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济南大学学报（自然科学版）

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2025年03期

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环境与水利科学 | 济南泉域岩溶水中磺胺甲恶唑分布及运移规律

环境与水利科学 | 济南泉域岩溶水中磺胺甲恶唑分布及运移规律

摘要：针对抗生素在地下水环境中的污染日益严重的现状，以济南泉域为研究区，以抗生素磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象，采用水质分析、室内等温吸附实验以及数值模拟方法，研究SMX在岩溶水中的分布及影响因素。结果表明：研究区岩溶分布区不同土壤类型对SMX的吸附为单分子层吸附过程，呈线性吸附。玉符河流域下游，兴济河流域下游以及趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龙潭泉群（四大泉群)附近为三大SMX重污染源区；SMX经上游污废水入渗及地表水渗漏补给岩溶水、直接补给区地下水最终汇入四大泉群，污染羽沿着河流渗漏带及地下水流向向下游扩散。岩溶水中SMX浓度分布受水动力场、断层构造裂隙、含水层埋藏条件及人类活动等因素影响，尤其是地下水流向、流速控制SMX的运移方向和扩散速度，此外低 pH 、高含量 SO42> 促进SMX的降解。在渗流场作用下玉符河流域、兴济河流域污染带将汇流至四大泉群排泄区，并在山前形成强径流带SMX污染晕；若对兴济河污染源进行治理，研究区岩溶水将不会出现大的污染羽；若对兴济河和玉符河污染源同时管控，研究区大部分区域岩溶水中SMX质量浓度将小于 5ng/L ，及时管控污染源是防止岩溶水水质恶化的关键。
环境与水利科学 | 济南市大寺河沿岸土壤重金属污染风险评价及溯源解析

环境与水利科学 | 济南市大寺河沿岸土壤重金属污染风险评价及溯源解析

摘要：为了研究济南市大寺河沿岸土壤重金属污染特征及来源，在大寺河沿岸布置68个土壤采样点，分析As、Cd、 Cr 、Cu、 Hg 、Ni、Pb、Zn元素含量，利用地累积指数、潜在生态风险指数和正定矩阵因子分析开展重金属元素污染程度评价和来源解析。结果表明，所选8种元素的含量都低于土壤环境质量标准中的农用地土壤污染风险筛选值，但As、Cd、 Hg 、Zn元素含量均值相对济南土壤背景值较高，具有不同程度的富集趋势和变异性；地累积指数由高到低的元素顺序为Cd、As、 Zn 、 Hg 、 Cr 、 Cu 、Pb、Ni,研究区土壤以 Hg 、Cd元素污染为主，也存在不同程度的 Cu 、Pb、 Zn 元素污染；综合潜在生态风险指数为109.35,综合生态风险较低；自然源、自然-工业源、农业源、交通源和综合源为土壤重金属的主要来源，贡献率分别为 29.1% ！ 22.5% 、 10.1% ！ 22% 和 16.3% 。目前大寺河沿岸土壤处于未受污染或轻度污染状态，环境质量良好。
环境与水利科学 | 黄河三角洲引黄灌区土壤盐分遥感反演及空间分布特征

环境与水利科学 | 黄河三角洲引黄灌区土壤盐分遥感反演及空间分布特征

摘要：为了准确掌握黄河三角洲引黄灌区土壤盐分空间分布特征，以山东省东营市垦东灌区为研究区，基于野外实地调查的土壤盐分数据以及哨兵-2B卫星多光谱遥感数据，利用地理探测器选取对土壤盐分解释力较强的光谱指数，采用偏最小二乘法构建土壤盐分遥感反演模型，并探讨土壤盐分的空间分布特征。结果表明：对土壤盐分解释力较高( q>0.05 且达到极显著水平（ p 值小于0.01)的最优光谱指数是可见-红外盐分指数、扩展差值植被指数、归一化差异水体指数、非线性指数、S6盐分指数、亮度指数、卫星B8A波段的反射率、INT2盐分指数、优化土壤调整植被指数、土壤调节植被指数、增强型植被指数、SI3盐分指数、扩展比值植被指数、盐分指数、大气阻抗植被指数、S5盐分指数；土壤盐分遥感反演模型的验证决定系数、平均相对误差分别为0.77、0.36，模型可以较为准确地预测研究区盐渍化状况；研究区由非盐渍土、轻度盐渍土和中度盐渍土组成，其中非盐渍土中盐分质量比小于 0.2g/kg 的面积占比最大，为 50.43% ，轻度盐渍土和中度盐渍土呈现零散分布，主要分布在非种植区,与实地调查结果一致；不同土地利用-覆被类型的土壤盐分含量均值差异明显，盐分含量均值由大到小的土地利用-覆被类型的排序为盐荒地、荒地-夏玉米地、林地、冬小麦-夏玉米地、水稻田。
环境与水利科学 | 基于MIKE21模型的小清河入海口感潮河段水动力模拟及洪水风险分析

