以合肥市环城河为研究对象, 使用线性回归、随机森林、支持向量回归和套索回归等机器学习模型挖掘Landsat8卫星数据和水质参数之间的关系, 对遥感影像值的反射率和水质参数进行建模, 并比较了4种不同模型的表现. 结果显示, 随机森林模型的表现最好, 对TN、TP、NH3-N反演模型的精度都能达到0.7以上; 反演的水质参数浓度分布图表明TN、TP在环城河东北段的污染最严重, 而NH3-N则在西南段的污染最严重; 从水体富营养化分布图可以看出, 环城河东段水体呈现中度营养状态.
由于受到潮汐过程的影响, 河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题. 2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样, 对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析, 并与其他在该河口的相关调查研究结果进行对比. 结果表明: 九龙江河口表、中、底层水体中的微塑料赋存量存在明显差异, 河流入海口及靠近污染源处表层水中微塑料丰度明显高于中、底层中, 在潮汐作用剧烈的河口区, 中、底层中微塑料丰度高于表层水中, 存在明显分层现象; 使用不同采样方法获取的微塑料数量浓度值存在较大差异, 泵采法相比拖网法能更有效地截留塑料纤维; 使用泵采法过滤水样体积、滤经筛网孔径大小都对收集到的微塑料丰度、尺寸有显著影响. 采样方法的不同将导致微塑料丰度结果的显著差异, 在潮汐河口进行微塑料监测有必要将潮汐作用考虑在内. 因此, 建议建立潮汐河口的微塑料业务化监测和通量观测, 并采用洪、枯季, 大、小潮的全潮时段的观测采样方法.
投加增氧剂作为一种提升水体溶解氧的重要手段常用于城市水环境的治理与修复, 研发具有缓释效果的增氧材料可使增氧剂在实际工程中更持久、更稳定地发挥作用. 本文梳理了近年来缓释氧材料的制备方法和释氧性能, 综述了投加缓释氧材料对河湖沉积物和上覆水中营养盐等污染物赋存形态与迁移转化的影响及作用机制, 最后对缓释氧材料在河湖水体污染修复中的应用研究提出了展望和建议.
针对工业园区的污水排放企业种类较多、进水水量水质波动较大、污染物复杂且可生化性差、排放标准高的特征, 以浙江省德清县某工业园区实际污水处理工程为对象, 分析了水解酸化+A2/O+AO+芬顿氧化工艺处理以印染、食品制造、金属加工企业为主的废水排放的技术经济可行性. 实践结果显示, 出水水质的COD、NH3-N、TN及TP能稳定达到《城镇污水处理厂主要染物排放标准》 (DB33/2169—2018) 中的限值, 其余指标达到《城镇污水处理厂染物排放标准》 (GB18918—2002) 的一级A标准; 工程投资金额为8200元/m3, 实际直接运行成本为2.39元/m3.
随着人工智能技术的迅猛发展, 大语言模型 (large language models, LLMs) 在自然语言处理和各种知识应用中展现了强大的能力. 研究了国内大语言模型在中小学学科知识图谱自动标注中的应用, 重点以义务教育阶段道德与法治学科和高中数学学科为例进行分析和探讨. 在教育领域, 知识图谱的构建对于整理和系统化学科知识具有重要意义, 然而传统的知识图谱构建方法在数据标注方面存在效率低、耗费大量人工成本等问题. 研究旨在通过大语言模型来解决这些问题, 从而提升知识图谱构建的自动化和智能化水平. 基于国内大语言模型的现状, 探讨了其在学科知识图谱自动标注中的应用, 以道德与法治和数学学科为例, 阐述了相关方法和实验结果. 首先, 探讨了研究背景和意义. 接着, 综述了国内大语言模型的发展现状和学科知识图谱的自动标注技术. 在方法与模型部分, 尝试探索一种基于国内大语言模型的自动标注方法, 力图完善其在学科知识图谱上的应用. 还探讨了学科知识图谱人工标注方法模型, 以此作为对比, 评估自动标注方法的实际效果. 在实验与分析部分, 通过在道德与法治和数学学科的自动标注实验和对其结果的分析, 发现两个学科的知识图谱自动标注均取得了较高的准确率和效率, 与人工标注结果进行了深入比较分析, 得出了一系列有价值的结论, 验证了所提出方法的有效性和准确性. 最后, 对未来的研究方向进行了展望. 总体而言, 研究为学科知识图谱的自动标注提供了一种新的思路和方法, 有望推动相关领域的进一步发展.
