当期目录

    

2017年 第53卷 第6期 刊出日期：2017-11-20

上一期   下一期

一种行走辅助型下肢外骨骼的设计与实现

谢峥, 王明江, 黄武龙, 雍珊珊, 王新安

2017, 53(6):  989-996.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.056

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2495KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

使用体重支撑的方式可以提高行走辅助外骨骼穿戴的舒适性, 设计以棘轮棘爪组合机构为核心的单向离合装置来减轻设备重量。通过对步态的分析, 以转矩模式下的 PID 电流控制为内环, 增加了足底压力传感和座椅传感构成的外环反馈控制, 实现智能化的人机交互过程。最终实现外骨骼重量 12.5 kg, 站立时辅助支撑约10 kg, 行走中平均辅助支撑约 3 kg, 续航时间大于2小时。

可用于SRAM PUF的密钥提取方案

张亮亮, 张翌维, 孙瑞一, 周源, 王新安

2017, 53(6):  997-1002.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.059

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (370KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了利用PUF获得芯片唯一、随机的密钥, 详细分析可用于SRAM PUF的密钥提取方案, 包括采用级联纠错码的硬判决和软判决译码方案。利用芯片上的实际SRAM PUF响应和软件仿真, 验证两种方案的效果。结果表明, 对于SRAM PUF, 软判决方案更加可靠和高效。

基于UKF算法的高机动机载平台多普勒频移估计

余怀瑾, 依那, 蒋伟, 杨峰

2017, 53(6):  1003-1010.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.081

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1232KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对卫星通信在高机动状态下非线性较强,会引起较大多普勒频移的问题, 提出利用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman Filter, UKF)算法进行多普勒频移估计。依据高机动飞行器飞行特点, 建立直线和圆周运动中的UKF多普勒频移估计模型, 并进行仿真分析。结果表明, 在卫星通信信道模型中, UKF算法能够对高机动机载平台进行更精确的频率估计, 实用性更强。

沧口断裂黄岛段断裂几何结构和活动特征

宋键, 唐方头, 邓志辉, 郭玉贵

2017, 53(6):  1011-1020.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.051

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (159972KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过地质和地貌调查、探槽开挖、钻孔探测及地质年代测定等方法, 对沧口断裂黄岛段进行详细的研究。结果表明: 沧口断裂在黄岛前湾一带经保税区、武家庄、长江路街道办事处、辛庄、高家台、张家庄、小洼、白果树村和新建村进入黄海; 沧口断裂带在黄岛整体上呈北东走向, 倾向北西, 长约15 km, 断裂带宽度在5~35 m之间; 断层主要发育在燕山花岗岩体中, 对白垩纪地层、现代地貌和第四纪沉积有一定的控制作用; 经过多期运动, 沧口断裂黄岛段中更新世以来以右旋走滑运动为主, 兼有逆冲运动, 断裂带中发育断层泥, 断裂带附近基岩破碎严重。出于安全考虑, 建议沧口断裂黄岛段采取14 m宽度作为避让带宽度。沧口断裂黄岛段空间展布及现代活动性的研究对未来青岛市黄岛区国土资源的合理规划、综合开发以及重大工程的地质灾害评价有重要意义。

基于砂岩数字岩芯图像的渗透率模拟与粗化

刘钰洋, 潘懋, 张驰, 陈曦, 李兆亮

2017, 53(6):  1021-1030.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.054

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (8252KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

运用闵可夫斯基泛函, 结合K-means聚类方法, 对应用CT扫描获得的砂岩数字岩芯图像进行岩石类型的精细划分, 将岩芯划分成为粗粒区、细粒区和过渡区, 进而获得岩芯的精细分层。基于砂岩数字岩芯图像, 应用岩芯驱替模拟变换法, 模拟在不同驱替压力条件下岩芯中湿相与非湿相的分布状况。应用格子玻尔兹曼方法(LBM), 对岩芯各个小层进行渗透率的计算模拟, 并采用直接加权平均、回归各岩石类型孔-渗关系曲线以及去除薄层后回归各岩石类型孔-渗关系曲线3种方法, 完成对岩芯渗透率参数的粗化, 获得粗化后的渗透率参数和孔-渗关系曲线方程。

