔性关节之间的解耦分析。然后,利用MATLAB软件对柔性采摘机械臂的运动学模型进行了数值计算,同时利用ADAMS软件建立柔性采摘机械臂的虚拟样机模型,选用与理论分析相同的工况开展运动学仿真,验证了理论分析结果的准确性。仿真结果表明,该柔性采摘机械臂可实现灵活、协调运动。研究结果可为后续柔性机械臂的运动控制提供依据。

摘要：竞技滑雪运动中雪上摩擦阻力影响运动员比赛成绩,而雪上摩擦影响因素众多,雪上摩擦阻力评测一直是冰雪竞技运动中的一大挑战.本文中设计了1种基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置,将多个三分量传感器合理布置在传统滑雪板上,通过有线连接的方式,结合数据采集卡,对3个分量的力信号进行监测、采集和保存,并通过终端电脑实时反馈力信号变化.实验室静态测试中,该装置具有稳定的力学信号输出,并给出准确的摩擦系数测试结果.在模拟雪场测试时,其能够准确地评估不同雪上减阻蜡的润滑性能及其耐磨性能,还能够监测自由式滑雪运动中的犁式制动和犁式转弯等常规技术动作.该装置输出的力信号具有高精度和高灵敏度特性,为滑雪运动中雪上减阻蜡的性能评价、运动员施力动作监测等给出了1种可行方案.

摘要：为了使水面无人船(USV)获得更好的跟踪性能,本文设计了基于扰动观测器和命令滤波器的自适应模糊控制器.对于该系统存在建模不确定性和外部环境的扰动,采用模糊逻辑系统(FLS)和一个新的扰动观测器对其进行逼近和补偿.在扰动观测器和控制器中加入了一个新的自适应参数,用来改善控制精度.基于此,本文设计了命令滤波反步控制方法,可以保证系统在所有状态下都是有界的,且跟踪误差在有限时间内小于规定的精度.仿真结果显示该方法有效,且可以满足给定的控制精度.

摘要：作为一种通用化工流程模拟系统,Aspen Plus已广泛应用于化工流程的模拟、设计与优化。随着人们对复杂流程优化的需求越来越多,Aspen Plus自带的灵敏度分析已经不能满足需要,将Aspen Plus与优化算法进行集成,用于求解复杂优化问题有其必要。在Python环境下实现了对Aspen Plus流程模拟的控制和数据传递,在此基础上开发了一套流程优化系统,可将各种优化算法方便地集成在一起,用于解决不同特点的优化问题。采用坐标轮换法以年度总费用TAC(Total An-nual Cost)为目标函数,对甲醇-丙酮共沸体系的双塔变压精馏进行优化,灵活实现了对不同变量、不同顺序的优化,均取得预期效果,提高了工艺开发效率。

摘要：针对高端装备承力结构的健康监测问题,研制了集成128个传感器通道的超声导波检测系统,包括集成化的压电传感智能层、系统主机和具有损伤实时定位功能的上位机软件3部分。首先,通过优化智能层外观与叠层设计、提高主机输出功率、自适应放大响应信号、增加串扰抑制电路等措施,保证系统能够在复杂环境中可靠运行;其次,搭建不同的测试环境,分别对系统的串扰抑制效果、定位准确性和变温变振动条件下信号的稳定性进行验证。结果表明:系统实现了对不同强度串扰信号的剥离;损伤定位误差为毫米级;温度和振动干扰引起的损伤指数较模拟损伤小1个数量级。该超声导波检测系统稳定性高、环境适应性强,可作为在线监测仪器用于高端装备承力结构的健康监测。

摘要：近年来,基于深度神经网络(DNNs)的图像分类模型在人脸识别、自动驾驶等关键领域得到了广泛应用,并展现出卓越的性能.然而,深度神经网络容易受到对抗样本攻击,从而导致模型错误分类.为此,提升模型自身的鲁棒性已成为一个主要的研究方向.目前大部分的防御方法,特别是经验防御方法,都基于白盒假设,即防御者拥有模型的详细信息,如模型架构和参数等.然而,模型所有者基于隐私保护的考虑不愿意共享模型信息.即使现有的黑盒假设的防御方法,也无法防御所有范数扰动的攻击,缺乏通用性.因此,本文提出了一种适用于黑盒模型的通用认证防御方法.具体而言,本文首先设计了一个基于查询的无数据替代模型生成方案,在无需模型的训练数据与结构等先验知识的情况下,利用查询和零阶优化生成高质量的替代模型,将认证防御场景转化为白盒,确保模型的隐私安全.其次,本文提出了基于白盒替代模型的随机平滑和噪声选择方法,构建了一个能够抵御任意范数扰动攻击的通用认证防御方案.本文通过分析比较原模型和替代模型在白盒认证防御上的性能,确保了替代模型的有效性.相较于现有方法,本文提出的通用黑盒认证防御方案在CIFAR10数据集上的效果取得了显著的提升.实验结果表明,本文方案可以保持与白盒认证防御方法相似的效果.与之前基于黑盒的认证防御方法相比,本文方案在实现了所有L p的认证防御的同时,认证准确率提升了20%以上.此外,本文方案还能有效保护原始模型的隐私,与原始模型相比,本文方案使成员推理攻击的成功率下降了5.48%.

