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2025年第01期

• 城市环卫车垃圾收运调度系统优化

  冯夫强,刘海宁,李发家,张留,程一飞

  为了提高城市环卫车垃圾收运调度效率和降低总成本，基于环卫车参数、道路状况等模型假设，建立城市环卫车垃圾收运调度系统数学模型，并提出城市环卫车垃圾收运调度系统优化方案；通过应用节约算法得到行驶总路程最小的子路径集合，将子路径任务合理分配给所有环卫车，以达到行驶总路程最小和任务均衡性最高的任务分配优化目标；以济南市市中区10个环卫区域道路网络的环卫车实际调度数据作为算例，综合评估所提出的系统优化方案，分析所提出系统优化方案的可行性和有效性。结果表明：与以顺序优先原则调度分配的优化前方案相比，利用所提出的系统优化方案分别进行中小型、大型环卫区域道路网络的环卫车垃圾收运调度，所需环卫车辆数分别减少39.03%、 18.78%,环卫运营成本分别降低约2.8×10~4、 5.05×10~4元，平均行程利用率分别达到97.4%、 93.6%,不仅可以显著降低环卫经济成本，而且能够极大地提高环卫车的作业效率；在同等任务量时，利用所提出的系统优化方案分配任务，环卫车配置数量减少3辆，任务分配优化程度提高到85.16%,实现了环卫车之间的任务均衡，从而带来良好的经济和社会效益。

• 基于禁忌搜索的含异形板件的板式家具码垛优化算法

  季晏庆,赵诗奎

  为了减少含异形板件的板式家具打包的包裹个数，提出基于禁忌搜索的该类板式家具码垛优化算法；分析该类板式家具码垛问题的约束条件，并建立目标函数；采用可以有效确定订单中所有该类板式家具码垛顺序与旋转方向的编码方式，并利用启发式算法生成实时监测包裹质量的较优初始解，以便利用禁忌搜索求解该类板式家具码垛问题；结合临界多边形和最低水平线法，设计将编码转换为对应码垛方案的解码方式，并给出所提出算法的适配值函数及邻域结构；利用禁忌搜索计算该类板式家具订单，确定并优化每个板件的码垛顺序、旋转方向与码垛位置，得到包裹个数较少的码垛方案；选取欧洲排样问题兴趣小组(ESICUP)提供的算例测试所提出的算法，并与已有研究中可复现的板件智能分包方法对比。结果表明，相对于对比方法，所提出算法所得该类板式家具打包的包裹个数减少38.46%,验证了所提出算法的可行性与有效性。

• 铂-过渡金属氧化物基双面神微马达的制备及运动性能

  为了改善化学驱动微马达的运动性能，以铂基双面神微马达为基础，通过引入过渡金属氧化物(氧化铜、氧化钨)与铂形成异质结，构建铂-过渡金属氧化物-聚苯乙烯双面神微马达，表征微马达的结构和元素价态，并对其在过氧化氢含量不同时的运动性能进行研究。结果表明，当过氧化氢的质量分数为15%时，铂-氧化钨-聚苯乙烯双面神微马达的平均速度达到43μm/s,运动性能显著改善；铂基双面神微马达的运动速度与形成异质结的铂与过渡金属氧化物之间的功函数差导致的电子迁移有关，并与功函数差值成正比。

• 结合高斯噪声的回声状态网络模型及其时间序列预测性能

  王梓鉴,赵慧,郑明文,李鑫

  为了模拟回声状态网络模型在时间序列预测实例中的影响因素，在回声状态网络模型的储备池层引入高斯噪声，构建结合高斯噪声的回声状态网络模型；利用公式推导分析所提模型的非线性性质；采用股票序列数据与Logistic混沌序列数据进行实验验证和对比分析。结果表明，本文所提模型的预测效果优于回声状态网络模型、压缩感知回声状态网络模型和反向传播神经网络模型，股票收盘价预测、Logistic混沌序列预测的平均绝对误差均最小，分别为1.33×10~(-3)、 5.21×10~(-4)。

