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湖南大学学报·自然科学版

湖南大学学报·自然科学版

2025年12期

本刊是由教育部主管、湖南大学主办的综性学术理论刊物，面向国内外公开出版发行。主要报道湖南大学自然科学领域最新研究成果，也适当发表国内外同行专家的优秀学术论文。

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机械工程 | 需求响应公交多车型混合运营调度

机械工程 | 需求响应公交多车型混合运营调度

摘要：需求响应公交多采用包车、拼车模式运营，然而，面对时变道路信息，单一运营模式将影响运营效率.为最大化利用车辆资源，提出一种在有限公交资源和多种运营模式下的灵活调度与车队配置方法.首先，基于包车、拼车模式特点，结合新型点对点拼车模式和异质车队特性，统筹考虑包车、拼车、点对点拼车三种运营模式，通过设计双层时间窗，以最大化运营效益为目标，构建多车型混合运营调度模型.其次，改进自适应大邻域搜索的启发式算法，通过优化邻域搜索操作，提高求解质量.最后，基于武汉市真实路网数据和居民出行数据进行仿真试验.结果表明，本文提出的多车型混合运营模型对比包车、拼车模型，在车队规模达到100辆时，运营收益分别提升 9%.7% ，订单响应率提升 10%.6% ，乘客平均等待时间下降 30%25% ，综合提升了运营商和乘客的效益．
机械工程 | 基于汽车内电磁剂量安全仿真的人体数字模型研究

机械工程 | 基于汽车内电磁剂量安全仿真的人体数字模型研究

摘要：针对人体数字模型准确度不足，导致汽车内人体电磁剂量安全仿真计算结果误差较大的问题，本文从三个维度提出提升人体数字模型准确度的策略.首先，采用优于传统简化自建模型的高分辨率医学成像人体数字模型；然后，考虑生物组织介电参数随频率变化的色散特性，通过MATLAB将国外不同学者测量的生物组织(以肝和各向异性的肌肉为例）介电参数进行数据对比，对国内外文献数据进行比较，验证测量数据的准确性；最后，引入基于尽可能刚性的平滑旋转增强（smoothed rotation enhanced of as-rigid-as-possible，SR-ARAP)算法，将人体数字模型的直立姿态形变为坐姿姿态，将该坐姿与某型汽车座椅的实际参数进行匹配.结果表明，医学成像人体数字模型的各个器官组织分辨率高，50分位模型单元数量在210万左右；不同学者测量的生物组织介电参数数据在中间频段的吻合度好，在低频段和高频段的一致性不佳;相较于传统的尽可能刚性（as-rigid-as-possible，ARAP）算法，SR-ARAP算法改善了腘窝形成的塌陷，SR-ARAP算法坐姿形变模型腿部主要组织的体积变化大多低于ARAP算法的 50% ，具有形变失真度低的优点．
机械工程 | 列车交会速度对升力翼高速列车气动性能影响

机械工程 | 列车交会速度对升力翼高速列车气动性能影响

摘要：为探究升力翼高速列车在交会时的气动性能，以三车编组某型CRH高速列车模型为研究对象，通过研究不同的列车交会速度，探讨其对升力翼高速列车相关气动性能的影响规律.研究结果表明：行驶方向的第一个翼受到的升力较大，交会侧升力较易受到干扰；随着速度增加，升力翼装置产生的升力也增加，但其增幅会降低；中间车较头车和尾车受到的侧向力影响较小；随着行驶速度的提升，列车所受到的最大侧向力会逐渐增大，但增幅会有所降低；相较于非交会侧，交会侧明显受到更强的轨侧压力；随着离交会中心线距离的增大，压力变化逐渐减小，但整体变化趋势保持一致，呈现“正-负-负-正"的整体趋势.
机械工程 | 正丁醇化学反应动力学简化机理的构建研究

机械工程 | 正丁醇化学反应动力学简化机理的构建研究

摘要：利用CHEMKINPRO气相化学反应动力学分析程序，对正丁醇详细化学反应动力学机理的基本反应链进行数值分析，找出正丁醇燃料在低温反应阶段和高温反应阶段所涉及的主要反应路径和中间产物.基于“半解耦”方法，以小分子机理 C1/CO/H₂ 作为“内核”，耦合正丁醇低温反应和大分子向小分子过渡反应的主要机理，构建了新的正丁醇化学反应动力学简化机理.该机理包含70种组分和150个基元反应，并通过了一维层流火焰速度、激波管等基础反应器的实验数据验证.结果表明，本文构建的正丁醇化学反应简化机理，不仅可以准确计算正丁醇滞燃期的发展，也能够合理预测层流火焰速度的演变趋势．
机械工程 | 侧喷射流参数及介质对仿生鱼表面减阻的影响

