专家观点·院士特稿

• 低空智融网络可靠传输基础研究

  张雪;邓君;刘明远;张宇明;张宏科;

  低空智联网是推动低空经济和空中交通智能化的核心驱动力。然而，当前低空智联网的通信技术仍面临协同能力弱与传输可靠性不足等突出问题，严重制约了其在复杂弱网场景下的业务支撑能力。针对上述挑战，提出低空智融通信架构，纵向分为融合网络层、资源适配层与低空服务层3层，并设计跨网协同传输、多径灵活调度、编码冗余增强以及隐蔽信道传输等核心技术，旨在通过架构创新与技术融合，全面提升低空智联网的传输效率与可靠保障能力。实验结果表明，所提方案有效传输速率较单路传输提升至少1倍，网络编码译码成功率较传统方法平均提升11.05%,隐蔽信道传输正确率较传统算法提升了至少10%。

  2025年04期 v.46;No.215 1-7+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1516K]
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机械工程

• 燃料电池用空压机驱动电机电磁热分析与冷却系统优化

  李民;李阳阳;范晨阳;伍培明;

  针对燃料电池用空压机电机机壳水冷流道进行设计与分析。首先，使用Motor-CAD软件进行电磁仿真，确定热源及其发热功率。依据发热功率确定冷却液流量，计算了气隙和电机主要接触面的对流换热系数。使用ANSYS-Fluent软件建立了螺旋流道水冷电机的流固耦合模型，使用PT100热电阻温度传感器测得电机内部温度，对端部绕组处的温度进行了验证。对原设计流道在正常温度工况(冷却液温度75℃左右)和高温极限工况(冷却液温度85℃左右)下进行电机温升评估，发现在正常温度工况下，原设计流道可以保证电机正常工作要求，但在高温极限工况下，原流道设计会使得电机右侧端部绕组存在局部过热，超出H级绝缘电机温升限值125.00 K。提出了流道优化方案，通过减缓流道截面积增大的速度，减缓流体流速的下降速率。与原设计流道相比，优化后的流道使得局部过热部位的冷却流体流速增大，这增强了冷却液与电机的换热效果。仿真结果表明：在高温极限工况，优化后流道的截面变化率更小，流速下降平缓，优化后流道内壁面温度由356.50 K下降至354.85 K,端部绕组的局部热点最高温度由433.09 K降至422.92 K。与原设计方案相比，优化后的端部绕组局部热点温度降低了10.17 K,温升为124.92 K,低于温升限值125.00 K,流道冷却效果明显优化。

  2025年04期 v.46;No.215 8-16+117-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 4891K]
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• 基于空气回热的闭式热泵干燥系统性能研究

  梁坤峰;赵一宸;陈浩远;高春艳;冯业;安家旺;

  设计了一种基于空气回热的闭式热泵干燥系统，为了提高系统烘干性能，研究了烘干过程中的可调控参数，通过多组实验分析旁通比、干燥室温度和循环风速对回热系统的具体影响，并与无回热系统进行性能对比。实验结果表明：旁通比、干燥室温度和循环风速都存在最佳值，3种影响因素使回热系统的单位除湿能耗比(SMER)提升5.57%～37.40%;相较于无回热系统，回热系统在优化后的SMER提升7.71%～22.78%。

  2025年04期 v.46;No.215 17-23+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K]
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材料科学与工程

• 复合材料损伤位置监测新方法及损伤扩展研究

  许龙涛;张尧;周志伟;古小磊;冀冰;张松鸽;

  针对典型船用复合材料结构的损伤监测问题，提出了一种复合材料损伤位置监测新方法，并构建了静力加载载荷和损伤扩展系数的关系。针对损伤位置监测，基于信号频谱和相关系数，提出了一种基于贝叶斯的损伤概率成像方法，并提出了多频率加权的损伤成像更新方法。针对损伤扩展研究，根据超声导波信号的时域信号特征和双曲正切函数构建了3种损伤扩展系数，获得了不同静力加载载荷下的损伤扩展系数。实验结果表明，基于贝叶斯的损伤概率成像方法可以实现损伤位置的精确定位；损伤扩展系数随载荷增加的变化规律，为典型复合材料结构的损伤扩展提供了技术支持。

  2025年04期 v.46;No.215 24-33+87+119页 [查看摘要][在线阅读][下载 2377K]
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• HDPE管道热熔管接头缺陷的全聚焦优化成像

  冯稳卓;王强;王涛;张浩文;刘延雷;