• 受攻击网络控制系统的状态估计与故障信息传输

  刘海潮,杨俊起,王东峥

  为了实现受虚假注入攻击的网络控制系统的状态估计和故障信息传输，以传感器通道和执行器通道同时受虚假注入攻击的网络控制系统为目标系统，提出一种目标系统的状态估计方法；通过降维-解耦和等价变换技术，将目标系统转化为增广奇异系统，以便同时解耦执行器通道中的虚假注入攻击信号和目标系统的故障信号；基于增广奇异系统设计估计器，同时估计目标系统的状态、传感器通道中的虚假注入攻击信号和故障编码信号，并求出估计器成立的充分条件；基于所提出的方法设计目标系统的故障信息传输方案，通过故障信息编码和解码方案实现故障信息的有效传输；利用MATLAB软件进行数值仿真，验证所提出方法和所设计方案的有效性。结果表明，所提出的方法能精确估计目标系统的状态、传感器通道中的虚假注入攻击信号和故障编码信号，所设计的方案能有效传输故障信息。

• 基于边缘计算的多目标任务调度方法

  谢燕瑜,陈兰荪

  针对智能工厂中的边缘算力资源调度问题，提出基于边缘计算的多目标任务调度模型；以最小化任务时延和任务能耗为目标函数，添加传输时延、计算时延、排队时延、迁移时延、传输能耗、计算能耗、迁移能耗等7项约束条件建模；为了解决多目标调度求解问题，提出基于任务紧急度的资源调度与分配算法，并设置迁移判断中服务器选择和任务排序方法；以占地面积为1.2×10~4 m~2的智能工厂的边云设备为实验环境，对比基于任务紧急度的资源调度与分配算法与随机接入资源分配算法、迭代资源分配算法的平均任务完成率。结果表明，基于任务紧急度的资源调度与分配算法的服务器任务完成率较其他2种算法分别提高48、 5个百分点，大多数服务器的任务丢弃率被降至2%～4%,并且对系统负载均衡等问题的处理效果显著。

• 全自动碘分析仪测定水碘与尿碘的试验研究

  樊晓翠,段朝悦,王丹宇,满曼,于海容,崔震,尹硝

  为了建立测定水碘和尿碘的全自动碘分析仪的仪器检测方法，并验证该方法可替代手工法进行水碘和尿碘的检测，采用砷铈催化分光光度法(简称手工法)和全自动碘分析仪测定法(简称仪器法)测定水碘和尿碘的标准液梯度曲线、冻干人尿中碘成分分析标准物质以及实际样品的碘含量，从标准曲线线性相关系数r、冻干人尿中碘成分分析标准物质、实际样品检测结果，实验条件等多个方面进行比对分析。结果表明：手工法和仪器法所测水碘和尿碘的线性相关系数r均大于0.999 0,所测冻干人尿中碘成分分析标准物质中碘离子的质量浓度与标准值一致，所测实际样品中碘的质量浓度结果经过t检验，p值大于0.05,不存在显著性差异，全自动碘分析仪所测数据更准确可靠。

• 玉米CDC48基因家族鉴定及表达分析

  为了揭示玉米CDC48基因功能和机制，采用生物信息学方法在玉米基因组水平鉴定CDC48基因家族成员，并运用实时荧光定量聚合酶链式反应方法分析家族基因逆境和组织表达模式。结果表明：在全基因组水平筛选鉴定出14个ZmCDC48基因；染色体定位分析显示ZmCDC48基因家族成员不均匀地分布在9条染色体上；系统进化分析将14个ZmCDC48基因分为3组进化分支，各组内基因结构和蛋白序列保守，但各组间差异较大，可能存在功能差异；种内和种间共线性分析结果显示ZmCDC48基因共有7个重复事件，与水稻Oryza sativa的OsCDC48有12个同源基因对，与拟南芥Arabidopsis thaliana的AtCDC48无同源基因对；顺式作用元件、组织和逆境表达模式分析显示ZmCDC48基因可能参与玉米生长发育和逆境响应过程；互作蛋白预测的结果显示ZmCDC48蛋白可能通过与核蛋白定位蛋白4(NPL4)家族、泛素融合降解(UFD1)家族、含泛素调节X(UBX)结构域蛋白、卵巢肿瘤(OTU)样蛋白等互作，参与玉米生长发育、蛋白质降解和免疫过程。

