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期刊信息/Journal information
科学技术与工程
科学技术与工程

明廷华

旬刊

1671-1815

ste@periodicals.net.cn

010-62103284

100081

北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。
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    基于遥感影像的重要地物的变化检测和标注

    樊华王文旭孙杰李晓阳...
    3586-3595页
    查看更多>>摘要：破坏性灾害会造成巨大危害和损失,灾后一定时间内由于信息匮乏,使得对了解灾情和救灾都极为不利.为了及时获取灾区建筑物、道路、桥梁、水库等重要地物的倒塌和毁坏信息,给出了一种可自动识别和标注灾害前后遥感图像差异区域的方法.首先对时序遥感影像通过三维块匹配(block matching 3D,BM3D)方法去除高斯噪声,然后利用尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)方法进行图像配准,通过对差分图像采用Wv_Canny边缘检测方法获得差异区域重要地物的边缘信息,最后识别并标注出发生变化的重要地物,真实遥感图像实验结果按建筑物变化面积比较,正确率78％～79％,误检率21％～22％,无漏检率.仿真试验和实际遥感影像处理表明:所研究方法可有效识别和标注建筑物等重要地物的差异区,有利于灾后破坏性地物的及时了解和救助工作.

    BM3D去噪图像配准边缘检测图像差分变化检测

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    基于改进卷积神经网络的中药饮片图像识别

    李玥辰赵晓王若男杨晨...
    3596-3604页
    查看更多>>摘要：为解决AlexNet网络模型在中药饮片图像识别中存在的识别准确率和鲁棒性不够理想的问题,以常见的50种中药饮片为研究对象,对AlexNet网络模型进行改进优化.首先通过拍摄以及搜索引擎获取中药饮片图像,并对图像进行数据扩充以及细节增强预处理.其次对AlexNet网络模型进行优化改进,通过缩减原网络的卷积核个数和卷积核大小、使用全局平均池化(global average pooling,GAP)替代全连接层以减少网络参数;去除局部响应归一化(local response normalization,LRN)层、引入批量归一化(batch normalization,BN)层和使用Lion优化算法替代随机梯度下降(stochastic gradient descent,SGD)优化算法以提高网络训练速度;使用Mish激活函数替代ReLU激活函数和引入通道注意力机制SENet网络以提高模型的识别精度.实验结果表明,改进后的网络模型相比于AlexNet网络模型,平均识别率提高了 6.1％,平均损失率下降了 14.4％,网络参数由原来的60 M缩减至1 M,该结果表明在中药饮片数据集上,改进后的网络模型具有更高的识别率和更好的鲁棒性,可为中药饮片图像识别领域的进一步发展提供有力支持.

    AlexNet网络中药饮片全局平均池化Lion优化算法Mish激活函数SENet网络

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    基于生物信息学和机器学习探究溃疡性结肠炎能量代谢关键基因及其潜在机制

    李微李春梦刘青松张怡...
    3605-3622页
    查看更多>>摘要：为鉴定溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)中与能量代谢相关的关键基因,通过从GSE87466数据集中提取能量代谢相关基因的表达量并进行差异分析后对其进行富集分析,使用最小绝对收缩和选择算子(the least absolute shrinkage and se-lection operator,LASSO)算法和支持向量机器-递归特征消除(support vector machine-recursive feature elimination,SVM-RFE)算法识别UC能量代谢关键基因,对关键基因进行富集分析、免疫浸润分析、关键基因靶向药物预测和构建ceRNA网络,最后用GSE75214作为验证集对关键基因的表达进行验证.结果表明:共筛选出32个与能量代谢相关基因,通过LASSO和SVM算法鉴定出5个关键基因(SLC16A1、ACSF2、NR1H4、CHST11和CBR3).单基因富集结果显示关键基因通过糖酵解/葡萄糖新生、丁酸代谢、丙酮酸代谢等途径参与UC的发生发展.验证集GSE75214对关键基因进行验证发现表达均具有差异.为从能量代谢角度治疗溃疡性结肠炎提供了新的思路和方向.

