2025年, 第51卷, 第05期　
刊出日期：2025-05-10

  

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  过滤函数对拓扑优化效率和灰度单元的影响

  杜家政, 陈炬, 李功明

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 523-538+572.

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  为了提高拓扑优化效率和减少灰度单元的数量，基于独立连续映射(independent continuous mapping, ICM)方法引入幂函数、复合指数型函数以及有理分式函数作为过滤函数，建立以质量最小为目标、位移为约束的拓扑优化模型。通过数值算例，研究了3种过滤函数以及单元质量和单元刚度过滤函数的参数比对拓扑优化效率和灰度单元的影响。数值算例表明有理分式函数能有效减少中间灰度单元数量，提高收敛速度，降低结构质量。对于幂函数，当单元质量和单元刚度过滤函数的参数比为1∶7时效果最佳；对于复合指数型函数，当单元质量和单元刚度过滤函数的参数比为1.3∶0.1时效果最佳；对于有理分式过滤函数，当单元质量和单元刚度过滤函数的参数比为3∶63时效果最佳。
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  基于注意力-残差双特征流卷积神经网络的深度图帧内编码单元快速划分算法

  贾克斌, 吴岳珩

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 539-551.

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  针对三维高效视频编码(three-dimensional high efficiency video coding, 3D-HEVC)深度图编码单元(coding unit, CU)划分复杂度高的问题，提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)的算法来实现快速深度图帧内编码。首先，提出一种具有3个分支的注意力-残差双特征流卷积神经网络(attention-residual bi-feature stream convolutional neural networks, ARBS-CNN)模型，其中基于残差模块(residual module, RM)和特征蒸馏(feature distill, FD)模块的2个分支用于提取全局图像特征，基于动态模块(dynamic module, DM)和卷积-卷积块注意力模块(convolutional-convolutional block attention module, Conv-CBAM)的分支用于提取局部图像特征；然后，将提取到的特征进行整合并输出，得到对深度图CU划分结构的预测；最后，将ARBS-CNN嵌入到3D-HEVC测试平台中，利用预测结果加速深度图帧内编码。与原始算法相比，提出的算法能在维持率失真性能几乎不受影响的条件下，平均减少74.2%的编码时间。实验结果表明，该算法能够在保持率失真性能的条件下，有效降低3D-HEVC的编码复杂度。
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  基于改进YOLOv5的路面病害检测方法

  刘鹏宇, 袁静, 高倩, 陈善继

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 552-559.

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  针对目前道路病害检测数据集种类较少、检测场景单一，以及现有基于深度学习的路面病害检测方法难以应对复杂环境干扰、模型由于体积较大难以部署等问题，建立一个多种类、面向多种场景类型的路面病害检测数据集，以弥补现有数据集的不足，并且提出基于改进YOLOv5的路面病害检测方法。该方法通过融合注意力机制和轻量化结构组件在提升模型检测精度的同时降低参数量，实现了在多种干扰背景下对裂缝和坑槽路面损坏的检测和准确识别，有效改善了上述不足。实验结果表明，提出的方法在构建的路面病害数据集上检测平均精度均值达到93.3%,具有较高的检测精度，模型参数量仅为6.7×10～6左右，大大降低了部署成本。
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  语义增强的多任务对比学习序列推荐模型

  杜永萍, 徐钰东, 周涛, 王禹心

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 560-572.

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  针对序列推荐任务中存在的数据稀疏问题，提出语义增强的多任务对比学习序列推荐模型(multi-task contrastive learning model with semantic enhancement for sequential recommendation, MCLM-SE4SRec),采用多任务联合训练的方式将2个对比学习任务与推荐任务进行结合。数据增强的对比学习任务通过结合项目相关性和序列长度对用户序列执行数据增强操作；语义聚类的对比学习任务从高维语义信息的角度，通过语义信息聚类挖掘潜在的用户序列语义信息，学习到更好的向量表示特征。在数据增强的对比学习任务中，利用负样本选择优化策略，通过对假负例的识别得到更合理的负样例集合，进一步提升模型性能。在3个公开数据集上的实验结果表明，该模型取得了优异的性能。
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  ECC-方钢管-再生混凝土叠合柱轴压力学性能及承载力简化计算公式

  许维炳, 杨树强

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 573-585.