• 玉米乙烯响应因子亚家族的生物信息学鉴定与分析

  李焰榕,谭孝婷,车荣会

  为了全面了解玉米APETALA2/乙烯响应因子(AP2/ERF)超家族中ERF亚家族成员在玉米生长发育和逆境过程中的作用，利用生物信息学手段鉴定和分析玉米Zea mays L.B73基因组ERF亚家族成员。结果表明：共鉴定到87个ERF基因且不均匀地分布在玉米的10条染色体上，蛋白序列长度为124～603 aa,蛋白质分子质量为13.23～65.44 kDa,理论等电点为4.44～10.84,亚细胞定位于细胞核；进化树分析显示，ERF基因被分为5个组，各组内的基因结构和保守基序的数量、分布等相似，但各组之间存在较大的差异，多数没有内含子，有内含子的基因占比为20.69%; ERF亚家族成员共有10个保守基序，其中前2个保守基序最为保守，且通常以串联方式存在于多数ERF亚家族成员中；启动子分析显示ZmERF基因含有大量光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育相关元件，表明玉米ERF亚家族成员在玉米生长发育及非生物胁迫、生物胁迫方面发挥作用。

• 考虑桩间土拱效应的抗滑桩加固边坡稳定性分析

  赵子豪,张海旭,杜威,吴凤元

  针对抗滑桩加固边坡稳定性的已有研究并未考虑由桩间土拱效应引起的土体主应力旋转对边坡稳定性影响的不足，基于由桩间土拱效应引起主应力旋转的土压力统一表达式以及抗滑桩抗滑力的完善计算公式，修正抗滑桩加固边坡稳定性的三维旋转破坏机制，并基于修正后的机制分析边坡的安全系数和滑动面。结果表明：相对于已有研究，当考虑桩间土拱效应所引起的土体主应力旋转时，所得边坡的安全系数更大；土体的性质与土体的内摩擦角、黏聚力有关，当内摩擦角、黏聚力增大时，边坡的安全系数增大，边坡的最深滑动面位置随着内摩擦角的增大而逐渐变浅，随着黏聚力的增大而逐渐变深；当边坡的宽高比与坡角增大时，边坡的安全系数减小，抗滑桩的最有效安装位置更接近坡顶。

• 基坑空间效应下盾构工作井环框梁架设对基坑围护结构变形的影响

  为了更好地控制盾构工作井在施工的基坑开挖期和主体施工期基坑围护结构变形，最大程度地减小基坑空间效应的影响，基于济南某盾构工作井施工全过程的工程实例，通过数值模拟与现场监测相结合，设计3种盾构工作井环框梁架设方案，探讨盾构工作井环框梁的竖向架设位置对盾构工作井施工全过程中基坑围护结构变形的影响，并确定最优方案。结果表明：相对于基坑开挖期，主体施工期盾构工作井环框梁的竖向架设位置对基坑围护结构变形的影响更明显；当3道环框梁竖向架设深度比例为1∶5∶7时，盾构工作井下部环框梁间距减小，对基坑围护结构最大变形的控制最优，基坑开挖期最大水平位移由25.8 mm减至25.5 mm,主体施工期最大水平位移由27.8 mm减至26.5 mm,均有利于控制盾构工作井基坑开挖期与主体施工期的最大变形。

• 基于建筑高度与布局形式的街区夏季风、热环境模拟与优化

  张培峰,贾贝贝,高羽佳,程征

  为了分析建筑高度与布局形式对城市风、热环境的影响，从而通过优化街区建筑格局改善城市风、热环境质量，构建3种建筑高度、 4种布局形式下街区的建筑三维模型，采用Fluent软件模拟12种建筑格局条件下街区夏季的风、热环境，选用风速、温度、舒适指数等分析街区高度为1.5 m处的风、热环境特征；以山东省青岛市某街区为例，模拟并优化街区夏季高度为1.5 m处的风、热环境。结果表明：行列式布局街区的风场、温度场与舒适指数分布均匀，舒适区面积比最大，平均温度、高温区面积比和舒适指数较小，风、热环境质量最佳；围合式布局街区的静风区面积比、温度与舒适指数高值区面积较大，风、热环境质量最差；建筑高度与布局形式对街区风、热环境影响显著；随着街区建筑高度的增大，风、热环境质量劣化；多层建筑街区风场、温度与舒适指数分布均匀，通风效率较高，热量容易扩散，风、热环境质量最佳；高层建筑街区风速与风影区面积较大，热量扩散困难，风、热环境质量较差；通过调整建筑布局形式、体型、拆除部分建筑等优化措施能有效改善街区的风、热环境质量。