机械工程 | 侧喷射流参数及介质对仿生鱼表面减阻的影响

摘要：为研究射流孔结构参数和流场条件对水下射流减阻的影响，以鱼为对象建立仿生鱼模型，通过模拟鲨鱼鳃部在仿生鱼模型侧面添加月牙形射流孔以建立射流模型.采用数值模拟方法，分析不同射流孔几何结构参数和不同流场条件下喷气射流模型与喷水射流模型对减阻的影响规律.在本文设定的条件范围内，当射流孔位置 X=20mm ，高宽比 k=2 ，射流孔高度 h=15mm ，速度比为0.5，主流场速度为 10m/s ，得到喷水射流模型的最大减阻率为24.64% ，喷气射流模型的最大减阻率为 10.17% ，表明喷水射流模型具备较好的减阻效果．本文通过计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)仿真分析不同射流孔结构参数下射流介质对仿生鱼表面减阻的影响，为新型水下航行器的设计提供了依据.
机械工程 | 圆弧齿顶滚花轴的力学特性分析及过盈配合性能研究

机械工程 | 圆弧齿顶滚花轴的力学特性分析及过盈配合性能研究

摘要：针对传统滚花齿形加工技术难以满足预期过盈量精度要求的技术瓶颈，提出了一种新型的圆弧齿顶滚花结构.为系统评估该结构的力学特性与配合性能，通过结合理论建模、有限元仿真与试验验证展开研究：首先基于圆柱过盈配合理论模型验证有限元模型的正确性，随后建立传统滚花和圆弧齿顶滚花有限元模型，研究齿高、齿距等关键几何参数对应力分布形态的影响规律;在此基础上，通过对比分析圆柱过盈、传统滚花过盈和圆弧齿顶滚花过盈三类结构的力学性能差异，重点分析推脱压入比的变化特性，并开展系统性试验验证.研究表明：圆弧齿顶滚花结构展现出优异的力学性能，其推脱压入比达到1.979，较圆柱过盈配合(1.3)提升 52.231% ，较传统滚花结构(1.7)提升 16.412% ，基本达到轴向-径向耦合滚花轴(2.0)的性能水平.
电气与信息工程 | 斜向风作用下覆冰导线气动力及舞动特性研究

电气与信息工程 | 斜向风作用下覆冰导线气动力及舞动特性研究

摘要：当前，鲜有针对斜向风作用下的覆冰导线气动力及舞动特性的研究.通过引入仰角、斜角（偏航角)与风入射角的几何关系，推导了斜向风下导线阻力、升力、扭矩气动力表达式，该表达式严格考虑了导线运动过程中的相对风攻角、斜角及相对风速变化对气动力的影响；研制了倾角和攻角可调的天平连接装置，采用高频天平测力风洞试验获取了新月形覆冰导线在不同斜角下全风攻角的三分量气动力系数，结果表明：斜角的增大减低了阻力系数，但同时削弱了升力、扭矩系数随风攻角变化曲线的尖峰；从DenHartog判定准则和系统等效阻尼比两个方面均反映出斜角的增大在一定程度上提高了导线舞动稳定性.对 500m 档距新月形覆冰导线的不同斜角风入射工况进行舞动响应数值模拟，结果表明风速投影的计算方法仅在一定斜角范围（ ≤15^° )内适用；斜角增大会显著降低气动负阻尼值，使得舞动发散速度降低、舞动幅值减小，同时存在一个临界斜角，使导线在受到大于此角度的斜向风时不会发生舞动.因此在设计线路时，减小线路走向与覆冰期主导风向的夹角可有效降低线路发生舞动的风险.
电气与信息工程 | 山地塔-线体系下输电线路风振影响因素分析

电气与信息工程 | 山地塔-线体系下输电线路风振影响因素分析

摘要：为揭示山地区域复杂风场作用下输电线路风致振动的影响因素，基于宁夏 110kV 连南线实际线路参数建立“二塔三线”有限元精细化模型，采用重力自平衡法对线路找形计算.利用谐波叠加法模拟线路所处的随机风场，并对塔-线体系模型施加风荷载，分析山地输电线路风振的影响因素.结果表明，山地风场加速效应显著，当风仰角达 45^° 且风向角达 90^° 时，加速可比达1.3\~1.4，易引发线路剧烈风振；相较于无塔输电线模型，塔-线体系模型的线路风振响应幅值更大，且更切合实际；导线初始张力从 16kN 增大至 26kN 时，其水平和垂向振幅分别降低 31.1% 和 23.4% ；线路阻尼比从0.02增至0.15时，导线的水平和垂向振幅分别降低 36.4% 和 44.2% .增大线路初始张力、阻尼比能有效抑制线路风致振动.本研究揭示了山地风场加速效应与塔-线动力耦合的协同作用机制，定量评估了关键参数对线路风振的影响规律，提出的初始张力优化方案和阻尼比增强措施可为山地输电线路抗风设计提供重要的技术支撑.
电气与信息工程 | 基于球形模糊AHP的增容导线综合评价体系研究

