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面向绿色建筑建造可持续材料多目标优化的混合GA-TOPSIS框架
摘要建筑业是水泥消耗量最大的行业之一,对全球碳排放和隐含能源消耗有着重大贡献。传统混凝土材料的选取通常基于试错法,无法充分兼顾机械性能、耐久性和环境可持续性这些相互冲突的目标。因此,绿色建筑建设领域迫切需要系统化的、数据驱动的方法,在确保结构可靠性的同时降低生态足迹。本研究开发了可持续材料评估与优化工具,结合13个材料组成变量和13个混凝土性能指标,解决了材料选取方面的挑战。通过整合材料评价、基于算法的优化和多准则决策,本研究创建了一个可复制且可扩展的可持续混凝土配合比设计模型。利用数据分析和自然启发算法,如遗传算法(GA),本研究通过添加可持续材料或矿物掺合料(SCMs)来优化混凝土性能。遗
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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纳米氧化铝含量对橡胶纤维-金属层压板高速冲击响应的影响研究
摘要本研究针对一种由铝合金、玻璃/环氧复合材料以及以纳米氧化铝增强的天然橡胶弹性体组成的橡胶纤维-金属层压板(EFML)的高速冲击响应进行了研究。共选取十种纳米氧化铝含量(0、0.5、1、2、3.5、5、10、15、20和25 wt.%)以评估其对动态响应的影响。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验来确定浓度特异性的超弹性系数,并通过气体枪实验对无氧化铝填充的层压板进行验证,以检验数值冲击模型的准确性。在LS-DYNA中分别采用Mooney-Rivlin、Neo-Hookean和Blatz-Ko模型对弹性体进行表征,其参数根据SHPB数据拟合获得。仿真结果与无氧化铝填充层压板的实测残余速度及
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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面向大规模校园网络高分辨率风险评估的自监督流量嵌入
摘要在大规模校园网络中进行高分辨率风险评估对于维护网络安全和运行效率至关重要。传统方法往往难以捕捉网络流量中固有的复杂时空动态特征,导致风险预测效果不佳且可解释性有限。本文提出了一种新颖的方法论框架,利用自监督流量嵌入模型来解决上述挑战。该框架由三个核心组件构成:一是用于流量嵌入和风险量化的稳健数学基础;二是集成了流形约束风险编码器的反事实时间预测器,配合交互感知风险事件提取和概率结果正则化器,用于对风险预测进行编码、分段和优化;三是反事实时间风险精炼策略,用于探索假设性流量场景并增强不确定性条件下的预测鲁棒性。这些组件共同实现了精准且可解释的风险预测,有效应对了校园网络流量的多变性和复杂性。
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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一种用于低复杂度和高性能食物分类的鲁棒XAI引导结构化剪枝方法
摘要深度卷积神经网络已被广泛应用于食物图像分类任务,但由于计算开销、模型冗余以及非贡献特征通道带来的架构复杂性增加,其在资源受限设备上的部署仍然面临挑战。现有的剪枝方法主要侧重于参数缩减,对逐层冗余特征响应的识别和消除以及语义可解释性的保留关注有限。此外,可解释人工智能(XAI)技术主要局限于事后可视化,很少被用于模型优化和结构化压缩。为了解决这些局限性,本研究提出了一种基于Grad-CAM(梯度加权类激活映射)的通道重要性准则,用于我们SE-DenseNet121食物分类模型的结构化剪枝。所提出的框架能够识别冗余特征响应,剪除低效通道,降低模型成本和复杂性,同时保留最具信息量的表示并维持密集
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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宽度和间隙分级滑坡坝材料的宏观-介观力学性能模拟实验研究
摘要材料的力学性能对于准确评估滑坡坝的稳定性至关重要。然而,由于滑坡坝材料结构的复杂性,其力学性能研究以及变形和破坏机制分析仍具有挑战性。基于89个具有详细分级数据的滑坡坝案例的粒径分布,将这些案例分为三类:土质、碎屑和岩石滑坡坝。随后,选择7条典型连续级配和6条间断级配曲线来代表三类滑坡坝材料。提出了随机岩块形态模拟方法,用于模拟岩块的随机形状、尺寸和分布。通过对滑坡坝材料进行离散元双轴剪切数值模拟试验,研究了应力-应变关系、体积应变、颗粒位移和破坏模式等宏观力学性能。此外,还研究了接触力和配位数等介观力学性能。最后,基于多次数值模拟实验,对滑坡坝材料的抗剪强度参数进行统计分析,并确定了不同