  为了保障高密度聚乙烯(HDPE)管道热熔接头的焊接质量，文章提出一种基于时间反转算法与瞬时相位相干加权因子的全聚焦成像算法，该方法先采用时间反转算法对信号进行处理，再提取信号中的瞬时相位构建瞬时相位相干因子，对全聚焦成像中每个像素点的幅值进行加权。针对HDPE试样φ1 mm、φ2 mm、φ3 mm的横通孔缺陷和HDPE管道热熔接头试样φ3 mm的孔缺陷进行成像检测实验。结果表明：算法能有效抑制背景噪声和伪影，将深度距离为0～10 mm的近场噪声和伪影的幅值降低约30 dB,提高全聚焦成像分辨率，与TFM算法相比4种缺陷的平均信噪比分别提高9.6 dB、11.8 dB、4.9 dB、3.5 dB,平均阵列性能指标分别降低56%、49%、38%、48%,为相控阵超声检测HDPE管道热熔接头缺陷提供了一种有效的改进方案。

  2025年04期 v.46;No.215 34-42+119-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1594K]
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信息与控制工程

• 基于连续综合可变时距模型的跟车优化控制

  付主木;陈军;陶发展;王楠;

  针对单一可变时距模型(VTH)难以在长距离范围内同时满足定速巡航、变速跟车等问题，提出一种基于改进粒子群优化算法的连续综合可变时距模型(CSVTH)。首先，设计一种融合3种单一VTH模型优点的CSVTH来计算跟车的安全时距，通过过渡函数在不同VTH模型之间的连续转换实现多场景的VTH计算，并获取合理的跟车距离。其次，通过自适应惯性权重和学习权重对粒子群算法进行改进，并对CSVTH模型的斜率参数进行了优化。最后，构建了Simulink-Carsim跟车仿真环境。仿真结果表明，和非优化的CSVTH模型相比，经过优化的CSVTH模型在3种跟车场景中将油耗降低了4.4%,舒适度提升了6.4%,跟车误差降低了5.3%。

  2025年04期 v.46;No.215 43-52+104+120页 [查看摘要][在线阅读][下载 3967K]
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• 面向工业数字孪生的自适应联邦桶化决策树算法

  孙士保;赵一凡;赵鹏程;刘剑锋;李新;

  工业数字孪生中物理设备与孪生体间精准建模需要同步海量感知数据，导致虚实映射实时性难以保障。针对该问题，提出一种适用于数字孪生的4层双向闭环架构，包含设备层-联邦层-云层-应用层。基于该架构，采用一种基于直方图增益的分布式联邦桶化决策树算法实现全局聚合。此外，设计自适应重分配梯度权重的剪枝算法加速模型收敛。多组实验结果表明，联邦聚合模型相较于基线方法准确率提升10%,11%,22%;收敛性提高15%,20%,27%;并且在最差信道环境下的额外通信开销可控制在300 mJ以内。

  2025年04期 v.46;No.215 53-64+120-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 2197K]
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土木与建筑工程

• 不同土质过渡区路基沉降数值模拟分析

  海然;任文凤;崔力;牛小龙;翟胜田;王超圣;马建军;

  在公路工程中，不同土质过渡区因地质条件突变导致的路基不均匀沉降问题日益突出，针对这一问题，以某跨岩质与沙土过渡区公路工程为背景，基于有限差分方法，建立分层填筑数值模型，分析岩石与沙土路基的沉降规律及应力集中效应。研究结果表明：岩石路段的路基沉降较小，最大沉降量为2 cm,而沙土路段的路基沉降较大，最大沉降量达到15 cm。在岩石和沙土过渡区域，由于土质性质的突变，出现了明显的应力集中现象，最大沉降梯度达1.2 cm/m,远超规范允许值。施工顺序和边端效应对上层路基的沉降和应力分布有显著影响。基于研究结果，提出了针对不同土质过渡区路基沉降问题的改进建议，包括设置梯度过渡层、优化填筑顺序和采用土工格栅加固等措施，可降低沉降差至规范允许范围内(<5 cm)。研究结论可为类似工程的设计与施工提供理论依据和技术支持，有效降低不同土质过渡区路基的沉降差异，确保路基的稳定性和行车安全。

  2025年04期 v.46;No.215 65-72+121页 [查看摘要][在线阅读][下载 3298K]
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• 基于NRBO-XGBoost和ABKDE融合可解释模型的TBM掘进速度预测

  杨腾杰;高新强;杨志国;孔超;董北毅;李铁峰;朱正国;