电气与信息工程 | 基于球形模糊AHP的增容导线综合评价体系研究

摘要：针对华中地区某 500kV 线路增容改造过程中选型的问题，本文基于球形模糊层次法，提出了考虑实际应用场景的增容导线评价选型方法.评价指标基于增容导线基本特征，从电气性能、热力性能、机械性能及经济性四个方面进行分析，运用球形模糊层次分析法，构建层次分析体系结构，并考虑实际应用场景的影响，将模糊分析理论应用于对比矩阵构建过程，建立满足工程需求的球形模糊对比矩阵，依据球形模糊得分函数进行打分，案例计算结果表明，在输送容量需求大的区域，铝包钢芯耐热铝合金线要优于其他导线.在跨山场景下，碳纤维复合芯软铝绞线优于其他导线.
电气与信息工程 | 基于EGO-CEEMDAN-VMD-BiGRU模型的短期光伏发电功率预测方法

电气与信息工程 | 基于EGO-CEEMDAN-VMD-BiGRU模型的短期光伏发电功率预测方法

摘要：为提高光伏发电功率的预测精度，基于参数优化的双重数据分解方法，提出了一种EGO-CEEMDAN-VMD-BiGRU短期光伏发电功率预测模型.首先，基于鳗鱼-石斑鱼优化（eeland grouper optimizer，EGO）算法获得自适应噪声完备集合经验模态分解（complete en-semble empirical mode decomposition with adaptive noise，CEEMDAN)的最优参数，对光伏数据集进行初次分解；其次，采用 K 均值聚类算法将模态分量聚类为高频、中频和低频三类分量，以降低各分量之间的冗余性；再次，采用EGO算法优化变分模态分解(variationalmode decom-position，VMD)的参数，再对高频分量进行二次分解，以降低序列的非平稳性;最后，采用双向门控循环单元（bidirectional gated recurrent unit，BiGRU)对两次分解得到的分量进行预测，并累加获得最终预测结果.基于宁夏地区某光伏电厂的数据集，将EGO-CEEMDAN-VMD-BiGRU模型与BiGRU、VMD-BiGRU和CEEMDAN-VMD-BiGRU模型进行对比，三种天气条件下的平均MAE分别下降了 68.93% ） 55.84% 和 44.56% ;RMSE分别下降了 68.23%.53.38% 和41.03% .试验结果表明，提出的光伏发电功率预测模型具有较高的精确性和稳定性，对电力系统的安全可靠运行有一定的实际意义，
电气与信息工程 | 高湿环境中列车车顶绝缘子表面液膜分布特性

电气与信息工程 | 高湿环境中列车车顶绝缘子表面液膜分布特性

摘要：针对高湿环境中车顶绝缘子表面雨膜分布特性问题，基于绝缘子流场空气动力学计算模型，结合离散相模型和欧拉壁面液膜模型两种方法，模拟高速气流下雨膜在绝缘子表面生成和发展的过程.研究了不同风速、降雨强度及绝缘子伞裙上倾角、下倾角、伞裙间距等结构参数对雨膜分布的影响规律.搭建高速液滴流下车顶绝缘子工频耐压试验平台，分析绝缘子表面雨膜不均匀分布对绝缘子电气性能的影响.研究结果表明，在最大风速和最大降雨强度条件下，绝缘子迎风面平均雨膜厚度达到稳定的时间最短；在相同时间内，绝缘子迎风面直接受雨，平均雨膜厚度大于侧风面和背风面.雨滴在绝缘子迎风面和侧风面以惯性碰撞为主，背风面则以漩涡碰撞为主.高压侧电压为 27.5kV ， 40m/s 风速下的绝缘子背风面伞间有液滴流和放电电弧，在伞边缘附近处可观测到明显的液滴散射.随着伞裙上倾角的增大，雨膜厚度逐渐减小，伞裙下倾角对雨膜厚度的影响并不显著，考虑到机械强度的需求，推荐采用 0^° 的下倾角.选择较小的伞裙间距对于减小绝缘子表面的雨膜厚度是有益的.
电气与信息工程 | 一种基于负载检测技术的高稳定性瞬态增强LDO