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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轮椅乒乓球人体工学手柄设计与制造的系统化流程:一项案例研究
轮椅乒乓球是改善四肢瘫痪患者身心健康的经济且易获取的途径;然而,有限的手部活动能力和握力仍然制约着表现。为了解决这些问题,本研究提出了一套系统的、端到端的工作流程,用于设计和制造专为四肢瘫痪运动员定制的、符合比赛规则的乒乓球拍手柄,并通过单运动员可行性案例研究进行评估,而非临床或运动表现验证。该流程集成了手部几何形态采集、通过迭代式增材原型制作的计算机辅助设计(CAD)优化,以及使用优化材料和表面处理的最终制造。为评估所提方法的有效性,本研究进行了案例研究,比较了运动员在使用旧手柄和新手柄时准确性、控制力和整体比赛表现方面的差异。在这一单运动员案例研究中,新手柄在各个练习中成功击球的几率约为2
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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扩展变换旋转波近似在双光子量子Rabi模型中的应用
摘要 我们提出了一种改进的变分旋转波近似(ETRWA)方法,用于研究双光子量子拉比模型。该方法保留了现有TRWA中的自旋依赖压缩变换和量子比特频率依赖的参数选择条件,但用精确的光子数依赖的对角矩阵元素及最近邻双光子矩阵元素替换了传统的与激发无关的真空系数。我们使用ETRWA、TRWA和S-GRWA方法计算了能谱、平均光子数和本征态保真度。与精确数值结果的比较表明,在中等耦合条件下,ETRWA对TRWA的改进效果最为显著。与S-GRWA的比较结果显示,改进效果受到观察频率、失谐量和耦合强度的影响。在光谱塌缩接近的情况下,S-GRWA更为优越,因为它能够保持软模式的消失;而有限压缩的
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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用于增强和频率鲁棒振动抑制的分支型动力吸振器
**摘要**从安装在支架上的机械中减小振动传递一直是振动工程中的一个重要挑战。尽管隔振支座可以降低振动传递,但当激振力较大时,残余振动仍然可能很显著。此外,泵和压缩机等实际机器会产生基频和泛音分量,需要在多个频率下进行振动抑制。本研究采用分支型动态振动吸收器(DVA)来实现支撑系统中扩展带宽和增强的振动抑制。考虑了一个简化模型,其主导激振在 60 Hz,谐波在 120 Hz 和 180 Hz。首先,设计了一个调谐至 60 Hz 的分支型 DVA,使得悬臂尖端质量的加速度响应与激振力几乎同相,从而产生共同抵消传递动力的惯性力。因此,DVA 在隔振支座单独提供的效果之外,实现了约 97.2% 的额
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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单面表面炭化与植酸浸渍对木材表面性能及防火性能的综合影响
摘要 表面炭化是一种木材改性技术,能够提升木材的外观美学,同时增强其在户外环境中的耐久性和使用寿命。本研究将欧洲赤松(Pinus sylvestris L.)分别在210、240和270°C下进行单面表面炭化处理,随后用10%植酸溶液进行浸渍。随着炭化温度从210°C升高到240°C,植酸在炭化木材中的增重百分率(WPG)显著增加。与未处理对照相比,炭化处理显著降低了木材的亮度,且温度越高,亮度降低越明显。炭化温度为210°C(115°)和240°C(116°)的组别水接触角最大,而植酸浸渍由于其亲水性导致接触角降低。各组在25 kW m?2和50 kW m?2辐照条件下的燃烧反应进行了研究。
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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面向自适应座舱照明的连续音乐情感识别多模态框架
摘要持续音乐情绪识别仍对数据集偏移和不完善的歌词对齐较为敏感。我们提出了 Cockpit-EmoNet,该方法通过双向交叉注意力、特征级门控以及联合回归–对齐学习,将冻结的 MERT 声学编码器与部分微调的 GTE 文本编码器相结合。在合并的 PMEmo–DEAM 基准测试上,Cockpit-EmoNet 的情感度(valence)PCC/CCC 达到 0.69/0.67,唤醒度(arousal)PCC/CCC 达到 0.81/0.79。在五次运行中,它显著降低了相对于仅使用交叉注意力(Cross-Attention Only)的歌曲级误差(\(p_{\textrm{adj}}<0.00