• 公路隧道改扩建方案比选及施工工法数值模拟

  刘天琦,冯现大,何家智

  为了分析公路隧道改扩建方案的可行性以及公路隧道不同改扩建施工工法时围岩扰动后的力学特性，以济南绕城高速港沟立交至殷家林枢纽段改扩建工程某公路隧道为研究对象，比选3种公路隧道改扩建方案；建立三维数值模型，对比最佳方案不同施工工法时的围岩力学特性；利用有限差分软件FLAC 3D内置的FISH语言对围岩塑性区体积求和计算，探讨左线公路隧道改扩建过程对右线公路隧道的影响。结果表明：综合考虑改扩建施工难度、运营安全性、后期提速、管养难度、工程造价等因素，确定公路隧道改扩建为双八车道隧道为公路隧道改扩建最佳方案；围岩位移随着公路隧道开挖深度的增加而增大，并且在开挖断面处增大最快；围岩的压应力集中区为公路隧道的拱脚处，而拱顶和拱底压应力较小并向拉应力转变；围岩塑性区破坏方式以剪切破坏为主，可及时施作支护结构控制围岩变形；综合考虑公路隧道改扩建施工的可行性、安全性和经济性，确定中隔壁法为公路隧道改扩建最优施工工法。

• 低温煤焦油加氢精制研究进展

  岳静春,刘媛媛,李素月,牧辉,张永芳

  针对低温煤焦油粗放式燃烧导致资源利用率低的问题，对低温煤焦油加氢精制生产清洁燃料油和化学品以提高低温煤焦油附加值的研究现状进行综述，包括加氢精制反应机制和加氢精制催化剂2个方面，重点总结和分析了酚类加氢脱氧、噻吩类加氢脱硫、含氮化合物(如吡啶、喹啉等)加氢脱氮反应机制和催化剂研发方面的基础研究进展。最后，根据低温煤焦油加氢精制技术存在的问题，展望了低温煤焦油未来的研究方向。

• 海(咸)水入侵对莱州湾南岸含水层微生物群落结构的影响

  陈宏帆,支传顺,胡晓农,黄宪瑞,陈耿

  为了探究海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构影响及微生物丰度与环境因素关系，在莱州湾南岸白浪河下游沿岸3眼监测井内，采集各含水层中地下水和沉积物样品；根据高通量测序结果，研究海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构影响。结果表明：地下水中微生物丰富度和多样性均高于沉积物中的；随着海(咸)水入侵的加剧，地下水中微生物的丰富度和多样性降低，沉积物中微生物的丰富度和多样性则呈现波动变化并有升高的趋势；地下水中微生物以变形菌门、拟杆菌门为主，而沉积物中以变形菌门、放线菌门为主，在门以下微生物群落结构差异性较大，涅斯特连科氏菌属可作为识别海(咸)水入侵的标志微生物；地下水的Cl~-、 HCO~-_3含量和酸碱度对微生物群落结构影响显著，溶解性总固体、化学需氧量、全盐量对沉积物中微生物群落结构影响显著。

• 基于分层监测的滨海地区地下水水化学特征分析

  管清花,题宇洋,吴现爱,陈凤琴,陈学群,仇钰婷

  为了探讨地下水分层监测技术在研究地下水不同含水层间的水力联系与地下水污染迁移变化中的应用，以滨海地区山东省寿光市为研究区，在垂直海岸线的淡水区—咸淡水过渡带—咸水区布设多层位监测井，对地下水水位、水质开展分层监测；应用Gibbs图、海水比值等离子相关性水文地球化学分析技术，分析地下水的水化学特征及演化规律，探测海水入侵的类型特点。结果表明：寿光市地下水中淡水、微咸水的形成与碳酸盐和硅酸盐的风化有关，咸水的形成与蒸发-结晶有关；Ca~(2+)的来源为石膏风化和白云石的溶解，Na~+、 K~+的来源为硅酸盐风化及人类活动；砂层富集带是海水入侵重要通道，也是地下水的重要含水层，是海水入侵防治的重要目标层位。

