济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2022年第03期

• 多组元固溶Ti_3AlC_2三元层状陶瓷的合成及表征

  史国普,戴宗良,魏郁林,李新宇

  以Ti-Al-TiC和Ti-Al-TiC-NbC-TaC-WC为体系，采用热压烧结法原位合成Ti_3AlC_2三元层状陶瓷和多组元固溶(Ti, M)_3AlC_2(M为Nb、Ta、W)样品，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能量色散X射线光谱仪对样品进行表征分析。结果表明，Nb、Ta、W元素都可以固溶进入Ti_3AlC_2晶体中，且提高了Ti_3AlC_2陶瓷结晶度，但固溶能力有限，掺杂固溶元素的样品晶相中有M-Al非晶相生成。

• 位山灌区输沙渠泥沙运移特性研究

  马强,徐立荣,董晓知,徐晶

  以山东省聊城市位山灌区东输沙渠为例，以控制渠道泥沙淤积为目标，基于水力学模型MIKE 21构建相应的平面二维水沙模型，根据水流特性(流速与水位)、泥沙纵向特征及淤积总量特征对泥沙运移特性进行探究，并设计典型工况对水流特性及泥沙淤积分布规律进行模拟预测，筛选保水输沙的最佳方案。结果表明：水流与泥沙模型具有较高的精度，可适用于研究输沙渠泥沙运移特性；渠道流速、水位沿程变化趋势相似，渠道内的泥沙随着流量增大而显著减少，在流量为40 m~3/s时，水流可以达到冲沙目的并且不会冲刷渠底。

• 基于面板Tobit模型的环境规制对中国生态福利绩效的影响分析

  魏鹏,菊春燕,李莉,李润,郝雪纯

  选取2004—2017年中国30个省级行政区的面板数据，运用超效率数据包络分析模型测度中国生态福利绩效水平，然后基于面板Tobit模型分析环境规制对中国生态福利绩效的影响。结果表明：中国生态福利绩效呈现出下降—上升—下降—上升的趋势，中部、西部、东部三大区域中生态福利绩效格局为中部最高、东部次之、西部最低，观察期内有8个省级行政区生态福利绩效平均值处于相对有效状态；投资型环境规制对全国，中部、西部地区生态福利绩效有抑制作用，收费型环境规制对全国，中部、西部地区生态福利绩效有正面影响；产业结构和对外开放程度对生态福利绩效有明显的促进效果，城市化率、研发投入水平和绿化水平对生态福利绩效有抑制作用。

• 微山湖大型底栖动物群落结构及主要环境因子

  刘小雪,桑国庆,王海军,刘驰,武玮

  基于2018年10月—2019年7月的4次大型底栖动物和水质采样结果，分析微山湖大型底栖动物的群落结构特征，识别影响群落结构特征的主要环境因子。结果表明：在微山湖共调查到18种大型底栖动物，包括5种节肢动物、 10种软体动物和3种环节动物，其中以豆螺为第一优势种，其次是梨形环棱螺、直缘耳萝卜螺和红裸须摇蚊；大型底栖动物生物量及生物个体面密度在时空分布方面存在差异，生物量及生物个体面密度的最大值分别出现在秋季和夏季，最小值出现在冬季；生物量及生物个体面密度的最大值分别在微山湖南部和东北部，最小值出现在微山湖东部；与微山湖底栖动物群落结构特征相关的环境因子主要有氨氮、水温、溶解性总固体、溶解氧和高锰酸钾指数；基于Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数的水质评价结果分别为轻污染、良好。

• 硫自养反硝化技术研究现状及展望

  付淘真,刘玉玉,杨丽原

  针对硫自养反硝化技术能耗低、产泥少的特点，对硫自养反硝化技术中微生物群落的研究进展、电子供体的选择及应用进行综述，包括采用硫化物、硫单质、铁硫化物和新型硫源材料作为电子供体的研究，以及在地下水修复、污水处理厂尾水和高盐废水中的应用；根据硫自养反硝化和异养反硝化的优缺点，介绍硫自养与异养协同反硝化技术的应用研究和成果；从该技术的推广和落地出发，对微生物反硝化机理研究、新型生物载体材料开发、协同反硝化的推广，以及相关评价方法的建立等方面进行展望。

