地理环境与资源开发

• 黄河故道区气温变化的多尺度特征、趋势预测及对ENSO事件的响应

  张曼;任晓娟;单燕祥;王靖钰;李国栋;孙雪健;赵晴涛;王龙升;龚云飞;

  在全球气候变化加速背景下，中国增温率高于全球平均水平，凸显出区域气温变化的复杂性，尤其是像黄河故道区这样的地区，既是气候变化敏感地带，又是重要产粮基地，其气候变化直接影响农业生产安全.基于黄河故道区1951-2021年39个气象站点的气温资料，采用M-K突变检验、Morlet小波分析、R/S分析和EOF分析等多种方法，分析了该区域近70 a气温变化特征，并通过交叉小波变换与小波相干分析探讨了气温与ENSO现象之间的时序响应机制.研究结果表明：过去70 a,黄河故道区气温整体呈上升趋势，99%置信水平下增温率为0.24℃/(10 a),虽发生波动，但未发生明显突变.气温波动显现出复杂的周期性结构，主要周期约为6、9和31 a.年平均气温存在显著Hurst现象，持续以往升温趋势，平均循环长度为7 a.从空间格局看，年气温场表现出2种主要模态，EOF1显示了整个黄河故道区气温变化的一致性特征；EOF2则揭示出大致以夏邑-砀山-丰县为界，东西两侧气温反相位变化的空间分布特征.对ENSO的响应分析表明，黄河故道区年平均气温与ENSO存在多时间尺度的相关性，且相关性表现出一定的时间滞后.研究结果可为黄河故道区制定科学有效的气候变化应对方案提供理论依据.

  2025年05期 v.55 505-517页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K]
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• 信息流视角下中国城市群空间范围识别和结构特征研究

  闫艳辉;时振钦;霍锦庚;马基超;杨思雨;

  城市群是国家参与全球竞争和世界经济重心转移的主要空间载体，科学界定其地域范围及空间组织模式具有重要的时代意义.以中国356个地级及以上城市作为研究对象，基于“百度指数”模拟城市间信息流，根据空间紧凑度、距离衰减等理论内涵构建城市联系紧凑度网络模型，并借助社会网络分析方法探究了中国城市群空间范围及其结构特征.结果表明：(1)中国城市信息联系网络呈现出扁平程度更高的“菱形”空间结构，其顶点分别为北京、上海、广州—深圳、成都—重庆.(2)中国存在19个城市群，与国家“十四五”规划相比，数量上新增了徐临城市群，减少了兰西、宁夏沿黄和呼包鄂榆城市群，范围上也存在一定差异.(3)中国城市群整体形成了以长三角、京津冀、珠三角、成渝、山东半岛、中原以及环武汉、长株潭和环南昌城市群为核心的空间组织体系，城市群内部呈现出单中心、双中心和多中心结构类型.研究认为，随着网络大数据的广泛应用，科学认识“虚拟网络空间”和规划引导的“地理实体空间”城市群之间的差别，可为宏观层面的城市群发展培育、优化调整等规划工作提供一定的理论和实践依据.

  2025年05期 v.55 518-527页 [查看摘要][在线阅读][下载 2184K]
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• 中国典型城市群人口老龄化时空特征及影响因素研究

  贾雨飞;刘静玉;张涛;袁旺敏;

  中国2001年65岁以上人口占比7.1%标志正式进入老龄化社会，2021年65岁以上人口占比14.2%步入深度老龄化，中国老龄化速度快、老龄化现象日益严重.城市群是中国社会经济发展的重要载体，也是人口集聚的主体，其人口老龄化更易引发社会各界关注，不同特征城市群的人口老龄化研究具有重要的典型性和指示意义.以中原城市群、京津冀城市群和长三角城市群为案例，选取老年人口规模、老龄化率等指标，运用空间自相关分析和地理探测器等方法，在县域尺度对比研究2000-2020年城市群人口老龄化的时空特征及影响因素.结果表明：(1)3个城市群老龄化类型演变进程有所不同.2000-2020年中原城市群老龄化持续加深，长三角城市群老龄化普遍加深，京津冀城市群老龄化进程更快.同时，中原城市群表现出老龄化水平低、进程快的特点.(2)3个城市群老年人口都有明显的集聚态势和显著的空间关联特征.(3)3个城市群老龄化主导因素及变化趋势有明显差异.人口因素是各城市群老龄化的长期主导因素，各个影响因子交互作用对3个典型城市群人口老龄化的解释力均较强.该研究不仅可以为各城市群应对人口老龄化提供决策依据，而且对我国全域解决此问题具有重要的国家战略意义和示范带头作用.

