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2021年 第57卷 第5期 刊出日期：2021-09-20

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2021年第5期目次

2021, 57(5):  0. 

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粒子群优化算法在具有奇异位置的多体系统动力学中的应用

杨流松, 姚文莉, 薛世峰

2021, 57(5):  795-803.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.035

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以广义坐标形式的高斯原理作为建模方法, 采用传统优化与智能优化方法(粒子群算法)相结合的思路, 充分发挥传统算法的快速收敛和智能算法的全局搜索的优势, 实现约束优化问题的全局寻优目的, 从而有效地克服构型奇异给计算造成的困难。分别采用增广拉格朗日方法、零空间方法和高斯优化方法进行仿真, 结果表明, 高斯优化方法不仅具有较高的计算精度, 而且可以长时间保持数值计算的稳定, 不会因多体系统自由度的突变而导致仿真失败, 证明了所提方法的有效性和普适性。

基于统计年鉴和网络大数据的房屋竣工面积估算

原雯, 王君, 申鸿怡, 王新民

2021, 57(5):  804-814.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.020

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选择北京市年鉴中的若干数据指标, 构建经济社会因子体系, 采用偏最小二乘回归、LASSO回归和RBF神经网络3种模型, 对2017和 2018年北京市房屋竣工面积进行预测。由于各年鉴数据统计渠道和指标粒度不同, 且2019年建筑业部分指标数据的公布存在延迟, 难以用模型拟合的方式对该年度竣工面积做出估计。因此, 利用爬虫技术获取高质量数据, 并深入挖掘网络数据中的信息, 通过互联网大数据估算北京市房屋竣工面积。首先, 建立基于网络大数据的建筑数据获取框架, 通过调用服务接口和关键字搜索等技术, 爬取北京地区8类建筑物的属性数据; 然后, 利用正则表达式和条件过滤, 对网页返回的HTML非结构化数据进行抽取和清洗; 最后, 对 2019年北京市房屋竣工面积及各功能分区的竣工面积做出估算。

一种基于位线电荷循环的低功耗SRAM阵列设计

张瀚尊, 贾嵩, 杨建成, 王源

2021, 57(5):  815-822.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.039

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为了降低静态随机存储器(SRAM)的动态功耗, 提出一种基于位线电荷循环的读写辅助电路的SRAM阵列。与传统设计性比, 辅助电路中转和保存了在读写操作中本该被直接泄放掉的位线电荷, 并重新用于下一个周期的位线充电。提出的SRAM存储器采用标准14 nm FinFET spice模型搭建, 电源供电电压为0.8 V。仿真结果表明, 与传统设计相比, 提出的存储阵列的功耗可以降低23％~43％, 并将SNM 和WNM至少提高25％和647.9％。

基于晶圆键合工艺的光刻掩膜版排版方法

尹卓, 苏悦阳, 罗代艳, 马莹, 王刚, 朱娜, 刘力锋, 吴汉明, 张兴

2021, 57(5):  823-832.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.023

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晶圆–晶圆键合技术突破了传统晶圆平面工艺, 但键合晶圆的光刻对准图形及其他辅助图形有特殊的位置摆放和形貌绘制要求, 而传统方法进行光刻掩膜版排版费时费力且极易出错。针对该技术挑战, 提出一种与传统排版方式不同的整体翻转式排版方法: 在面对面晶圆–晶圆(两片)产品排版中, 通过“替换–翻转”过程, 可以快速有效地一次性解决辅助图形单元形貌和位置的对应翻转, 大幅度减少键合产品排版的工作量, 降低错误率, 有效地缩短产品导入时间周期。

基于ECG信号和体动信号的睡眠分期方法研究

刘众, 王新安, 李秋平, 赵天夏

2021, 57(5):  833-840.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.079

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为了研究整夜睡眠状况和睡眠过程, 利用多导睡眠仪(polysomnography, PSG)和体动记录仪, 分别记录被试的ECG信号和体动信号, 再对 ECG信号提取心率变异性(heart rate variability, HRV)的特征值, 并将其作为实验数据的特征参数。为了提高识别率和防止过度拟合, 将实验数据分为训练集和测试集, 设计一个用遗传算法改进的BP神经网络模型, 对样本进行训练和预测。研究结果表明, 改进的BP神经网络能有效地识别测试样本, 综合识别准确率为86.29%。将检测ECG信号和体动信号的穿戴式设备与睡眠分期识别算法相结合, 能够用于家庭睡眠监测, 也可作为睡眠疾病的初筛方法。