• 混合动力公交车传动系统参数优化及能量控制策略

  邹旭东,马玉坤,张西龙

  为了使混合动力公交车更好地适应路况，获得良好的经济性能，从传动系统与能量控制策略2个方面对改善混合动力公交车经济性、动力性的方法进行研究，通过优化传动系统参数，使传动系统与能量控制策略有效结合；对传动系统进行动力学分析，并匹配传动系统各部件，利用MATLAB/Simulink与AVL/Cruise软件，根据工作模式建立能量控制策略与整车模型，并对整车模型进行仿真分析，利用Isight软件，结合能量控制策略，对整车模型进行优化；利用多岛遗传算法，以经济性、动力性为优化目标，对电机减速比、行星排特征参数、主减速比3个传动系统参数进行优化，并根据城市公交行驶特性，对优化目标选取不同权重。结果表明，在城市公交工况下对传动系统参数进行多目标优化后，混合动力公交车的燃油消耗量降低了11.6%,发动机运行在经济区间，设计的能量控制策略能够很好地与传动系统相结合。

• 基于季节性差分整合移动平均自回归模型的城市公交短期客流预测

  李炜聪,潘福全,胡盼,张丽霞,杨晓霞,杨金顺

  为了解决公交车辆过载及空车浪费资源并存问题，提高城市公交服务质量水平，基于公交客流季节性波动及周期性变化特征，构建季节性差分整合移动平均自回归模型，并对城市公交短期客流进行预测；以山东省青岛市K1路公交线路刷卡数据为模型样本，对非平稳的客流时间序列进行1阶7步差分处理，对差分后的数据进行平稳性检验；通过相对信息量计算，确定预测模型中未知参数，对差分处理后的时间序列进行标准化残差检验，检验结果为白噪声序列，得到周期为7的季节性差分整合移动平均自回归预测模型；利用预测模型对2019年7—12月公交客流量进行预测与误差分析。结果表明，模型预测的平均相对误差为4.02%,最大相对误差为8.36%,模型预测精度较高，适用于青岛市公交短期客流量预测。

• 基于双延迟深度确定性策略梯度的综合能源微网运行优化

  谢启跃,应雨龙

  为了满足综合能源微网运行优化及能量管理的需求，提出基于双延迟深度确定性策略梯度算法的综合能源微网运行优化方法；基于标准化矩阵建模理论，构建一个含冷、热、电供应的综合能源微网数学模型；考虑到综合能源微网中天然气、主电网供电等相关约束和电力价格的变化，提出以运行成本最小化为目标的双延迟深度确定性策略梯度算法，对各种能源设备的出力情况作出决策，形成合理的能源分配管理方案。仿真结果表明，所提出方法的性能优于非线性算法、深度Q网络算法和深度确定性策略梯度算法，在确保运行成本最小化的同时计算耗时较短。

• 无人驾驶方程式赛车横向运动控制研究

  张苏才,李刚,王立勇,宿焱

  针对无人驾驶方程式赛车在变速和复杂曲率赛道条件下难以保证横向运动控制精度与行驶稳定性的问题，提出基于纯追踪控制与模型预测控制的横向运动混合控制策略；以赛车纵向车速作为依据，设计控制模式切换逻辑，当赛车处于低速行驶工况时采用纯追踪控制，高速行驶时采用模型预测控制，并使用模糊控制算法设计切换控制器，实现2种算法的平滑切换；使用CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真实验进行验证。结果表明，在变速与复杂曲率赛道条件下，所提出的控制策略能保证无人驾驶方程式赛车横向位置误差小于0.2 m,质心侧偏角小于0.15°,具有较好的跟踪精度与行驶稳定性。