抑制遥感影像水面耀光污染并重构影像信息, 是改善无人机遥感信息质量、扩大水环境监测区域的有效途径. 针对传统经典的耀光信息重构算法难以适用于无人机高光谱影像这一问题, 提出了一种耀光自动检测去除与信息重构算法, 即采用归一化水体指数提取水体, 以全波段总和灰度图像的最低值为阈值对耀光进行分割, 利用拉普拉斯算子提取水面耀光纹理, 通过多轮形态学膨胀与阈值更新迭代计算出两者面积差值, 以投票机制获得最小差值的出现频率, 并逆向获取最佳阈值自动去除耀光. 而后, 基于主成分分析确定匹配波段, 通过改进Criminisi算法对去除区域进行重构. 去除算法应用于四个真实耀光场景, 去除率均在99%以上. 重构算法结果在主观和客观上均优于其他算法, 耀光重构水体与正常水体各波段变异系数差值在1%以内, 具有良好的光谱应用能力.
采用基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的第一性原理计算, 研究了二维过渡金属硫族化合物MX2-MX-MX2 (M = V, Cr, Mn, Fe; X = S, Se, Te)材料的晶体结构、稳定性、电子结构和磁性质, 并对这些材料的磁耦合机制进行了分析. 计算结果表明, 这些化合物的形成能均为负值, 说明这些化合物有可能被实验合成. 其中, MnS2-MnS-MnS2和MnSe2-MnSe-MnSe2呈现出铁磁半金属性质, 而CrS2-CrS-CrS2在外加应力下能够转变成铁磁半金属.
溶解有机碳 (dissolved organic carbon, DOC) 是海洋中最大的活跃有机碳库. 精确刻画大河河口及其近海水体表层DOC浓度的时空分布, 有助于更好地理解河流输送的有机碳在河口近海经历的生物地化过程及在该区域的归宿. 本研究采用机器学习方法, 通过反演水体溶解态有机碳库中的有色溶解有机物 (colored dissolved organic matter, CDOM) 的吸收光谱信息, 并基于其与水体DOC浓度的相关关系, 发展了基于地球静止轨道水色成像仪 (geostationary ocean color imager, GOCI) 的DOC遥感反演模型. 结果表明, Nu支持向量回归 (nu-supporting vector regression, NuSVR) 方法可准确反演CDOM光谱吸收特性 (如验证集CDOM在300 nm处的吸收系数aCDOM(300)和275 ~ 295 nm处的光谱斜率S275–295的平均绝对误差 (mean absolute percent differences, MAPD) 分别为32%和8.6%). 分别基于该区域表层水体CDOM光谱吸收特性与DOC浓度之间表现的3种不同的相关关系进行DOC算法构建, 结果表明, 基于aCDOM(300)与DOC浓度之间的线性相关, 并考虑这一相关关系的季节性差异所构建的DOC反演算法可较为准确地反演水体DOC浓度, DOC反演现场数据验证集和卫星验证集的MAPD分别为11%和14%. 将构建的DOC算法模型应用到GOCI卫星图像上, 结果显示, 受长江径流影响, 季节尺度上, 长江口夏季水体表层DOC浓度显著高于冬季; 而受潮汐、风场等因素的影响, 小时尺度上河口近岸海域DOC分布呈现逐时高动态变化. 本研究利用卫星遥感反演河口近海水体DOC浓度, 为进一步在不同时间尺度上研究该区域水体DOC动态变化及驱动因素提供了有效手段.
