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    融合人体姿态估计和目标检测的学生课堂行为识别
    王泽杰, 沈超敏, 赵春, 刘新妹, 陈杰
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 55-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.007
    摘要363)   HTML57)    PDF (1026KB)(387)   

    在课堂教学中, 人工智能技术可以帮助实现学生行为分析自动化, 让教师能够高效且直观地掌握学生学习行为投入的情况, 为后续优化教学设计与实施教学干预提供数据支持. 构建了学生课堂行为数据集, 为后续研究工作提供了数据基础; 提出了一种行为检测方法及一套可行的高精度的行为识别模型, 利用OpenPose算法提取的人体姿态全局特征, 融合YOLO v3算法提取的交互物体局部特征, 对学生行为进行了识别分析, 提高了识别精度; 改进了模型结构, 压缩并优化了模型, 降低了空间与时间的消耗. 选取与学习投入状态紧密相关的4种行为: 正坐、侧身、低头和举手进行识别, 该检测与识别方法在验证集上的精度达到了95.45%, 在课堂上玩手机和书写等常见行为的识别精度较原模型有很大的提高.

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    海洋环境中的微塑料及其附着生物研究进展
    李道季, 董旭日
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 1-7.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.001
    摘要330)   HTML885)    PDF (475KB)(207)   

    近年来, 废弃塑料造成的白色污染引起了人们的广泛关注. 小于 5 mm的塑料微粒 (微塑料) 在海洋环境中广泛分布, 其表面附着生物, 既包括对海洋生物甚至人体有害的潜在致病菌, 又存在能够减少其污染的塑料分解菌. 微塑料因其难降解的特性, 可以在水环境中持久存在, 其表面附着的微生物也能够长期稳定地生存. 此外, 微塑料可能通过食物链传递给更高营养级的生物, 会被误食而影响到鱼类生长. 本文综述了微塑料在海洋环境中的分布, 微塑料表面含有或附着的有害物质对生物体的可能影响. 探讨了微塑料表面附着的致病微生物及塑料分解微生物的生态效应, 以及微塑料通过食物链向高营养级传递的可能性. 对微塑料分布和表面附着生物可能引起的生态风险进行了分析. 还指出了在塑料垃圾和微塑料对海洋生态系统的影响方面需要有更多的研究, 以全面认识海洋微塑料及其附着物的生态效应, 为海洋塑料污染治理提供科学依据.

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    小样本实例分割综述
    周雪茗, 黄定江
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (5): 136-146.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.05.012
    摘要308)   HTML9)    PDF (968KB)(53)   

    实例分割是计算机视觉领域中的一项重要任务, 近年来元学习和小样本学习的发展推动了小样本与计算机视觉任务的结合, 突破了对人工标注难、标注成本高的目标检测与分类瓶颈. 虽然在小样本图像分类、小样本语义分割和小样本目标检测上都取得了较大的发展, 但是基于小样本学习的实例分割近年来才成为研究热点. 从小样本实例分割的相关概念出发, 对现有小样本实例分割方法, 按照基于锚框和无锚框两类分别进行了系统性的概述, 并介绍了小样本实例分割常用的数据集及评价指标. 通过对算法性能和优缺点的分析对比, 以及研究现状的整理归纳, 对小样本实例分割未来发展方向和面临的挑战进行了展望.

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    玻色-爱因斯坦凝聚态间的光学介导纠缠
    高帅, PRESTMatthew, ILO-OKEKEEbubechukwu O., KONDAPPANManikandan, ARISTIZABAL-ZULUAGAJuan E., IVANNIKOVValentin, BYRNESTim
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 93-105.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.011
    摘要286)   HTML44)    PDF (1315KB)(101)   

    着重研究了一种在玻色-爱因斯坦凝聚态 (Bose-Einstein Condensate, BEC) 之间产生光学介导纠缠的方案. 该方案使用量子非破坏性哈密顿量, 并将BEC置于马赫-曾德(Mach-Zehnder)构型中. 结果表明, 通过对光进行测量, 可以诱导产生纠缠态. 还特别分析了纠缠态在退相干作用下的效应. 研究表明, 该纠缠态的行为表现对于原子与光的作用时间较为敏感: 当相互作用时间 $ \tau \lesssim \frac{1}{\sqrt{N}} $ 时, 该纠缠态相对稳定; 当相互作用时间 $\tau > \frac{1}{\sqrt{N}}$ 时, 该纠缠态则相对脆弱.