• 基于深度学习多特征融合的手势分割识别算法

  张晓俊,李长勇

  针对机器视觉技术因受环境中类肤色物体、背景变化及手势不同角度的影响而导致手势分割精度和识别准确度较低的问题，提出融合肤色结合深度学习网络的手势分割识别算法；该算法根据手势肤色在颜色空间中的聚类特征，融合颜色空间YC_bC_r、HSV对肤色聚类较好的色调、蓝色色度、红色色度3个分量，结合最大类间方差的自适应提取方法，对手势部分进行分割处理，并在更深层次的深度学习网络中对手势特征图像进行训练。结果表明，该算法能较准确地分割和识别手势，平均识别率为98.8%,具有较强的鲁棒性。

• 基于混合优化算法的图像盲水印技术

  张国梅,邹华兴,吴迪

  为了平衡水印系统约束与净负荷容量，提出一种结合量子粒子群优化与细菌觅食优化的混合优化算法，将提出的混合优化算法应用于图像盲水印；通过离散小波变换对测试图像的像素进行变换，选择测试图像的水平低频垂直高频和水平高频垂直低频子带，基于边缘熵和视觉熵的视觉特性，在子带中选择合适区块以提高水印图像质量；对选定的区块系数执行Schur变换，并隐藏感兴趣区域和患者电子记录水印；利用提出的混合优化算法选择最优阈值，将多个水印隐藏到测试图像中。结果表明，基于混合优化算法的图像盲水印技术性能优秀，可以抵御常见攻击，同时具有较好的鲁棒性和隐蔽性。

• 基于改进DenseNet网络的转炉吹炼时期识别

  李爱莲,李晨筝,王懿喆,崔桂梅,解韶峰

  针对炼钢生产中采用人工经验判断转炉吹炼时期准确率较低的问题，利用某钢厂转炉炉口火焰图像数据，提出一种基于深度学习的改进DenseNet网络转炉吹炼时期识别算法；该算法以DenseNet-121网络结构为基础进行裁剪，同时在分类层引入Center损失函数，并在100次模型训练中选取精度较高、拟合性较好的一次进行测试。结果表明：该算法通过特征复用，保证了分类精度，裁剪后的网络结构能够提升运算速度；在分类层引入Center损失函数能够改进相邻转炉吹炼时期分类模糊的情况，缩短了平均识别时间，分类的平均精度提高至91.75%。

• 工作井基坑开挖及吊装全过程土体应力路径研究

  历朋林,朱士齐,刘燕,曹颖

  以济南市黄河隧道盾构始发工作井为研究实例，根据现场实际施工过程，即基坑分层开挖和吊装施工全过程，运用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟；分析不同区域、不同施工工况下土体单元的大、小主应力及大主应力轴旋转情况。结果表明：随着基坑开挖，坑内土体竖向卸荷，平均压应力不断减小，广义剪应力不断增大，大主应力轴产生顺时针旋转，旋转角变化范围为0°～89.39°,坑外平均压应力不断减小，而广义剪应力几乎不变，大主应力轴顺时针旋转角变化范围为0°～42.78°;在开挖到底后的吊装阶段，吊车正下方的土体单元大主应力旋转角产生较大的逆时针旋转，约为最终旋转角的0～1/4,而吊装对坑内土体的影响较小；吊车下方深1.3倍荷载宽度的三角形范围为吊装荷载的主要影响区，1.3～2.0倍深度范围为次影响区。