电气与信息工程 | 一种基于负载检测技术的高稳定性瞬态增强LDO

摘要：为提高无片外电容低压差线性稳压器(low-dropout linear regulator，LDO)的瞬态特性，设计优化负载检测电路和过冲/欠冲抑制电路，实现一种低功耗高瞬态特性的无片外电容LDO.负载检测电路通过高比例电流镜采样并跟随LDO负载电流的变化，自适应地改变误差放大器尾电流的大小以改进系统的带宽与摆率，从而提高LDO的瞬态响应速度.在输出电压发生过冲时，过冲抑制电路利用高通网络检测到功率管栅极电压的变化，为负载电流开启放电通路，降低其在输出级的变化量，从而抑制过冲；在输出电压发生欠冲时，欠冲抑制电路通过为功率管栅极驱动电流开启放电通路，快速提高功率管的输出电流，进而有效抑制欠冲.基于 0.5μm CMOS工艺，完成电路设计与测试.结果表明，LDO的输入电压为 2～5.5V ，输出电压为 1.2V ；电路最大负载电流为 150mA ，线性调整率为 1.7×10^-3 ；无负载时，静态电流小于6.16μA ；负载电流在 1～150mA@1μs 跳变时，欠冲和过冲电压均小于 300mV. 该LDO具有功耗低、瞬态特性高等优势，可满足便携式电子设备的应用需求.
电气与信息工程 | 基于区块链的所有权转移与追踪方案

电气与信息工程 | 基于区块链的所有权转移与追踪方案

摘要：现代信息技术虽然为商品供应链提供了实时、可视化的管理便利，但是数字化的信息流通带来了隐私安全问题.针对这一问题，利用RFID技术、区块链和现代密码技术，提出了一个商品所有权转移与追踪方案.首先建立所有权转移与追踪方案的模型；然后从不可伪造性和隐私性两个方面定义所有权转移与追踪方案的安全性；最后设计了有序聚合签名技术，并结合区块链设计了一个高效、安全且带隐私保护的所有权转移与追踪(OTT,ownershiptransferand tracking)方案.在OTT中，仅要求标签具有基础的计算和存储能力，因此OTT方案可以适用于轻量级的标签；有序聚合签名不但压缩了区块链上的数字签名数据，而且提供了一种刻画商品流通路径的方法．
计算机科学 | 鲁棒多层空间结构SLAM方法

计算机科学 | 鲁棒多层空间结构SLAM方法

摘要：在机器人的同时定位与建图(simultaneous localization and mapping，SLAM)方法中，视觉方案在纹理不足的室内场景中稳定性差，使用结构化假设能够缓解上述问题，但如果室内场景不严格满足结构化假设，则将导致错误的位姿估计.更加通用的结构化假设以及更可靠的回环检测方法有助于解决上述问题，以提高室内场景视觉定位的鲁棒性.为此提出了一种鲁棒的多层空间结构假设视觉SLAM方法.该方法利用场景中的结构化信息，使用主方向约束定义场景来辅助定位，同时使用轻量级的结构化假设回环来降低累积漂移，以构建一种高鲁棒性、低漂移的同时定位建图算法.我们通过实车数据和开源数据集进行了大量试验，试验结果表明，与其他开源方法相比本文方法具有更高的定位鲁棒性和精度表现.所述回环检测方法具有更高的检测率，回环的场景下定位精度平均提升 31.8% 业
计算机科学 | 基于多尺度特征的渐进式红外偏振图像融合方法

计算机科学 | 基于多尺度特征的渐进式红外偏振图像融合方法

摘要：在复杂环境下，传统的红外探测方法具有较大的局限性，需要将偏振技术与红外技术融合.针对现有的卷积神经网络方法多尺度信息提取能力不足和融合子网融合不充分的问题，为了改善红外偏振融合图像质量，提高红外成像技术在复杂背景下的目标识别能力，本文提出了一种基于多尺度特征的渐进式红外偏振图像融合方法(progressive infrared polar-ization image fusion method based onmulti-scale features，PIPFuse).首先，特征提取部分采用语义提取模块和多尺度密集块，用来提取语义增强的多尺度深度特征;其次，为了减少信息丢失和增强显著信息，融合子网采用渐进式差异信息增强融合模块进行特征融合；最后，通过解码融合特征得到最终的融合图像.与9种经典图像融合方法比较，该方法在6项评价指标上均优于其他对比融合方法，且主观视觉上目标纹理更加清晰，对比度更高.
计算机科学 | 基于改进RT-DETR的草莓病害检测方法