基于AETA的电磁扰动与地震的相关性分析

雍珊珊, 王新安, 郭琴梦, 刘聪, 杨超, 王晶, 蒋冰慧

2021, 57(5):  841-851.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.078

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基于多分量地震监测预测系统(AETA)进行电磁扰动观测(EMD), 通过观测数据特征分析和异常识别判定, 并结合地震事件进行相关性分析。结果表明, AETA电磁扰动观测数据与已知的环境噪声和人文噪声特征不符。基于磁传感器原理和麦克斯韦方程组推导, 提出信号可能来自近地表的自由电荷变化和运动。以九寨沟Ms 7.0级地震和宜宾长宁Ms 6.0级地震为例, 发现AETA电磁扰动均值异常与地震具有前兆相关性。其中, 日周期特性的SRSS波和电磁扰动超低频成分的出现与周边地区或龙门山断裂带以及鲜水河断裂带的强震风险相关。通过讨论信号源产生的物理机理, 认为日周期特性的SRSS波可能与来自地幔的熔融物质中带电粒子溢出至地壳有关, 在地球自转和公转综合作用下, 在震源附近或相关区域会产生与日升日落同步的日周期波动。

安徽巢湖下三叠统初始巢湖裂齿鱼的再研究

戴岩林, 孙作玉, 鲁昊, 江大勇, 周敏

2021, 57(5):  852-864.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.064

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初始巢湖裂齿鱼(Chaohuperleidus primus)产自安徽省巢湖市马家山采石场南陵湖组上段地层(早三叠世奥伦尼克期斯帕斯亚期), 由于模式材料保存很差, 其骨骼学特征未被完整地记述。依据模式材料及同一层位发现的 3 件保存完整的新材料, 补充描述初始巢湖裂齿鱼的骨骼解剖信息, 修正其属征, 复原其头骨的骨骼模式。修正后的巢湖裂齿鱼属征支持以往的分类学结论, “顶骨与膜质翼耳骨愈合形成的骨块具有发育的前、中、后凹线, 鳃盖骨与下鳃盖骨高度近等, 下鳃盖骨具大的圆形前背突”是该属可能的近裔性状。巢湖裂齿鱼属与裂齿鱼属(Perleidus)的形态特征最相似, 除可能的近裔性状外, 与后者不同之处是次眶骨、鳃条骨和轴上鳍条的数量更多。依据巢湖裂齿鱼属头骨的骨骼特征, 与以往错误地归入裂齿鱼目的早三叠世类群及裂齿鱼目内最相近的类群进行解剖学比较和讨论, 为新鳍鱼类干群的谱系分析提供新的解剖学依据。 

青藏高原对北大西洋深水形成影响机制的季节差异

邵星, 杨海军

2021, 57(5):  865-874.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.062

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利用耦合地球系统模式(CESM1.0), 通过对比有青藏高原的控制试验和无青藏高原的敏感性试验, 定性地分析青藏高原对不同季节北大西洋深水(NADW)形成的影响机制。研究结果表明, 青藏高原对NADW形成的影响机制因季节而异。移除青藏高原后, NADW形成将会减弱, 冷季(北半球10月—次年3月) NADW形成的显著减弱是由海洋表面净热通量显著增加引起的, 而暖季(4—9月)由于海冰大量融化引起淡水通量显著增加, 导致NADW形成的显著减弱。低分辨率耦合模式中, 青藏高原对NADW形成的这种季节性影响更加显著。不同季节青藏高原对NADW形成的影响机制主要区别在于, 青藏高原地形的存在使得冷季NADW形成区域的海洋表面失热增加, 在暖季造成该区域来自北部海冰的淡水输入减少。

