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2024年第04期

• 钯-铂基双面神微马达的运动行为研究

  为了研究双金属基微马达的驱动机制，利用磁控溅射技术制备聚苯乙烯(PS)@钯Pd-铂Pt双面神微马达，采用扫描电子显微镜和光学显微镜表征该微马达的结构、形貌和运动行为，并通过对比实验和数值模拟推测验证该微马达驱动机制。结果表明：PS@Pd-Pt微马达由Pd、 Pt双金属层在PS微球表面半包覆形成，具有双面神结构，直径约为2μm; PS@Pd-Pt双面神微马达在过氧化氢H_2O_2溶液中一开始朝着PS侧正向运动，随后速度逐渐减小，然后发生自发转向朝着Pd-Pt双金属侧反向运动；该微马达正向运动的驱动机制为Pt催化H_2O_2产生的非离子型自扩散泳以及Pt层厚度不均匀导致的自电泳共同作用，反向运动的机制为外部Pt与内部Pd双金属形成的自电泳作用。

• 层次分析法和熵权法模糊综合评价水泥混凝土路面结构性能

  吴晟,乔明,史斌,侯睿,崔娜

  为了解决因旧水泥混凝土路面的结构性能评估结果经验性较强而无法为旧水泥混凝土路面改造成沥青路面决策方案提供有效理论依据的问题，基于结构性能评价指标和统计学方法构建水泥混凝土路面结构性能模糊综合评价模型，从表面、内部和整体结构状况3个方面分别对旧水泥混凝土路面进行结构性能评价；基于模糊评价法建立模糊关系矩阵，采用层次分析法和熵权法确定综合权重向量，得到综合评价向量和综合评价等级，并利用所构建模型和我国相关行业标准中的路面结构强度指数模型，对上海市奉贤区和浙江省嘉兴市的4段水泥混凝土路面FX-A、 FX-B、 JX-A、 JX-B进行实例分析。结果表明：通过所构建模型得到各路段按结构性能从优到差的顺序为JX-A、 JX-B、 FX-B、 FX-A;与我国相关行业标准中的路面结构强度指数模型相比，所构建模型的评价结果更符合实际路面结构性能。

• CatBoost算法结合Optuna框架预测砂土液化

  何家智,冯现大,刘天琦

  为了解决利用机器学习算法建立的部分砂土液化预测模型仅在特定地区实现高精确预测而泛化能力减弱的问题，从而扩大砂土液化预测模型适用范围，准确预测砂土液化，以更好地防治地震灾害，基于类别型特征提升算法CatBoost并结合自动超参数优化框架Optuna进行调参训练，建立CatBoost-Optuna砂土液化预测模型；将标准贯入试验的地震液化数据集划分为训练集和测试集，利用5个评估指标评估所建立模型的预测结果，与测试集中多层感知机和支持向量机砂土液化预测模型的评估结果相比较，并以地震液化案例数据作为验证集，对比不同预测模型的预测效果。结果表明：与多层感知机和支持向量机砂土液化预测模型相比，所建立的模型在测试集中评估指标较大，有更好的预测效果；在验证集中，所建立模型的评估指标只有精准率略微减小，其他评估指标都保持稳定，而对比模型的评估指标只有召回率保持稳定，其他评估指标都有所减小，只有所建立模型的预测效果与在测试集中的预测效果保持一致，进一步证明所建立模型的泛化能力较强。

• 全装配式钢结构楼板动力性能及舒适度有限元分析

  彭晓彤,汪薪,李雁军,林晨

  针对全装配式楼板刚度偏低、舒适度不足的问题，优化设计一种已有的新型全装配式钢结构楼板；基于承载力和自振频率对该楼板的承重结构进行选型，并建立考虑构造体的全装配式钢结构楼板精细化有限元模型，采用有限元方法分析该楼板的动力性能，研究全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度和楼板跨度对楼板自振频率及加速度响应的影响。结果表明：优选的全装配式钢结构楼板特型波纹板具有较大承载力并可以满足楼板自振频率要求；增大全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度，减小楼板跨度，可以增大楼板的自振频率，减小峰值加速度，有效改善楼板的舒适度；全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度宜选为1.5 mm,并得到常用全装配式钢结构楼板特型波纹板高度的适用楼板跨度范围。

