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基于CNN-LSTM融合网络的深度强化学习多无人机自主避碰
梁成庆;李蕾;刘磊针对复杂环境下的多无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）自主避碰问题，采用近端策略优化（proximal policy optimization,PPO）算法对多无人机协同避碰策略展开研究。首先，为解决多无人机避碰过程中协同性差问题，通过引入长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）构建记忆功能，设计了带有卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）和LSTM网络的CNN-LSTM融合网络。该融合网络充分利用了CNN网络在特征提取方面的能力和LSTM网络在处理序列数据方面的优势，提高了无人机决策的稳健性。其次，基于人工势场奖励塑形技术设计了新颖的奖励函数。通过设计一个主线奖励与若干辅助奖励，有效避免了奖励稀疏化。主线奖励用于引导无人机朝着预定目标运动；辅助奖励鼓励无人机采取更加灵活和稳健的动作，从而在复杂环境中实现更有效的自主避碰。最后，通过开展多组对比实验与高密度无人机环境下鲁棒性测试，结果表明所提算法在奖励回报和避碰成功率方面均展现出显著优势，具备良好的环境适应性。
基于多属性决策的双k-匿名位置隐私保护策略
陈雪祺;章静;林雨薇;黄一睿;廖华雄基于位置的隐私保护日益重要，k-匿名技术是保护位置隐私的有效方法之一。大多数现有方案根据位置的单一属性生成匿名集，攻击者很容易根据背景知识推断出匿名集中的真实位置。为了解决这个问题，提出一种基于多属性决策的双k-匿名位置隐私保护策略（dual k-anonymous location privacy-preserving scheme with multi-attribute decision-making,DKMD），来解决基于位置的服务（location-based services,LBS）场景中的隐私问题。首先，提出一个边缘缓存策略来提高数据访问效率，减少第三方匿名器的隐私威胁；其次，设计双k-匿名策略，在用户向边缘缓存器或边缘缓存器向LBS服务器发起查询之前，都生成一个匿名集以防止用户位置被识别，并在边缘缓存器向LBS服务器发起查询前，采用多属性决策生成一个边缘匿名集，从而进一步提高匿名集的安全性；最后，通过在真实轨迹数据集上的对比实验，测试位置熵、位置分散度、缓存效率与运算时间等性能指标。实验结果表明：DKMD能够在保护用户位置隐私的同时，提高整个系统的数据传输速率。
基于引力模型的江苏省共同富裕发展水平网络分析
李文德;曹海燕基于熵值法，从经济发展、社会公平、教育文化、生态环境及社会保障5个维度重构江苏省共同富裕发展水平的评价指标体系，详细阐述江苏省各地级市共同富裕发展水平的时空演变格局；将引力模型引入共同富裕研究中，实证剖析2018—2022年江苏省各地级市间共同富裕发展水平的引力强度和辐射能力；将复杂网络的中心性特征与引力模型相结合，精准识别共同富裕网络结构中的重要节点城市。结果表明：江苏省共同富裕发展水平总体上稍有下降，存在较为显著的区域发展差异；各地级市间共同富裕发展水平的辐射能力处于高水平的城市相对较少，并且不同区域之间构成了有差别的共同富裕发展水平辐射能力网络格局，各区域内部城市的共同富裕发展水平辐射能力普遍高于其与外部区域城市的共同富裕发展水平辐射能力，表明全省共同富裕发展水平的辐射与带动作用还有较大的提升空间；常州市、扬州市、南京市及淮安市在引力模型下的各项中心性指标普遍较高，具有显著的辐射和连接作用，表明这些城市对全省的共同富裕发展水平的整体提升有着至关重要的地位。该项工作为共同富裕研究提供了新的定量分析视角，有助于更深入地理解共同富裕的协作与辐射机制。
基于SVR-SSA组合模型的水下桩基混凝土耐久性研究