操作系统是整个计算机系统的核心与基石, 其可靠性与安全性至关重要. 操作系统的故障或漏洞可能会导致系统崩溃、数据丢失、隐私泄露和安全攻击等问题, 特别是在安全攸关系统中, 一旦操作系统发生错误, 就可能会造成重大人员伤亡或财产损失. 一直以来, 如何保障操作系统的安全性和可靠性对学术界和工业界都是一个重大挑战. 目前验证操作系统安全性的方法有软件测试、程序静态分析、形式化方法等. 其中, 形式化方法是最有潜力确保操作系统安全可信的方法, 通过使用形式化方法, 建立数学模型并进行系统的形式化分析和验证, 从而发现潜在的错误和漏洞. 在操作系统中, 形式化方法可以用于验证操作系统的功能正确性、完整性以及系统安全性等. 在已有的针对操作系统形式化验证的成果基础上, 提出了一个面向嵌入式操作系统的形式化验证方案, 采用VCC (verified C compiler)、CBMC (C bounded model checker)以及PAT (process analysis toolkit)工具分别对操作系统单元层面、模块层面和系统层面进行验证. 该方法已成功应用到某操作系统的任务调度架构案例中, 对于嵌入式操作系统的分析验证具有一定的通用性.
滨海盐沼湿地因长期淹水而具有较高的生产量和较低的分解率, 储蓄了大量的土壤有机碳. 随着新恢复盐沼湿地发育年限的增加, 其植被生长特性、土壤理化性质与有机碳含量也发生了变化, 进而影响到固碳增汇功能. 本文以长江口横沙岛新恢复盐沼湿地为例, 利用时空代换法, 分析新恢复湿地不同发育年限与不同植被群落类型的植被生长性状及土壤有机碳变化情况, 并分析影响新恢复湿地固碳能力的关键因子. 结果表明: 新恢复盐沼湿地在0 ~ 20年内有机碳含量随发育年限的增长而增加, 且土壤孔隙度和含水率变化可有效指示土壤有机碳的变化; 新恢复湿地具有较高的土壤碳密度, 发育8年的湿地0 ~ 20 cm土层的总有机碳密度为(21.49 ± 3.67) tC·hm–2, 接近自然湿地; 芦苇恢复湿地植被长势和固碳能力高于海三棱藨草和芦苇–海三棱藨草交错群落.
Gross-Pitaevskii方程广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate, BEC)的动力学研究, 然而这个方程通常很难解析求解. 因此发展相应的高精度数值求解方法非常重要. 发展了结合算符劈裂法、Crank-Nicolson算法和四阶精度Numerov算法的高效求解Gross-Pitaevskii方程的新数值计算方法. 通过数值计算可以表明, 与传统的四阶精度的五点差分法相比, 所提出的算法具有高效和消耗内存小的优点.
为了刻画随机环境与重大突变因素对种群的影响, 本文考虑一类由马氏链与纯跳稳定过程驱动互惠种群模型. 首先, 讨论了该种群模型具有全局正解性. 其次, 给出了该模型的遍历性的充分条件. 最后, 探究了该模型的正常返的条件.
数字教育资源自动化内容审查是教育信息化时代的迫切需求, 特别是对教育资源是否超标的适用性审查, 存在知识点难定位和难理解的问题. 针对这一需求, 提出了一种基于教育知识图谱和大语言模型(简称“大模型”)协同的教育资源内容审查方法. 具体地, 首先利用“本体”思想, 设计并构建一个面向中小学教育的知识图谱; 之后, 利用大模型在文本生成和排序任务上的优势, 设计基于教学内容生成和排序剪枝的知识定位方法; 最后, 通过教学内容核心知识子图与知识图谱教学路径的冲突检测, 实现超标教学内容识别. 实验结果表明, 所提出的方法可有效应对教育资源内容的超标知识审查任务, 为基于知识图谱及大语言模型协同的教育应用开辟新的技术路径.
