2023年, 第42卷, 第02期　
刊出日期：2023-04-15

  

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  自适应瞬变电磁波场反变换方法及其在隧道超前预报中的应用

  王刚, 郑新, 张书博, 范克睿

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 1-12. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.001

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  瞬变电磁法(TEM)是一种感知地下含水体，圈定隧道含水区范围的有效方法。从瞬变电磁信号中准确提取虚拟波场是刻画含水区形态边界的关键。为提取准确可靠的虚拟波场，需要解决核函数动态范围大、波场反变换方程高度病态和实现自适应求解等问题。本研究基于精细积分方法，结合缩短波场反变换数值积分区间的经验公式，提出优化的自适应波场反变换方法。结果表明，在对均匀半空间的数值模型计算中，对正演数据的拟合误差低于0.5%;在对H型地电断面的数值模型计算中，提取的虚拟波场具有合理准确的运动学特征；在对全空间HKH型模型的数值计算中，提取的虚拟波场突出不同深度的含水层边界，在整个观测时间段拟合程度高；对于隧道实测数据，虚拟反射波在富水区边界和电性界面附近响应明显，拟合误差低于5%,虚拟波场记录圈定的含水区与视电阻率分布规律相互印证且与钻井试验吻合，证实了该方法的有效性和可靠性。
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  沂沭断裂带地壳结构特征：来自远震接收函数的证据

  李沐洁, 赵俐红, 孔庆翰, 吕子强, 赵硕

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 13-21. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.002

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  沂沭断裂带的地壳厚度和泊松比是理解该区构造演化和深部物质结构的重要依据。本研究收集沂沭断裂带50个固定台站所记录的远震事件数据，应用P波接收函数H-κ叠加扫描方法，分析研究区台站地壳厚度和泊松比特征。结果表明：研究区地壳厚度29.8～35.2 km,平均厚度32.8 km,以沂沭断裂带为界，具有自西北向东南减薄的趋势；泊松比为0.20～0.31,平均0.25,表现出明显的分区特性，位于沂沭断裂带内的台站泊松比明显高于附近地区，该分布特征与研究区的地壳物质组成有关；沂沭断裂带两侧构造单元的地壳结构特征存在明显的差异性，说明沂沭断裂带对不同构造单元具有明显的分割效应。
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  基于贝叶斯信息准则的多波束海底底质非监督分类

  牛樱晓, 崔晓东, 胡海洋, 丁继胜, 阳凡林

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 22-32+43. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.003

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  海底底质分类作为海洋测绘的主要研究方向，适用于无先验样本的非监督底质分类技术是重要的研究内容。传统K-均值聚类方法存在主观设置参数的局限性，无法准确高效判别最优聚类数。因此，本研究首先依据多波束反向散射强度角度响应曲线数据，结合贝叶斯信息准则构建特征概率密度模型，实现聚类数的准确寻优；其次，融合多波束强度特征和地形特征构建基于K-均值的海底底质非监督分类模型。实验表明：该方法准确解释了实际底质的分布情况，总体分类精度和Kappa系数分别为77.97%和0.67,相较于最大最小值法和中心点法分别提高了13.93%、0.22和1.69%、0.02,收敛迭代次数比中心点法减少67次，提高了分类效率，为海底底质的自适应聚类提供参考。
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  POWERLINE-ALS:一种用于输电线路场景深度学习语义分割的机载LiDAR点云数据集

  王郑阳, 俞昊, 孟昊, 马宇轩, 冉春晴, 黄岩, 周兴华, 王胜利, 张晓波

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 33-43. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.004

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  为实现基于深度学习的输电线路点云精确语义分割，必须建立能够准确反映目标类别特征的点云数据集。但现有数据集无法满足输电线路场景点云语义分割的需要。因此，基于机载LiDAR获取的某地区500 kV超高压输电线路巡检点云数据构建了一套深度学习数据集——POWERLINE-ALS。该数据集包含地线、导线、杆塔、植被、建筑、低矮电力线等6个类别，输电线路长21 km。同时，利用PointNet++、PointCNN、KPConv、SPG、RandLA-Net等5种常用深度学习模型对数据集进行了训练和测试。模型实验结果表明，POWERLINE-ALS能够在目前主流的深度学习模型上应用，具有普适性，其最高测试精度和平均交并比分别达95.31%和82.25%,可以满足实际点云数据语义分割工作的精度要求。
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  倾斜煤层含矸煤柱区应力状态及防冲技术研究