• 考虑顶托效应的山丘区洪水模拟及水力特征分析

  针对山丘区河道山洪频发、干支流洪水顶托条件下放大山洪效应、增大山洪灾害风险的现状，以浔河、沭河为研究对象，构建一-二维耦合水动力学模型模拟洪水演进及淹没情况，分析干、支流洪水遭遇概率，设定顶托组合工况；选取壅水距离、壅水高度、流量、淹没面积、淹没历时等指标，分析干支流顶托工况下洪水水力特征变化规律。结果表明：受沭河洪水顶托的影响，浔河山洪放大效应明显，且与沭河洪水量级成正比；浔河上游来水条件一定时，沿程壅水距离、壅水高度、流量降幅随着沭河洪水量级的增大而增加，在浔河洪水重现期为20 a、沭河洪水重现期为200 a的工况下，较非顶托工况沿程壅水高度达3.9 m,最大影响范围距交汇口8.48 km,沿程平均流量减小15.6%;当浔河与沭河洪水量级相对增大时淹没指标影响显著增加，在浔河洪水重现期为50 a、沭河洪水重现期为200 a的工况下，淹没面积达17.46 km~2,淹没历时达26.7 h,分别较同量级浔河洪水的非顶托工况下的增加了90%、 55%。

• 轨道交通车辆车门系统生命周期环境效益评价

  赵锐,赵祎杰,熊欣,蒋启帆,徐畅

  为了推动轨道交通车辆绿色制造的进程，以车门系统为研究对象，建立生命周期模型，构建环境效益评价指标体系，评价车门系统生命周期生产、运输、使用、废弃物处理阶段的主要环境影响，探究电力能源结构替代和焊接工艺变化对车门系统生命周期的环境影响。结果表明：车门系统生命周期不同阶段的环境影响从大到小的排序为生产阶段、废弃物处理阶段、使用阶段和运输阶段；环境影响评价指标从大到小依次为化石能源消耗潜值、温室气体排放潜值和环境酸化潜值；减少生产阶段和废弃物处理阶段的化石能源消耗和温室气体排放有助于产品生命周期环境效益提升；生产阶段中通过减少火电占比，优化电力结构，全球变暖潜值、化石能源消耗潜值和环境酸化潜值可分别降低38.96%、 38.90%、 38.86%;采用气体金属弧焊工艺替代保护性金属弧焊工艺，全球变暖潜值、化石能源消耗潜值和环境酸化潜值可分别降低64.71%、 58.94%、 59.85%。

• 灌水频率对生物炭改良盐渍土水盐运移的影响

  朱昌欣,庞桂斌,王天宇,蔡晨阳,余静,于浩洋,潘维艳

  为了探究灌水频率与生物炭施用对滨海盐渍土水盐运移特征的调控效应，采用室内土柱模拟试验，以滨海盐渍土为供试土壤，在土壤表层(深度为0～20 cm)设置不同的生物炭施用量和灌水频率，组合成9个处理方案，研究灌水频率对生物炭改良盐渍土水盐运移的影响。结果表明：生物炭能提高单次灌水入渗速率，有效缩短累积水分入渗时间，提高表层土壤含水率，并能使土壤容重减小，表层土壤pH有所增加；当灌水频率为中频时，表层土壤含水率增加14.17～18.87个百分点，表层土壤脱盐率为66.39%～86.31%,脱盐深度相对更深；当灌水频率为低频、中频时，施用一定量的生物炭有利于土壤盐分淋洗，表层土壤脱盐率提高9.99～15.62个百分点；每8 d灌水1次的灌水频率和生物炭施用量为5 g/kg的处理方案能够显著改善滨海盐渍土的水盐分布。