北京市公共服务设施可达性及其对住房价格的影响

李然好, 龚世泽, 高勇

2021, 57(5):  875-884.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.065

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为研究北京市公共服务设施的空间分布规律及公平程度, 基于高斯两步移动搜索法测算北京市五环内各街道教育、医疗、商业、交通和文化休闲5个维度公共服务设施的可达性, 加权得到综合可达性指数。基于特征价格模型, 分析公共服务设施可达性对住房价格的影响。结果表明, 北京市五环内公共服务设施可达性的空间差异较大, 资源高度集中在部分区域; 医疗和教育可达性中心城区明显高于其他地区, 商业可达性东部明显高于西部, 交通和文化休闲资源较为分散, 没有明显的可达性高值聚集区域; 对于住房价格, 医疗和交通可达性有显著的正面影响, 商业可达性有显著的负面影响, 教育和文化休闲可达性的影响不显著, 综合可达性的影响显著为正。研究结果可为公共服务设施的合理布局提供帮助, 为城市规划提供参考依据。

基于社交媒体数据的旅游移动模式提取

孙奇, 张毅, 赵鹏飞, 吴梦彤

2021, 57(5):  885-893.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.063

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提出一种从社交媒体大数据中提取个体旅游时空行为, 再基于海量旅游时空行为挖掘群体城市间移动模式的方法。采集4000多万条到访过苏州市用户的全球地理微博, 从中提取88270条旅游时空行为轨迹, 识别出5类36种城市间旅游移动模式。结果表明, 提取的移动模式符合LCF理论模型; 除简单移动模式外, 还存在更加复杂的复合移动模式。基于大数据能够得到更全面更精准的旅游移动模式, 有助于旅游管理者了解游客动向及偏好, 调整目的地营销策略, 优化旅游资源配置, 为游客提供更好的服务。

微塑料和全氟辛烷磺酸类物质共暴露对翡翠贻贝滤食率和抗氧化系统的影响

徐澎, Muhammad Junaid, 刘燕, 陈裕鹏, 毕春晴, 许楠

2021, 57(5):  894-902.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.066

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为了探索微塑料和全氟辛烷磺酸类物质(PFOS)在海洋生物体内的复合污染毒性机制, 以翡翠贻贝为研究对象, 在聚苯乙烯微塑料(0.2 μm) 4.55×10⁸个/L以及PFOS浓度为10, 100和1000 μg/L的条件下, 研究PFOS或微塑料单独暴露以及二者复合暴露对翡翠贻贝滤食率、活性氧水平(ROS)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、谷胱甘肽巯基转移酶(GST)活性和谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响。结果表明, 与溶剂对照组相比, 暴露于微塑料和PFOS后翡翠贻贝的滤食率均没有显著变化。在翡翠贻贝的鳃、内脏团和性腺中, 微塑料或PFOS的胁迫都会引起酶响应的显著变化。与PFOS单独暴露组相比, 微塑料和 1000 μg/L PFOS共同暴露时, ROS水平在鳃和性腺中显著提升, 在内脏团中显著下降; MDA含量在鳃和内脏团中显著提升, 在性腺中显著下降; GST和GR活性在鳃中显著下降, 在性腺中显著提高。研究结果说明微塑料会改变翡翠贻贝对PFOS的氧化应激响应。

盐度影响珠江口浮游细菌形成特殊生态位

梅思钰, 余珂, 陈保卫

2021, 57(5):  903-915.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.067

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通过对珠江口水域进行水样的高通量测序, 获得 16S rRNA 基因序列, 分析结果表明, 盐度是影响珠江口浮游细菌Alpha和Beta多样性的主要环境参数之一, 并且低盐度样品中浮游细菌具有相对高的遗传多样性。将盐度分为低、中、高3个组, 通过群落组成分析验证表明, 该研究区域内总样本与盐度分组样本浮游细菌的优势菌和核心菌的分类学信息差异较大。总样本中优势菌是变形杆菌门, 核心菌多为酸杆菌门。低盐度组样本中核心菌主要为C111科, 中盐度和高盐度组均为OCS111科, 来自酸杆菌门。低盐度浮游细菌与中高盐度浮游细菌的核心菌物种完全不重合。对盐度进行交叉细分, 并对浮游细菌进行共发生网络分析, 结果表明, 细分的盐度分组下, 珠江口浮游细菌群落形成紧密联系且彼此独立的模块, 且模块内部物种组成关系复杂。