康峰沂;杜仲宝;陈志明;钱光耀;祁浩东针对水位变动区水下桩基混凝土因氯离子侵蚀致耐久性劣化的寿命预测问题，传统基于Fick定律的方法因假设理想化、难以涵盖复杂因素而存在局限性。本文提出采用支持向量回归（support vector regression,SVR）与樽海鞘算法（salp swarm algorithm,SSA）结合的SVR-SSA组合模型，实现氯盐环境下该场景混凝土寿命精准预测。以南通市滨江临海水域实测样本数据为基础，构建模型并开展训练与预测实验，并将本文模型与单一SVR模型、SVR和飞蛾扑火算法组合模型对比。结果表明，SVR-SSA模型预测精度显著更优，平均均方误差低至0.145，精度较其他模型最少提升95.87%，标准偏差为0.056。均方误差与标准偏差的综合表现，证实该方法在水位变动区小样本场景下，可为水下桩基混凝土耐久性研究提供有效支撑。
尿素合成的电催化碳氮偶联机理及催化剂设计策略
马春阳;周海燕;宦云飞;刘思鸶;晏成林尿素作为重要氮肥，广泛应用于农业和化工，但传统工业合成能耗高、碳排放量大，对环境压力显著。为实现低能耗、环保的尿素合成，电催化碳氮偶联反应成为研究热点。然而，该过程面临反应物吸附缓慢、竞争副反应显著、多步路径复杂等挑战，导致尿素产率和选择性受限。高效催化剂的开发是突破关键：催化剂的结构和成分直接影响反应物的吸附、活化及转化效率，同时决定反应体系的稳定性和能耗。本文从碳氮偶联机理出发，概述基于不同碳源和氮源的反应机制，重点探讨杂原子掺杂、空位工程、晶面调控、原子尺度调控、合金化及异质结构构建等催化剂优化策略，并总结最新研究进展，为提升电催化性能提供技术参考。此外，本文分析了电催化剂工业化应用的挑战，包括催化剂稳定性、反应条件优化及成本控制，提出未来研究方向，以支持清洁尿素生产，助力碳中和与人工氮循环目标的实现。
纤维素纳米晶/聚乙二醇湿敏变色薄膜的制备及性能
范松柏;吴玉婷;潘志娟;纤维素纳米晶（CNC）作为一种可再生纳米材料，凭借其高比表面积、丰富的羟基活性位点及可调控的吸湿特性，在湿度传感领域展现出独特优势。本研究采用硫酸水解法制备CNC，并通过自组装的方式制备CNC薄膜，系统探究了水解时间、自组装温度条件及超声处理参数对CNC产率及其形貌与结构的影响。为进一步提升和改善薄膜的湿度响应性和力学性能，引入不同比例的聚乙二醇（PEG）制备了CNC/PEG复合薄膜，利用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射表征其化学结构与结晶行为，探究了CNC/PEG薄膜的力学性能及湿敏变色性能。结果表明，当水解时间为60 min时CNC产率最高可达19.8%，优化超声处理（功率120 W，时间7 min）可有效提升CNC的分散性能，改善CNC薄膜的湿敏变色效果；当PEG添加量为40%时，CNC/PEG复合薄膜的拉伸强度达16.2 MPa，湿度响应灵敏。该研究为基于天然高分子的绿色湿度传感器开发提供了理论依据与技术参考。
基于DEHMA的熔喷材料抗菌改性及性能研究
朱霞;曾倩茹;管可汗;徐海波;陈光富;张海峰;为解决熔喷空气过滤材料捕获有害微生物后仍存在二次污染风险的问题，本研究以聚丙烯（PP）熔喷材料为基材，通过化学接枝法先后将季铵盐类抗菌剂2-二甲基-2-十六烷基-1-甲基丙烯氧乙基溴化铵（DEHMA）、丙烯酸（AA）及银离子整理到其表面，制备了PP-DEHMA-AA与PP-DEHMA-AA-Ag两种抗菌材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段证实了DEHMA与银离子的成功接枝。表征结果显示：接枝改性后，材料表面形貌出现明显颗粒，且EDS谱图中发现了DEHMA特有的Br元素及Ag元素。然而，该改性过程并未显著改变PP熔喷材料的晶体结构，其特征衍射峰仍保持在14.1°、17.9°和22.0°处。抗菌性能测试表明，改性材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有优异的抗菌效果，其中PP-DEHMA-AA对两种细菌的抗菌率分别为98.95%和99.15%；PP-DEHMA-AA-Ag的抗菌率进一步提升至99.43%和99.69%，且对金黄色葡萄球菌显示出更快的杀菌速率。这种增强效应归因于DEHMA的阳离子特性与银离子的多重抗菌机制的协同作用：DEHMA通过静电作用破坏细菌细胞膜结构，而银离子能够渗透细胞内部，破坏酶活性。本研究为开发高效抗菌空气过滤材料提供了可行路径。