环境与水利科学 | 基于MIKE21模型的小清河入海口感潮河段水动力模拟及洪水风险分析

摘要：为了研究河流入海口水力变化特征及不同极端水文事件造成的风险，采用MIKE21模型建立小清河入海口感潮河段二维水动力数值模型；结合河段防洪标准，设置洪水和潮位遭遇的4种组合方案，模拟分析小清河入海口感潮河段在不同洪潮组合情景下的水流变化特征，并根据模拟结果分析不同情景下入海口存在的洪水风险。结果表明：在径流条件相同时，感潮河段下游潮位越低，水位沿程下降幅度越大，水流流速越快；在下游潮位相同时,感潮河段上游径流作用越大，水位沿程变化幅度越大，水流流速越快；4种洪潮组合的水面横比降在弯道处逐渐增加且洪潮组合1、2洪水风险较高，经模型模拟均达到超标准洪水。
环境与水利科学 | Copula函数分析江苏仪邗地区降雨-潮位的条件风险概率

环境与水利科学 | Copula函数分析江苏仪邗地区降雨-潮位的条件风险概率

摘要：为了预测长江干流高水位顶托时的洪涝风险，基于1965—2021年间江苏省仪邗地区的最大3d面降雨量及同期潮位数据，首先通过构建边缘分布函数，并采用极大似然估计法精确估计参数；然后选取ArchimedeanCopula函数、椭圆Copula函数及Plackett Copula函数，并通过图形分析法和均方根误差综合评估和优选；最后构建降雨-潮位联合概率分布模型,并基于模型计算降雨-潮位的条件风险概率。结果表明：所选用的Copula 函数能够有效拟合降雨-潮位联合概率分布，并且揭示降雨与潮位之间的关联性，当暴雨重现期为20a时,相同重现期的潮位超过设计值的概率为 3.35% ，小于相同重现期的潮位本身发生的概率，说明降雨会对当地的潮位造成影响，两者之间存在相关性。
信息科学 | 基于余弦相似自适应加权视图重构的不完全多视图聚类算法

信息科学 | 基于余弦相似自适应加权视图重构的不完全多视图聚类算法

摘要：为了解决实际应用中多视图数据经常包含缺失或异常信息，以及现有不完全多视图聚类方法在优化数据相似性矩阵时未能充分表示原始数据相似性，增加计算复杂性并忽视视图间判别信息差异等问题，提出一种基于余弦相似自适应加权视图重构的不完全多视图聚类算法，通过引入局部保留重建项以实现对缺失视图的自然对齐，避免使用平均值填充缺失视图可能带来的负面影响。在初始化阶段，算法通过计算原始多视图空间中的余弦相似度增强原始多视图数据的流形结构保持能力，并在构建完整视图过程中采用自适应加权策略捕捉不同视图的重要性。在4个基准数据集中进行聚类实验，并与现有9种代表性算法的最优结果相比较。结果表明，所提算法的聚类精度、归一化互信息率和纯度的平均值分别提升了 5.52%.8.78% 和 4.77% ，具有出色的不完全多视图聚类性能。
信息科学 | 基于畜牧养殖监控视频的圈养母羊分娩时间精准预测

信息科学 | 基于畜牧养殖监控视频的圈养母羊分娩时间精准预测

摘要：针对圈养母羊产羔后初生羊羔因意外而导致损失的问题，基于畜牧养殖监控实时视频，设计基于二值分割法的有限区域检测算法,通过在目标检测区域以外添加掩模技术,划分指定目标羊圈的区域；采用基于 Deep-SORT算法的妊娠母羊游走轨迹的跟踪技术,通过YOLOV5模型识别妊娠母羊目标，获取妊娠母羊在目标羊圈食饲、游走等活动的实时位置；通过分析妊娠母羊分娩前的走、停节拍规律来精准预测母羊分娩时间。结果表明，羊群游走过程中的实时跟踪识别率可达 92.72% ，当羊只密度增大时，个体间遮挡现象加剧，在一定程度上影响了检测模型的定位精度，但最终置信度仍保持在0.8以上。当分娩期临近，妊娠母羊游走动态和静态行为变换频率呈现显著的特征规律,可以精准预测母羊分娩时间,进而保证初生羊羔的及时接产与护理,提高初生仔羊的成活率。
信息科学 | 基于决策融合方法和迁移学习的齿轮箱故障诊断

