2019年, 第55卷, 第2期　
刊出日期：2019-04-01
  

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  • 基于支持向量回归与Bayesian理论的性能退化产品可靠性分析
    冯海林, 王雨薇
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 161-169. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.001
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    为提高小样本非线性下的性能退化产品可靠性评估准确性，提出一种融合性能退化数据与寿命数据的可靠性评估方法. 首先选定产品的性能退化变量并记录下与时间相关的退化数据，随后利用支持向量回归(Support Vector Regression，SVR)理论对性能退化轨迹进行拟合建模，再通过首达阈值的概念推算出产品伪失效寿命数据. 假设产品寿命服从特定的概率分布，则可求得产品的可靠性解析表达式. 为了充分利用可得到的多种信息，增加评估的可信度，结合Bayesian理论，融合可得的真实寿命数据，一旦得到新的失效寿命数据，便可更新迭代模型参数提高评估准确性. 最后通过数值仿真与陀螺仪退化数据的实例验证所提方法的可行性. 结果表明，本研究有效地解决了小样本非线性情形下性能退化产品可靠性分析不精确的难题．
  • 基于机器视觉的LED大屏亮度一致性检测与矫正
    谢　欢, 朱　荀, 卢　俊, 沈庆宏, 胡安东
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 170-179. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.002
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    LED屏幕在现代交通中应用十分广泛，但是随着使用时间的增加，每个LED灯的亮度会出现不同程度的衰减，从而导致整个LED屏幕整体亮度不一致. 提出一种基于机器视觉技术的屏幕亮度不一致性的检测和矫正方法. 实验中通过对采集的LED图片进行仿射变换、色彩空间转换和形态学滤波、单灯珠定位与亮度提取等操作，可以获得所有LED灯珠的相对位置信息与近似呈现正态分布的亮度信息. 根据人眼对亮度的敏感程度选取出最佳亮度值，将高亮度灯珠抑制到最佳亮度值，实现对LED大屏亮度一致性的矫正. 通过对72×384的LED屏幕测试，不仅能够100%获得所有LED灯珠的亮度信息、位置信息，而且系统的运行速度和稳定性明显优于已有测量方案．
  • 指向性小尺度线性扬声器阵列鲁棒性研究
    章康宁, 卢　晶
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 180-190. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.003
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    随着近年来通信便携设备的快速发展，基于扬声器阵列的声聚焦系统被广大研究者高度关注，而其声回放特性一般只能采用小尺度线性扬声器阵列来实现. 声对比度控制法通过将亮区与暗区的声能量比值最大化，将系统的声能量集中在亮区，该算法在小尺度线性扬声器阵列声聚焦的实现上有着较好的应用前景. 大多数关于声学对比度控制的分析都是基于自由场模型的，然而在实际应用场景中，混响和近场人头散射效应的影响都不容忽视，特别是在阵列尺度较小时. 重点针对这一问题开展了相应的研究，建立了一个由5单元小尺度线性扬声器阵列构成的系统模型，其将系统的声能量主要集中于阵列端射方向的亮区，在房间混响和近场人头散射的共同作用下分析系统聚焦性能的鲁棒性，并通过实验验证了实际系统的声聚焦性能．
  • Lamb波时间反转椭圆定位和层析成像混合技术研究
    关立强, 祝伟光, 李义丰
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 191-201. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.004
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    采用椭圆定位技术和层析成像技术相结合的无损检测方法，并将其运用于板状材料的Lamb波损伤检测和成像中. 与传统的单一层析成像技术相比，将椭圆定位技术和层析成像技术相结合，只需在椭圆定位技术确定的范围内选择有效的激励－传感路径进行层析成像，从而排除了多余的检测路径，可以减少数据计算和处理的数量，提高数据利用率和检测效率. 此外，由于事先用椭圆定位技术确定了损伤的范围，避免了额外激励－传感路径交叉点处损伤概率值较大的情况，这有效地减少了损伤检测误判情况的发生. 通过Abaqus有限元软件的仿真，选择合适的Lamb波激发频率和激发方式，然后布置恰当的传感器网络，结合椭圆定位技术和层析成像技术的概率损伤检测重构算法对损伤进行成像，这有效地提高了损伤的检测效率和成像质量，检测路径和成像计算时间节省率分别在47.6%和47.5%以上．