流体饱和储层砂岩超声波纵波速度频散的定量预测

刘照, 何涛, 杨志强, 邹长春, 任科英

2017, 53(6):  1031-1041.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.053

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1123KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对岩芯的实验室超声波测试速度由于频散误差而不能直接用于涠西南凹陷声波测井速度标定的问题, 利用涠三段5块不同物性的储层砂岩, 通过比较盐水和4种不同密度油作为孔隙流体时的饱和岩样超声波纵波速度变化, 优化和完善速度频散机制分析流程, 提出和验证样品被喷射流机制统治时的非弛豫湿骨架模量与高压情况下的干骨架模量相当的假设, 并探索出一种BISQ理论特征喷射流长度（R）的估计方法。最后建立对涠三段储层砂岩的纵波速度频散进行全频带定量预测的方法, 从而能够确定速度频散的机制和大小。通过提出的全频带速度频散预测公式, 可将实验室的超声波测试速度校正到不同频率条件, 在实际应用中满足测井(中频带)和勘探地震(低频带)的岩石物理分析需求, 具有一定实践意义。

利用单颗粒气溶胶质谱仪研究南黄海气溶胶的变化特征

郭晓霜, 李小滢, 闫才青, 付怀于, 高会旺, 姚小红, 郭志刚, 郑玫

2017, 53(6):  1042-1052.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.121

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (3459KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

2012年11月在南黄海首次使用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)采集和分析两个平行航测断面上的气溶胶, 以研究不同气团影响下海洋气溶胶的理化特征。断面1受从海到陆的海风及海洋气团影响, 断面2则受从陆到海的陆风及陆地气团影响。结果表明, 断面2的气溶胶颗粒数约为断面1的3.5倍, 主要由陆地气团传输导致, 其次是断面2的高风速影响。主要组分为SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺, OC和EC气溶胶的颗粒数在断面1和2 (断面2除NO₃^-外)上分别逐渐减少58%~74%和34%~53%, 在断面1的减少量高于断面2。断面1和2上含量最高的分别是海盐气溶胶(>30%)和二次气溶胶(42%)。二次气溶胶和其他人为源气溶胶(包括生物质燃烧、Soot-like气溶胶和含铅气溶胶)对两个断面的贡献显著, 因此人为源对南黄海气溶胶的贡献不容忽视。

中国与欧盟金属产量及工业废水中重金属污染物排放区域和行业分布变化研究

李梦琳, 温丽丽, 王琮禾, 韩凌, 孙卫玲

2017, 53(6):  1053-1067.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.119

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2574KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用英国地质调查局、欧洲污染物排放和转移登记系统、《中国环境统计年鉴》和《中国环境统计年报》数据, 对比分析中国与欧盟金属产量、工业废水中重金属排放的区域和行业分布、演变规律及原因。结果显示, 1993—2014年中国黑色金属和有色金属产量快速增加, 但工业废水中重金属减排却非常明显; 生产方式的转变(清洁生产和循环经济)、生产技术的革新以及行业标准的变化促进了中国工业废水中重金属的减排; 中国工业废水中不同重金属排放的区域和行业分布不同, 相比之下, 欧盟的排放区域和行业分布变化不大, 且排放较为集中。欧盟在政策制定、监管方面值得中国学习借鉴。

海洋污染对中华白海豚栖息地选择的影响研究

陈梅, 宋豫秦, 秦大公, 祝茜, 韦重霄

2017, 53(6):  1068-1080.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.115

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4212KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了探索污染对海洋生物栖息地的影响, 以2006—2007年中华白海豚在广西钦州三娘湾及其邻近海域的出现数据为基础, 结合Google海洋地形数据、卫星遥感数据和2012年度海洋环境调查数据, 构建干、湿季节海豚分布预测的最大熵模型, 发现与主要河口的距离是决定海豚栖息地分布的最主要因素。比较基于不同环境变量的模型预测结果, 发现海豚分布范围还受到水体营养盐和持久性污染物质的限制性影响, 在干旱季节和湿润季节都出现预测栖息地面积缩小的现象。根据模型预测和比较结果, 得到中华白海豚的栖息地选择策略: 选择河口海域生活以获得丰富的鱼类食物, 同时趋向于回避高污染风险的区域。研究结论对海洋保护区的选址及管理策略具有参考意义。