电动汽车替代燃油车的气候和健康影响及社会成本——基于单车视角的成本效益分析

胡煜晗, 靳雅娜, 张世秋

2021, 57(5):  916-926.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.068

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构建基于能源周期和全生命周期的分析框架, 借助基于概率分布的成本效益分析方法, 通过评估单辆纯电动汽车替代汽油车的气候和健康影响及相关社会成本, 探讨现阶段电动汽车替代传统燃油车能否实现气候、健康和社会福利的改进。研究结果表明, 在现有技术条件和电厂超低排放改造背景下, 尽管电动汽车替代传统燃油车在能源周期能够实现碳减排(约324元/(辆^.年))、健康损害降低(约343元/(辆^.年))以及可观的能源节约(约4315元/(辆^.年)), 但由于两种车辆之间巨大的制造成本差异(约1.6万元/(辆^.年)), 现阶段电动汽车对传统燃油车的全面替代并不能实现社会总体福利的改进。因此, 中国电动汽车推广政策短期内不应以全面替代为目标, 而应识别具有较高气候和健康效益以及具有较大能源节约潜力的区域优先推广。

垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物种群结构和功能分析

张雪, 乔雪姣, 苏佳, 张立羽, 余珂

2021, 57(5):  927-937.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.069

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对垃圾渗滤液处理厂活性污泥的16S rRNA基因和宏基因组进行高通量测序并分析, 探究垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物的种群结构、氮循环和有机污染物降解相关功能微生物和功能基因。结果表明, Calditrichaeota门微生物丰度最高(58.77%), 其次是 Proteobacteria (16.80%)和Bacteroides (6.19%); Calorithrix属是活性污泥的优势菌属(58.77%); 活性污泥中存在硝化、反硝化、同化硝酸盐还原、异化硝酸盐还原和氮固定 5 条氮循环途径, 反硝化相关基因丰度最高(78.84%), 主要分布于Calditrichaeota, Proteobacteria和Choroflexi中; 硝化作用由氨氧化菌Nitrosomonas完成。活性污泥中含有丰富的难降解有机污染物降解基因, Proteobacteria, Bacteroides, Planctomycetes, Calditrichaeota和Choroflexi是典型的有机污染物降解功能微生物。

基于机器学习方法的臭氧和PM_2.5污染潜势预报模型——以成都市为例

王馨陆, 黄冉, 张雯娴, 吕宝磊, 杜云松, 张巍, 李波兰, 胡泳涛

2021, 57(5):  938-950.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.070

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以成都市为例, 以多项可能影响污染物时空分布的变量为潜在预报因子, 筛选关键入模因子, 利用2016—2018年数据为训练集, 采用多元线性回归、BP神经网络和随机森林算法, 建立成都市夏季(4—8月)臭氧及冬季(11—2月) PM_2.5污染潜势模型, 并利用2019年数据对模型的中长期污染潜势浓度的预报性能进行评估。结果表明, 建立的多元线性回归、BP神经网络和随机森林模型对成都市臭氧及PM_2.5的短期(1~3天)污染潜势都具有良好的预报效果, 对7~15天的中长期潜势预报表现稳定。其中, 多元线性回归模型和随机森林模型分别对臭氧和PM_2.5表现出相对最佳的预报性能。

