应用数学与信息科学

• 旋磁光子晶体-空气界面波导结构的高效数值模拟算法研究

  韩依静;任莹蓉;胡真;

  旋磁光子晶体是一种由旋磁各向异性材料制成的新型人造周期性材料，具有调控光的能力。在其与空气的交界处会形成一种波导结构，在该结构中位于特定频率区间的光波只能沿着一个方向传播，即使结构中存在缺陷，光波也无法反向传播，极大地提升了传播效率，能够应用于光集成、光通信和生物医学等众多领域。分析和优化设计这一结构需要高效的数值模拟算法，本文基于Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法，通过利用介质柱型和空气柱型旋磁光子晶体单元晶格的DtN映射，大幅减少了计算量，同时引入了Dirichlet-to-Tangential derivative(DtT)映射构建交界面上的连续性条件，建立分析旋磁光子晶体-空气界面波导结构的高效数值模拟算法，并通过数值算例验证了本文算法的有效性。

  2025年09期 v.43;No.322 1249-1257页 [查看摘要][在线阅读][下载 1650K]
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• 基于条件去噪扩散概率模型的文物碎片补全方法

  徐雪丽;白媛;王红珍;宋达;

  文物虚拟修复能使残损文物重现原貌，对保护和传承文化遗产具有重要意义。本研究针对破损兵马俑的点云补全需在复杂曲面（如衣褶、肢体）上还原全局结构与局部细节，而传统扩散模型存在采样效率低、局部特征丢失的问题，提出基于条件去噪扩散概率模型的文物碎片补全方法（CDDPM-FRNet）。该方法以条件去噪扩散模型（CDDPM）为核心，通过分区注意力采样（PAS）增强局部特征鲁棒性，结合多尺度反馈优化（MSFR）压缩采样步骤，实现“全局生成-局部精修”双阶段补全。在自建兵马俑数据集上，手臂补全结果的EMD较Point-Flow降低4.12%，较PVD降低2.04%,CD较Point-Flow降低3.25%，较PVD降低1.04%。在相同分辨率以及缺失率条件下的补全结果均优于其他两种方法，甚至在高缺失率下能够达到甚至超越其他方法在低缺失率下的效果。该方法突破了扩散模型效率-精度瓶颈，为文化遗产数字化修复提供高效生成式方案。

  2025年09期 v.43;No.322 1258-1264页 [查看摘要][在线阅读][下载 1558K]
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• Welch型分位数周期图及结合卷积神经网络的滚动轴承故障诊断研究

  王丹婷;黄磊;周驰峰;

  针对振动信号分位数周期图估计可能出现的随机起伏现象，以及通过振动信号分析法进行故障诊断常见的计算成本较高、易受噪声干扰等问题，提出了一种Welch型分位数周期图估计法，并结合卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）建立了一个新的故障诊断模型。首先通过Welch法的思想改进分位数周期图的估计，并通过非参数平滑法减小各分位数水平间的估计差异。结合CNN可以自动提取特征及对图像的强大识别能力，将振动信号的Welch型分位数周期图以热力图形式输入到CNN中进行故障诊断。选用公开的滚动轴承数据集进行实验，对信号加噪处理后比较估计的改进效果和相关模型的诊断性能。结果表明，Welch型分位数周期图相较分位数周期图特征更为一致，能有效地抑制随机起伏现象。基于此提出的故障诊断模型在低功率噪声干扰下诊断率达到97.29%以上，基本可以消除噪声干扰；当存在功率较高的噪声干扰时，所提算法诊断率达88.13%以上，相较其他模型具有更高的故障诊断率。这说明Welch型分位数周期图在保持对噪声鲁棒性的基础上能有效提取故障信号的特征，依据其提出的故障诊断模型对轴承故障诊断具有一定指导意义。

  2025年09期 v.43;No.322 1265-1271页 [查看摘要][在线阅读][下载 1403K]
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建筑科学与水利科学

• 延衰改性沥青抗老化性能与作用机制研究

  蔡佳欣;陈亚运;郑光辉;孙晓龙;