计算机科学 | 基于改进RT-DETR的草莓病害检测方法

摘要：我国作为世界上最大的草莓生产国，准确检测草莓病害是保障草莓品质和产量的有效手段.针对草莓病害在复杂背景下检测精度不高及细微病害检测困难的问题，提出了一种改进RT-DETR(real-time detection transformer）网络的草莓病害检测方法.首先，使用AdditiveBlock-CGLU模块对主干特征提取网络进行重构，以增强模型在复杂背景干扰下对深层关键特征的表征能力.其次，提出多尺度跨层特征融合金字塔网络(multi-scale cross-layerblock feature fusion pyramid network,MS-CBFPN)优化模型的特征融合部分，使其能更有效整合不同层级信息并充分捕捉图像上下文信息，从而提高模型对细微病害特征的检测能力.最后，在特征交互模块(atention-based intra-scale feature interaction,AIFI)中引入渐进式重参数化批量归一化（progressve re-parameterized batch normalization,PRepBN)结构，通过动态调整学习率及重参数化方法，使模型更好地适应不同训练阶段的变化，进一步增强模型对草莓病害的检测性能.实验结果表明，改进模型在检测草莓病害的准确率、召回率、 .mAP@0.5.mAP@ 0.5:0.95和 F₁ 得分五项指标上分别提升了 3.4,7.6,3.3,8.0 和5.6个百分点，且相对于其他模型也具有优势，表明改进的RT-DETR模型是一种在复杂场景下有效的草莓病害检测模型.
计算机科学 | 基于机器学习的功能覆盖点均衡分布算法

计算机科学 | 基于机器学习的功能覆盖点均衡分布算法

摘要：覆盖率是检验芯片验证完备性的重要指标，尤其是功能覆盖率，可衡量设计的功能特性是否被充分验证.目前对于功能覆盖率的收集，通用做法是在覆盖组中设定功能点，将测试场景依据复杂度划分为特定数量的仓，再运行仿真确定各个仓是否被击中.其实现相对简单，但由于各种因素的存在，一个功能点中各个仓的命中情况往往分布极不平衡，导致对一些场景的覆盖不够充分.针对该问题，提出了一种基于机器学习算法实现覆盖率均衡分布的验证方法，通过对神经网络进行训练，可对各种激励向量进行精确预测.该方法针对较小及较大数目覆盖仓，分别设计了反向网络预测及正向网络实时拟合的方法，可方便实现各个仓位的均衡命中.实验结果表明，与随机测试覆盖点命中次数极大值与极小值差异在数个量级的情况相比，小点数仓位可基本实现平均分布，大点数仓位可将极值比缩小在1.5倍以内，从而显著减少部分情况的验证风险.
计算机科学 | SRAM单粒子效应检错电路研究与设计

计算机科学 | SRAM单粒子效应检错电路研究与设计

摘要：为了解决单粒子效应引起的航天器静态随机存取存储器数据出错难题，本文研究了基于错误检查纠正电路和完整性检测器相结合的静态随机存取存储器在线检测错误方法及电路实现技术.其中，错误检查纠正电路采用(39,32)汉明码设计，实现数据访问时单比特错误自动检错与纠错.完整性检测器基于哈希函数校验原理设计，实现对数据周期性循环检查.基于CMOS 0.18μm 工艺设计实现数据在线检错电路.仿真结果表明，该电路能够主动周期性对内存数据进行检查，修复单比特错误和检测出多比特错误，有效提高数据的可靠性.
计算机科学 | 改进鲸鱼优化算法辅助RIS级联信道估计

计算机科学 | 改进鲸鱼优化算法辅助RIS级联信道估计

摘要：针对可重构智能表面辅助无线通信系统进行级联信道估计时存在导频开销大、自适应能力差等问题，提出一种结合改进鲸鱼优化算法的双结构稀疏分段弱正交匹配追踪算法.该算法首先采用自适应门限分段弱正交匹配追踪算法选择多个强相关性的原子来构成原子支撑集，并通过改进鲸鱼优化算法优化原子门限阈值，使其能够根据无线信道的变化动态调整，有效提取原子支撑集，提高信道估计精度，降低算法运行时间.仿真结果表明，相较于传统的级联信道估计方案，本文所提方案在归一化均方根误差方面表现出较好的性能，能以更小的导频开销获得更好的信道精度，且在不同的信道条件下具有更好的自适应性和鲁棒性.

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