光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)传感器基于模式干涉原理,通过监测目标对传感器模式干涉的影响来实现对目标物的传感与测量。本文阐述光纤MZI传感器的特点、传感机理、研制技术和传感应用,详细介绍光纤MZI传感器已有的主要制备方法,包括光纤错位熔接法、纤芯失配法、光纤侧边抛磨法和光纤拉锥法等,分析比较各种制备方法的适用性和局限性;系统综述光纤MZI传感器在温度、应变、液位、曲率、压力、折射率、双参量和生化监测等方面的传感应用及优缺点;最后对光纤MZI传感器的研究进行展望。

微电网技术发展日益成熟,储能装置的合理配置是解决分布式电源存在随机性与间歇性等问题的主要方式之一,而良好的微电网复合储能容量优化配置方法可以保证微电网经济可靠运行。近几年兴起的氢储能具有清洁、容量大的优势,且对于“碳中和”、“碳排放”具有重要意义,氢能开发与利用已成为世界上许多国家能源体系中的重要组成部分。储能是构建新能源微电网的基础,但单一储能已经无法满足当前微网快速发展条件下的运行要求,因此混合储能的容量配置是目前研究的重点。本文以包含氢储能的混合储能微电网作为基本结构,介绍微电网各组成部分的数学模型和相关研究,对比氢储能和其他储能;阐述储能容量配置目前的研究现状以及存在的相关问题;对氢储能未来其他研究方向和创新进行展望。

微波离子热合成是用离子液体或低共熔混合物做溶剂和模板剂,并辅之以微波加热的一种新型合成技术。它既保留了离子液体/低共熔混合物的低熔点和不易挥发等特点,又具有微波高效节能的特点,不仅为材料合成提供了新的发展视角,也符合碳中和发展目标。本文对微波离子热在材料合成方面的应用进行综述,包括分子筛的合成、纳米材料的合成及其他材料的合成,并对微波离子热合成的发展前景进行展望。

荒漠草原是草原的极限状态,也是草原向荒漠过渡的一类草原。荒漠草原不同群落斑块之间的识别是评价草原荒漠化的一个重要指标。探索一种高效、快速的识别荒漠草原不同群落斑块之间的分布情况对动态监测草原荒漠化进程和合理开发草地资源有重要意义。本文以无人机搭载高光谱仪进行荒漠草原遥感影像数据采集,利用主成分分析(PCA)对数据进行降维。通过对卷积神经网络进行改进,将不同卷积层的特征进行融合,进而提出一种具有多层特征融合的2D卷积神经网络(MFF-2DCNN)识别方法。结果表明,该模型对荒漠草原微斑块识别总体精度达92.23%,与SVM、KNN和原始2D-CNN相比分别提升4.35、25.71、0.95个百分点。无人机遥感与卷积神经网络的有效结合为荒漠草原不同群落斑块之间的识别分类提供新思路。

针对传统病虫害图像识别方法流程繁琐、效果差和应用困难等问题,本文以番茄、玉米、马铃薯3类作物17种叶部病虫害图片为研究对象,通过改进MobileNetV3网络模型并部署到移动端,实现了对多种作物病虫害图像的有效分类。首先,对病虫害图像做随机裁剪、旋转等预处理操作,对不均衡样本进行数据扩充;然后,将MobileNetV3网络从ImageNet数据集上学习获得的先验知识通过迁移学习策略应用到病虫害数据集上,经过参数微调并采用RAdam优化器训练后得到改进的轻量级网络模型;最后,将该模型通过Android Studio开发软件移植到安卓手机端。实验结果表明,该模型具有精度高、占用内存小、识别速度快等优势,能够满足对农作物叶片病虫害检测的基本要求,对智慧农业的发展具有参考意义。

跨语言信息检索是信息检索领域的重要任务之一。现有的跨语言神经检索方法通常使用单任务学习,单一的特征捕捉模式限制了神经检索模型的性能。为此,本文提出一种基于多任务学习的跨语言检索方法,利用文本分类任务作为辅助任务,使用共享文本特征提取层同时捕捉2个任务的特征信息,使其学习不同任务的特征模式,然后将特征向量分别输入到神经检索模型和文本分类模型中完成2个任务。另外,文本分类任务引入的外部语料也在一定程度上起到了数据增强的作用,进一步增加了特征信息的层次。在CLEF 2000-2003数据集的4个语言对上进行的实验表明,本方法明显改善了文本特征提取的效果,从而增强了神经检索模型性能,使神经检索模型的MAP值提高0.012~0.188,并使模型收敛速度平均提高了24.3%。