纳入部门转移责任的用能权交易配额优化研究

杨顺顺

2021, 57(5):  951-962.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.072

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针对常规的历史法和标杆值法对部门间因隐含能源消费转移导致的节能减排责任转移考虑不足这一问题, 基于投入产出法从消费者责任角度建立纳入部门转移责任的配额优化模型, 并以2025年为目标年进行案例研究, 得到如下结果: 1) 在“历史+标杆值”法思路下, 中国未来节能减排任务将主要由能源强度削减目标较低的能源供应和原材料生产部门承担; 2) 将纳入部门转移责任的配额优化过程分解为历史性配额补偿和趋势性配额修正两阶段, 设计考虑新冠疫情冲击的弱平稳发展情景, 以部门直接、完全能耗强度为核心指标进行配额优化, 节能减排责任由高度集中于能源供应和原材料生产部门, 向离散制造业部门延伸; 3) 配额优化的主要受益部门是纺织业、造纸印刷和文体用品制造业、木材加工和家具制造业等; 4) 按照部门间配额流动活跃度, 能源、采掘、食品、纺织、造纸印刷、石化、钢铁有色和电气机械等部门可考虑优先纳入用能权市场。研究结果可为我国用能权交易市场的试点及推广提供参考。

国家级新区零售商业空间演变特征及影响机理——以重庆两江新区为例

黄圣义, 晁恒, 李贵才

2021, 57(5):  963-974.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.076

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基于2010和2019年重庆两江新区零售商业类POI数据和实地调研资料, 运用GIS空间分析法和质性研究法, 探讨国家级新区零售商业空间演变特征及影响机理。研究结果表明: 1) 2010—2019年两江新区零售网点呈“多点式”增长和“圈层式”扩散, 总体上表现为由“单中心”向“多中心”转变的空间分布模式; 2) 综合零售、食品类等零售网点的分布受空间区位的影响较小, 呈现“大分散、大集聚”的演变特征; 商场类、纺织服装类、文体类、医药类和家电类等零售网点偏好成熟商圈布局, 呈现“小分散、大集聚”的演变特征; 汽车类、家具类等零售网点在外围组团扩张显著, 呈现“大分散、小集聚”的演变特征; 3) 国家战略下的机会窗口开启、外部需求与规模效应的驱动、业态演进的路径依赖性与历史偶然性、行业内在的区位选择偏好以及“企业型政府”建构的制度厚实等因素交互作用, 影响着零售商业的空间演变。

城市单株乔木三维冷岛效应特征及其蒸散贡献研究

​文海燕, 鄢春华, 高辉辉, 陈挚, 黄婉彬, 邱国玉

2021, 57(5):  975-982.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.077

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通过对城市单株乔木蒸散发特征及其冷岛响应的三维观测和数值分析, 定量解析植被冷岛效应的成因。研究结果表明: 1) 小叶榕各部位冷岛强度绝对值基本上在3.0°C以上, 其中前部最强能达到?5.19°C, 顶部能达到?3.57°C; 2) 早上, 东侧(前部和右部)的叶片蒸散发率先升高, 正午顶部蒸散发达最强, 西边(左部, 后部)的叶片蒸散发较晚达到峰值, 夜间各部位的蒸腾量非常微弱, 不超过0.05 mm/h; 3) 城市乔木整体的冷岛效应强度与其蒸散发的相关系数为0.70, 显著性低于0.01, 蒸散发每升高1 mm/h, 整树可降低 3.56°C, 顶部的蒸散发对顶部的冷岛效应贡献最明显(Spearman 相关系数为?0.61), 顶部、前部和右部的蒸散发对整树的冷岛效应贡献最大(相关系数绝对值均大于0.60), 各部位蒸散发对整树冷岛效应贡献顺序为前部>顶部>右部>左部>后部>底部, 即东侧和顶部>西侧>底部。

阶层期望对农村学生学业成绩的影响

戴玉婉, 侯玉波

2021, 57(5):  983-990.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.071

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以威斯康辛学派的地位获得模型为理论基础, 通过对来自农村的中学生及其家长的配对调查, 探讨学生与家长的阶层期望对学生学习成绩的影响。结果表明, 家长与学生感知到的主观社会阶层对学生成绩影响不显著, 只有学生自身的社会阶层期望能显著地正向预测学业成绩。研究结果说明, 影响农村学生学习成绩的不是现有家庭阶层现状, 而是学生对自己未来所处阶层的预期。因此, 激发农村学生对未来的积极期望是提升他们学业成绩, 并最终打破阶层固化僵局的有效路径。