• 基于LS-DYNA软件的裙带菜梗切丝过程仿真

  万霞,王明伟,刘天奇,张文超,王慧慧

  为了提高裙带菜梗切丝效率，保证加工质量，对切丝过程进行理论分析，建立裙带菜梗圆盘剪切模型，并采用有限元软件LS-DYNA对切丝过程进行模拟；通过单因素仿真试验研究圆盘重叠宽度、刀具侧隙和剪切速度分别对峰值剪切力、单位剪切功耗及剪切效果的影响，并搭建切丝试验台进行不同剪切速度时的裙带菜梗切丝试验。结果表明：峰值剪切力、单位面积剪切功耗随圆盘重叠宽度、剪切速度的增加均呈减小趋势，随刀具侧隙的增大分别呈现增大和先减小后增大趋势；根据不同重叠宽度仿真得到的峰值剪切力与理论计算值接近，验证了圆盘剪切模型的合理性；不同剪切速度时切丝结果显示，裙带菜梗丝间出现的细丝牵连和毛刺现象与仿真结果基本一致，验证了切丝过程仿真结果的可靠性。

• ABAQUS软件分析测井用金属连续毛细管塑性变形

  范启龙,李亮,王姝霓,崔焕勇,王辉,刘海宁

  针对金属连续毛细管因在测井绞车滚筒上的弯曲行为而产生塑性变形对性能的影响，采用有限元软件ABAQUS分析不同弯曲半径时金属连续毛细管产生的塑性变形和疲劳寿命。结果表明：金属连续毛细管在弯曲过程中的塑性变形随着中性层向外逐渐增大；当弯曲半径由75 mm增加至150 mm时，随着弯曲半径的增加，金属连续毛细管的塑性变形逐渐增大，等效塑性应变由3.5×10~(-2)减小至1.46×10~(-2),并且使用寿命逐渐趋于平缓，循环次数由25 000增加到398 107。

• 熵权TOPSIS法综合评价新疆教育发展

  张伟艺

  为了推动地区教育事业的高质量发展，从教育规模、教职工人数和学生规模3个维度选取和构建教育发展综合评价指标和体系，采用熵权TOPSIS法对新疆14个地(州、市)2008—2018年面板数据进行教育发展水平综合评价与实证分析，并根据综合评价结果探讨新疆各地区教育发展水平的不均衡现象。结果表明：新疆各地(州、市)的教育发展水平存在显著差异，其中昌吉回族自治州的教育发展水平排名逐渐好转，喀什地区的排名一直靠前，而博尔塔拉蒙古自治州的排名情况相当不理想；在考虑教育援疆给新疆教育发展带来显著成效的同时，教育援疆政策的进一步实施应兼顾地区教育的均衡发展和教育资源的合理配置。

• 多核支持向量机预测电网系统可靠性

  何井龙,张福泉,阳晟,周智成

  为了改善电网系统可靠性预测性能，构建多个目标函数并采用多核支持向量机算法对配电网进行可靠性预测；从电网样本特征中筛选供电可用率、户均停电时间、户均停电次数3个关键指标，建立可靠性评价目标函数，且采用多核支持向量机训练可靠性指标特征；将高斯核函数、多项式核函数和Sigmoid核函数进行多核组合，采用多核支持向量机求解不同目标函数，获得电网系统可靠性预测结果，进而确定更佳的可靠性预测核函数组合。结果表明，合理选择核函数组合和电网可靠性指标，多核支持向量机对供电可用率、户均停电时间和户均停电次数指标预测准确率较高，且稳定性好，高斯核函数-Sigmoid核函数组合的可靠性预测准确性最佳，高斯核函数-多项式核函数-Sigmoid核函数组合的预测稳定性最好。

• 基于Spark平台的并行化谱聚类算法的在线学习资源推荐

  刘莹,杨淑萍,张治国

  为了提高在线学习资源推荐的准确度，采用谱聚类用于学习资源的归类，将类别相似度高的资源推荐给用户，提出Spark平台的并行化谱聚类算法，提高资源推荐效率；首先提取在线学习资源及用户特征并初始化，建立谱聚类模型，在Spark平台上分别求解无向图的顶点相似度及归一化拉普拉斯系数；然后采用归一化分割划分子集，通过归一化割集优化方式求解类别特征，并对类别特征按行输出特征点；最后采用k均值算法对特征点进行聚类，获得聚类结果。结果表明，采用谱聚类算法并借助于Spark平台的计算优势，所提推荐方法比常用的在线学习资源推荐算法的准确率和覆盖率更高，在海量学习资源的实时推荐方面具有较高适应度。