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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基于受众参与度与情感分析的Pusa Samachar YouTube频道计算分析
**摘要**数字平台作为一种重要的农业传播工具已崭露头角,其能够实现更快、更广、更具互动性的传播。这些平台的一大优势在于能够生成可量化的互动数据,从而用于评估传播效果。在此背景下,本研究对由印度农业研究委员会—印度农业研究院(IARI)新德里所管理的"普萨萨马查"(Pusa Samachar)YouTube频道进行了计算分析,涵盖受众参与度、情感分类及主题传播模式。共提取了705个已上传视频及7084条观众评论。研究采用浏览量、点赞数和评论数等参与度指标评估视频表现,并使用Python中的VADER(情感感知词典与情感推理器)方法对评论进行情感分析。通过主题分类识别出主要的传播主题及受众关切。
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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带延性铸件的屈曲约束支撑钢框架抗倒塌能力评估
采用延性铸件的防屈曲支撑钢框架是一种新型延性结构体系,该体系分别采用螺栓连接的延性铸件和制作式防屈曲支撑来替代传统的焊接节点板和支撑杆件。该体系消除了节点处的焊接残余应力,提高了支撑的塑性变形能力和结构的低周疲劳寿命,并使震后快速修复成为可能。为评估采用延性铸件的防屈曲支撑钢框架(CBRBSF)的抗倒塌性能,本文提出了一种基于梁单元、壳单元和杆单元的简化数值分析方法,并据此设计了一个具有理想屈服机制的12层CBRBSF模型。采用增量动力分析方法研究了该结构在近场和远场地面运动下的地震易损性。定量计算了抗震倒塌裕度比(ACMR),并与传统防屈曲支撑框架进行了对比分析。结果表明,该简化数值模型具有
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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缝型与弧底型组合敞口拦河坝系统中的流动动力学
摘要开放式拦河坝是设置在山区河流中的结构,可在洪水期间让细颗粒泥沙通过,同时拦截粗颗粒泥沙,从而防止下游淤积。尽管不同类型的开放式拦河坝已得到广泛研究,但它们在单一系统中组合使用的性能仍缺乏充分了解。本研究通过实验和数值方法研究了由缝式和曲脚式组成的组合开放式拦河坝系统的水流特性。构建了物理模型,并在不同坡度和流量条件下进行了实验。与实验相结合,开发了计算流体力学(CFD)模型,并针对实验数据进行了验证。对实验和数值结果的分析显示出了高度的相关系数(99.16%)。流态分析表明,六个模型中有四个出现了水跃,随后形成了缓变回水流程。计算得出的能量消散比范围为8.11%至28.99%,表明组合系统
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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基于空间自适应特征调制与多尺度上下文融合模块集成的复杂矿区无人机图像分割
摘要针对背景干扰导致的视觉相似地物误分类和边界定位不准确问题,以及尺度变化引起的微小目标遗漏、区域破碎和边界不完整等问题,本研究提出了一种面向复杂矿区语义分割的MASwin-Unet模型。该模型引入空间自适应特征调制模块(SAFM),在抑制背景噪声和相似纹理干扰的同时增强关键区域和边界细节。此外,模型还提出了多尺度上下文融合模块(MSCF),以融合不同感受野的上下文信息,提升多尺度特征建模能力。本研究基于东山秀青矿区无人机影像构建了实验数据集,并在AeroScapes和LoveDA数据集上进行了实验验证。MASwin-Unet的总体精度(OA)达到97.18%,Kappa系数为95.79%,平
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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在阻塞情景下,利用GWO(遗传算法 Optimization of Wikipedia)对观测权重和GNSS(全球导航卫星系统)集成参数进行联合优化
摘要卫星可见性遮挡是制约全球导航卫星系统(GNSS)应用的主要因素之一,因为它会减少可观测卫星的数量并降低空间几何精度,从而严重影响定位的准确性和可靠性。本研究提出了一种新的框架,用于在遮挡条件下同时优化观测权重和多星座GNSS集成。在该框架中,加权最小二乘(WLS)方法中权重系数的 determination 被构建为一个多目标优化问题,并采用灰狼优化器(GWO)进化算法生成自适应的、数据驱动的观测权重。目标函数同时考虑了通过均方根(RMS)量化到的定位误差最小化,以及基于精度稀释(DOP)指数来改善卫星几何精度。所提出的方法利用真实的GNSS数据,在静态和动态场景中,以及在严重的天空视野遮