流域大型梯级水库群, 夏末秋初蓄水, 来年枯季放水, 季节性改变了入海径流量, 会影响河口盐水入侵和淡水资源利用. 收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值, 利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si, 模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响. 截至2020年和2035年, 长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m3, 蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13398和17909 m3/s. 基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量, 考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节, 给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量. 数值模拟结果表明, 截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水, 径流量下降, 导致盐水入侵加剧. 在平均水文年, 南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水. 在特枯水文年, 9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d, 到2035年分别为46.53、44.18、47.56和50.75 d. 夏末秋初特枯和平均水文年情况下流域水库蓄水期间遇到强北风作用, 均会显著影响长江口水源地取水. 对于特枯水文年, 流域水库群应减少蓄水量, 甚至应该放水, 以保障长江口淡水资源的安全.
三维点云语义分割方法, 是三维视觉环境感知中的重要任务, 被广泛应用于自动驾驶、增强现实、机器人等领域. 然而, 大多数语义分割方法工作在全监督的模式下, 为数据标注带来了极大的压力, 为了解决对于大规模点云标注数据的依赖问题, 许多工作基于有标签数据训练生成伪标签进一步迭代训练模型, 但未考虑到错误伪标签累积所导致的确认偏差. 针对该问题, 本文提出了一种基于组对比学习的弱监督三维点云语义分割方法, 在从伪标签中选择的正例组与负例组之间构造对比学习, 令伪标签之间相互竞争, 减少错误伪标签的梯度贡献, 从而缓解确认偏差. 实验结果表明, 本文所提出的方法在S3DIS、ScanNet-V2、Semantic3D等3个公开数据集上, 相较于目前最优方法均取得了更优的精度.
为评估生态修复过程中太湖沿岸浅水湖泊的生态系统健康状况, 于2022年对金墅港圩地水体进行了调查. 构建了水生态健康综合评估指标体系, 由目标层、准则层、指标层构成. 其中, 准则层由功能性、完整性、稳定性3项组成, 指标层由综合水质、营养状态等14个大项参数和pH值、温度、溶解氧等28个小项参数构成, 采用层次分析法分别确定了准则层和指标层的权重系数, 再使用比值法统一量纲. 结果表明, 在生态修复过程中, 功能评价指数在秋季达到最高, 完整性评价指数在秋、冬两季优于春、夏两季, 稳定性评价指数在夏季最高, 有70%的点位处于“健康”水平, 水生态健康综合评价指数持续上升. 说明生态修复工程有效地促进了水生态系统的重建与恢复, 这不仅对后续的修复和管理有重要意义, 而且能为其他湖泊的水生态修复和评价提供借鉴.
针对智慧教育场景下, 在线学习评价的全面性和有效性所面临的不足, 构建了一个基于模糊层次分析法 (fuzzy analytic hierarchy process, FAHP) 和模糊综合评价法 (fuzzy synthetic evaluation method, FSEM) 的在线学习行为指标评价框架. 框架以CIPP (context, input, process, product) 教育评价模型为指导, 融合教育评价标签类目体系, 确立了学习探索、编程实践、知识掌握、创新协作和沟通交互这5个维度, 并细化为二级指标和三级指标, 从而实现了评价的全面覆盖. 通过FAHP-FSEM计算各级指标权重, 并进行一致性检验, 确保了评价的科学性和合理性. 以水杉在线平台为案例, 利用大规模多源的过程化学习数据, 从多维度、多视角进行了综合评价, 并通过可视化大屏呈现学生画像和学习行为特征. 所提框架为个性化学习效果的提升和在线教育改革提供了有力数据支持, 具有广泛的应用前景.