信息科学 | 基于决策融合方法和迁移学习的齿轮箱故障诊断

摘要：针对工业场景下齿轮箱故障频发、深度学习诊断过程中数据需求量大和可解释性低的问题，提出一种基于决策融合方法和迁移学习的齿轮箱故障诊断模型。基于知识驱动提取CWRU电机轴承故障数据集的振动信号特征，通过递归特征消除算法筛选出最优特征子集，包括复杂包络谱、时域统计特征和小波包分析特征；使用6种分类器并结合投票法、堆叠法和融合法的决策融合方法，建立故障诊断模型；通过基于网络模型的迁移学习,将在CWRU电机轴承故障数据集训练好的模型应用于东南大学齿轮箱轴承数据集,实现对齿轮箱的故障诊断。结果表明，基于堆叠算法构建的6种分类器集成模型在CWRU电机轴承故障数据集和齿轮箱齿轮及轴承故障诊断任务上均表现出优异的性能，且2个任务的诊断准确率差异较小。该模型在齿轮箱齿轮及轴承故障诊断任务的准确率达到 100% ，与其他故障诊断模型相比，具有较好的故障诊断能力。
信息科学 | 基于区域结构探测与边缘辨识发现时间序列因果关系转换

信息科学 | 基于区域结构探测与边缘辨识发现时间序列因果关系转换

摘要：为了提高现有方法挖掘随时间变化的因果关系的准确性，针对包含一个因果关系区域的二元时间序列，提出通过辨识不同区域结构及结构边缘挖掘时间序列因果关系转换点的方法。该方法将因果关系区域在时间序列中的可能位置设计为左区、右区、中区结构，采用现有的因果关系发现方法探测粗略的因果关系区域，并区分为某种区域结构；根据不同区域结构的特点设计对应的边缘辨识措施，设置渐增的探测窗口及其因果强度指标，以辨识出区域结构边缘作为因果关系转换点，提高因果关系转换点的识别精度;分别在2个模拟数据集和2个真实数据集中实验验证所提方法识别因果关系转换点的准确性。结果表明，所提方法在可分离模拟数据集上使用Granger 因果分数得到的因果关系转换点的平均准确性高于对比方法的,在弱耦合模拟数据集上使用收敛交叉映射因果分数得到的因果关系转换点的平均准确性在耦合程度为0.01和0.50时高于对比方法的，在2个真实数据集上使用Granger因果分数得到的因果关系转换点的准确性高于对比方法的。
信息科学 | 一种用于数据流分类的递归反向传播算法

信息科学 | 一种用于数据流分类的递归反向传播算法

摘要：针对传统深度神经网络因数据流中发生概念漂移而出现分类准确率较低的问题，为了增强深度神经网络模型的学习能力，提出一种用于数据流分类的递归反向传播算法。该算法融合在线梯度下降算法的强大数据流学习能力与递归最小二乘法的快速收敛特性，当数据流发生概念漂移时，首先利用递归最小二乘法逐步训练神经网络模型，达到一个相对稳定的状态后切换至在线梯度下降算法,进一步训练深度神经网络模型，实现更深层次的数据流学习，优化深度神经网络模型的分类性能，并在多个人工数据集和真实数据集中实验验证所提算法的有效性。结果表明：所提算法具有优异的概念漂移适应能力，数据流分类准确率超越仅使用在线梯度下降算法或递归最小二乘法训练神经网络模型的多种算法。
信息科学 | 用于生理信息感知的双模态柔性传感器的设计与制备

信息科学 | 用于生理信息感知的双模态柔性传感器的设计与制备

摘要：为了解决传统的柔性传感器难以同时捕获双模态生理信号，无法实现双模态生理信息监测问题,设计并制备一种双模态柔性传感器，通过改变控制变量的方式分别研究传感器的压力和温度响应特性。结果表明：所制备的传感器不仅具有较低的压力响应下限，较短的响应、恢复时间以及良好的弯曲与按压耐久特性，而且具有较高的温度灵敏度、较短的响应时间和较宽的温度检测范围；将所制备的双模态柔性传感器贴附于人体手腕处，可实现体温和脉搏的双模态生理信号的感知。
生命科学 | 兼养培养对淡水微藻胞内活性物质的影响