中国落叶松林胸径-树高相关关系的探讨

刘春云, 方文静, 蔡琼, 马素辉, 姜星星, 吉成均, 方精云

2017, 53(6):  1081-1088.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.127

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4553KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于幂函数H = aD^b, 对我国广泛分布的8种落叶松属(Larix Mill.)乔木184个样方胸径(D)与树高(H)的相关生长关系进行分析, 并探讨林分密度、林分总胸高断面积、年均温度和年降水量对相关生长系数(b值)的影响。结果表明, 相关生长系数在不同落叶松属间存在显著差异(P<0.05): 东北地区的兴安落叶松林(0.65±0.11)和黄花落叶松林(0.68±0.10)的相关生长系数显著高于西南地区的四川红杉林(0.51±0.17)和红杉林(0.54±0.15) (F=2.34, P=0.026)。林分密度和总胸高断面积不能解释b值的空间变异(P > 0.05), 但年均温与b值显著负相关(R²=0.09, P<0.001)。研究结果说明落叶松属的不同种之间胸径-树高关系不同, 且温度可能是导致不同落叶松林分胸径-树高关系存在差异的主要原因。

京津冀地区县域人均GDP的空间差异演化及其影响因素

唐秀美, 郜允兵, 刘玉, 孙超

2017, 53(6):  1089-1098.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.128

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (5427KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于GIS空间分析和地理加权回归模型等方法, 研究1993—2013年京津冀地区县域人均GDP的空间分异特征及其影响因素, 以期为促进县域经济发展的政策制定和路径设计提供依据。得到以下结论。1) 京津冀地区县域人均GDP快速增长, 县域间的差异扩大; 县域人均GDP呈现显著的正向相关性, “高高集聚”和“低低集聚”的趋同性在增强。2) 京津唐地区一直是京津冀地区经济发展的热点区域, 河北省大部分县域的人均GDP处于较低水平, “涞源县-高阳县-武邑县-枣强县-邱县”经济冷点带逐渐形成; 县域人均GDP呈现“东北-西南”的走向分布, 并且整体上呈现强化趋势; 经济发展重心以文安县为核心, 呈现“先西南、后东北”的“V”形变动, 东北方向的经济功能进一步强化。3) 与OLS模型相比, 地理加权回归模型的拟合效果明显改善。人均规模以上工业增加值、第三产业增加值比重、人均实际使用外资金额以及城镇化水平等显著促进了2013年京津冀地区的县域经济发展。

未来气候变化情景下中国北方农牧交错带脆弱性评估

周一敏, 张昂, 赵昕奕

2017, 53(6):  1099-1107.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.123

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (3113KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于中国地面降水和气温0.5°×0.5°格点数据集以及区域协同降尺度试验东亚地区项目组RCP4.5和RCP8.5情景下未来气候预估数据, 对中国北方农牧交错带1980—2100年的气候脆弱性进行模拟和分析。结果表明, 北方农牧交错带气候脆弱性在未来的100年中整体上呈现增大的趋势, 特别是2050年后, 增大速度进一步加剧, 到21世纪末, 几乎整个北方农牧交错带都表现出明显脆弱性。从宁夏中卫到呼和浩特北部一带, 脆弱性形势较为严峻, 而大兴安岭北部地区脆弱性程度较低。

一种磁性剩余污泥的制备及其除磷研究

陶虎春, 张晓, 李金波, 黄帅斌, 马骉

2017, 53(6):  1108-1114.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.107

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2082KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以FeCl₃, FeCl₂和NH₃·H₂O为原料, 通过共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米颗粒(MNPs), 并将含水率为99%的剩余污泥与其复合, 制备磁性剩余污泥(MES)。采用交变梯度磁强计测定、扫描电子显微镜观察等分析方法对MES进行表征。计算磁分离后的污泥体积浓缩程度, 进行MES对磷的吸附去除研究。结果表明, MES具有超顺磁性, 其饱和磁化强度为42 emu/g, 30秒内可实现固液分离, 且分离后的MES体积为原剩余污泥体积的1/10。MES吸附磷的最适pH为4~6, 最佳磷溶液初始浓度为16 mg/L (以P计), 600分钟后达到吸附平衡。准二级动力学模型对吸附试验数据的拟合程度较高。MES对磷的吸附等温线符合Langmuir方程, 理论最大吸附量为3.00 mg/g (以P计)。磁性剩余污泥可快速、大幅度地缩减剩余污泥体积, 且对磷的吸附性能优于剩余污泥。研究结果可为处理剩余污泥提供新的途径。

