2023年, 第42卷, 第01期　
刊出日期：2023-02-15

  

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  激光跟踪仪大角度不整平测量精度分析

  段童虎, 范百兴, 黄赫, 孙晨磊, 陈哲, 邹方星

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 1-9. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.001

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  利用全站仪进行竖井等狭窄竖向空间传递测量时，垂直角过大导致高程精度急剧降低。根据激光跟踪仪可在平躺甚至倒挂状态下测量的特点，将狭窄竖向空间的垂直角测量转化为水平角测量，可以解决竖向高程传递问题。采用独立参数推导了适用于大旋转角的坐标转换和三维边角网平差模型；利用自主设计的大角度倾斜姿态测量装置，分析了仪顶角对精度的影响，并优化设站方式，实现激光跟踪仪在整平状态、旋转45°和旋转90°的3种姿态测量。不同布设模式的控制网平差结果表明，大角度不整平三维网的均方根误差小于0.349 mm,单位权中误差小于0.582 mm,点位精度优于0.634 mm,距离差值优于0.044 mm,精度可靠，此方法可用于狭窄竖向空间的三维坐标传递。
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  基于SBAS-InSAR技术钢桁梁结构桥梁形变信息提取与分析

  张迪, 唐旭, 李玉豪

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 10-17. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.002

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  针对传统桥梁监测技术监测时间不连续、只能依靠现有监测数据分析桥梁形变的问题，以南京大胜关长江大桥为研究对象，利用SBAS-InSAR技术获取2018—2019年的桥梁形变结果，以桥梁形变结果中的平均形变速率和LOS向时间序列形变量为输入集，分别构建BP神经网络时间序列模型来预测桥梁的形变量。结果表明：平均形变速率预测模型和LOS向时间序列形变预测模型的预测值与InSAR观测值之间的平均绝对误差分别为1.54、1.28 mm,均方误差分别为1.81、1.34 mm,均方根误差分别为1.81、1.53 mm,表明时间序列形变预测模型的可行性，为未来的桥梁形变预测提供了有力支撑。
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  引入调和测站折光模型的抗差三维网平差

  冉佳欢, 李宗春, 刘忠贺

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 18-27. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.003

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  针对大气垂直折光影响平差结果的问题，在测站折光模型的基础上引入调节因子，调节视线两端点测站折光参数对天顶距的影响比例，构建调和测站折光模型，并利用中位数抗差估计方法减弱粗差影响。使用仿真试验和实测试验对本研究方法进行验证，设计并实现了基本模型、全网折光模型、测站折光模型、调和测站折光模型和基于中位数抗差估计的调和测站折光模型。试验结果表明，相比于基本模型、全网折光模型、测站折光模型，调和测站折光模型能有效减弱大气垂直折光对三维控制网平差结果的影响，提高未知点的点位精度，并且引入中位数抗差估计能够有效抵抗粗差的影响。研究成果可为工程控制网的数据处理提供参考。
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  废弃矿井抽水蓄能面临的关键问题与对策思考

  文志杰, 姜鹏飞, 宋振骐, 蒋宇静

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 28-37. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.004

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  为向低碳清洁能源转型，我国风、光等新能源高速发展，新型电力系统对调节电源的需求更加迫切，抽水蓄能逐渐成为储能技术开发与利用的热点。本文在系统梳理抽水蓄能电站技术研究现状的基础上，从电站选址、库容计算、地下空间改造及安全运维四个视角分析了废弃矿井抽水蓄能电站建设面临的主要难题；从工程角度提出亟待研究解决的四项关键技术：地上水库安全性评价方法与治理技术、地下水库库容计算模型及调蓄技术、地下水库损伤变形机理及加固技术、二次开挖地下结构变形失稳机制及治理技术。利用废弃矿井遗留的大量地下空间资源建设抽水蓄能电站，有助于构建清洁低碳能源体系，增强能源供给稳定性。
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  不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律

  陈绍杰, 刘瑞, 徐贞社, 哈列少科·阿列克谢·阿列克谢耶维奇, 邵海波, 冯帆

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 38-48. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.005