  • 协作中继传输网络中基于无线供电的能量交易方法
    彭　宏, 刘　晨, 卢为党, 张　昱, 刘　鑫, 徐志江
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 202-210. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.005
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    为了让协作中继传输网络中的中继节点能够获得能量自愿协作转发源节点的信息，提高信息的传输效率，提出一种基于无线供电的能量交易方法. 所提方法中包含一个源节点和目的节点以及一个中继节点和多个能源供应点(Energy Supply Points，ESP). 当源节点到目的节点链路的信道质量较差时，需要中继节点帮助转发源节点的信息到目的节点. 但是中继节点往往是自私的，不愿意牺牲自己的能量帮助转发别人的信息. 为了使得中继节点愿意帮助转发源节点的信息，目的节点支付给周围ESP一定的报酬，以换取其通过无线供电的方式给中继节点提供能量，使得中继节点能够利用接收到的能量帮助转发源节点的信息. 通过利用斯塔克尔伯格模型，研究如何对所提方法中目的节点支付给ESP的报酬和ESP提供给中继节点的能量进行优化，最大化目的节点和ESP双方的效用. 仿真结果表明，本文所提的能量交易方法能够让目的节点和ESP的效用同时达到最优值，有效提高信息的传输效率．
  • 基于线性鉴别的无参数局部保持投影算法
    范　君, 业巧林, 业　宁
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 211-220. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.006
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    针对局部保持投影算法的无监督性质和参数选择复杂性问题，结合线性鉴别分析算法，提出一种改进的有监督无参数局部保持投影算法(Linear Discriminant Supervised Parameter－free Locality Preserving Projection algorithm，LD－SPLPP). LD－SPLPP算法采用监督模式并使用广义Dice系数的方法构建近邻矩阵，有效避免LPP(Locality Preserving Projection)算法参数选择调整的问题. 新算法在UCI的八个低维度数据集和两个高维度人脸数据库上进行了实验，通过对数据的特征提取，采用最近邻分类法统计识别率，并分析了实验分类后的数据值与算法性能的关系. 上述实验过程中，将新算法与PCA，LDA，ULDA，OLDA，LPP，SPLPP，PSKLPP，PSLMM和EP－SLPP算法进行了对比，实验结果证明了LD－SPLPP在数据降维和特征提取方面的有效性．
  • 一种无代理虚拟机进程监控方法
    尹学渊, 陈兴蜀, 陶术松, 陈　林
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 221-230. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.007
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    针对云环境下的租户虚拟机状态监控问题，提出一种基于虚拟机内存实时在线分析的虚拟机监控技术. 借助虚拟化层的高特权级，可以在虚拟机外部透明地实时获取虚拟机的物理内存. 引入内存取证领域的物理内存解析机制，在虚拟化层在线地分析虚拟机内存中重要的内核数据结构，从而获取虚拟机内存语义知识，有效地解决虚拟机与虚拟化层之间的语义鸿沟问题，实现虚拟机细粒度状态信息监控. 由于监控代码处于更高特权级的虚拟化层，无需在用户虚拟机中部署监控代理，因此，虚拟机内部的恶意代码无法旁路和破坏安全监控代码，提高了方法的透明性和安全性. 实验表明，该方法可以在低开销下以无监控代理模式为租户提供虚拟机监控服务．
  • 一种基于Faster－RCNN的车辆实时检测改进算法
    杨　薇, 王洪元, 张　继, 张中宝
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 231-237. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.008