  为了有效提高实际应用工况下沥青路面材料的服役性能及耐久性，优选光稳定剂作为抗老化改性剂制备延衰改性沥青。依据换算辐照时间对延衰改性沥青实施不同时间的紫外加速老化处置，采用三大指标试验分析不同紫外辐照时间下延衰改性沥青基本性能的变化规律，借助动态剪切流变试验及低温弯曲梁流变试验研究紫外辐照时间对延衰改性沥青流变性能的作用效应，利用扫描电子显微镜观测紫外老化过程中延衰改性沥青微观形貌的演化历程。在此基础上，采用傅里叶红外光谱试验解析延衰改性沥青中特征官能团随紫外老化历程的变化规律。结果表明，紫外老化过程中，抗老化改性剂能够有效降低紫外光对沥青基本性能及流变性能的影响，在微观层面延缓沥青微裂缝结构的演化过程，可有效抑制沥青材料内部羰基和亚砜基等特征官能团的增长和积累，进而可有效控制沥青胶结料紫外老化行为的发展、延缓沥青老化。

  2025年09期 v.43;No.322 1272-1280页 [查看摘要][在线阅读][下载 1870K]
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• 基于温度因素的沥青混凝土非线性力学行为特性研究

  安学旭;宁致远;

  开展了不同温度（-20～30℃）和不同应变速率（10-5～10-2s-1）条件下沥青混凝土的抗压强度试验，并采用非线性动力学与混沌理论研究了沥青混凝土峰值强度温度影响因子序列的非线性力学行为特征。结果表明：应变速率的增大弱化了温度因素对沥青混凝土内部应变软化与应变硬化机制之间的相互促进与自我抑制效应的影响。不同应变速率下沥青混凝土峰值强度温度影响因子随着温度的增加呈现出临界稳定、非线性稳定、倍周期稳定和弱混沌的非线性力学行为特征。应变速率越高，沥青混凝土峰值强度温度影响因子进入混沌状态时所需的温度越低，即高应变速率条件下沥青混凝土的损伤破坏受温度影响较小。

  2025年09期 v.43;No.322 1281-1288页 [查看摘要][在线阅读][下载 1842K]
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• 基于VMD再分解和CNN-LSTM算法的大坝渗流预测方法

  刘阳;聂倩文;赵琛;苏凡;刘希北;

  渗流事故的发生将带来溃坝的风险，准确预测大坝渗流是大坝安全稳定运行的重要保障。为此，综合运用信号分解技术和深度学习理论，提出了一种性能优良的基于VMD再分解和CNN-LSTM算法的大坝渗流预测方法。首先，利用变分模态分解（VMD）算法对原始渗流监测序列进行多尺度分解，以解决原始序列的强波动性；其次，对VMD分解残差进行再分解，以挖掘残差中的有效渗流信息；然后，利用CNN和LSTM的网络结构特性，构建CNN-LSTM预测算法，其中CNN用以提取多尺度渗流分量中的关键信息，LSTM旨在赋予模型时序分析能力；最后即可完成大坝渗流预测模型的构建。案例分析表明：所提方法能够有效解决原始渗流序列强波动性对预测精度的不良影响；同时所提方法也解决了单一时间序列样本匮乏的问题，增强了建模数据丰富度，大大降低了传统多尺度预测建模的复杂度，避免了多个子序列预测结果叠加给预测精度带来的不利影响；与几个传统方法相比，所提方法对大坝渗流的预测精度最优。本研究可为大坝安全监控提供一种新的思路。

  2025年09期 v.43;No.322 1289-1297页 [查看摘要][在线阅读][下载 1781K]
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地球科学与环境科学

• 基于特征增强型SC-UNet与二级迁移学习的复杂地形滑坡识别

  郭振;

  针对光学遥感影像滑坡识别中存在的复杂地貌特征提取困难、样本稀缺性等关键问题，本研究通过构建多源异构数据集（CAS数据集、川藏铁路岩质滑坡数据集及复杂地貌数据集），提出结合空间变换网络和通道-空间双注意力的UNet架构以增强特征表征能力。实验表明，通过两次迁移学习的策略，SC-UNet在复杂地貌测试集上的Precision、Recall和MIoU分别达到0.927、0.938和0.867，较直接训练模型提升2.2%、2.3%和2.7%，且在滑坡边缘细节恢复与背景噪声抑制方面显著优于传统模型。本研究为复杂地形滑坡识别提供了高精度、强泛化的技术方案，对地质灾害智能监测与应急响应具有重要应用价值。

  2025年09期 v.43;No.322 1298-1305页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K]
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• 煤矿多热源耦合低碳供热方案对比分析

  武进;李瑞华;向轶;王龙飞;王帅;邴喆;李庆;