  2025年05期 v.55 528-542页 [查看摘要][在线阅读][下载 2572K]
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• 中国女性创新效率的空间分异及其影响因素分析

  杨振凯;丁志伟;罗婉琳;

  基于构建的女性创新效率评价体系，运用Super-SBM-DEA模型测算省域尺度下中国女性创新效率，并对其时序变化特征、空间分异特征及其影响机理进行剖析.研究结果表明：(1)从时序变化看，效率值整体呈增长趋势，在2013-2019年效率稳步提升，2020年受到新冠疫情影响而骤降，2021年反弹后提升.(2)从空间分布看，2013年效率值处于中等及以下水平的省份占多数，并未形成高水平区，仅京津冀、江浙与广东省为较高等级；2017年，东部地区、东北部以及中部地区均转为较高水平区；2021年，东部地区效率值呈显著提升但西部地区仍处于低水平区.(3)从集聚规模看，效率值密度呈现出“多核心”的特点.高密度区核心圈以京津冀和江浙沪皖地区为核心，其中京津冀高密度核心圈不断扩张且与江浙沪皖高密度核心圈形成连片，中高密度区在我国东北地区以及中部和南部地区形成多个组团区，西部地区整体变化不大且仍处低密度区.(4)从空间关联来看，2013-2017年，我国女性创新效率热点区主要集中在东部并形成热点区与次热点区集聚，整体显示强空间关联性，而华北、东北变化较小.2017-2021年，长江流域部分次热点和非显著区转为热点区，西南地区四川和云南升级，也显示出空间关联，西部地区也呈现出小范围升级.(5)从影响因素看，主要因子为城镇居民可支配收入、女性高等教育专任教师数量占比、人均财政教育支出、人均财政社会保障支出、人均财政医疗支出和人均城市道路拥有量；次要因子为地区GDP、公共预算对科学技术支出、R&D经费支出、女性R&D人员数量占比、女性大学生数量占比和人均公园绿地面积.

  2025年05期 v.55 543-556页 [查看摘要][在线阅读][下载 1633K]
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• 豫北地区先秦聚落的时空演变及影响因素研究

  郭家瑞;岳丽;张立东;吴朋飞;

  豫北地区是中国古代文明的发祥地之一，研究其先秦时期的聚落演变及影响因素对于探索人地互动关系和文明化进程具有重要意义.采用聚落数量统计分析、标准差椭圆和核密度分析等方法，研究了豫北地区495个聚落的时空分布特征，揭示了它们的演变过程及影响因素.结果表明：(1)聚落数量经历了“上升—下降—恢复”的过程，其中商代是显著高峰期，次之为龙山文化时期.各时段之间的聚落继承度较高，聚落选址稳定性较强.(2)聚落集中分布在太行山山麓地带，太行山区和东部平原区的聚落分布情况随时间演进而波动；聚落分布重心基本稳定在豫北地区西北一带，走向始终为“西南—东北”方向；分布模式可分为线型、团聚型和分散型3种.(3)海拔、坡度与河流是影响聚落分布的决定性因素；气候是影响聚落演变的关键性因素；农业发展、城市出现和文化交流等人文因素是影响聚落演变的主动性因素.这为理解豫北地区古代人类与自然环境的互动关系和探索文明起源提供了宝贵的资料，有助于文化遗产的保护与传承，并促进当地乡村振兴的全面发展.