针对目前软件开发人员在手工开发Web Service程序过程中出现效率低下、容易出错等问题,本文基于低代码开发范式,结合需求原型化技术RM2PT,提出一种Web Service自动生成方法。首先,根据操作契约中的OCL表达式与数据基本操作的语义关系,建立两者之间的转换规则;其次,根据Web Service功能模块的代码特征构建转换模板;然后建立解析和处理需求模型的转换算法;最后,使用转换规则、转换模板和转换算法直接将需求模型自动转换为目标应用程序。通过使用4个软件开发案例对提出的方法进行验证,结果表明,约93.3%的系统操作可以实现自动生成。相比传统的软件开发模式,本文方法可以由需求模型自动生成标准化Web Service程序,提高了软件开发效率与质量。此外,本文方法支持快速原型开发和迭代开发,用户可以通过GUI验证、编辑与修改需求,重新生成应用程序。

针对黏菌算法(slime mould algorithm, SMA)搜索效率低和陷入局部最优的问题,本文提出一种多策略改进黏菌算法。首先,通过Tent映射反向学习策略求得较优种群作为初始种群,提高算法收敛速度;其次,黏菌通过自适应权值策略和扰动策略更新位置,调整算法勘探能力和开发能力,避免陷入早熟并提高收敛速度;最后,与PSO、WOA、GWO、SMA等4种算法和相关改进SMA算法相比,对CEC测试函数的寻优结果表明:本文改进算法的搜索效率和避免陷入局部最优能力较强,算法能在较短时间内找到全局最优值,对测试函数的收敛速度和收敛精度均有不同程度提高。

研究一类具有2个对称奇点的三维三次系统的中心和极限环分支问题。首先借助计算机代数软件计算其伴随复系统的前8阶奇点量,得到这2个奇点成为中心的一组必要条件,并进一步证明其充分性;然后导出这2个奇点同时成为8阶细焦点的条件;最后利用雅可比行列式证明系统至少存在16个小振幅极限环,并给出三维三次系统极限环个数的一个新的下界。

近20年来,环论与图论相结合的零因子图一直是数学研究的热点。很多学者在环上按照一定关系定义了多种图,以此研究环的性质与图的性质之间的关系。本文研究剩余类环上全矩阵环的拟零因子图的性质,给出矩阵是剩余类环上全矩阵环的拟零因子图中顶点的充要条件,并且给出剩余类环上全矩阵环的拟零因子图中任意2个顶点的距离等于1、2、3的充要条件,最后证明2个剩余类环上全矩阵环的拟零因子图同构当且仅当全矩阵环的底环同构,且全矩阵环的阶数相同。

本文考虑衰减信道下点对点(P2P)的实时通信问题,具体地,设大小已知的传输任务随机到达系统,每个传输任务具有严格时延,考虑系统在随机衰减信道下的实时最优传输策略,使系统贴现总期望收益达到最大。将通信模型转换成Markov决策过程(MDP),考虑到基于MDP架构下的维数灾难,基于无休止赌博机模型(RBP)分析P2P实时传输问题,证明衰减信道下P2P实时通信系统的可索引性,同时给出传输策略的Whittle索引封闭解。本文理论上保证衰减信道下P2P实时传输策略Whittle索引的存在性,并可由Whittle索引封闭解设计低时间复杂度的传输调度算法,对衰减信道下P2P实时通信的设计与优化具有指导意义。

本文研究脉冲推力作用下带伸缩腿的上楼梯双足机器人行走的复杂动力学。利用伸缩腿结构解决上楼的触碰台阶问题,采用沿支撑腿方向的脉冲推力提供动力源,运用拉格朗日方程和角动量守恒定律,建立上楼梯双足机器人行走的动力学模型。通过施加幅值限制和与支撑腿角速度相关的脉冲推力构造庞加莱映射。结合理论分析和数值模拟,研究系统的周期解及其分岔等复杂动力学,讨论脉冲参数及自身结构参数对双足机器人稳定行走的影响。研究结果表明:选择合适的参数,系统具有稳定的周期-1解,双足机器人能够稳定完成爬升楼梯的动作;相较于固定脉冲推力,幅值限制和与支撑腿角速度相关的脉冲推力有助于上楼梯双足机器人快速进入稳定的行走状态。