  精准可靠的隧道掘进机(TBM)掘进速度预测对于提升施工效率、保障施工安全具有重要工程价值。针对现有TBM掘进速度预测模型精度较差和对施工时不确定性考虑不足的局限，提出了一种基于机器学习的可解释性TBM掘进速度区间预测方法。首先，收集国内多组TBM隧道工程数据，选取岩石单轴抗压强度(UCS)、岩体完整性系数(Kv)、推力(TF)与刀盘转速(RPM)作为输入特征，构建基于牛顿拉弗森优化(NRBO)算法与交叉验证策略协同优化的极端梯度提升(XGBoost)点预测模型，并引入可解释性(SHAP)框架解析特征参数对预测结果的贡献度。进而，采用自适应带宽核密度估计(ABKDE)方法对点预测结果进行不确定性量化，实现掘进速度的区间预测。最后，通过伊朗克尔曼输水隧洞工程案例验证模型有效性。研究结果表明：与未采用NRBO算法的XGBoost模型相比，NRBO-XGBoost模型的预测误差均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别降低了13.9%、19.1%和0.7%,决定系数R~2提高了0.015 1;特征重要性排序为UCS(0.415 6)>TF(0.155 4)>RPM(0.104 5)>Kv(0.004 7),揭示岩石强度为掘进速度的主导影响因素；所提模型在区间预测性能上超越了自适应提升(AdaBoost)和随机森林(RF)模型，NRBO-XGBoost、AdaBoost和RF模型的预测区间覆盖概率(PICP)分别达到92.1%、88.4%和90.2%,具备更优的不确定性量化能力；工程实例验证中，点预测R~2达0.967 6且预测区间完全覆盖实测值，证实模型具有良好工程适用性。

  2025年04期 v.46;No.215 73-87+121-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2185K]
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农业科学

• 气候变化下连香树潜在适生区的时空动态

  位伟强;郭琪;段祥光;

  连香树(Cercidiphyllum japonicum)作为第三纪孑遗植物，具有重要的生态与科研价值，但其天然更新困难，濒危现状亟待保护。本研究基于MaxEnt模型，结合75条连香树分布点记录及19个生物气候变量，预测未来连香树的潜在分布格局，并分析气候变化对其生境的影响。结果表明：MaxEnt模型预测精度优异(AUC=0.986),最暖季降水(Bio18)、季节性温度(Bio4)和季节性降水(Bio15)是影响分布的主导因子。当前连香树适生区集中于中国中南部(22.0°～34.3°N,98.3°～121.6°E),总面积约3.12×10~6 km~2,高适生区占比33.65%。未来气候情景下(RCP2.6与RCP8.5),适生区面积持续缩减(最高减少10.58%),分布中心向东南迁移，高适生区面积显著萎缩。本研究为连香树的生境保护与气候变化适应性管理提供了科学依据，建议优先加强东南沿海潜在新增适生区的保护，并优化现有保护地管理策略。

  2025年04期 v.46;No.215 88-96+122-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1251K]
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理学

• 基于BERTopic主题建模的“Assessing Writing”研究趋势演化分析

  李锦焱;张丹;高慧敏;

  通过深入挖掘期刊研究主题与预测学术发展趋势，研究人员能够更精准地把握学科方向，紧跟前沿动态。然而，期刊摘要作为短文本，其结构化特点、高维稀疏的向量表示、语义结构复杂性以及数据噪声等因素，对传统主题建模方法构成了严峻挑战。针对这一问题，提出了一种基于BERTopic的主题演化分析模型。模型融合了预训练语言模型在语义表征方面的优势与层次化聚类算法的结构建模能力，同时重构词项加权策略，引入词频的次线性变换机制以优化传统词权计算方法，从而有效削弱高频词的干扰，突出对区分主题具有关键意义的词项，显著提升了模型的主题区分度和语义表征能力。以“Assessing Writing”期刊为研究对象，围绕不同时期写作评估领域的研究成果开展实证分析。通过系统梳理各阶段的研究主题与发展方向，挖掘其动态演化规律。实验结果表明，能够准确捕捉写作评估领域的研究热点变化，清晰揭示其发展脉络，在处理期刊摘要等短文本数据时展现出良好的实用性与有效性，为相关领域的学术研究和趋势预测提供了可靠的技术支撑。

  2025年04期 v.46;No.215 97-104+123页 [查看摘要][在线阅读][下载 3139K]
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• 稿约

  <正>《河南科技大学学报（自然科学版）》是由河南省教育厅主管、河南科技大学主办的综合性自然科学学术期刊，原刊名《洛阳工学院学报》，1964年创刊，1980年复刊；国际标准连续出版物号：ISSN 1672-6871，国内统一连续出版物号：CN 41-1362/N。本刊为双月刊，大16开，112页，双月末出版，国内外公开发行，邮发代号36-285。读者可在当地邮局，或本刊编辑部订阅。

  2025年04期 v.46;No.215 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 174K]
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• 来稿须知

  <正>来稿要求立论正确，论据充足，数据可靠，图表清晰。文稿字数（含图、表）一般要求6 000～10 000字（A4纸5～10面）。文责自负，谢绝抄袭及一稿多投等学术不端行为。1.题名：中文题名应简明、具体、确切，一般不超过20个汉字。英文题名应与中文题名的含义保持一致，一般不宜超过10个实词，不用非公认的缩写词。2.作者及单位：中英文作者姓名、中英文作者单位名称、中英文单位所在省市名及邮政编码。英文部分的国内作者姓名用汉语拼音，姓前名后，作者单位的英文名称用全称，省市名用汉语拼音。

  2025年04期 v.46;No.215 105页 [查看摘要][在线阅读][下载 174K]
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