生命科学 | 兼养培养对淡水微藻胞内活性物质的影响

摘要：为了探究不同营养方式下淡水微藻麦可藻Mychonastes afer的生长及胞内活性物质积累差异，以水产养殖中的经济藻种小球藻Chlorella sorokiniana作为对照，分别测定高浓度二氧化碳条件下2种微藻在自养、兼养条件下的生长状况、有机碳源、各色素含量、抗氧化能力及脂肪酸组成。结果表明：在兼养条件下，麦可藻与小球藻均能实现较快生长，麦可藻具有更高的色素含量与抗氧化能力，其叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素的含量较自养条件下的分别提高 504% 、 149% ！ 88% ，而小球藻的色素含量及抗氧化能力均较自养条件下的下降；麦可藻的饱和脂肪酸和单不饱脂肪酸占比提高，神经酸C24：1含量提高 145% ；2种微藻对光能和有机碳源的协同代谢机制存在显著差异，在兼养条件下麦可藻具备更高的生产速率，活性物质含量更高。
生命科学 | 肼解法的改进及在测定多肽链碳末端氨基酸的应用

生命科学 | 肼解法的改进及在测定多肽链碳末端氨基酸的应用

摘要：为了解决传统肿解法操作过程中碳末端氨基酸难以分离的问题，基于传统肼解法提出一种改进的方法测定碳末端氨基酸。采用水合册肼解不同水解度的酪蛋白酶解液，分别利用庚醛和苯甲醛去除氨基酸酰肿，通过薄层层析法、高效液相色谱法测定2种方法获得的碳末端氨基酸并进行 χ t检验。结果表明：采用庚醛和苯甲醛去除氨基酸酰肼得到的碳末端氨基酸溶液中均含有赖氨酸、鸟氨酸，氨基酸含量随着水解度的增大而增加，而且不同方法得到的赖氨酸、鸟氨酸含量无显著性差异( p>0.05 ），验证了改进肼解法的可行性，确定胰蛋白酶对酪蛋白中精氨酸、赖氨酸具有定向酶解作用。
土木建筑 | 公轨合建盾构隧道内部结构与管片协同受力计算模型及其力学特性

土木建筑 | 公轨合建盾构隧道内部结构与管片协同受力计算模型及其力学特性

摘要：为了探究公轨合建盾构隧道内部结构与管片的协同受力特性，并寻求更符合工程实际的计算模型，采用ABAQUS软件建立6种公轨合建盾构隧道计算模型，即单管片、单内部结构、内部结构与管片固接、内部结构与管片单铰接、内部结构与管片双铰接、接头刚度折减计算模型（分别编号为模型 1,2,?,6) ，分析汽车、列车荷载作用下内部结构与管片的内力和变形分布。结果表明：利用模型2计算所得弯矩最小，利用模型4、5计算所得弯矩最大；内部结构自重对管片产生的附加正弯矩为 859.3～876.9kN?m ，附加负弯矩为 -770.5～-798.6kN?m 内部结构与管片协同受力计算模型按照连接方式对弯矩的影响由大到小的顺序依次为模型5、4、6,模型3、6的影响程度接近，按照土体压力荷载及汽车、列车荷载作用下的应变由大到小的顺序依次为模型4、5、6,模型3、6的应变接近；鉴于工程实践中通常分开设计和计算盾构管片与内部混凝土结构，建议在涉及内部结构的公轨合建盾构隧道设计过程中，构建内部结构与管片协同受力计算模型；工程设计中应根据施工工艺和连接方式选择合适的计算模型，对于预制与现浇相结合的内部结构型式，更宜选用模型6。
土木建筑 | 拉压循环荷载下基于能量的混凝土损伤本构模型

土木建筑 | 拉压循环荷载下基于能量的混凝土损伤本构模型

摘要：为了解决原始Kong-Fang混凝土损伤本构模型无法描述混凝土在受压过程中的应变硬化现象和拉压循环荷载下的模量损伤问题，引入屈服强度面用于描述混凝土的应变硬化现象，基于能量法推导拉伸、剪切损伤标量，并将拉伸、剪切损伤标量分别与拉伸、切应力相乘，用于描述混凝土的模量损伤问题，建立拉压循环荷载下基于能量的混凝土损伤本构模型；将所建立的模型植入LS-DYNA软件，并在混凝土单单元模型的单轴压缩循环荷载、单轴拉伸循环荷载、单轴拉压循环荷载下预测应力-应变曲线。结果表明,利用所建立的模型数值计算单单元模型所得的应力-应变曲线包含弹性段、应变硬化段和应变软化段，所建立的模型不仅能较好地验证混凝土应力-应变曲线上升段的应变硬化现象和下降段的应变软化现象，而且能较好地预测单轴压缩循环荷载、单轴拉伸循环荷载、单轴拉压循环荷载下的应力-应变曲线。
土木建筑 | 考虑基坑开挖卸荷与动态承压水耦合作用的基坑突涌判别方法