    溃疡性结肠炎能量代谢生物信息学机器学习关键基因

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    基于气质联用技术的猴头菇多糖抗疲劳代谢组学

    任卓妍肖炳坤缪潇瑶李志恒...
    3623-3631页
    查看更多>>摘要：猴头菇为珍贵的药食两用大型真菌,有抗炎、抗肿瘤、增加免疫力等功效.应用气相色谱-质谱联用(gas chromatogra-phy-mass spectrometer,GC-MS)代谢组学方法考察猴头菇多糖对大鼠负重力竭游泳模型的抗疲劳作用及作用机制.将大鼠随机分为6组(空白组、模型组、猴头菇多糖低、中、高3个剂量实验组、阳性对照组),每组6只,连续灌胃21 d;通过测量各组大鼠体重、比较大鼠力竭游泳时间、分析大鼠血清5-HT含量、比较大鼠外周血血象及胸脾指数等实验指标来评估猴头菇多糖对大鼠疲劳的缓解程度;采用GC-MS技术分析各组大鼠血清中代谢物,并进行多元统计分析获取差异性代谢物信息,构建代谢通路并阐述抗疲劳作用机制.结果表明:猴头菇多糖高剂量组的大鼠负重力竭游泳时间显著长于模型组;猴头菇多糖低、中、高剂量组大鼠代谢轮廓趋近于空白组,表现出一定抗疲劳作用.获得了 24个差异性代谢物与负重力竭游泳模型有关,涉及的3条主要代谢通路为:亚油酸代谢、甘油代谢及苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸合成.推测猴头菇多糖可能通过调节脂质代谢以及氨基酸代谢对负重力竭游泳模型大鼠发挥抗疲劳作用.

    猴头菇多糖抗疲劳气相色谱-质谱联用(GC-MS)代谢组学

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    复方蒙药广枣-肉豆蔻片的制备与质量控制

    孔伟浩孙帅陆禹河徐达峰...
    3632-3637页
    查看更多>>摘要：研究了广枣-肉豆蔻片的制备过程并对其质量进行控制.基于《中国药典》(2020年版)片剂项要求,考察片剂的外观性状、硬度、崩解时限、重量差异及脆碎度;采用高效液相色谱法测定广枣-肉豆蔻片中4种抗氧化成分的含量.结果表明,片剂外表光滑,色泽均匀,硬度值处于30～40 N,崩解时限控制在10 min内,脆碎度小于1％;槲皮素、原儿茶酸、甲基丁香酚、肉豆蔻醚分别在 0.16～0.8 μg/mL(r=0.999)、4～20 μg/mL(r=0.999)、8～40 μg/mL(r=0.999)、100～500 μg/mL(r=0.999)内呈良好的线性关系,平均回收率分别为99.3％、101.6％、100.3％、99.3％.且方法学验证项下精密度、稳定性和重复性试验的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)数值均未超过2％.该含量测定方法操作简便、专属性强、结果准确可靠,可为复方蒙药广枣-肉豆蔻片的质量标准提供参考.

    蒙药广枣-肉豆蔻片质量高效液相色谱

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    黑龙江大宗作物估产模型:以水稻、大豆、玉米为例

    杨子毅朱秀芳代佳佳姬忠林...
    3638-3645页
    查看更多>>摘要：建立黑龙江省的大宗作物的估产模型,对于及时掌握该省的农情有积极作用,同时可以为其他区域的估产建模提供方法参考.首先计算了趋势单产、农业气候指标、遥感类指标、种植波动指标.然后,针对3种作物(大豆、玉米、水稻)进行估产分区,在各分区内联合使用随机森林和留一法筛选建模变量.最后,统计基于留一法建立的所有模型的平均绝对相对精度(mean absolute relative precision,MARE)的最大值、最小值、均值和均方根误差,以此来反映最终建模的精度和稳定性.结果表明:针对大豆、水稻和玉米,黑龙江分别被分成了 3、3和4个估产子区;变量筛选的结果显示趋势单产的重要性＞归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)距平的重要性＞积温距平的重要性＞Z指数的重要性;除玉米1区以外,针对3种作物建立的模型的最终MARE均小于10％,且所有模型的MARE的方差均小于0.05％.所建模型能够准确预测不同农业气候状况下的作物单产,可以为精细化筛选变量进行估产建模提供方法参考.