高效褐藻胶降解菌的筛选与产酶条件优化

李婷婷, 陈倩, 石萍, 耿旭

2017, 53(6):  1115-1121.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.122

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (812KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以海藻酸钠为唯一碳源, 从天然腐烂海带中筛选得到一株高效褐藻胶降解菌株53#, 经形态学观察和16S rRNA鉴定, 确定为类芽孢杆菌Paenibacillus agaridevorans。采用正交试验方法, 以pH、温度、NaCl浓度和海藻酸钠初始浓度为影响因素, 对该菌株的产酶条件进行优化, 得到53#菌的最佳产酶条件: pH=8, 25℃, NaCl浓度15 g/L, 海藻酸钠初始浓度15 g/L。在最佳产酶条件下, 褐藻胶裂解酶最大酶活可达390.53±17.32 U/mL。筛选得到的类芽孢杆菌Paenibacillus agaridevorans 53#具有易于培养、产酶速度快和酶活力高等优点, 能够实现褐藻胶的高效糖化, 在褐藻生产生物乙醇领域具有潜在利用价值。

生物炭对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的单一及竞争吸附研究

王棋, 王斌伟, 谈广才, 许楠

2017, 53(6):  1122-1131.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.130

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (5539KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

分别以玉米秸秆、牛粪为原料, 在500ºC氮气保护的无氧气氛下热解生成玉米秸秆生物炭(BC)和牛粪生物炭(DMBC), 分别探讨两种生物炭对水溶液中4种二价重金属离子(Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺和Cd²⁺)的单一吸附效果, 并进行4种重金属在生物炭上的竞争吸附实验, 探讨金属离子间在生物炭上的相互作用关系。结果显示, 两种生物质原料具有不同的元素组成, BC具有较大的比表面积, DMBC的平均孔径更大。在单一吸附过程中, BC对金属的吸附动力学过程具有相似性, 而DMBC对不同金属的吸附速率差异较大。4种重金属离子在生物炭上的等温吸附过程可以用Langmuir方程较好地拟合, 吸附容量的顺序为: Pb²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Ni²⁺。通过金属之间的竞争吸附实验, 发现在生物炭上Pb²⁺的竞争吸附能力最强, Cu²⁺次之, 而Ni²⁺和Cd²⁺竞争吸附能力较弱, 其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制。

从“草-畜-人”完整的社会生态系统视角评估天然草原生态系统服务的价值—— 基于青海省海南藏族自治州贵南县的案例研究

吴昊怡, 李文军, 庄明浩, 贡布泽仁

2017, 53(6):  1133-1142.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.125

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (474KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过在青海省海南藏族自治州贵南县的案例研究, 采用半结构式访谈、问卷调查、实地采样以及多相关利益方调查相结合的方法, 以“草-畜-人”完整的社会生态系统视角, 从“土壤-草界面、草-畜界面、草- 畜-人界面”逐层递进的角度, 充分识别并分析各类草原生态系统服务功能, 并以货币化的方式对天然草原生态系统服务功能进行价值评估。结果表明: 案例地的天然草原生态系统服务功能价值是现有政府统计价值的20倍, 天然草原生态系统的生态价值、提供牧民物质资料的生计价值以及社会价值是比牲畜交易的商品价值更为重要的部分, 也是传统的政府经济统计体系所忽略的部分。即使只限于畜牧业的价值, 案例地天然畜牧业的价值仍为政府统计牲畜价值的1.6倍。因此, 在国家推进绿色经济核算体系的背景下, 政府应改善其原有的统计体系, 更好地反映天然草原生态系统的价值, 并作为草原生态补偿核算的重要依据。

氮添加对武夷山米槠径向生长的影响

张歆阳, 王乔姝怡, 邢娟, 曾发旭, 方福清, 郑成洋

2017, 53(6):  1143-1149.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.126