以脱氢卡维丁得率为评价指标,采用单因素实验及正交试验确定岩黄连中总生物碱的最佳提取工艺,并采用自由基清除法评价其抗氧化活性。实验结果表明,岩黄连总生物碱的最优提取工艺为:提取温度80 ℃,提取时间2.5 h,乙醇体积分数60%,料液比1∶14,提取3次,在此条件下得率为7.34%;抗氧化活性实验表明,岩黄连生物碱粗提物对DPPH自由基、超氧阴离子自由基有较好的清除作用,对ABTS自由基和羟基自由基有一定程度的清除作用,呈现浓度依赖性,表明岩黄连生物碱粗提物是潜在的天然抗氧化剂。

本文利用直接高温固相反应,合成制备了锂离子电池正极材料Li₂FeSiO₄及Li₂FeSiO₄/C,并研究了碳复合改性对Li₂FeSiO₄的结构、电导率、嵌/脱锂性能、循环比容量等方面的影响。结果表明,材料的制备工艺流程简单易行,有利于规模化生产;碳复合改性有利于提高硅酸盐正极材料的导电性能,改善材料在成相反应后的粒度分布;特别是碳复合改性有利于提高Li₂FeSiO₄的嵌/脱锂性能和循环比容量,Li₂FeSiO₄/C在0.1C倍率下首次放电容量高达120 mAh/g以上,大大高于未经复合改性Li₂FeSiO₄的20 mAh/g。研究表明,Li₂FeSiO₄是一种很有研究价值和开发潜力的锂离子电池正极材料,碳复合改性可显著克服该材料在电导率、电化学性能等诸多方面所存在的不足和局限。

针对菌藻共生好氧颗粒污泥(algal-bacterial granular sludge,ABGS)的结构稳定性会影响运用ABGS污水处理工艺效能这一问题,基于不同曝气周期的SBR工艺,分析出水进水水质,并采用基于盒维数的分形维数计算方法,研究不同工况下ABGS的去除效能与分形特征。研究结果表明:在相同水力停留时间和相同曝气时间下,间歇时间小于等于2 h时,ABGS的去除效能和形态特征相似;在较高水平曝气量下,ABGS的COD、TP去除率较高,微藻的含量有效影响TP去除;ABGS的分形维数为1.78~1.83,且与好氧颗粒污泥的分形维数相似,分形维数越大,其结构越复杂、密实度越高、沉降性能越好。

随着城市化的快速发展,水污染日益严重,城市污水处理厂受纳水体类型变得越来越复杂,造成污水处理厂排水水质不达标。以新疆乌鲁木齐市头屯河污水处理厂A²/O工艺为研究对象,在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken响应面法结合BP神经网络(RSM-BP)和遗传算法-ANN神经网络(GA-NN)2种方式对A²/O工艺的脱氮条件进行优化和预测。结果表明:影响TN去除率的因素大小为有机负荷(F/M)大于碳氮比(C/N)大于碳磷比(C/P),RSM-BP优化的最佳工艺条件为C/N=8.95、C/P=72.01和F/M=0.088 d^-1,TN去除率预测值为79.12%,验证值为77.36%,相对误差值为2.275%;GA-NN优化的最佳工艺条件为C/N=9.00、C/P=72.15和F/M=0.09 d^-1,TN去除率预测值为79.25%,验证值为78.71%,相对误差值为0.686%。GA-NN预测的TN去除率较高,误差更小,表明GA-NN算法在A²/O工艺的应用是有效的,同时可为污水处理厂运行提供理论指导。

为了改善血管支架置入后近壁面的血流特性,抑制血管支架内血小板、脂类等物质的黏附,降低支架内出现再狭窄现象的概率,基于仿生学原理,在管状血管支架内表面设计了不同高度的正六边形凸起微织构,采用有限元法探究不同高度微织构在心脏收缩期和舒张期内对近壁面处血流状态的影响。结果表明,相比于无织构支架,内壁带有微织构的支架能够有效改善血流状态:在心脏收缩期,当血液流速达峰值时刻,微织构高度为35 μm的支架下血流速度可提高0.78%,微织构高度为50 μm的血管支架下血流速度能够提高8.93%;在心脏舒张期血液平稳流动时,微织构高度为35 μm的支架下血流速度提高2.20%,微织构高度为50 μm的血管支架下血液流速增幅达14.37%。尤其是在血液流速达峰值时,近壁面处的血液出现扰动和停滞区,随着微织构高度的增加,血液扰动的幅度逐渐增大;而当血液流动处于平稳状态,血液在近壁面产生漩涡和回流现象,微织构越高,血液回流量越小,漩涡强度越大。相比于无织构支架,微织构支架能够有效改善近壁面处的血流特性,提高血液流动速度和近壁面处的扰动,减少血液黏附,降低血管支架出现再狭窄的风险。