  吴学松, 曹安业, 买巧利, 王崧玮, 陆祖军

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 44-52. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.005

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  针对倾斜煤层分层开采综放工作面临空侧含夹矸层巷道变形量大、冲击危险性高的问题，构建了侧向悬顶临空煤柱受力模型，运用数值模拟方法对工作面回采过程中煤柱区域围岩应力场和塑性区变化进行研究。研究结果表明：在煤柱弹性变形阶段，煤柱支撑力、变形量、煤柱积聚弹性能随着悬顶长度的增大而增大；临空煤柱在巷道区域存在夹矸弱层时，沿夹矸面产生的应力集中区致使巷道变形量增大，诱使周围煤岩运动加剧；当临空侧煤柱上方巷道顶板不易发生破坏时，可形成弹性能的良好载体和传递通道，造成巷道应力集中，加剧冲击地压发生危险性。同时，针对含矸临空煤柱自身抗破坏能力较差问题，提出远近结合、分批次的卸压方式，制定了顶板预裂、煤体爆破方案，有效降低巷道帮鼓变形量，微震震动点向远离工作面方向上方顶板偏移，冲击地压危险程度明显降低，有效保证工作面安全回采。
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  矿用碟形托盘压缩变形及承载特性研究

  潘立志, 赵同彬, 邢明录, 贾敬龙, 付彦坤

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 53-61. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.006

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  为阐明碟形托盘在巷道锚杆支护系统中的作用机理，采用室内试验与理论分析方法，研究了矿用碟形托盘的压缩变形过程与承载特性，分析了托盘尺寸参数对承载能力的影响。研究结果表明：碟形托盘的压缩变形过程分为整体协调变形阶段、拱部弯曲变形阶段、拱部渐进屈服阶段和拱部完全失效阶段；碟形托盘可按变形特点划分为压缩变形区域、扩张变形区域和翘曲变形区域，压缩变形区域是托盘的主要承载区域；碟形托盘拱部尺寸和形状会影响其承载能力，最大承载力随拱底圆周半径的增加而增大，随拱部高度的增大先增加后减小，且拱部径高比越接近1,托盘整体承载能力越强。
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  暖白光发光二极管用红色荧光粉K₂TiF₆∶Mn⁴⁺的绿色合成

  史立帅, 孙海清, 丁建旭

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 62-69. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.007

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  Mn⁴⁺掺杂的氟化物荧光粉具有宽带吸收、窄带红光发射、合成工艺简单等特点，在照明及显示领域受到极大关注，但其制备需要用到强腐蚀性的氢氟酸。本研究采用共沉淀法，分别以盐酸、硝酸、磷酸、醋酸替代氢氟酸制备了K₂TiF₆∶Mn⁴⁺荧光粉，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪等对荧光粉的结构、形貌、性能进行表征。结果表明：酸性越强，荧光粉的结晶越好、形貌越完整、发光强度也越高，用强酸制备的样品与用氢氟酸制备的样品发光强度接近。将荧光粉用于制备白光发光二极管（light-emitting diode, LED）器件并进行光色性能的测试，结果表明：红色荧光粉的加入，能显著降低色温、提高显色指数；强酸样品的LED器件与氢氟酸样品的LED器件性能相当。
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  莫来石晶须陶瓷膜的制备及其油水分离性能

  顾欣悦, 徐国纲, 王超, 高源汇, 赵鹏

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 70-77. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.008

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  以自制莫来石晶须为主要原料、硅溶胶为烧结助剂，采用浸渍工艺将硅溶胶附着在莫来石晶须表面，并用处理后的晶须通过干压成型制备莫来石晶须搭接的陶瓷膜。研究了硅溶胶浓度、成型压力和烧结温度对多孔陶瓷膜组分、孔径、孔隙率和渗透通量的影响。结果表明，使用质量分数5%的硅溶胶处理后的莫来石晶须在76 MPa压力下成型、1 400℃烧结得到的陶瓷膜孔隙率为54.7%,平均孔径为0.43μm。采用低温氧化法在膜表面生长纳米氧化钛进行改性，改性后陶瓷膜的油水分离通量为2 746 L·m^-2·h^-1·MPa^-1,截油率达到98.31%。
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  生物医用材料的生物相容性研究现状