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    无限维3-Pre-李代数
    白瑞蒲, 刘山
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 1-8.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.001
    摘要245)   HTML298)    PDF (625KB)(122)   

    构造3-Pre-李代数一直是一个很困难的问题, 目前关于3-Pre-李代数的例子很少. 利用单无限维3-李代数 $A_{\omega}=\langle L_m~\vert~m\in {\mathbb{Z}}\rangle$ 上所有权为0 的齐性Rota-Baxter 算子, 构造了5类不同构的3-Pre-李代数 $B_k, 0\leqslant k\leqslant4$ , 且对所构造的3-Pre-李代数的结构进行了研究, 证明了 $B_2$ $B_4$ 是2类单3-Pre-李代数, $B_1$ 是具有无限多个1维理想的不可分解3-Pre-李代数, $B_3$ 是具有有限多个理想的不可分解3-Pre-李代数.

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    大学数学作业自动批改系统的设计与实践
    杨勤民, 江志松
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 76-83.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.009
    摘要188)   HTML41)    PDF (821KB)(80)   

    通过信息提取技术、数据匹配技术与一次性人工处理相结合的方法, 将数学主观题转化为树状选择题, 并结合现代信息技术和网络技术, 开发了大学数学作业自动批改系统, 且在大学数学公共基础课的教学中予以了实践. 此类系统解决了自动批改数学主观题的瓶颈问题, 能够批改小学、中学和大学数学课程中的常规习题, 如选择题、填空题、判断题、问答题、计算题、证明题等, 可达到做完即批完的效果. 还可以应用于数学教学的各个环节, 如课前预习、课堂练习、课后复习、课外辅导、备考和在线考试等等. 自动批改过程中采集的电子数据可用于数据分析、教学指导、教学研究和教育信息化的建设.

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    垂直森林绿化系统中土壤微生物多样性研究
    徐娴雅, BOERIStefano, 胥一波
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 8-16.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.002
    摘要178)   HTML852)    PDF (1182KB)(78)   

    采用高通量基因条形码技术分析了45份土壤样品的微生物多样性格局. 结果发现, 垂直森林绿化与周边绿地具有相似的α多样性以及较大的群落特征差异和β多样性. 这些结果表明, 垂直森林建筑能够容纳丰富的土壤微生物种类, 促进城市生物多样性保护.

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    非紧空间上折现Hamilton-Jacobi方程的粘性解
    陈苏婷, 李霞
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 9-15.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.002
    摘要177)   HTML47)    PDF (550KB)(76)   

    折现Hamilton-Jacobi方程(简称H-J方程)作为接触H-J方程的一种特殊形式, 对其研究具有深刻意义. 研究了折现H-J方程在底空间非紧时粘性解的一个表达式 $u_{\lambda}(x,t)$ . 就一个具体的折现H-J方程, 探讨了在底空间非紧且 $\lambda>0$ 时, 在不同初值情形下, $u_{\lambda}(x,t)$ $t \rightarrow +\infty $ 时的收敛情况.

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    面向野外战场环境的道路建模仿真技术
    陆书成, 高岩, 王长波
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (4): 79-94.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.04.008
    摘要175)      PDF (3909KB)(52)   

    野外战场环境是一个包含地形和道路等地理要素的作战空间, 道路是其中的重要组成部分, 对复杂的作战决策起着关键作用. 传统道路建模无法处理野外复杂的地形条件. 提出了面向野外战场环境的道路建模仿真方法. 该方法将道路网络根据其特点划分为不同的子模型并分别建模, 以满足战场模拟中真实感的需求; 采用OpenStreetMap来驱动道路网络建模, 具有实时性强、准确性高、道路信息结构清晰、分类齐全等特点, 能够满足野外战场环境军事作战和建模仿真的需要; 利用地形高程数据和道路建设规则等辅助信息, 对道路高度进行了调整, 以适应野外战场复杂的地形条件和可能存在的多层级路网结构; 引入了曲率连续( $ {G}^{2} $ 连续的) Hermite插值样条曲线, 灵活地对道路中心线进行了表示, 并通过网格变形提高了道路模型的复用性. 实验表明, 该仿真方法可较完整地还原路网的真实细节, 有效地贴合复杂地形并提高了道路模型的复用性, 为研究野外战场环境中的地理要素提供了可行的分析角度和建模方法.