  为了解决煤矿燃煤锅炉供热高污染的问题，实现煤矿供热向绿色化、低碳化的转型。分析了煤矿可利用的余热资源现状，并利用TRNSYS软件分析了煤矿供暖期热负荷需求。基于煤矿余热资源的回收利用，提出了三种多热源耦合绿色低碳供热方案，构建了经济性、能量效率、环保性多指标评价体系，并对三种低碳供热模式与燃煤锅炉供热进行定量对比分析。结果表明，采用余热资源耦合天然气锅炉供热增加的投资费用最少，相比燃煤锅炉供热增加130.81%；采用余热资源耦合新能源和短期储热供热模式的年运行费用最低、能量利用效率最高、碳排放量最少，分别比燃煤锅炉供热的年运行费用降低了75.28%、能量利用效率提高了7.03倍、CO2排放量降低了94.56%，该方案为煤矿的近零碳供热技术提供了研究支撑。

  2025年09期 v.43;No.322 1306-1316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1563K]
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• 煤矿地下空间开发适宜性及再利用路径——以平煤二矿为例

  张盛艳;郑道远;张阳;向中林;袁子成;

  地下煤炭矿井经过长期的煤炭开采，形成了大量的煤矿地下空间资源，有巨大开发利用潜力和价值。本文以平煤二矿为研究对象，基于实地调查与数据采集，构建包含安全性、稳定性、空间资源量、空间环境和经济性等指标的综合评价体系，采用层次分析法与模糊综合评价法对其地下空间开发适宜性进行评估。结果显示，平煤二矿地下空间适宜等级的综合隶属度为1.574，在安全性、稳定性、空间环境与经济性等方面均达到适宜标准，具备地下物资储存、矿山公园建设、抽水蓄能与地热资源利用等多种典型开发利用模式的现实条件。研究成果可为平煤二矿乃至类似资源型城市矿井地下空间的合理再利用提供理论依据与技术参考。

  2025年09期 v.43;No.322 1317-1324页 [查看摘要][在线阅读][下载 1308K]
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• 未来气候变化对乌尔逊河上游流域径流影响研究

  魏巍;刘新;杨晶;杨司琪;刘啸然;石茹琳;贾晓红;

  以乌尔逊河上游流域为研究区，通过构建SWAT模型，基于CMIP6的六种气候模式数据，量化分析研究区径流对未来气候变化的响应，并预估了研究区2025—2099年径流变化趋势。结果表明：SWAT模型对研究区径流量模拟效果较好，能够应用于对未来气候变化的响应。在CMIP6全球气候模式中的四种情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）下，与基准期（1996—2014年）相比，2025—2099年研究区的气温和降水都呈现明显增加趋势，且SSP3-7.0、SSP5-8.5情景下研究区气温和降水的增加趋势大于SSP1-2.6和SSP2-4.5情景，其中高等强迫情景（SSP5-8.5）下研究区气温增长速率最快（0.08℃/a），中高等强迫情景（SSP3-7.0）下研究区降水增长速率最快（1.53 mm/a）。基于多模式集合平均（MME）驱动SWAT模型，判断未来近期（2025—2060年）研究区径流量只有在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下比历史时期（1961—1987年）有所增长，增长幅度分别为9.1%和55.8%，未来远期（2061—2099年）研究区径流量在四种情景下都呈现增长趋势，其中SSP2-4.5情景下的增长幅度最大，为70.1%。

  2025年09期 v.43;No.322 1325-1332页 [查看摘要][在线阅读][下载 1517K]
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• 长三角沿江城市生态环境脆弱性演化及跨区域协同治理对策

  吴和成;徐安琪;

  以长三角沿江14个城市为研究对象，利用2004—2022年的统计数据，研究其生态环境脆弱性演化特征，探寻跨行政区域协同治理对策。在生态环境脆弱性测度与分析的基础上，运用Kernel密度估计和Markov链法分析脆弱性分布的时空演化规律和状态转移。研究发现：(1)长三角沿江城市生态环境脆弱性整体呈明显的持续向好态势，但高重度脆弱性城市具有锁定性。(2)城市间差异有所缩小，但空间分布的非均衡化现象仍然存在。(3)脆弱性状态转移惰性伴随一定程度的路径依赖使脆弱性难以跨等级突变，呈“俱乐部趋同”现象。(4)空间溢出效应对脆弱性状态转移具有显著影响。最后，从跨区域治理体系构建、差异化发展和治理效能提升等角度提出对策建议。