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    随着交通愈加发达，道路愈加拥堵，如何实时准确地获取车辆基本信息以便交通部门及时管理特定路段和路口的车辆显得日益重要. 对交通视频中车辆的检测和识别，不仅需要实时检测，还要保证其准确性. 针对实际情况中车辆之间的遮挡、光照的变化、阴影、道路旁树枝的晃动、背景中固定对象的移动等因素严重影响检测与识别的精度的问题，提出基于Faster－RCNN(Faster－Regions with CNN features)的车辆实时检测改进算法. 首先采用k－means算法对KITTI数据集的目标框进行聚类，得到合适的长宽比，并增加一组尺度(642)以适应差异较大的车辆尺寸；然后改进区域提案网络，降低计算量，优化网络结构；最后在训练阶段采用多尺度策略，降低漏检率，提高精确率. 实验结果表明：改进后的车辆检测算法的mAP(mean Average Precision)达到了82.20%，检测速率为每张照片耗时0.03875 s，基本能够满足车辆实时检测的需求．
  • 基于可能性聚类和卷积神经网络的道路交通标识识别算法
    狄　岚, 何锐波, 梁久祯
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 238-250. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.009
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    为解决图像采集中噪声和复杂背景对图片的影响以及深度神经网络的高耗时问题，基于可能性聚类算法与卷积神经网络，提出一种道路交通标识识别算法. 该方法运用了图像分割技术，并结合卷积神经网络模型对道路交通标识进行更准确的识别. 首先，通过色彩增强、图像分割、特征提取、数据增强和归一化等批量预处理操作，形成一个完整的数据集；然后，结合Squeeze－and－Excitation思想和残差网络结构，充分训练出MRESE(My Residual－Squeeze and Excitation)卷积神经网络模型；最后，将优化的网络模型用于道路交通标志的识别. 实验结果表明，该方法使训练时间缩短了5%左右，识别精度可达99.02%.
  • 基于多混沌和分数Fourier的光学图像加密算法
    陈晓冬, 底晓强, 李锦青
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 251-263. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.010
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    针对双随机相位编码光学图像加密系统的非线性不足和密钥空间小的问题，提出一种基于多混沌和分数Fourier变换的光学图像加密算法. 首先，迭代分数阶Chen混沌系统生成三组混沌序列，分别置乱明文图像的三基色分量以减小图像像素相关性. 然后，利用量子细胞神经网络超混沌系统调制随机相位模板，以其复杂的非线性动力学特征弥补双随机相位编码系统非线性不足的缺陷. 其次，通过使用分数阶混沌、超混沌系统和二维分数Fourier变换使加密算法的密钥空间达到了2765. 最后，密钥敏感性测试、相关性分析、已知明文攻击、噪声攻击和剪切攻击等实验表明本算法具有密钥敏感性强、密文图像像素相关性低和抗攻击性强的优点．
  • 一种基于t－分布随机近邻嵌入的文本聚类方法
    徐秀芳, 徐　森, 花小朋, 徐　静, 皋　军, 安　晶
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 264-271. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.011
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    文本数据具有高维、稀疏、海量的特性，给传统的聚类算法带来了极大挑战. 提出一种基于t－分布随机近邻嵌入(t－Distributed Stochastic Neighbor Embedding，t－SNE)的文本聚类方法. 首先通过t－SNE将高维文本数据嵌入到低维空间，使得高维空间相似度较低的文本对应的映射点距离较远，而相似度较高的文本对应的映射点距离较近；然后根据低维空间映射点坐标，再采用传统的聚类分析算法进行聚类，得到最终的聚类结果. 在多个基准文本数据集上进行了实验测试，验证了该方法的有效性．
  • 养殖塘生态系统重金属污染状况与风险评价
    李嘉明, 邹　勇, 郑　浩, 魏钟波, 杨柳燕, 缪爱军