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    生境片断化对城市残存森林木本植物物种丰富度的影响
    梁红, 达良俊, 宋坤, 周春玲, 高志文, 王凯
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 17-26.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.003
    摘要172)   HTML849)    PDF (862KB)(89)   

    为探究生境片断化对城市残存植被物种丰富度的影响, 以经典的岛屿生物地理学理论为基础, 选取了青岛市区内崂山余脉的13个丘陵为岛屿, 以崂山为大陆, 除斑块面积、距离种源远近外, 增加斑块隔离度和人为干扰强度2个影响因子, 通过CCA分析量化影响因子与物种组成的关系, 以其影响因素的矢量线段长短赋予各影响因子权重, 形成岛屿化综合指数(Isolated Island Index, III), 探讨其与物种丰富度的关系. 结果表明, 城市中片断化森林斑块的物种丰富度与岛屿化综合指数的关系随着种类性质的变化而不同. 乡土物种丰富度与岛屿化综合指数有显著关系, 外来物种无此关系; 鸟类传播和风力传播物种的丰富度与岛屿化综合指数有显著关系, 重力传播物种无此关系. 线性函数是最佳的拟合模型.

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    近十年来青草沙水库取水口水质变化趋势分析
    朱宜平
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 50-60.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.006
    摘要172)   HTML61)    PDF (2362KB)(38)   

    基于青草沙水库取水口2010—2019年这10年的日监测数据, 对水质的主要理化指标进行了年际和季节性变化趋势分析, 并探讨了理化指标间的关联关系. 结果表明: ①青草沙水库取水口溶解氧浓度始终保持较高水平, pH值呈现弱碱性; ②取水口氨氮浓度较低, 硝酸盐氮浓度介于1.2 ~ 2.0 mg/L, 总磷浓度为0.1 ~ 0.2 mg/L, 高锰酸盐指数浓度为2.0 ~ 4.0 mg/L, 且这4项指标从2015年开始均呈下降趋势, 表明来水水质进一步变好; ③溶解氧浓度、水温和pH值存在明显的四季变化, 而总硬度、永久硬度、电导率和氯化物这4项指标受海水入侵影响且季节变化基本一致, 其余指标随季节变化差异不明显; ④总磷浓度、高锰酸盐指数浓度随浊度的升高而升高, 总磷浓度和硝酸盐氮浓度随着大通流量的增加而呈现下降趋势.

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    长江口沉积物固氮过程的温度敏感性及影响因素
    游智湧, 刘博林, 刘程, 高灯州
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 101-108.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.011
    摘要170)   HTML75)    PDF (790KB)(30)   

    探讨微生物固氮过程的温度敏感性对认识全球气候变化背景下河口近岸生态系统的稳定及氮素平衡具有重要意义. 然而, 到目前为止, 关于河口沉积物固氮过程对温度变化的响应及影响因素的研究还鲜见报道. 本文选取长江口6个采样站位 (包括长江口内4个和长江口外2个) , 采用泥浆培养实验, 并结合15N同位素示踪技术对长江口沉积物固氮过程的温度敏感性及影响因子展开研究. 结果表明, 长江口沉积物中原位温度的固氮速率范围是0.72 ~ 2.85 nmol·g–1·h–1. 在5 ~ 10 ℃和20 ~ 30 ℃培养条件下, 温度升高对固氮速率具有一定的抑制作用, 而在10 ~ 20 ℃的培养条件下, 温度升高对固氮速率有明显的促进作用. 尽管各站点沉积物理化性质相差较大, 但固氮速率对温度的敏感性相对一致. 相关性分析结果表明, 硫化物、二价铁、硝态氮和总有机碳含量是影响固氮作用的主要环境因子.