  2025年09期 v.43;No.322 1333-1342页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K]
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区域经济与管理科学

• 河南省中心城市与副中心城市(2010—2020年)建成区空间扩张对比分析

  张淇越;杜文成;杜军;王正;孙婷婷;单高朝;邓玉浩;

  省域中心/副中心城市建成区空间扩张的对比分析对于促进区域经济发展、优化城市规划、合理配置资源、评估社会影响、保护环境、制定政策、提升城市竞争力和推动区域一体化具有重要的意义。2010—2020年是中国也是河南省城市化进程最快的10年。利用2010年、2015年、2020年的卫星遥感影像数据，结合建成区提取、扩张强度、扩张轨迹分析，对省域副中心城市南阳、洛阳和省域中心城市郑州的建成区面积变化和城市空间扩张的特征对比分析，揭示河南省中心城市与副中心城市在扩张模式上的异同，为区域协调发展提供支持。结果发现：郑州作为中心城市，其空间扩张经历了“平稳—快速—趋缓”的阶段，中心城区向东部和南部扩展，郊区县市逐步向中心城区靠拢，展现出强烈的集聚效应；南阳和洛阳作为副中心城市，其空间扩张多沿交通干线呈轴向发展，扩张速度较为缓慢。政策支持、经济增长、人口集聚和基础设施建设是驱动城市扩张的主要因素，但中心城市与副中心城市的扩张模式和动力机制存在显著差异。

  2025年09期 v.43;No.322 1343-1352页 [查看摘要][在线阅读][下载 1728K]
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• 我国重大科技创新水平测度与网络特征研究

  邵鹏;熊佳彧;

  基于“牵头-参与”视角分析重大科技创新的合作类型与网络特征，为推动机构间、地区间开展重大科技创新合作提供理论支持。收集2012—2023年国家科学技术进步奖数据，使用统计分析方法对我国重大科技创新的“牵头-参与”类型进行分析，通过社会网络分析方法对机构和地区网络特征进行分析。研究发现：(1)区域间科技创新能力和获奖数量存在显著差异，高校在科技创新中占据主导。(2)机构网络规模持续扩大，呈开放性及模块化特征；(3)地区网络联系紧密，但重大科技创新主体区域分布不均。最后，从区域均衡发展、多领域机构合作创新、跨地区协同等方面提出了建议。

  2025年09期 v.43;No.322 1353-1362页 [查看摘要][在线阅读][下载 1357K]
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• AI赋能下科技期刊岗位体系与组织结构的演化路径研究

  余露;许军策;刘喜阳;丁文浩;张德崇;王冉曦;

  人工智能（AI）技术正在深刻重塑科技期刊的岗位体系与组织结构。本文融合TOE框架和动态能力理论，构建AI驱动下科技期刊组织结构演化分析模型，分析AI技术在科技期刊出版流程中的嵌入方式及其引发的组织演变机制。以Frontiers、Springer Nature与Elsevier三家国际出版机构为案例，发现其岗位体系正在从以执行任务为主，转向判断、协调和决策能力的新型角色。同时，组织结构也呈现出从传统的层级制向平台化方向演化的趋势。AI不仅是一种技术工具，更成为影响岗位能力、协作模式和流程管理的关键力量，不同出版机构在技术主导、伦理管理和效率优先三类策略下表现出差异化的组织适应模式。研究结果可为我国科技期刊编辑部构建智能协同体系和推动组织转型提供参考与实践路径。

  2025年09期 v.43;No.322 1363-1370页 [查看摘要][在线阅读][下载 1603K]
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• 风险沟通在我国应急管理领域应用研究进展

  武思宇;刘德林;张晓辉;

  为了解风险沟通在我国应急管理领域应用的研究现状，采用基于CiteSpace的知识图谱可视化分析方法，结合筛选后的143篇文献数据，系统分析了我国风险沟通在应急管理领域应用研究的发文特征、研究热点、发展历程和未来研究趋势。结果表明：(1)高产作者群尚未形成，研究机构间合作较少，研究机构主要集中在高校和各地疾控中心。(2)目前研究热点主题是“风险沟通、危机沟通和应急管理”，热点方向为风险沟通底层逻辑和理论方法、风险沟通触发情景下的信息传播以及风险沟通与应急管理的融合应用。(3)从发展历程来看，风险沟通应急管理应用研究有3个阶段（萌芽期、发展期、完善期）。