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  为了解决方钢管-再生混凝土叠合柱(square steel pipe-recycled aggregated concrete composite-columns, SP-RAC-C)耐久性以及延性差等问题，提出一种工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)-方钢管-再生混凝土叠合柱(ECC-SP-RAC-C),通过数值仿真分析探究宽厚比、材料强度和再生骨料取代率等参数对其轴压力学性能的影响规律，得到该型叠合柱的轴压承载力计算公式。结果表明：ECC-SP-RAC-C在延性、耗能和承载力等指标上均优于RAC-SP-RAC叠合柱；宽厚比越小(ECC壳越厚)则试件的延性越高，但承载力和耗能能力降低；随着钢管强度或厚度的增加，试件的承载力、耗能和延性均增加，但钢管强度越高ECC的作用越小，而钢管厚度影响反之；ECC、RAC强度的提高均增加了叠合柱的承载力和耗能能力，低强度的ECC、高强度的核心RAC展现了更好的组合效应和良好的延性；随着再生粗骨料取代率增加，叠合柱承载力下降、延性增加；叠合柱轴压承载力计算公式具有良好的适用性。
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  玉米油微胶囊沥青自修复微观机理

  吕悦晶, 夏毅, 汤文, 钟闻华, 油川洲

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 586-594.

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  为解决微胶囊沥青自修复微观机理尚未明确的问题，采用原位聚合法制备玉米油微胶囊，通过石油醚浸泡法测定囊芯质量分数并验证稳定性；借助荧光显微镜观察微胶囊形貌特征，设计玉米油微胶囊沥青划痕法自修复试验，并观测自修复行为；基于原子力显微镜试验获取自修复沥青的微观特征参数，并量化分析微胶囊对沥青自修复的影响。结果表明：所制玉米油微胶囊的壁材固化稳定，囊芯质量分数为52%;玉米油微胶囊个体呈不规则球状结构，粒径分布主要为0～30μm,平均粒径为23.7μm;划痕受力后的微胶囊破裂释放玉米油再生剂，再生剂通过毛细作用扩散并填充裂缝实现沥青的自修复；4%、8%微胶囊沥青样品表面的峰状结构平均面积分别减少17%、27%,均方根粗糙度修复率分别为36%、41%;玉米油微胶囊的加入降低了老化对沥青表面微观参数的影响，一定程度上对老化沥青进行了修复。所制玉米油微胶囊改变老化沥青组分可以实现对老化沥青的性能再生，可为沥青路面预防性养护提供科学依据。
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  不同细骨料混凝土力学性能及多工况耐久性能

  姚占全, 高猛, 王海龙

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 595-603.

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  为了了解不同细骨料混凝土力学性能及多工况耐久性能，利用河砂、机制砂和风积沙制备混凝土进行力学性能和不同工况下耐久性能试验研究，并结合微观结构试验，探究不同细骨料对混凝土性能的影响机理。结果表明：机制砂可提升混凝土的力学性能，风积沙则降低混凝土的力学性能，二者均降低了混凝土的工作性能；在硫酸盐冻融干湿耦合条件下，风积沙混凝土的质量损失率呈指数型增长，大幅度降低了混凝土的耐久性；机制砂增加了水泥基质强度并且强化孔隙结构使闭口孔隙占比相对增多，弱化了混凝土在硫酸盐冻融干湿耦合条件下冻胀力和结晶压力对孔隙结构的破坏作用，提升了混凝土的耐久性；通过对损伤数据拟合进行寿命预测得出，机制砂提升了混凝土在不同工况条件下的耐久性，而风积沙只能提升混凝土在硫酸盐冻融工况下的耐久性。
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  城市网约车专兼职司机自动分类算法

  李之红, 杨凯然, 赵莉, 王晓雨, 程婕

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 604-611.