• 基于计算机视觉技术的无人机检测跟踪方法

  刘新锋,陈梦雅,李成龙,陈关忠,张晓

  针对无人机因目标较小而难以检测、检测速度慢、难于跟踪等问题，提出一种基于目标检测YOLOv5s算法和目标跟踪DeepSORT算法的无人机检测跟踪方法；采用自采数据集和公开数据集构建无人机检测数据集，使用针对小目标的数据增强方法以扩充数据集多样性；选择合适的YOLOv5算法模型实现无人机目标的精准、快速检测，引入基于批标准化层的模型剪枝方法进一步提高模型检测速度；利用DeepSORT算法实现无人机目标的实时追踪；通过对比YOLOv3、 YOLOv4、 Fast R-CNN以及改进前的YOLOv5算法，验证了本文方法在无人机检测方面的性能。结果表明：提出的无人机检测跟踪方法的全类平均精度达到0.947,每秒浮点运算次数达到2.93×10~9,在无人机检测的精度和速度方面均具有优势。

• 基于Bursa模型的地球重力场模型2008高程异常误差算法

  刘猛,章思亮,朱永峰,张亮,赵伟,栾丽明,陆玉霞

  针对地球重力场模型2008(EGM2008)根据点位经纬度求得的高程异常精度较差，且测区内校正用已知点难以就近获得的问题，提出一种以Bursa模型求解EGM2008高程异常误差的算法；基于Bursa模型可进行严密高程转换的特点，利用测区外已知点求解的转换参数对测量点进行EGM2008高程异常误差值解算；以验算实例和不同区域工程实例对比的方式对该算法进行验算，结果表明：所提算法解算的高程异常误差值可作为EGM2008高程异常误差的修正值，利用远距离已知点校正高程异常可得到图根级精度的高程成果，且能适应不同地形、地势的工程测量要求。

• 藻类厌氧发酵产氢技术的研究进展

  针对全球藻类日益增多以及不可再生能源短缺的现状，综述藻类的资源化利用及生物制氢技术，包括预处理方法以及发酵制氢影响因素等，目前研究成果显示：不同预处理条件下藻类厌氧发酵产氢结果不同，综合运用多种预处理方法提高藻类水解效率可以获得到更高的产氢量；发酵过程影响因素的优化有利于进一步提高藻类厌氧发酵产氢的效率。指出藻类作为一种重要的厌氧发酵原料，未来的研究重点应根据当前藻类厌氧发酵产氢技术存在的主要问题，采取提高制氢效率的策略。

• 催化膜活化过硫酸盐降解水中有机污染物研究进展

  于子函,纪玉祺,闫良国,宋雯

  针对废水中难降解有机污染物具有持久性和毒害性的现状，对催化膜耦合过硫酸盐高级氧化技术在废水处理中的应用进行综述；根据不同的膜材料，简要总结常用的膜种类，介绍催化膜的制备方法，包括电纺法、相转换法、浸渍法和真空过滤法等，重点讨论催化膜耦合过硫酸盐高级氧化技术对水中抗生素、有机染料、内分泌干扰化合物等有机污染物的降解效果，探讨催化膜耦合过硫酸盐高级氧化技术在污水处理中存在的主要问题，并对其应用前景进行展望，指出该技术有望大规模应用于工业废水处理中。

• 过碳酸钠-过硫酸钠双氧化体系降解地下水中三氯乙烯

  孙先峰,王晓东,冯岩,赵立信

  为了解决单一氧化体系降解地下水中三氯乙烯的效率不高的问题，采用柠檬酸螯合Fe~(2+)催化过碳酸钠与过硫酸钠协同降解地下水中的三氯乙烯，考察过碳酸钠和过硫酸钠的配比、水质条件(pH、典型阴离子)以及三氯乙烯的初始浓度对三氯乙烯降解效率的影响。结果表明，当三氯乙烯的初始浓度为0.16 mmol/L时，在中性条件下，柠檬酸螯合Fe~(2+)催化过碳酸钠-过硫酸钠双氧化体系可以显著提高地下水中三氯乙烯的降解速率；三氯乙烯的降解受过碳酸钠与过硫酸钠的配比的影响，过碳酸钠、过硫酸钠、柠檬酸、 Fe~(2+)、三氯乙烯的物质的量比为10∶8∶5∶10∶1时，反应180 min后三氯乙烯的降解率为98.5%;随着反应体系pH增大，三氯乙烯的降解率逐渐降低；地下水中常见的阴离子SO_4~(2-)、 NO~-_3对该双氧化体系去除地下水中三氯乙烯的影响较小，但较高浓度的HCO~-_3、 Cl~-显著抑制三氯乙烯的降解；自由基清扫实验确定双氧化体系中存在氢氧自由基HO·、硫酸根自由基SO~-_4·、超氧自由基O~-_2·等自由基，且HO·对三氯乙烯的降解起主导作用。