  2025年05期 v.55 557-568页 [查看摘要][在线阅读][下载 1736K]
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自动化基础理论与信息技术

• 基于掩码自监督与时序关联学习的小样本轴承故障诊断方法

  杨筝;李天植;侯彦东;程云志;

  针对轴承故障诊断任务面临的真实标签样本稀缺的问题，提出一种融合掩码自监督与时序关联性学习的DiagnosisSSL诊断框架.该方法构建双重自监督学习策略，在掩码信号重建任务中引入时序关联性约束.首先，基于改进的Transformer编码器，通过随机掩码振动子序列设计重构预训练任务.同时，构建时序关联性任务判别模块增强模型对时序结构特征捕捉能力，最终通过少量标签数据微调实现故障识别.实验表明，所提方法在小样本条件(100个标签样本)下达到95.32%的诊断准确率，相比仅监督学习方法提升29.82%,较单一自监督方法提高7.56%.该方法能够有效解决小样本条件下深度模型过拟合与诊断性能不足的问题.

  2025年05期 v.55 569-579页 [查看摘要][在线阅读][下载 1809K]
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• 基于混沌系统和动态DNA编解码规则的图像加密方法

  范素娟;董孝伟;左宪禹;周兵;谢毅;乔保军;田军锋;

  为提升图像加密方案的安全性，提出一种基于混沌系统和动态DNA编解码规则的图像加密方法.首先，根据明文图像哈希值和外部密码求解混沌系统的控制参数和初始值；然后，对混沌系统进行迭代生成3组混沌序列X_1、X_2和X_3,利用X_1混沌序列对明文图像进行二进制位级动态DNA编码，得到动态DNA矩阵；其次，利用X_2和X_3混沌序列计算出需要进行行移位和列移位的位数，对动态DNA矩阵进行置乱加密；接着，利用X_1和X_2混沌序列，计算DNA置换操作中选择的置换规则和置换次数，对DNA置乱加密矩阵进行扩散加密；最后，对扩散加密矩阵进行DNA基元动态解码.本算法多次使用已生成的混沌序列对图像进行动态DNA编解码和DNA加密.明文图像每一个像素首先转换成8位二进制，然后根据混沌序列按2位一组选择对应的DNA编码规则，而且在DNA解码时，利用已有混沌序列，对加密后DNA矩阵中每一个DNA基元(A、C、T、G)动态选择对应的DNA解码规则，有效地提高DNA编解码规则的随机性.仿真实验和安全性分析证实算法可以提高图像加密的安全性.

  2025年05期 v.55 580-589页 [查看摘要][在线阅读][下载 1583K]
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• 面向安全手套佩戴检测的轻量化YOLOv8n-SG算法

  周科宇;李军;邹军;曾文炳;

  正确佩戴安全手套可以有效保证作业人员的生命安全，针对现有的安全手套检测算法参数大、模型复杂度较高、计算量大和难以部署在边缘设备上等问题，提出一种改进YOLOv8n的轻量化安全手套佩戴检测算法YOLOv8n-SG(Safety Gloves).首先，使用EfficientNetv2重新构建YOLOv8n的主干网络，降低模型计算量与体积；之后，在YOLOv8n的Neck网络中设计一种全新的C2fGhost模块，并使用GhostConv代替Conv,减少特征通道融合过程中的浮点运算量，进一步降低了模型的复杂度，并提升了模型的检测性能；最后，提出SIOU损失函数，提高模型高质量anchor的贡献，解决了YOLOv8n中CIOU Loss计算回归结果不准确的问题.实验结果表明：在Safety Gloves数据集上，YOLOv8n-SG与YOLOv8n相比mAP0.5和精确率分别提高了0.6%和1%,参数量减小34.9%,计算量减小70.3%,模型减小了30.6%.通过与其他主流目标检测算法比较，验证了该方法的有效性和优越性，综合说明改进后算法在保持高精度检测效果的情况下，满足边缘设备要求，具有实际应用价值.