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    基于哨兵1号的台风风场反演方法研究
    于鹏, 钟小菁, 耿旭朴
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 125-136.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.013
    摘要170)   HTML66)    PDF (23345KB)(46)   

    合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 的交叉极化数据在高风速条件下不会出现信号饱和现象, 能够在全天时和全天候的条件下提供大范围的高风速风场信息, 在台风监测上具有极大的潜力. 欧空局发射的哨兵1号卫星是目前少数几颗可提供交叉极化数据的在轨SAR卫星, 以该系列卫星的交叉极化影像为数据源, 利用2011—2021年十年来开发的C波段交叉极化海洋模型 (C-band Cross Polarization Ocean model, C-2PO) 、C波段交叉极化耦合参数海洋模型 (C-band Cross-Polarization Coupled-Parameters Ocean model, C-3PO) 及全极化条带交叉极化模型 (Quad-polarization Stripmap Cross-polarization model, QPS-CP) 等7种模型, 对2020年的“海高斯”和“莫拉菲”两个台风的风场进行了估算, 并将噪音去除的方法应用于超宽幅模式影像的处理. 结果表明, 噪音去除方法的应用可以有效减弱噪音对台风影像的影响, 改善风场反演的结果. 在反演高风速时, C-3PO模型的相对误差较小, 但与哨兵1号海洋产品的对比分析发现, 其在中低风速的估算上存在一定误差; 交叉极化模型结果与已有风场产品的融合, 能够很好地再现台风外部中低风速以及内部的海表高风速信息, 对于台风监测、台风致灾的模拟预报和研究具有重要的参考价值.

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    光力场中粒子运动轨迹的计算
    谢海磊, 杜骏杰
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 106-113.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.012
    摘要167)   HTML35)    PDF (893KB)(81)   

    在采用米氏散射理论严格计算微纳粒子所受光力的基础上, 研究了基于欧拉-理查森算法计算粒子运动轨迹的问题. 相比欧拉算法和欧拉-克罗默算法, 欧拉-理查森算法精度更高且收敛速度更快, 是非常适合描绘粒子运动轨迹的方法. 纳米粒子在周期性保守光力场中的运动轨迹与物理分析完全吻合, 验证了该方法的有效性和稳定性. 给出的计算方法, 可用于更高效地研究光学微操控中胶体粒子和生物大分子的囚禁、输运、分类, 以及宏观粒子的冷却等.

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    二维过渡金属磷化物MnTn+1(M = V, Cr; T = P, As, Sb)的第一性原理计算研究
    张亚琼, 谢文辉
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 84-92.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.010
    摘要166)   HTML36)    PDF (1827KB)(59)   

    采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了二维过渡金属磷系化合物MnTn+1 (M = V, Cr; T = P, As, Sb)材料的结构、稳定性、电子结构和磁性质. 通过计算形成能和声子谱, 发现只有V4As5、 Cr2P3、 Cr3P4、 Cr4P5、 Cr2As3和Cr3As4是稳定的二维磁性多层膜. 计算结果表明, 这些稳定的二维磁性材料都是反铁磁金属. 此外, 还对这些材料的电子结构和磁耦合机制做了进一步的分析.

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    利用机器学习技术确定同伦分析解中的收敛控制参数
    周童晖, 柳银萍
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (2): 34-44.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.005
    摘要164)   HTML36)    PDF (860KB)(72)   

    同伦分析方法是求解强非线性问题解析近似解的有效方法, 已被广泛应用于解决科学研究和工程技术中的一些重要问题. 相对于其他已有的解析近似方法, 同伦分析方法通过引入若干个辅助参数和辅助函数来控制级数解的收敛区域和收敛速度. 针对现有的同伦分析方法中收敛控制参数的选择问题, 采用了一种根据机器学习的参数选择算法, 首次将同伦分析方法和机器学习技术结合起来, 求解非线性数学物理方程收敛性更好的解析近似解. 通过将该算法应用到具体的实例中, 可以看出, 所获得的同伦分析解明显优于已有的同伦分析解, 同时, 该算法更具普适性和灵活性.

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    解实正定线性方程组的交替方向迭代法新格式
    征道生
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (4): 1-12.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.04.001
    摘要163)   HTML373)    PDF (789KB)(61)   

    在许多适用于解实正定方程组的交替方向迭代法(Alternating Direction Iteration, ADI)的格式中, 要求诸方向矩阵之间满足乘法可交换条件. 这虽然可提高格式的效率, 却也限制了ADI的应用范围. 本文提出了一些修改的ADI格式(Revised Alternating Direction Iteration, RADI), 免除可交换性的苛求, 从而极大地扩充了ADI的应用范围. 同时, 本文还探讨了提高RADI格式效率的若干措施.