利用癌症基因组图谱 (the Cancer Genome Atlas, TCGA) 和国际肿瘤基因组协作组 (International Cancer Genome Consortium, ICGC) 数据库收集肝细胞癌 (hepatocellular carcinoma, HCC) 患者的RNA测序信息. 首先, 通过非负矩阵分解 (non-negative matrix factorization, NMF) 聚类方法和加权基因共表达网络分析 (weighted gene co-expression network analysis, WGCNA) 筛选出参与HCC免疫反应机制的关键基因. 利用套索 (the least absolute shrinkage and selection operator, LASSO) 回归分析构建预后基因模型, 并用基因集富集分析 (gene set enrichment analysis, GSEA) 方法分析生物学功能. 随后, 对不同风险组患者使用单样本基因集富集分析 (single sample genes set enrichment analysis, ssGSEA) 评估两组间免疫浸润和相关功能差异. 使用 “RMS” R软件包结合独立危险因素构建列线图以预测患者的总体生存时间. 最后, 利用人类蛋白质图谱数据库(Human Protein Atlas, HPA)与实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR, RT-qPCR) 进行临床初步验证. 总之, 本文在风险评分的基础上整合患者临床特征, 构建了一个可验证、可重复的列线图, 为临床肿瘤患者的精准治疗提供可靠的参考.
鹦鹉洲湿地自建成以来已开展了连续5年以上的实地调查和监测, 结合长期监测数据构建科学系统的修复成效评价体系对海岸带生态修复工程的评估具有重要的参考价值. 采用能值分析方法, 通过实地调研、科学监测和查阅文献, 搜集所需相关数据, 构建了湿地生态系统能量分析结构图和能值指标体系, 对自然资产、生态服务等主要能值指标进行了分析, 并比较了不同修复时期湿地的功能表现. 研究结果表明: 2021年, 鹦鹉洲湿地自然资产总能值为8.92×1016 sej, 相当于能值–货币价值22.47万元, 湿地生态服务总能值为8.88×1017 sej·a–1; 实施生态修复后, 鹦鹉洲生态质量明显改善, 其自然资产和生态服务能值分别是修复前的5.01倍和5.73倍; 鹦鹉洲湿地生态系统的能值自给率(emergy self-support ratio, ESR)为0.47, 能值产出率(emergy yield ratio, EYR)和能值可持续指数(emergy sustainable index, ESI)分别为28.29和25.03, 表明湿地产出效率高且可持续发展空间较大. 研究显示: 基于长期监测数据, 采用能值分析方法可较好地反映海岸带生态修复工程成效, 所构建的评估体系及方法可为类似海岸带修复工程提供参考.
为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定, 以长江河口作为典型研究区域, 分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面, 利用14C (NaH14CO3) 标记方法结合烯丙基硫脲 (allylthiourea, ATU) 抑制剂法, 对不同温度和氮营养盐添加条件下的水体总暗碳固定 (dark carbon fixation, DCF) 和由氨氧化微生物驱动的暗碳固定 (DCFAOB) 速率进行了研究. 结果表明, 长江河口水体中的DCF速率介于0.23 ~ 0.33 μmolC·L–1·d–1之间, 其中氨氧化微生物驱动的暗碳固定约占总暗碳固定的4.13% ~ 43.61%. 在最适温度范围内, 水体中的DCF速率随着环境温度的增加而显著上升, 但整体上低盐度条件下DCF速率受环境温度的影响更明显. 此外, 低盐度和高盐度水体的DCF速率最大值分别出现在30℃和25℃, 在该温度条件下添加氨氮可明显促进水体DCF速率的增加. 研究结果揭示了河口水体暗碳固定对环境温度变化的响应过程, 能够为全面认识和科学评估河口生态系统碳固定与碳汇通量提供理论支持与数据参考.
中国综合性科技类核心期刊(北大核心)