  2025年05期 v.55 590-599页 [查看摘要][在线阅读][下载 1456K]
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建筑环境与结构

• 黄原胶改良粉砂土耐久性研究

  袁玉卿;陈军阳;刘艳杰;周柄岑;徐豪;

  为研究冻融、干湿作用下黄原胶改良粉砂土的耐久性能，对不同黄原胶掺量的粉砂土进行击实试验、冻融循环试验、干湿循环试验和无侧限抗压强度试验.结果表明：黄原胶掺量从0%增至2%,改良土最大干密度逐渐降低，最佳含水率逐渐增大；经冻融、干湿循环作用改良土强度劣化衰减；同一循环次数下，随黄原胶掺量的增加，改良土无侧限抗压强度逐渐增大，强度衰减率逐渐降低；经10次冻融或7次干湿循环后，黄原胶掺量为1.5%的改良土无侧限抗压强度分别为271和270 kPa,强度衰减率分别为20.5%和15.9%,相同工况下与素土相比无侧限抗压强度分别提升150.93%和229.27%,强度衰减率降幅分别为22.64%和53.78%;当掺量大于1.5%时，改良土力学及耐久性能增幅减缓.研究表明：黄原胶的掺入可以提高粉砂土的力学性能，减缓因冻融、干湿循环作用引起的强度衰减.综合考虑，黄原胶掺量为1.5%时改良效果最优.

  2025年05期 v.55 600-609页 [查看摘要][在线阅读][下载 1930K]
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• 基于有限状态机的单轴非线性材料本构模型开发

  董正方;毛梦玉;李浩杰;金德印;

  针对单轴非线性本构模型在有限元软件开发中代码的繁琐性问题，提出一种基于有限状态机的本构模型程序实现方法.首先详细介绍了经典材料本构模型的加卸载路径及其特点，以及有限状态机的基本原理，建立了有限状态机与本构模型间的联系.然后通过介绍传统编程方法的弊端，引入了有限状态机方法，并以双线性模型为例，提出有限状态机实现本构模型的方法以及具体的编程实现.继而将有限状态机方法与传统的编程方法从编程效率、可读性以及运行速率3个方面对比，验证所提方法的可行性.最终通过案例计算，对比了OpenSees程序与自编程序的结果，两者模拟结果完全吻合.结果表明，基于有限状态机原理实现的单轴非线性材料本构模型能够准确高效的模拟材料的本构关系.

  2025年05期 v.55 610-619页 [查看摘要][在线阅读][下载 1134K]
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• 薄基岩上覆裂隙黏土力学特性试验研究

  吴禄源;王琦文;白海波;候意成;李海斌;

  薄基岩上覆黏土层是阻隔地表水与浅层地下水的关键结构，采动作用下上覆黏土层破坏易形成导水裂隙通道，对矿井开采造成极大安全隐患.因此，通过对小常煤矿30225工作面上覆黏土层进行钻孔取样，制取裂隙性黏土试样，通过三轴压缩试验，探究裂隙倾角、裂隙延伸度以及围压对试样力学特性的影响.试验结果表明：裂隙黏土体力学参数与裂隙倾角呈二次函数分布，与裂隙延伸度呈线性函数分布，通过拟合公式近似计算裂隙试样峰值偏应力.相同裂隙延伸度与围压下，随裂隙倾角的增大，峰值偏应力整体呈现先增大后降低再增大的“N”型变化特征.此外，裂隙性黏土试样破裂形态主要有滑移-压裂复合破坏、压剪破坏、滑移破坏和压裂破坏4种类型，其破坏模式受裂隙倾角影响较大.通过影响因子分析，裂隙倾角对试样峰值偏应力影响最大，围压次之，裂隙延伸度影响最小.本研究结果有助于了解裂隙性黏土的力学行为特性和破裂机制，为煤层开采过程中保水开采和隔水层的稳定性提供参考.

  2025年05期 v.55 620-630页 [查看摘要][在线阅读][下载 2117K]
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