土木建筑 | 考虑基坑开挖卸荷与动态承压水耦合作用的基坑突涌判别方法

摘要：为了解决临海、临江地区涉及承压水的基坑突涌破坏问题，利用室内试验研究基坑开挖卸荷对坑底土体抗剪强度的影响程度、范围，基于越流理论分析，确定动态承压水作用下基坑坑底弱透水层中水力梯度的计算方法，修正基坑突涌渗透破坏理论，提出考虑基坑开挖卸荷与动态承压水耦合作用的基坑突涌判别方法，并结合工程实例对比所提出的方法与渗透破坏理论、压力平衡法的计算结果。结果表明：基坑开挖卸荷对坑底土体的抗剪强度有弱化作用，与加荷时的结果相比，土体的黏聚力减小 16.3% ，土体的内摩擦角减小 34.4% ；动态承压水作用下弱透水层中的水力梯度呈现明显的动态变化趋势，采用平均水位验算基坑突涌破坏的方法不合理；结合工程实例得到所提出的方法、渗透破坏理论、压力平衡法计算所得的突涌安全系数分别为3.03、3.18、0.79,压力平衡法因未考虑土体自身抗剪强度的影响而使结果过于保守，相对于渗透破坏理论，所提出方法得出的临界水力梯度减小约 15% ，因此基坑开挖卸荷对基坑突涌判别的影响不能忽略。
自动控制 | 基于自抗扰控制的新型医用气动比例控制模块

自动控制 | 基于自抗扰控制的新型医用气动比例控制模块

摘要：为了解决现有气动医疗设备结构复杂、控制模式单一、开发周期长的缺陷，提出一种新型医用气动比例控制模块：该模块集成比例阀和差压、压力传感器及微控制单元，具备体积控制通气和压力控制通气功能；针对机械通气的压力控制性能易受呼吸力学参数、泄漏等因素影响的特点，采用自抗扰控制策略提高系统的稳定性和鲁棒性；通过仿真实验验证自抗扰控制器的可行性,在不同设定值、肺顺应性、气道阻力、呼吸频率下开展实验以评估模块性能。结果表明，新型医用气动比例控制模块具有体积小、集成度高、模块化的特点；在呼吸力学参数不确定和外部干扰条件下，该模块的压力控制、体积流量控制范围分别为 0～10kPa 、 0～200L/min ，且压力控制的响应时间、超调量和控制精度分别小于 200ms ！ 5% 和 ±1% ，流量控制的响应时间、超调量和控制精度分别小于 150ms 、 2% 和 ±2% ，满足医疗器械小型化、集成化、高精度的要求。
数学科学 | k. -佩尔-卢卡斯混合数与 k. -佩尔-卢卡斯混合多项式的代数性质

数学科学 | k. -佩尔-卢卡斯混合数与 k. -佩尔-卢卡斯混合多项式的代数性质

摘要：为了拓展k-佩尔-卢卡斯数列与 k -佩尔-卢卡斯多项式序列的概念，以k-佩尔-卢卡斯数列与 k -佩尔-卢卡斯多项式序列分别为混合数的分量，引入k-佩尔-卢卡斯混合数与 k -佩尔-卢卡斯混合多项式的概念，进一步得到 k. -佩尔-卢卡斯混合数列与 k. -佩尔-卢卡斯混合多项式序列的概念，并讨论 k. -佩尔-卢卡斯混合数与 k. 佩尔-卢卡斯混合多项式的比内公式及 k. -佩尔-卢卡斯混合数列与 k. -佩尔-卢卡斯混合多项式序列的生成函数、指数生成函数、Vajda恒等式等代数性质。结果表明： k. -佩尔-卢卡斯混合数的比内公式与 k. -佩尔-卢卡斯混合数列的指数生成函数由k-佩尔-卢卡斯数列的特征方程的根与混合数确定； k -佩尔-卢卡斯混合数列的生成函数可以表示为与k-佩尔-卢卡斯混合数列的初始条件相关的函数，并且 k. -佩尔-卢卡斯混合多项式序列的代数性质与k-佩尔-卢卡斯混合数列的类似。

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