摘要：为模拟滚动轴承中常见的自旋工况,设计开发了1种可分别控制滑动速度和自旋速度的点接触光弹流滑动-往复自旋试验装置.采用新开发的装置对带有自旋的钢球-玻璃盘接触副形成的弹性流体动力润滑油膜形状、厚度等进行试验研究,考察了运动学参数与供油条件对点接触自旋运动膜厚分布的影响,针对非稳态工况中的滑动-往复自旋复合运动进行了试验研究,对接触区油池分布以及供油状况进行了fluent两相流仿真.结果表明:设计的试验装置可精确模拟接触副滑动-往复自旋复合运动,并实现了对该条件下的油膜分布可视化研究.随着钢球自旋角速度增大,经典的马蹄形相对卷吸中心线的对称性就会消失,自旋速度越大,非对称性越明显,载荷越大,最小油膜厚度越小.在非稳态运动过程中,最大自旋角速度时刻的油膜厚度低于稳态条件下相同角速度的油膜厚度;增大钢球往复自旋运动频率,对应时刻的油膜厚度变化减小.往复自旋运动大大缩小了乏油工况下接触区入口距离,与仿真结果一致.

摘要：对吸收增强式甘油水蒸气重整(SESRG)制氢反应网络及热力学特性、Ni-Ca基催化-吸收双功能催化剂研究进展及面临的挑战进行归纳总结,系统分析Ni基催化位点、Ca基吸附位点失活机理及改性手段。结合层状双金属氢氧化物(LDHs)材料和阵列催化剂独特的结构优势和物化特性,提出设计研发LDHs衍生阵列催化剂是提高Ni-Ca双功能催化剂反应活性和稳定性的有效手段,并对其在甘油高效稳定制氢领域发展前景进行展望。

摘要：研究不同类型土壤调理剂对滨海盐碱地夏玉米田0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态和籽粒产量的影响,为滨海盐碱地区夏玉米田适宜土壤调理剂的选用提供理论依据。试验于2022—2023年夏玉米季在山东省滨州市滨海盐碱型农田进行。采用完全随机区组设计,以不施土壤调理剂为对照(CK),设置3种不同类型的土壤调理剂,分别为硅钙钾镁型调理剂(T1)、硅钙钾镁沸石型调理剂(T2)和硅钙钾镁聚丙烯酰胺(PAM)型调理剂(T3)。研究不同类型土壤调理剂对0~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态、叶面积指数、地上部干物质积累量、氮素积累量及籽粒产量的调控效应。结果表明,与CK相比,玉米拔节期(V6)T1、T3处理20~30 cm土层土壤总盐含量和Na+含量分别降低6.88%和23.00%、28.82%和17.44%,土壤HCO3–含量分别升高10.97%、5.66%;吐丝期(R1)T2处理10~40 cm土层土壤总盐含量、Na+含量分别平均降低9.07%、14.11%,土壤HCO3–含量平均升高21.35%。土壤总盐含量降低有利于根系和地上部生长。与CK相比,吐丝期T1、T2和T3处理0~40 cm土层玉米单株平均根系长度分别提高17.56%、74.83%和33.53%;T2和T3处理单株平均根系表面积分别提高33.35%和27.44%,单株平均根系干重分别提高14.58%和11.93%。与CK相比,T1、T2和T3处理显著提高了玉米的叶面积指数,植株地上部干物质积累量以及氮素积累量,最终提高了夏玉米产量。2022年T1、T2和T3处理籽粒产量分别提高3.81%、8.22%和4.72%;2023年分别提高8.08%、18.88%和15.95%。综合分析可知,本试验条件下硅钙钾镁沸石型调理剂可有效降低玉米吐丝期土壤盐分含量,减轻盐分胁迫,促进玉米根系生长和对氮素的吸收,增加地上部氮素积累量和干物质积累量,显著增加籽粒产量,是滨海盐碱地降低盐碱胁迫促进夏玉米生长的最佳土壤调理剂类型。