片状羰基铁聚酯纤维增强复合材料制备及吸波性能研究
金欣怡;郭楠楠;冯进刚;何恒鑫;朱立成;庞添文;顾闻彦;片状羰基铁(Flake carbonyl iron powder， CIP)是一种典型的磁性损耗型吸波剂，但是其高密度的特点影响了材料的应用。本文将其与涤纶纤维材料(polyester， PET)复合，制备并考查了这种纤维吸波复合材料(CIP/PET/PU)的性能。首先，将两种不同尺寸的CIP，分别以不同浓度分散到水性聚氨酯(Waterborne polyurethane， PU)溶液中形成浸渍液；其次，将纤维材料没入浸渍液中，得到CIP/PET/PU。通过对CIP/PET/PU的微观形貌、吸波性能和力学性能的测试分析，发现在CIP/PET/PU正面和反面的微观形貌存在差异，横截面中CIP呈现从反面密集到正面稀疏的梯度分布特征，且尺寸较大的CIP更容易在材料反面形成致密的结构。CIP/PET/PU反面吸波性能显著优于正面，在采用较大尺寸CIP且m(CIP):m(PU)为1.5时，CIP/PET/PU在18 GHz处达到最低反射损耗-25 dB，即使在m(CIP):m(PU)为1.5×10-1的低填充量下仍存在有效吸收。CIP/PET/PU与未添加CIP的复合材料力学性能相比，呈现出不同的变化规律。尺寸较小的CIP在m(CIP): m(PU)为1.5×10-2时，形成的CIP/PET/PU的力学性能与未添加CIP的略高或者接近；而当CIP尺寸较大且m(CIP):m(PU)为1.5时，CIP/PET/PU的力学性能略优于未添加CIP的复合材料，而其他样品都显示出较差的力学性能。
自适应吸附磁轮系统优化设计研究 Study on Optimal Design of Adaptive Adsorption Magnetic Wheel System
周硕;李露;针对磁吸附爬壁机器人壁面适应性弱、越障能力不足的问题，提出一种内置可旋转永磁体阵列的自适应吸附磁轮系统。该系统通过可动联轴器结构，实现了自适应与主动调节两种吸附模式，可自主通过外直角壁面并主动完成内直角过渡。该系统采用模块化设计理念，可扩展出多种构型，适应多样化作业任务。基于静磁场理论，对比了三种永磁体阵列的充磁方案，确定Halbach阵列具有最优磁场性能。进一步以永磁体数量与圆弧度数为变量进行参数化优化，最终优选由5块永磁体构成、圆弧度为95°的阵列。样机测试表明，该系统在平直、内直角及外直角壁面的吸附力分别达56、34.3与29.5 N，与仿真结果一致。基于该系统构建的两轮机器人平稳实现内外直角壁面过渡，并在钢梁桥巡检中得到实际验证，证明了该系统的有效性与工程实用性。
基于改进海鸥算法的综合能源系统经济优化
屈玥含;李媛;刘晓琳;徐志凡;面对不可再生能源日益枯竭和环境持续恶化的双重压力，能源行业的紧张局势不断升级，提高综合能源系统的能源利用率尤为重要。为应对多个能源设备间复杂的耦合关系带来的挑战，本文构建了一种集成电、热、气、冷四种能源形式的综合能源系统模型，该模型充分考虑了功率平衡、供能设备以及储能设备等多重因素，使用加权和方法构建以系统总成本最小化为目标函数。针对优化问题的复杂性，提出了一种改进海鸥优化算法用于求解目标函数，算法主要通过引入Logistic-Tent混沌映射初始化海鸥种群，以增强初始解的均匀性；在并行搜索阶段融合莱维飞行策略，避免陷入局部最优；采用Sigmoid函数动态更新收敛因子B，在迭代过程中自适应协调全局探索与局部开发能力，提升算法搜索效率。为验证所提模型与算法的有效性，进行了仿真实验，结果表明，基于改进海鸥优化算法的综合能源系统调度模型可以提供更为经济的运行方案，相较于传统海鸥算法优化的模型，系统综合总成本降低了8.66%，执行效率提高了60.13%。
增量式PID控制在温控系统中的应用
严晓照;张兴国;温度的控制在科学实验和工业过程中极为普遍,具有典型的意义,而温控系统通常是时变的、非线性的、具有纯滞后的复杂大惯性系统,控制效果与采用的控制算法有很大的关系.针对这一问题,在温度控制实验系统中,设计了一种增量式PID控制算法实现了对温度的控制.通过实验表明,该算法的控制效果要优于传统的PID控制算法,对于工程实际应用具有较强的借鉴作用.