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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促凋亡蛋白BID对于小鼠卵巢储备的建立和总体生育能力并非必需
摘要早期生命阶段建立的卵巢储备规模是决定女性生殖寿命的关键因素,其形成受到卵泡激活和凋亡等精密调控过程的影响。然而,支配这些事件的分子通路尚未被完全阐明。BID是一种促凋亡BH3-only蛋白,它连接外源性死亡受体信号与内源性线粒体凋亡通路,并且已在多种组织的细胞死亡调控中发挥作用。在此,我们利用Bid?/?小鼠研究了BID在卵泡动力学和女性生育力中的作用。对野生型和Bid?/?小鼠在出生后第1天(PN1)、PN5、PN10和PN50的卵巢进行了检查。BID的缺失并未改变卵巢储备的建立,因为两种基因型之间的总生殖细胞数量和卵巢形态无显著差异。然而,Bid?/?小鼠在PN5时表现出原始卵泡激活的
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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具有周期性边界层中断的互联微通道的热工水力学性能
摘要印刷电路板式换热器需要具有能够在不产生过大流阻的情况下提供有效传热的通道几何结构。本研究通过数值方法调查了连接比(Sy/Py)对具有周期性连接区的交错微通道热工水力性能的影响。在雷诺数 Re = 2700–7900 的范围内,采用三维 RANS 仿真,结合 RNG k-ε 模型和增强壁面处理,评估了三种构型(Sy/Py = 0.25、0.5 和 0.75)。增加连接比增强了相邻通道之间的横向流动,在 Sy/Py = 0.75 时,横向速度达到约 0.4 米/秒。然而,更强的横向流动也伴随着流阻的增加。将 Sy/Py 从 0.25 增加到 0.5 使摩擦因子增加了约 42%。该构型提供了最高
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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面向汽车制造智能生产排程的可解释强化学习
摘要汽车工厂必须决定下一步加工哪一批次,而且必须快速做出决策。车间状况不断变化,因此最佳选择很少一目了然。强化学习可以支持这些决策,但训练好的策略就像黑箱一样,管理者无法看到它选择某一批次的原因。本研究对一个由CMA-ES策略搜索训练的策略进行解释,并找出与其选择相关的因素。我们应用了基于队列的SHAP分析和注意力分析、队列约束的反事实分析、决策树替代模型以及启发式重叠分析,针对MiniPlant和AMT2020两个基准系统进行了研究。SHAP结果表明,加工时间和机器利用率对调度得分的归因贡献最大。反事实分析指向不同的变量:在MiniPlant中是剩余循环时间和订单优先级以及队列长度,在AMT
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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基于音乐编曲技术的愉悦音频水印,专注于防止音乐不悦感
在音频水印技术中,防止嵌入后音质下降是一项基本要求。现有方法通常通过最小化宿主信号与载体信号之间差信号的能耗来实现这一目标。然而,一旦这种差异被感知,它必然会被识别为令人不快的噪声。为解决这一问题,本文提出了一种新型水印方法,通过和弦变化(特别是七声音阶和弦排列)来嵌入水印序列。所提方法不基于人类演奏,而是针对桌面音乐制作(DTM),即使用PC进行音乐制作。本研究的主要目标是确保即使差信号被感知,它也能被识别为悦耳的和声音乐成分而非噪声。使用MIDI数据进行的实验评估证明了所提方法的有效性。首先,所有测试数据的误码率(BER)达到了0%,确认了水印的完整且准确的提取。此外,基于音乐标准的平均意
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09
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基于多视角视频的在线动态场景重建
摘要动态场景4D重建技术在影视制作、虚拟现实和智慧城市领域具有巨大的应用潜力。然而,现有方法普遍存在超密集或单视角输入限制、端到端黑盒设计、逐帧独立输出以及高计算需求等局限性。为解决这些问题,本文提出了一种模块化、流式、异步且具有时空一致性的4D重建方法。其主要创新点包括:(1)原生支持稀疏多视角视频输入;(2)一种由四个解耦且可独立替换的模块组成的模块化架构;(3)一种时序流深度估计方法,可在连续帧之间传播和优化深度;(4)一种用于流式异步处理的层级关键帧调度策略,实现在线/近在线处理。通过使用稀疏多视角视频作为输入以及模块化设计——每个核心阶段解耦且可独立替换——该方法输出了时空一致性的动
来源:Scientific Reports
时间:2026-09-09