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 272-281. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.012
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    近年来，人们对水产品的需求日益增高，对养殖水体环境安全问题也越来越关注. 重金属作为一种高持久性的污染物，其在环境中的存在可能给人们带来较高的健康风险. 测定了虾塘生态系统中水体、动植物、底泥的Cr，Cu，As，Cd，Pb含量，研究了五种重金属在底泥中的赋存形态，用潜在生态污染指数法评价了底泥和水体的重金属生态风险. 研究发现养殖水体的重金属生态风险等级为轻微，底泥的重金属生态风险等级为轻微或中等. 比较所研究的几种重金属，水体中Cu的生态风险最高，底泥中Cd的生态风险最高，其他重金属生态风险等级均为轻微. 研究结果表明，虾的As含量较高，而其他金属含量均低于标准值. 虾体内Cr，As，Cd，Pb的富集量由高到低依次为虾壳>肌肉>虾头，Cu主要在虾头中富集. 底泥中Cr，Cu，Cd，Pb主要以络合态和残渣态的形式存在，较难被生物吸收，而30%左右的As以可交换态形式存在，易被生物吸收．
  • 柳树对镉－芘复合污染土壤的修复潜力与耐受性研究
    谢探春, 王国兵, 尹　颖, 郭红岩
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 282-290. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.013
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    柳树应用于土壤修复，不仅展现对镉良好的富集性，对污染环境良好的适应性，还能发挥景观植物的特性，避免将污染引入食物链. 研究通过90 d温室盆栽实验探讨了三种能够有效富集重金属的柳树(Salix×aureo－pendula CL‘J1011’，Salix×Jiangsuensis ‘J172’，Salix×Jiangsuensis ‘55’)对于镉－芘复合污染土壤的修复潜力. 结果表明：三种柳树均表现出良好的耐受性且同时具有富集镉和降解芘的性能；其中金丝垂柳1011对镉的富集达到231.4 μg·kg－1，同时使芘的残留量减少了88.6%. 与单一镉/芘污染相比，复合污染抑制了苏柳172和苏柳55叶片中镉的富集，富集系数分别降低了54.4%和44.1%，同时抑制了柳树对土壤中芘的去除效果，去除率分别降低了3.4%和27.0%；复合污染情况下金丝垂柳1011对镉的吸收不受影响，但对芘的去除具有更好的效果，去除率提高6.5%，体现其在重金属－有机物复合污染修复方面更高的应用潜力．
  • 泥岩中的有机质对基于XRD的伊蒙混层结构计算的影响
    巢　前, 蔡进功, 李艳丽, 王国力
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 291-300. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.014
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    选择富含有机质的泥岩样品，使用不同方法(过氧化氢、过硫酸钠)去除有机质后进行X射线衍射(X－Ray Diffraction，XRD)测试，探讨有机质的存在是否会影响利用XRD进行伊蒙混层矿物结构计算. 结果表明：使用过氧化氢去除有机质后得到的XRD图谱变化不大；使用过硫酸钠去除有机质后，XRD图谱中新出现15 (自然干燥片)和16.7 (乙二醇饱和片)衍射峰，且伊蒙混层的各特征衍射峰发生不同程度的偏移，经计算发现过硫酸钠处理后的样品中伊蒙混层的膨胀层比例(WEXP)远高于控制组(不去除有机质)和过氧化氢处理组. 这样的差异可能是因为赋存在蒙脱石层间的有机质使得层间域表现为疏水性，阻碍了水和乙二醇进入层间，故部分蒙脱石层在自然干燥和乙二醇饱和状态下膨胀不显著；过硫酸钠能去除蒙脱石层间的有机质，因而经过硫酸钠处理的蒙脱石膨胀性恢复．
  • 不同土地利用单元汇水径流中氮的同位素特征及其转化途径解析
    乐　凡, 李荣富, 马天海, 闫中月, 阮晓红
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 301-308. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.015