黑色素瘤是一种最具侵袭性和最难以治疗的癌症之一,目前黑色素瘤的治疗主要是使用靶向药物和免疫治疗药物。然而,受限于耐药性,这些疗法也无法有效改善黑色素瘤患者的预后。因此,需要新的预后方法来指导个体化治疗和改善预后。本文利用TCPA和TCGA数据集的多因素COX分析,建立基于P21、YAP、X1433ZETA、CKIT、S6、CD20、LCK、P27、CD49B、GATA6和SRC_pY416蛋白质的预后模型。风险评分分析显示,风险评分高的患者预后较差。单因素和多因素COX模型分析显示预后与风险评分相关。共表达分析确定了与预后模型中蛋白质共表达的各种蛋白质。将低风险蛋白质GATA6和高风险蛋白质X1433ZETA在黑色素瘤细胞中过表达,GATA6抑制肿瘤生长,X1433ZETA促进肿瘤生长。本文所建立的黑色素瘤预后模型可潜在应用于个体化治疗指导。

养殖群体繁殖过程往往受到人为干扰,经过多年养殖后容易出现近亲繁殖现象,影响养殖效益。为了解棘胸蛙Quasipaa spinosa养殖群体的遗传多样性,评估棘胸蛙的遗传现状,本研究选用9个微卫星分子标记对5个养殖群体(江西、浙江、广西、广东、福建)148个实验样本进行遗传多样性分析,结果显示:9个微卫星位点在5个养殖群体中共检测到46个等位基因位点,其中,平均等位基因和平均有效等位基因数分别为5.111和2.702,平均观测杂合度和期望杂合度为0.182和0.589,平均多态信息含量为0.536;养殖群体内观测杂合度和期望杂合度分别在0.130~0.230和0.353~0.468,且观测杂合度均小于期望杂合度。广东和广西群体遗传相似度最高(0.819),福建和江西群体的遗传相似度最低(0.441),与利用MEGA软件构建UPGMA进化树结果相一致。实验结果揭示棘胸蛙养殖群体已经存在一定的近亲繁殖现象。建议在人工养殖棘胸蛙的过程中,应尽量扩大选种范围,避免近亲繁殖;同时,定期从外地良种场引进良种作为繁殖亲本,提高亲本遗传多样性。

为探究野外鳄蜥Shinisaurus crocodilurus与人工繁育鳄蜥在选择体温(T_sel)与运动能力之间的差异性,在实验条件下测定了人工繁育鳄蜥与野外鳄蜥的选择体温与运动能力,结果发现:野外鳄蜥与人工繁育鳄蜥的选择体温无明显差异,且每个样本的选择体温与其性别、体质量、体长没有显著相关性。人工繁育会导致鳄蜥的运动能力下降,野外鳄蜥的瞬时跑速(1.098±0.167 m/s)与人工繁育鳄蜥(0.842±0.186 m/s)(P<0.001)相比存在极其显著差异;性别差异对鳄蜥的跑动速度不会产生影响。经过设计的人工饲养环境与野外鳄蜥的生存环境基本保持一致,可能是人工繁育与野外鳄蜥选择体温无显著变化的原因。而饲养空间相对较小、天敌威胁小以及人为投食的喂养方式可能是导致人工饲养鳄蜥运动能力下降的主要原因。为使人工繁育鳄蜥在放归后能够适应野外环境,需要在人工饲养过程中增加对其运动能力的训练。

采用显微镜、苏木精-伊红染色观察法和酶联免疫分析法,研究全州禾花鲤Cyprinus carpio不同部位皮肤、鳞片以及背鳍色素细胞的组成、分布、形态特征及色素含量,结果显示:全州禾花鲤背部呈乌褐色,腹部呈白色半透明,鳃盖透明可见鳃丝;鳞片中的色素细胞主要包括黑色素细胞、黄色素细胞以及少数红色素细胞,与建鲤Cyprinus carpio var. Jian相比不含鸟嘌呤结晶。背部皮肤中包含黑色素细胞、黄色素细胞和红色素细胞;腹部皮肤仅含有少量的黄色素细胞和红色素细胞,无黑色素细胞。鳍条中以黑色素细胞和黄色素细胞为主。皮肤切片染色观察显示,全州禾花鲤皮肤下无虹彩细胞带,皮肤中的黑色素和叶黄素含量分别为10.10 ng/L和1.53 mg/kg,分别比建鲤高39.70%(P＜0.01)和低71.29%(P＜0.05)。研究结果为进一步揭示全州禾花鲤特殊体色性状形成的分子机制和良种选育提供资料。