  何秋月, 张桂斋, 郑业萌, 苗振威, 靳涛

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 78-87. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.009

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  生物材料是一个发展十分迅速的领域，良好的生物相容性是生物材料必须满足的基本要求，生物相容性主要指材料的组织相容性和血液相容性。主要概述了生物医用材料的种类和提高生物相容性的方法，包括人工血管内皮细胞化技术、离子束改性技术、自组装单分子层膜技术和材料表面肝素化技术等。材料表面改性，不仅能改善其生物相容性，还能提高其有关物理性能。目前常用的生物相容性的评价方法包括四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法、细胞培养法、测血小板法等。提高生物医用材料的应用效果，并大力发展这一新高科技产业，将具有重要的民生和社会意义。
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  高速列车牵引传动系统运行状态监测技术综述

  钟麦英, 王钦, 彭涛, 席霄鹏, 杨超, 薛婷

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 88-97. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.010

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  高速列车牵引传动系统是典型的机电耦合闭环系统，牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等关键部件之间密切关联，存在复杂的能量与信息变换、传递。牵引传动系统运行状态监测是保障高速列车安全运行的关键核心技术。受复杂服役工况、多物理场耦合作用、强环境干扰等不确定因素影响，闭环结构下的牵引传动系统运行状态监测存在性能退化/失效机理复杂、数据样本不充分等挑战性难题，已成为制约高速列车智能化发展的技术瓶颈。本研究针对高速列车牵引传动系统运行状态建模、异常状态监测、性能退化趋势分析及剩余寿命预测等相关方法进行了调研，分析了牵引传动系统运行状态监测技术现状和尚待解决的问题。
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  基于斯皮尔曼相关分析的非线性动态过程特征提取与故障检测

  李元, 刘雨田, 冯立伟

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 98-107. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.011

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  斯皮尔曼相关系数是一种非参数的相关性度量，可以等级化变量之间的相关性。然而，复杂的生产过程存在非线性、动态和多阶段问题，并且历史训练集数据仅包含正常过程的数据，使得斯皮尔曼相关不能直接应用于故障检测。为此，提出一种基于斯皮尔曼相关分析和时间窗等级化方法的故障检测算法。首先，找到样本点所在的时间窗，计算样本在窗内的等级；然后，使用基于斯皮尔曼相关的降维方法将数据映射到低维空间；最后，构造适用于等级化数据的统计量R²作为故障检测的依据，当样本的R²高于所得控制限时，认为样本是故障的，否则是正常的。将所提方法用于数值模拟和青霉素发酵过程实验，结果表明该方法在故障检测方面优于传统的统计方法。
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  基于对比度和共识日的交通速度预测

  孙秋霞, 孙砚琦, 李勍

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 108-116. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.012

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  交通速度预测是智能交通系统中研究热点内容之一，准确预测交通速度有助于为出行者提供可靠的出行决策。考虑到路网中交通速度变化的时空关联性和规律性，本研究提出一种基于对比度和共识日的交通速度预测方法。首先，为捕捉短时内速度的变化特征，挖掘道路的空间关联性，构建对比度模型并根据其值更新历史数据的交通状态集；其次，采用K-means方法对更新后的数据集进行聚类，通过Rand指数识别出每簇的共识日，并根据其信息预测交通速度；最后，借助RMSE、MAE和ACC等指标分析了预测方法的有效性。分析结果表明，本研究方法预测准确率达93.8%,预测精度较高，计算速度较快，具有更好的适用性。
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  带有参数和含有p-Laplacian算子的混合型分数阶微分系统正解的唯一性

  杨可丽, 吴克晴

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(02): 117-128. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.02.013

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  分析了一类带有p-Laplacian算子的混合型分数阶微分系统边值问题，其边界条件含有参数，且对参数具有一定的依赖性。利用格林函数的性质和半序Banach空间中两个算子之和的不动点定理，推导出正解的唯一性，并构造相应的迭代序列来逼近唯一正解。最后，给出两个数值应用实例验证主要结果的可行性。