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  为精准区分网约车专兼职司机，优化网约车订单分派算法，提高网约车服务效率和满意度，挖掘了大量网约车平台专兼职车辆订单数据的变化规律，并基于订单数据生成个体车辆订单时序图，提出了一种考虑网约车订单时序关联性的专兼职司机自动分类模型，实现以聚类中心曲线来精准表征专兼职司机属性。模型以精准率、召回率和综合性能指数(F1)作为验证分类精度和有效性的指标，选择基于欧氏距离的聚类模型(EKmeans)和基于形状距离的聚类模型(DTWKmeans)作为基线模型，最后通过滴滴出行网约车数据进行有效性验证。结果表明：与基线模型相比，模型生成的聚类中心曲线能够更好地表征网约车专兼职司机运营订单的动态变化规律，并能够更精确地实现网约车专兼职司机的自动分类。模型对网约车专兼职司机的分类精度显著提高，其中对专兼职司机的分类指标中F1指数分别为0.70、0.88,相较于基线模型最高分别提升了55.56%和37.50%。与基线模型相比，模型在精准率和召回率2个指标上取得了最好的平衡状态，使得模型能够较好地满足要求。基于曲线形成的聚类模型能够更好反映类的形状和特征。模型可以更准确地对专兼职驾驶员进行分类，对于网约车平台专兼职司机精准管理、派单优化和服务水平提升具有重要意义。
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  京津冀地区农业源温室气体减排潜力预测研究

  郭秀锐, 张艺铃, 刘一蓉, 刘瑞

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 612-624.

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  中国农业生产需求不断增长和温室气体（greenhouse gas, GHG）排放控制目标的矛盾日益凸显，有必要更全面地识别农业部门长链条多环节的排放情况和减排潜力。为探究京津冀地区（Beijing-Tianjin-Hebei region, BTH）农业生产排放情况及减排潜力，核算了包括农业投入品、生产对象及废弃物的直接和间接排放，并基于政策选择适宜的减排措施，通过情景分析方法预测未来的排放趋势和措施采用下的减排效果。结果表明：2020年京津冀地区农业生产温室气体排放总量4 697万t CO₂当量，其中通过化肥使用排放和肠道排放的分别占总排放的30.2%、24.7%,唐山、石家庄、保定为最主要的排放城市。在基准情景下，2035年京津冀地区总排放量将增长19.06%,畜禽养殖将始终主导温室气体排放，农机能源利用排放占比18.6%,但在未来年将呈持续增长势头。与基准情景相比，综合情景下2035年减排量可以达到914万t,减排11.3%。不同控制措施都有一定的减排效果，最有效的3项减缓技术为堆肥添加抑制剂、饲料改进、有机肥配施氮肥减量。研究可为农业源温室气体控制策略制定提供有价值的参考。
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  微波消融肺组织的离体实验与有限元仿真

  吴水才, 刘菊, 张宇博, 高宏建

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 625-636.

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  为了研究肺组织微波消融(microwave ablation, MWA)的真实效果，基于有限元方法构建了有效的肺组织MWA仿真模型，利用离体猪肺消融实验验证了该模型的精确性，并对不同消融参数的影响进行了深入分析。结果表明，在40 W功率下，设定温度点的平均测量值与仿真结果的误差分别为2.87、2.64和2.99℃,在50 W功率下，误差分别为1.77、2.90和3.20℃,均在临床可接受范围之内。由Arrhenius模型表征的凝固区大小与实验结果具有较好的一致性，长径和短径误差均维持在5 mm以内。设定点的凝固时间和凝固程度随微波功率而变化。另外，凝固区随微波功率和消融时间的增加而显著地增大，但其增长速率并非完全相同。该研究获得了真实可靠的肺消融仿真模型，从而可为临床应用提供参考数据。
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  质子交换膜燃料电池催化层功能梯度设计进展

  李艺彤, 郭航, 陈浩, 叶芳

  北京工业大学学报. 2025, 51(05): 637-650.

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  催化层作为电化学反应的场所，是质子交换膜燃料电池的重要组成部件。为了促进质子交换膜燃料电池的性能提升和成本降低以及考虑到催化层中反应物质的不均匀分布，催化层组成成分被考虑设计成梯度分布以提高各成分和反应物的利用率，从而在不增加成本的前提下提高燃料电池性能。功能梯度催化层是质子交换膜燃料电池性能提升的重要手段之一。因此，该文从不同组成成分、不同方向详细综述了催化层的功能梯度分布设计。催化层成分的梯度分布研究主要以催化剂载量和离聚物载量为对象，从燃料电池3个不同方向，以不同的非均匀分布形式进行分布设计。功能梯度催化层可以有效地改善反应物、温度和电流密度分布的均匀性以及提高燃料电池性能，是发展高性能质子交换膜燃料电池的重要手段之一。