• 振动频率和时间对扰动状态下软黏土压缩特性的影响

  苗永红,范江桥,殷杰

  利用电磁振动台对原状土样施加不同振动频率、振动时间，制备不同扰动程度的土样；对比原状土样及重塑土样，开展室内一维压缩试验，探讨不同振动频率、振动时间对软黏土压缩特性的影响规律和作用机制。结果表明：振动频率、振动时间均会对原状土样造成不同程度的扰动，导致土样结构性损伤，压缩性存在显著差异；当振动频率相同时，振动时间长的土样压缩曲线位于振动时间短的土样压缩曲线下方，扰动土样屈服后压缩指数、屈服压力随振动时间的增加而逐渐减小，屈服前压缩指数、扰动度随振动时间的增加而逐渐增大，并且屈服压力随着扰动度的增加呈线性衰减；当振动时间相同时，振动频率高的土样压缩曲线位于振动频率低的土样压缩曲线下方，软黏土的屈服压力、屈服后压缩指数均随振动时间的增加而逐渐减小，屈服前压缩指数和扰动度则逐渐增大。

• 基坑开挖对邻近既有隧道变形的影响

  李顺群,马伟亮,叶茂松,黄雄飞,张彦

  以某深基坑项目为例，利用小应变硬化模型对基坑开挖全过程进行模拟计算，结合坑外土体三维应力和隧道位移监测结果，研究基坑开挖对邻近既有隧道变形的影响。结果表明：土体三维应力和隧道变形计算结果与实测数据基本吻合，说明了计算模型的可靠性；基坑开挖引起围护结构向基坑方向最大偏移量为25.8 mm,引起邻近基坑地表最大沉降量为17.7 mm;基坑开挖引起左线隧道向基坑方向最大水平位移约为2.3 mm,向深度方向最大位移约为1.3 mm,与实测值基本吻合，符合规范要求；左线隧道管片最大轴力约为680 kN,最大弯矩约为58 kN·m,隧道砌筑管片能够满足强度要求；基坑外不同位置的隧道在基坑开挖期间均向基坑方向偏移，竖向位移表现为上浮。

• 小净距隧道后行洞开挖对先行洞的变形影响

  扈萍,马梁,李萌,王君鹏,张西文

  以济南轨道交通3号线地铁并行施工的三孔小净距隧道为研究对象，对左、右两线隧道盾构开挖时不同小净距条件下中间先行浅埋暗挖隧道的变形情况进行数值模拟，并将竖向变形等模拟结果与国家标准GB 50911—2013《城市轨道交通工程检测技术规范》中的变形控制值进行比较；提出在隧道中间地层打设钻孔灌注桩和进行帷幕注浆2种加固措施，并对加固效果进行数值分析和比较。结果表明：后行盾构开挖会造成先行浅埋暗挖隧道净空扩容、拱顶下沉以及仰拱隆起变形进一步增大，当净距达到洞盾构隧道内径0.8倍时，需要采取加固措施；2种加固措施均能有效抑制后行洞开挖对先行洞造成的变形影响，2种加固措施相比，打设钻孔灌注桩的加固效果更好。

• 密贴既有线路基的双基坑开挖支护参数优化

  彭丽云,朱同宇,李焱,崔长泽,华小宁

  为了确保密贴地铁地面线路基的双基坑开挖的稳定和既有线的运营，通过对双基坑开挖过程中支护结构和路基的最大变形量进行监测，将监测结果与三维有限差分程序Flac3D的数值模拟结果进行对比、分析，并以分析结果为依据，采用单一变量法对桩径、桩间距、桩长和锚杆倾角进行参数优化，利用MATLAB软件进行多元线性回归分析。结果表明：基坑的不断挖深会引起桩身水平位移持续变大，既有线西侧基坑跨中围护桩桩身水平位移最大；沿基坑长度方向开挖时，西、东侧基坑先、后开挖过程中，西侧路基不断沉陷并趋于稳定，东侧路基先隆起后沉陷；西侧基坑跨中桩身水平位移和既有线路基最大沉降随围护桩径减小、桩间距增大、桩长减小、锚杆倾角增加而变大；通过优化分析得出4种优化方案下的最优参数取值分别是桩径为0.8 m,桩间距为1.8,桩长为8 m,锚杆倾角为15°;桩径和桩间距为促使变形增大的主因素，当桩径为0.4～0.6 m、桩间距为1.6～2.0 m时，对桩身最大水平位移和两侧路基最大沉降的影响最强烈。