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    崇明东滩围垦区不同土地利用类型对土壤呼吸及其组分的影响
    何晶, 仲启铖, 张桂莲, 王开运, 吴悦琦, 贺贵书, 李德志, 彭娜娜
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 71-81.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.008
    摘要162)   HTML64)    PDF (944KB)(43)   

    在崇明东滩围垦区, 采用Licor-8100A土壤碳通量观测系统及分层去根法, 连续测定5种土地利用类型 (芦苇湿地、白茅湿地、幼龄林、中龄林和农田) 的土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸, 以及0 ~ 10 cm表层土壤温度、体积含水率和电导率等环境因子, 系统地比较了崇明东滩围垦区不同用地类型土壤呼吸及其组分的差异. 结果表明: ① 幼龄林、中龄林和农田样地的土壤呼吸显著低于芦苇湿地和白茅湿地样地; ② 幼林龄、中林龄和农田样地的异养呼吸占比显著高于芦苇湿地和白茅湿地样地; ③ 土壤呼吸及其组分与土壤温度呈显著的指数关系, 但与土壤含水率和电导率的相关性较弱. 与残存湿地相比, 不同的农林利用方式显著降低了围垦区土壤呼吸, 但大幅增加了异养呼吸, 这可能说明土壤有机碳库在围垦20年后仍处于净损失状态. 因此, 需要采取有效措施进一步提升该区域土壤的碳固持能力.

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    离散时间正规鞅泛函空间中的广义计数算子
    周玉兰, 孔华芳, 程秀强, 薛蕊, 陈嘉
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (4): 13-25.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.04.002
    摘要161)   HTML373)    PDF (826KB)(59)   

    在离散时间正规鞅平方可积泛函空间 $L^{2}(M)$ 中引入了一族线性算子 $\{N_{h};h\in\mathcal{P_{+}}(\mathbb{N})\}$ . $N_{h}$ $L^{2}(M)$ 中正的、稠定、自伴闭线性算子, 一般未必有界. 给出 $N_{h}$ 有界的充分必要条件; 讨论了 $N_{h}$ $h$ 的依赖性, 即 $N_{h}$ 是关于 $h$ 严格单调递增的算子值映射; 证明了 $\mathbb{N}$ 上非负可和函数空间 $l^{1}_{+}(\mathbb{N})$ 与有界广义计数算子族所成子空间是等距的; 讨论了广义计数算子列强收敛和一致收敛的条件; 对单调收敛函数列, 讨论了其定义域收敛的条件和相应广义计数算子列收敛的条件; 最后证明了 $\{N_{h};h\in\mathcal{P_{+}}(\mathbb{N})\}$ $\mathcal{S}_{0}(M)$ 中的一族可交换观测.

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    中国砂石资源利用的现状、问题与解决对策研究
    庄淑蓉, TORRESAurora, 陈睿山, 叶超
    华东师范大学学报(自然科学版)    2022, 2022 (3): 137-147.   DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.03.014
    摘要160)   HTML69)    PDF (1177KB)(31)   

    以统计数据和现有研究为基础, 本文概述了中国砂石的利用现状, 包括当前砂石的价格变化趋势, 供需冲突以及资源开采、运输和使用的影响. 研究发现: ① 在过去的二十年中, 全国对砂石资源的需求持续增长, 但河砂的供应却逐渐减少, 机制砂石已成为建筑骨料的主要来源. ② 存在与砂石开采、运输和消费相关的重大环境、经济和社会影响, 包括非法供应网络的出现. 为切实保障国家新基建的部署、社会经济可持续发展和生态文明建设, 以及确定供应瓶颈和更有效地利用资源, 提出了确保砂石资源供应, 最小化砂石开采影响并促进中国砂石骨料行业可持续发展的解决对策. 这些对策包括: 对涵盖天然砂石和机制砂石的砂石资源的流量和存量进行量化, 并建立可靠的数据监测系统; 增加投资并建立相关机构, 以优化供应系统和减少其影响, 并加强监管框架, 促进替代材料的使用, 建立砂石行业的标准和实施最佳使用实践; 进行跨学科的综合研究, 以分析与砂石资源供应有关的挑战和应对策略的潜力和风险.

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