食果鸟类对植物果实的取食和传播在植物种群的更新和扩散中具有重要意义。2020年11月至2021年1月,采用焦点动物扫描法并借助Safari 10×26 变焦双筒望远镜,观察鸟类对校园内秋枫Bischofia javanica果实的取食行为,详细记录鸟类种类、取食基质、访问频次、取食时间、取食数量和取食方式等信息,探讨秋枫母树的特征(结实量、郁闭度和高度)和鸟类的体型特征(喙长、体长和体质量)对鸟类取食行为的影响。结果表明:研究期间共观察到5种鸟类取食秋枫植物的果实,其中白头鹎Pycnonotus sinensis、红耳鹎Pycnonotus jocosus、白喉红臀鹎Pycnonotus aurigaster和黄臀鹎Pycnonotus xanthorrhous等4种鸟类以整吞的方式取食秋枫种子,属于种子潜在传播者。不同种鸟类对秋枫果实的平均访问只数、平均取食时间和平均取食量存在极显著差异。相关性分析表明,秋枫结实量与访问母树的鸟类数量、种数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数呈正相关,母树郁闭度和高度均与访问母树的鸟类数量呈正相关;鸟类的体长、体质量和喙长与平均取食量间均呈正相关,说明动植物特征会影响鸟类对秋枫果实取食行为,进而影响其种群的更新。

为阐明喀斯特石山特有植物小花异裂菊Heteroplexis microcephala Y.L.Chen.根际和非根际微生物代谢功能多样性及差异,揭示其生态适应机制,采用土壤养分分析常规方法和Biolog-ECO微平板法,对小花异裂菊5个典型分布地的根际和非根际土壤养分和微生物代谢功能多样性进行研究,结果表明:小花异裂菊根际土壤中,速效钾、全钾、pH、全氮、全磷、碱解氮、交换性钠以及交换性镁含量均高于相应的非根际土壤;根际土壤的微生物平均颜色变化率均高于非根际土壤;2个分布地根际土壤微生物多样性指数、优势度指数与非根际基本相同,其余3个分布地则根际明显高于非根际;根际与非根际土壤微生物主要利用的碳源类型均为羧酸和糖类化合物,4个分布地的根际微生物碳源利用率均明显高于非根际;主成分分析显示,糖类化合物是驱动小花异裂菊根际和非根际碳源代谢差异的主要碳源;冗余分析显示,全钾和交换性镁对小花异裂菊根际微生物的碳源利用模式影响呈正相关,全磷、速效磷、交换性钙与碳源利用呈负相关。本研究表明,通过分泌微生物代谢利用最广的糖类和羧酸类碳源来提高根际土壤微生物整体代谢活性、促进土壤养分循环并形成适宜自身的微生态环境是小花异裂菊适应喀斯特逆境的重要途径。

在《本草纲目》中黄参被誉为“小人参”,以黄参叶片为试材,采用高通量测序平台BGISEQ-500进行转录组测序,利用转录组分析软件进行组装、注释。结果表明:1)利用组装软件,获得99 981个Unigene,总长度是113 850 816 bp,平均长度是1 138 bp,N50的长度是1 874 bp,GC含量是39.93%。2)将Unigene比对到7大功能数据库进行注释,分别有49 390(NT:49.40%)、48 281(SwissProt:48.29%)、61 116(KOG:61.13%)以及55 859(Pfam:55.87%)个Unigene获得功能注释。3)比对到NR数据库共有66 451条,黄参与胡萝卜Daucus carota subsp. sativus有较高同源性,与其他物种的同源性较低。4)基因本体(gene ontology, GO)数据库注释显示,有78 040条Unigene得到注释,按功能分为生物过程、细胞组分、分子功能三大类,分别有15、11、14个亚类,其中执行生物过程的类区较多。5)51 479条Unigene富集在KEGG数据库的20条代谢通路中。6)在KOG数据库中,有61 116条Unigene被分配到26个基因功能大类中,参与功能预测、信号转导、翻译、修饰及蛋白质运输的基因最多。7)使用Transdecoder检测出62 323个CDS,检测出17 308个SSR(simple sequence repeats)分布于13 256个Unigene中,双核苷酸重复基元类型最为丰富(6 721,占38.83%);预测出2 370个编码转录因子的Unigene。黄参遗传信息丰富,本文研究结果将为揭示黄参遗传背景、分子标记研究、开展其功能基因组分析等提供基础数据,也为黄参的综合利用及研发奠定基础。