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  断层破坏覆岩地层的整体性，影响岩土体的强度特性和变形性质，导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律，构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型，数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征，结合实例进行了对比分析。结果表明：地表移动变形范围与松散层厚度密切相关，随松散层厚度的增加，相较于无断层一侧，地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小，最终与无断层一侧相同；厚基岩地质条件下，随松散层厚度增加，地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移；厚松散层地质条件下，松散层吸收了断层诱发的非连续变形，随松散层厚度增加，地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。
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  工业废水中金属离子对水煤浆性能的影响及作用机理研究

  李晓腾, 吕剑桥, 马椽栋, 由晓芳, 李琳

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 49-56. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.006

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  工业废水用于制备水煤浆，有利于其资源化利用，降低工业废水的处理成本，减少环境污染。为了探究工业废水中金属离子对水煤浆黏度、稳定性和燃烧特性的影响，选用Na⁺、Ca²⁺两种金属离子进行实验研究。成浆实验研究结果表明，Na⁺、Ca²⁺存在时均会增加水煤浆的黏度，并且Ca²⁺的增黏幅度明显高于Na⁺;Na⁺、Ca²⁺对水煤浆稳定性的影响较小。燃烧特性研究表明，Na⁺、Ca²⁺水煤浆的着火温度、燃尽温度降低，最大燃烧速率增大，Na⁺对燃烧特性产生的积极影响比Ca²⁺显著。
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  陆地风电空心锥形基础地震响应特性分析

  李大勇, 胡靖彦, 张雨坤, 李强

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 57-68. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.007

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  空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。为了丰富陆地风电基础抗震性能研究并将空心锥形基础推广至实际工程中，数值模拟研究了砂土地基中质量相等的空心锥形基础和圆形基础的地震响应特性，讨论了基础尺寸、上部荷载、地震动峰值加速度和地下水埋深等因素对基础加速度和位移响应的影响。研究表明：地震作用下空心锥形基础和圆形基础顶板中心处的加速度峰值差距较小，约为5%;锥形基础的沉降量始终低于圆形基础，降幅在4%～31.8%;空心锥形基础前侧的土体变形范围大于圆形基础，而土体隆起量最大值小于圆形基础，最大减少66%,地震作用下空心锥形基础调动了更多土体抵抗荷载，具有更高的承载力。增加锥形基础的径高比(基础顶面直径与高度之比)能够有效减少基础沉降和前侧土体变形。基础上部荷载与输入地震峰值加速度增大，基础沉降量显著增大，基础前侧土体的变形范围和隆起量也随之增大。基础顶板中心处的加速度放大系数随上部荷载与地震动峰值加速度的增大而减小，随地下水位埋深增加而增大。
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  冠梁对既有-新增双层排桩支护结构工作特性的影响

  孔德森, 赵新媛, 侯迪, 孙添娇, 王晓敏

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 69-78. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.008

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  以既有建筑增层开挖为研究背景，采用室内模型试验的方法建立地下空间向下增层既有-新增双层排桩支护结构模型，对地下空间向下增层过程中既有-新增双层排桩支护结构的工作特性进行研究，重点分析冠梁对既有-新增双层排桩支护结构桩顶水平位移和桩身弯矩的影响。研究表明，有冠梁约束时既有支护桩桩顶水平位移曲线比无冠梁约束时更平缓，增设冠梁能够明显减少空间效应对支护结构的影响；增设冠梁后，前后排桩的桩顶水平位移差由10.43 mm减少为0.06 mm,有效提高了前后排桩的整体性；既有支护桩桩顶增设冠梁后，既有支护桩桩身弯矩明显增大，而新增支护桩桩身弯矩变小。
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  海洋物联网水面及水下多模通信技术研究进展

  罗汉江, 卜凡峰, 王京龙, 杨玉婷

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 79-90. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.009

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  海洋物联网水面及水下多模通信借助通信技术的多样性和灵活性，实现高效可靠的数据传输，引起了研究者的广泛关注。该技术旨在利用水声、无线电、光学等多种无线通信技术的互补性，并融合软件定义技术、强化学习、深度学习等人工智能技术，以提供高效、可定制、智能化的自适应网络。本研究首先讨论了海洋物联网水面及水下多种无线通信及融合技术；然后，重点针对海空跨介质多模通信技术及水下多模通信技术的研究进展作了系统的综述；最后，针对海洋物联网水面及水下多模通信技术的未来发展进行探讨与展望。
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  基于YOLOv4的轻量级火焰检测算法