• 改进物元可拓法评价地下水的水质——以山东省枣庄市薛城区西部为例

  徐聪,刘本华,徐晶,冯国伟,王琦,罗杰

  为了准确评价山东省枣庄市薛城区西部浅层地下水的水质状况，采集11组地下水样，综合使用数理统计分析与图解法探究研究区地下水的化学组分来源及特征，引入方差最大化原理改进物元可拓法评价研究区地下水的水质，并与模糊综合评价法进行对比。结果表明：研究区浅层地下水以微咸水和淡水为主，离子含量从高到低的顺序为HCO~-_3、 SO_4~(2-)、 Ca~(2+)、 Cl~-、 Na~+、 Mg~(2+)、 K~+,地下水主要类型是SO_4-Ca型；氯碱指数显示研究区存在正向与负向阳离子交换作用；研究区北部水质状况良好，南部水质较差；改进物元可拓评价法比模糊综合评价方法评价更能反映研究区的地下水质真实情况。

• 降雨时程分配对小流域山洪灾害临界雨量的影响——以滕家河流域为例

  张明芳,桑国庆,李福晨,张士儒,徐艳会

  为了提高小流域山洪灾害预警准确率，以山东省威海市滕家河流域为例，研究小流域不同降雨时程分配对山洪灾害临界雨量预警指标的影响；首先基于现场调研以及一维水动力模型确定研究区的成灾水位及临界流量，基于历史降雨数据采用模糊识别法确定雨峰靠前、雨峰靠中、雨峰靠后3种模式雨型进行降雨时程分配，采用美国陆军工程兵团水文工程中心流域性洪水模拟系统(HEC-HMS)模型计算产汇流，通过试算法计算不同雨型雨量对应的临界雨量，并分析不同降雨时程分配对临界雨量的影响，确定不同预警时段的临界雨量范围；采用历史数据对滕家河流域6 h临界雨量指标进行预警检验。结果表明：预警检验成功率为87.5%,效果较好；基于雨峰靠前模式雨型的临界雨量值普遍大于基于雨峰靠中、雨峰靠后模式雨型的，不同降雨时程分配对临界雨量产生较大影响。

• 基于极端梯度提升算法的山洪灾害临界雨量计算模型

  针对无资料区域山洪灾害临界雨量计算的难题，以山东省五莲县45个山丘区小流域沿河村落为研究对象，开展基于机器学习的山洪灾害临界雨量计算模型研究；基于水文水力学法结合现场调研确定各村落成灾水位及临界流量，通过水文模型计算产汇流得到洪水过程，采用试算法计算临界雨量；选取水文、下垫面、沿河村落等相关特征参数及临界雨量计算结果作为训练参数，构建基于极端梯度提升算法的不同预警时段临界雨量预估模型，并采用平均绝对误差和决定系数进行模型精度评估。结果表明：该模型计算的各预警时段临界雨量的平均绝对误差分别为4.56、 6.68、 7.11,决定系数分别为0.955、 0.967、 0.973,预测精度较高，能够满足无资料地区山洪预警工作的应用需求。

• 宁夏沙坡头国家级自然保护区植被覆盖时空变化及其与气候因子的关系

  郭佳诚,赵星莹,常青,庞海威,张玉,郑彩之,侯森,耿琪康,边振,侯瑞萍

  为了研究黄河上游干旱区植被覆盖度的变化规律，选取宁夏沙坡头国家级自然保护区为研究区，基于2002—2021年Landsat卫星遥感影像，通过趋势分析法、相关分析与偏相关分析法等，从时间和空间尺度上分析研究区近20 a归一化差值植被指数(NDVI)变化及其与气温、降水的关系。结果表明：研究区的植被覆盖度率较低，2002—2021年NDVI值呈波浪式显著增大的趋势；研究区NDVI在空间上大致呈现东高西低的特点，且NDVI与气温、降水基本呈正相关关系。