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    不同来源氮的δ15N值域存在重叠，导致δ15N溯源结果存在不确定性，因此对δ15N溯源结果的校验具有重要意义. 淮河入海水道具有明确的汇水分区及差异的土地利用方式，为δ15N溯源结果验证提供了良好的研究场所. 基于2017年枯、丰水期淮河入海水道水体δ15N，δ18O值域特征，结合汇水片区土地利用方式，甄别并校验了氮的主要来源；综合15N，18O分馏特征，探讨了氮的转化途径. 结果表明：(1)运西高片和通榆低片农业区，农田退水分别通过古盐河及沿程汇流入河，其δ15N－NO－3分别为6.4‰±0.4‰和7.9‰±0.8‰，验证了土壤氮δ15N与理论值(0～8‰)的一致性；δ15N－NH＋4分别为8.4‰±9.0‰和23.5‰±7.6‰，表明NH＋4来源于沿河生活污水. 而两运夹城镇区，片区污水排放通道清安河δ15N－NO－3和δ15N－NH＋4分别高达25.9‰和40.3‰，基本位于城镇污水δ15N理论值(4‰～35‰). (2)运东高片城镇和农业混合区，区域汇水沿程入河，其δ15N－NO－3为7.7‰～11.6‰，位于土壤氮和城镇污水δ15N重叠区；而δ15N－NH＋4为17.9‰±7.3‰，显示了城镇污水δ15N特征. (3)沿程取样点δ18O－NO－3为3.5‰±5.1‰，位于硝化作用理论范围(－5‰～15‰)，表明发生了持续的硝化过程；沿程δ15N－NO－3和δ18O－NO－3无同步富集，表明反硝化过程不显著．
  • 赖氨酸芽孢杆菌GW－2菌株诱导碳酸盐矿物的形成
    郭文文, 李福春, 吕杰杰
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 309-319. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.016
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    为研究细菌促进碳酸盐矿物形成的机理，在B4培养基中对一株分离自土壤的赖氨酸芽孢杆菌GW－2菌株进行了为期40 d的培养实验，同时完成了一组加灭活菌的对照实验. 在实验过程中，对培养液中的细菌数量、pH、Ca2＋浓度、沉淀物重量等进行测定. 用X－射线衍射仪(X－ray diffraction，XRD)对矿物种类进行测定，用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)对矿物形态进行观察. 实验结果表明：(1)GW－2菌株具有促进碳酸盐矿物生成的能力，且随着培养时间的延长，沉淀物的重量逐渐增加；(2)GW－2菌株诱导下形成的矿物经历方解石→方解石＋球霰石的转化；(3)矿物形态主要为由三角板片构成的碗状和由花瓣状构成的半球．
  • 北部湾全新世UK37的古海水表面温度重建研究
    杨　博, 殷　勇, 高　抒, 贾培宏, 夏　真
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 320-331. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.017
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    通过海洋沉积物有机温标UK37反演了北部湾地区一万年以来的海水表面温度(Sea Surface Temperature，SST)变化. 结果表明，北部湾一万年以来的SST变化范围为22.0 ℃～28.0 ℃，平均25.4 ℃，整体呈现波动升高的趋势，其中1300年来的SST升高更为明显. 此外，钻孔还记录到了八次具有区域意义的温度变化事件. 北部湾一万年来的海表温度变化主要受到太阳总辐照度和东亚冬季风的控制，一些冷事件还受到高纬度融冰事件的影响，而暖事件可能受到赤道太平洋低纬度驱动的影响．
  • VDR基因肠上皮特异性敲除小鼠的构建及其对炎症性肠病的影响
    肖梦君, 吴俊仙, 张　娜, 陈　昕, 饶泽兵, 陈允梓
    南京大学学报(自然科学版). 2019, 55(2): 332-338. https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2019.02.018
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    采用Cre/loxP条件性基因敲除技术构建肠上皮敲除VDR(Vitamin D receptor)基因小鼠. 利用Casp9方法构建的VDRflox/flox小鼠与Villin－Cre转基因小鼠进行繁殖杂交获得VDR肠上皮特异敲除小鼠，其基因型鉴定为VDRflox/floxVillin－Cre＋. 通过建立小鼠TNBS诱导的炎症性肠病模型，比较肠上皮特异敲除VDR基因的小鼠与野生型小鼠的发病程度，结果显示VDR基因条件敲除小鼠，体重下降更加明显，肠损伤和病理评分更加严重，说明了肠上皮中的VDR缺失促进肠炎发生，预示其对肠上皮具有保护作用. 本研究为进一步探讨肠上皮VDR的表达对炎症性肠病的作用机制提供坚实基础和强有力的研究平台．
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