印染废水处理技术的研究与进展
景晓辉,尤克非,丁欣宇,蔡再生文章系统综述了国内外印染废水处理技术研究与进展,特别是近年来出现地一些新技术,如膜分离技术、超声波技术、高能物理法、电催化氧化技术和光催化氧化技术;探讨了印染废水处理的发展趋势。
ANSYS在钢筋混凝土梁有限元中的应用
王亚萍,陈建平,陈五洲文章结合钢筋混凝土材料的特殊性,利用大型有限元计算软件ANSYS计算受弯构件梁的变形及其正截面应力应变。最后将有限元计算的结果(裂缝开展深度、钢筋应力、混凝土应力)与精确解比较,分析误差存在的原因及改进的方法和措施。
增量式PID控制在温控系统中的应用
严晓照;张兴国;温度的控制在科学实验和工业过程中极为普遍,具有典型的意义,而温控系统通常是时变的、非线性的、具有纯滞后的复杂大惯性系统,控制效果与采用的控制算法有很大的关系.针对这一问题,在温度控制实验系统中,设计了一种增量式PID控制算法实现了对温度的控制.通过实验表明,该算法的控制效果要优于传统的PID控制算法,对于工程实际应用具有较强的借鉴作用.
碳纳米材料的功能化及其储能应用
李奇;秦天;葛存旺;在过去的几十年里，功能碳纳米材料（functional carbon nanomaterials,FCMs）由于其优异的理化性质，如超高电导率和质量传输速率、丰富的活性位点、良好的化学稳定性和机械强度，引起了材料科学界的广泛关注。基于FCMs所带来的各向异性和协同效应以及纳米尺度上的小尺寸效应，这些FCMs在锂离子电池、锂硫电池、燃料电池、有机太阳能电池和超级电容器等能源领域表现出巨大的应用价值。这篇综述全面总结了近5年来碳纳米材料的功能化策略，并详细介绍了FCMs在能源存储与转化器件中的应用。最后，根据科学研究的发展趋势，探讨了FCMs所面临的紧迫挑战和未来的研究方向。
生物炭制备方法及其在环境污染治理中的应用研究
汪佳玥;凌茜;张雲豪;王芯羽;林佳琪;张伟涛;刘志欣;王祥科生物炭是一种原材料易获取、制备成本低的环境友好多孔材料。由于其比表面积大且含有丰富的表面功能基团，在环境污染治理和污染修复等方面具有广泛的应用前景。介绍了生物炭的制备技术和工艺，分析对比了不同制备条件对制备的生物炭性质和性能影响，综述了生物炭对环境中不同污染物的吸附固定和催化降解效果和原理。生物炭对重金属具有非常强的吸附络合能力，并且对高价态金属离子具有还原固定作用，通过吸附-还原-固定的模式，可以将重金属离子固定在生物炭上。对有机污染物的吸附主要由表面络合、氢键和π-π共价作用，生物炭及其复合材料在光照条件下能够光催化降解有机污染物。文章就生物炭对废水和土壤中重金属的吸附固定和有机污染物消减等方面的效果和应用进行了归纳总结，进一步从分子层面研究和讨论了生物炭应用于污染物去除方面的进展，为废水处理和土壤修复提供数据和理论支持，对降低污染物在环境中的迁移转化，减轻环境污染风险，具有重要的科学意义。
质子交换膜电解水制氢系统建模与仿真
王辉东;姚海燕;郭强;夏红军质子交换膜（proton exchange membrane,PEM）电解水制氢技术将电能转化为化学能和热能，是一种绿色的制氢方式，具有响应速度快、电流密度高、结构紧凑等优点。对于质子交换膜电解水制氢系统建模，现有文献中鲜有整体描述电解槽电压、电流变化及系统各组件温度动态的集总参数模型。文章根据电化学基本原理及热力学定律，建立了PEM电解槽电压稳态模型和系统的温度动态模型，基于MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析，将仿真结果与实验数据进行了对比，其中电压误差不超过0.02 V，温度误差不超过1.6 K，验证了模型的有效性，且所建立的模型能够描述和预测系统参数的变化，为系统设计及控制优化提供支撑。根据PEM电解槽的效率模型和仿真结果，分析了不同温度、压强对电解槽性能的影响，结果表明升高温度、降低压强能提高电解槽效率，其中温度是影响电解槽效率的主要因素。在搭建的仿真模型基础上，使用前馈PID控制器进行了温度控制，其中温度超调不超过0.6 K，调节时间在400 s以内，并与传统PID控制器进行了对比，结果表明前馈PID控制器具有超调小、响应速度快的优点。
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期刊动态
期刊信息
期刊名称：南通大学学报（自然科学版）
创办日期：2002年
主管部门：江苏省教育厅
主办单位：南通大学
刊 期： 季刊
电 话：0513-85012868
Email：xbzkb@ntu.edu.cn
标准刊号：CN 32-1755/N
ISSN 1673-2340
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