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (829KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过设置对照(0)、低氮(50 kg N/(hm²·a))、中氮(100 kg N/(hm²·a))和高氮(150 kg N/(hm²·a)) 4 种水平的氮添加实验, 研究武夷山米槠(Castanopsis carlesii)径向生长的季节特征及其对模拟氮沉降的短期响应。结果表明, 米槠的全年生长可分为水分恢复期、快速生长期和缓慢生长期3个阶段。不同生长阶段对施肥的响应不同, 低氮和中氮处理对米槠的全年胸径相对生长速率有显著促进作用, 这种影响主要在快速生长期(6— 10月)产生, 氮添加在缓慢生长期(11—4月)对米槠径向生长无显著影响。氮添加对不同径级树木生长的影响存在差异, 低氮和中氮处理显著促进低径级(5 cm<DBH<15 cm)(p<0.05)的生长速率, 高氮处理的作用不显著; 随着径级增大, 米槠径向生长对氮添加的敏感性下降, 氮添加对高径级(DBH>25 cm)米槠径向生长无显著响应。中氮处理显著提高研究区内米槠群落的生物量增长速率(p<0.05), 其他处理的效果不显著。

北京大学未名湖水质与底泥菌群结构的时空变化

陶怡乐, 张晨枫, 徐琳, 温东辉

2017, 53(6):  1150-1160.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.131

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (5601KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过测定不同季节北京大学未名湖不同区域的水质指标, 发现在无显著人为外源影响的条件下, 水体氮相关指标较好, 四季全部采样点的氨氮都优于Ⅱ类水指标, 总氮都优于Ⅳ类水指标, 但COD, TP和DO等指标在有的采样点仅达到、甚至劣于Ⅴ类。未名湖的平均综合营养状态指数(TLI)为56.1, 属于轻度富营养化。利用PCR-DGGE分析未名湖的底泥微生物群落, 结果表明其多样性随季节变化较明显, 春、秋季多样性指数都较高, 夏、秋季多样性指数与地理位置及水体营养盐含量呈显著正相关关系。线性回归结果提示未名湖底泥微生物群落可能受藻类固氮作用的影响。

硒矿区土壤中真菌的分离培养及抗肿瘤活性筛选

冉喜玲, 刘雨, 田从魁, 朱婷婷, 宋雅楠, 莫月贤

2017, 53(6):  1161-1164.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.077

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (3490KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用单菌落挑选与划线培养技术, 从硒矿区土壤样品中分离纯化真菌。通过摇床发酵培养, 提取制备发酵样品。采用 MTT 法, 用 MDA-MB-231 细胞、Hela 细胞、SMMC-7721 细胞测试发酵样品的抗肿瘤活性。从采自湖北恩施全球唯一独立硒矿床区的 6 个不同土样中分离真菌73株。其中, 对人宫颈癌Hela细胞的IC₅₀小于90 µg/mL的菌株32株, 对人乳腺癌MDA-MB-231细胞的IC₅₀小于90 µg/mL的菌株13株, 对人肝癌SMMC-7721细胞的IC₅₀小于90 µg/mL的菌株9株。这些活性菌株为筛选抗肿瘤天然产物提供了良好的药源菌株。

基于无人机影像序列的三维重建方法综述

刘磊, 孙敏, 任翔, 刘鑫夫, 刘亮, 郑晖, 黎晓东

2017, 53(6):  1165-1178.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.052

摘要 ( )   PDF (567KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

在总结无人机序列影像重建方法的基础上, 基于原理和适用性, 将目前的主要处理方法分为两类: 1) 基于传统航测理论的改进方法, 该类方法需要较多的人机交互与质量控制, 适用于大范围航迹规则的影像处理; 2) 基于多视几何理论的方法, 该类方法使用类似近景摄影测量的方式处理无人机影像, 适用于特定地物或复杂地形区域下不规则航迹采集的影像处理。通过比较不同方法的适用性, 详细探讨所涉及关键技术的优势、局限性与改进方法。最后指出, 将传统摄影测量技术与计算机视觉技术相结合是今后的研究方向, 并探讨了有待解决的关键问题。