    估产随机森林估产分区留一法大宗作物

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    基于长短时记忆神经网络的抽油机井故障智能预警

    褚浩元张傲雪李情霞黄晓东...
    3646-3653页
    查看更多>>摘要：准确预测抽油机井故障对油田生产具有重要意义.针对新疆油田某区块抽油机井故障情况,统计了 500 口油井的生产数据,明确了结垢、结蜡、杆管腐蚀、杆管疲劳、杆管偏磨5种引发抽油机井故障的主要因素;基于长短时记忆神经网络(long short-term memory networks,LSTM),构建了油井故障智能预警模型;筛选出影响油井故障的14种特征参数进行小波降噪处理,借助自适应矩估计算法对模型进行训练与测试.研究结果表明,模型预测准确率为96.81％,能够为油田提供较为准确的抽油机井故障预警信息.

    故障预测LSTM小波降噪神经网络抽油机井

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    大位移井岩屑床厚度预测模型与现场应用:以CH1-1-XX井钻井为例

    吴文兵刘涛谢伦张勇...
    3654-3662页
    查看更多>>摘要：大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效.现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,无法提供更准确的现场指导.为探究大位移井非标准圆球状岩屑运移规律,通过可视化岩屑运移实验与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟结合的方法,建立了 一套大位移井岩屑床厚度预测经验模型,并在CH1-1-XX井开展了现场应用,对不同开次下的钻进参数进行了优化,取得了良好效果.结果表明:利用模型预测岩屑床厚度并进行钻进工艺参数优化后,一开与二开钻井时最高岩屑床厚度分别为40.6 mm和33.9 mm,均低于同井深处的岩屑床厚度安全线,表明井眼清洁程度高,无憋卡风险.建立的岩屑床厚度预测经验模型对提高大位移井井眼净化效率,保障大位移井安全高效钻进具有重要意义.

    大位移井岩屑床厚度可视化实验数值模拟钻进参数优化

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    琼东南盆地所在区块系列井钻井液侵入损害综合分析及优化

    张耀元蒋官澄马双政宜镜天...
    3663-3674页
    查看更多>>摘要：琼东南盆地属于中孔低渗储层,储层易发生水化、水锁等伤害.当前区块系列井所用深水钻井液侵入损害类型、机理不明,且传统的钻井液伤害评价方法误差大,不能直观地量化损害程度.因此设计了以钻井液污染实验、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析、计算机断层扫描(computed tomography,CT)结合的方式分析钻井液固相以及液相侵入损害储层的方法.结果表明,深水钻井液与地层水配伍性良好,储层水锁损害率处于19.8％～31.4％,液相侵入损害主要为水锁损害;岩心SEM扫描结果显示其孔隙连通性差,EDS测试结果中Ba2+、Ca2+含量较高,分析固相侵入损害主要由加重剂引起,且蒸馏水返排后岩心CT扫描结果显示孔隙度微幅上升表明固相堵塞很难通过自然返排的方式清除.于是通过研发降滤失剂和优选加重剂粒径配比的手段优化深水钻井液储层保护性能.根据理想充填理论,确定最佳配比为1 000目CaCO3、600目CaCO3和200目CaCO3的比例为5:11:9.优化后体系滤失量显著降低,固相颗粒中径在90 μm左右,滤饼致密程度明显提高;渗透率恢复值提高12.1％～19.68％,对该区块钻井液储层保护性能优化具有指导意义.

    储层损害CT扫描钻完井水基钻井液规律与程度

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    考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法

    蔺小博黄杰袁征陈凌皓...
    3675-3682页
    查看更多>>摘要：南海东部主要为疏松砂岩储层,含蜡量大,出砂严重,常采用压裂充填技术作为增产防砂一体化措施.支撑剂嵌入以及地层砂运移会对裂缝导流能力产生较大的影响,但现有裂缝设计方法没有考虑这些影响.针对这一问题,提出一种考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法,通过数值迭代求解,对裂缝几何参数进行优化设计.通过南海东部某口井实例计算发现,设定支撑剂体积为20～30 m3,传统支撑剂指数法优化的裂缝宽度为2.2～2.7 cm,裂缝长度为18.0～22.0 m;考虑微粒运移和支撑剂嵌入时,新方法优化的裂缝宽度为3.5～4.2 cm,优化的裂缝长度为11.6～14.2 m.地层砂运移和支撑剂嵌入程度越深,优化的裂缝长度有所下降,优化的裂缝宽度有所增加.新方法考虑地层砂运移、支撑剂嵌入的影响,对储层的压裂充填工艺参数设计具有一定的指导意义.

    疏松砂岩压裂充填支撑剂指数法支撑剂嵌入地层砂运移

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