  王海群, 张成君, 张怡

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 91-99. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.010

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  为改善现有火焰检测算法参数量大、训练时间长等缺点，本研究提出基于YOLOv4改进的轻量级火焰检测算法。算法以YOLOv4为基本框架，采用MobileNet v3作为主干网络，利用深度可分离卷积替代YOLOv4中颈部网络和检测网络的3×3普通卷积，并将激活函数更换为H-swish函数，构建出一种轻量级火焰检测算法。不仅参数大幅度减少，而且能提升火焰检测精确度，降低火焰漏报率。实验证明，在相同的训练条件下，本研究提出的算法参数量个数降为YOLOv4的18%,训练时间减少44%。当检测相同火焰图像时，与MobileNet v3-DW-YOLOv4算法相比，本研究算法的精确度提升1%,检测速度为每秒46帧，能更好地嵌入到终端设备上进行实时检测。
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  基于自步集成学习的非道路移动机械排气烟度预测模型

  许小伟, 肖喆, 王明达, 祝能, 钱枫, 肖宁强

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 100-109. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.011

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  非道路移动机械逐步成为减排潜力挖掘的重点。本研究对山东省16个地级市共计13 413台非道路移动机械开展排气烟度实测工作，通过分析机械排气烟度值和烟度检测合格率随机械类型、使用年限、功率的分布情况及所属经济圈的变化规律，绘制山东省排气烟度污染空间分布图；在分析单变量影响因素的基础上，选取6类易获取的机械属性作为特征参数，基于自步集成学习算法构建叉车烟度检测结果预判断模型。结果表明：非道路移动机械标准从国Ⅰ提升至国Ⅱ、国Ⅱ提升至国Ⅲ,排气烟度分别减小了33%和50%;推土机、沥青摊铺机、工业钻探设备以及叉车的整体排放状况较差；山东省三大经济圈的机械保有量从大到小依次为胶东>省会>鲁西南，机械整体排放状况从好到差依次为省会>胶东>鲁西南；自步集成学习算法在决策树和K近邻两个分类器下获得了所有模型评价指标的最高值，其在不平衡数据上具有更好的分类性能。
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  多尺度样本熵对脑信号复杂度评估算法的修正

  李筱菁, 刘云青, 丁颖, 孙友然, 周薇

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 110-117. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.012

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  多尺度样本熵(MSE)算法作为一种时间序列非线性复杂度测量方法，近年来在生物信号分析中得到广泛应用。针对MSE对不同粗粒化程度数据序列的匹配标准缺少区分度的问题，提出一种修正方法，将序列匹配标准与不同粗粒化程度的数据相对应，以提高MSE对信号复杂度测量的准确度和可解释性。采用修正前、后的MSE分别对模拟噪声信号和人类脑电信号复杂度进行了计算。结果表明：修正后的MSE所表征的复杂度更符合白噪声与1/f噪声的物理意义，且对脑电信号在高时间尺度闭眼与睁眼实验条件下的复杂度具有更好的区分效果，复杂度差异存在统计显著性。
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  基于过程挖掘的分层学习行为模型发现方法

  李金鹏, 刘聪, 李会玲, 王颖, 曾庆田, 张峰

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(01): 118-128. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.01.013

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  教育过程挖掘将过程挖掘技术应用于教育数据分析，是教育数据挖掘的重要分支之一。当前教育数据挖掘主要是用经典的机器学习算法对在线学习数据进行建模分析，难以描述全局的学习过程。凭借解析事件日志发现控制流模型的过程挖掘技术可以解决这一难题，但由于真实数据受各种客观因素的影响，存在大量噪声和无关行为，已有的挖掘方法往往会生成“意大利面模型”,不利于分析理解。针对这一问题，本研究提出分层过程挖掘方法发现学生学习过程。具体方法是：通过解析带生命周期事件日志的时间属性，发现活动嵌套关系；然后构造分层事件日志，进而挖掘描述学习行为的分层过程模型；最后用契合度、精确度、F-值三个指标，系统地比较分层过程挖掘方法与已有过程挖掘方法所挖掘模型的区别。