  2025年09期 v.43;No.322 1371-1378页 [查看摘要][在线阅读][下载 1651K]
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药理学专题

• 基于虚拟筛选及网络药理学探讨大豆ACE抑制肽的降压机制

  王潇;张立攀;李栋;

  基于虚拟消化酶解及网络药理学探讨大豆蛋白血管紧张素转化酶（ACE）抑制肽降压的机制。利用生物信息学技术预测大豆蛋白的ACE潜在活性，选择胃蛋白酶、胰蛋白酶虚拟消化酶解大豆蛋白序列，通过在线数据平台筛选出水溶性、生物活性、类药性等特性良好的目标肽，运用网络药理学相关数据库收集目标肽潜在靶点与疾病相关靶点，筛选共有靶点，构建蛋白互作网络图，进一步进行GO功能和KEGG通路富集分析，利用分子对接研究目标肽与核心靶点的结合模式和作用机理。结果共筛选出4种符合条件的寡肽为MMR、GR、LR、YR，获得共有靶点103个，通过调节血液循环、炎症反应等多种生化过程，在质膜外侧、薄膜筏等细胞成分中发挥分子功能，涉及包括癌症的途径、神经活性配体-受体相互作用、cAMP信号通路、肾素-血管紧张素系统等通路。目标肽与核心靶点的结合能均<0，其中SRC与GR的结合（-4.79 kcal/mol）最牢固，主要通过氢键、疏水作用、盐桥作用力结合，参与的主要残基有GLU504、LYS501、PRO503、GLU432、GLU476等。因此，大豆蛋白主要通过影响靶点在通路中的作用改善血压症状。

  2025年09期 v.43;No.322 1379-1388页 [查看摘要][在线阅读][下载 1995K]
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• 基于网络药理学和分子对接的黄芪对肺纤维化的影响机制探析

  牛睿;王冰妍;方欢乐;韩宁娟;赵琳;韩美玲;王萍萍;

  通过中药系统药理学数据库和GeneCards等多个数据库对黄芪活性成分、靶点和肺纤维化靶点进行预测及交叉分析；通过蛋白质相互作用网络（PPI）、GO富集分析和KEGG通路富集分析筛选出核心靶点和优势信号通路，利用Auto Dock vina对核心成分和关键靶点完成分子对接验证，选取结合较强的成分-靶点复合物。通过筛选共获得21种主要活性成分以及46个关键靶点；经过GO、KEGG富集分析，得到MAPK信号通路、PI3K-Akt信号通路、NFKB信号通路可以作为黄芪治疗肺纤维化的潜在作用机制，分子对接显示AKT1和NFKB为黄芪治疗肺纤维化的最佳靶标。通过多成分、多靶点、多途径的网络药理学技术筛选得到的主要活性成分、潜在靶点及优势通路可以为黄芪治疗肺纤维化提供一定的参考。

  2025年09期 v.43;No.322 1389-1398页 [查看摘要][在线阅读][下载 1801K]
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• 基于中草药活性成分的复配素颜霜制备及护肤功效研究

  王睿颖;张可擎;陈红梅;

  本研究以天然中草药活性成分为核心，开发出一款安全、温和、兼具多重护肤功能的水包油型素颜霜。产品采用植物角鲨烷、芦荟提取物、熊果苷、甘草提取物、葛根素等为主要成分，替代传统合成防腐剂与香精，优化肤感和安全性。通过理化性能测试、安全性检测及功效性评价，结果表明该产品各项指标均符合国家标准，具备良好的使用稳定性及护肤效果。鸡胚绒毛尿囊膜血管试验（CAMVA）显示样品对CAM膜刺激分数为0；酪氨酸酶抑制试验显示其抑制率达30.2%，具备显著美白淡斑作用；保湿功能测试中8 h相对保湿率高达324.27%;5α-还原酶抑制试验中抑制率为83.81%，展现出良好控油效果。该产品符合绿色环保及多效合一的化妆品发展趋势，具有良好的市场应用前景。

  2025年09期 v.43;No.322 1399-1404页 [查看摘要][在线阅读][下载 1251K]
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• 《河南科学》征稿简则

  <正>《河南科学》是河南省科学院主办的自然科学综合性学术期刊（月刊），国内外公开发行.本刊为中国科技核心期刊，主要发表应用数学、物理学、化学、生命科学、地球科学、信息科学、建筑科学、能源科学和环境科学等方面具有一定理论水平和应用价值的学术性研究论文.欢迎广大科技工作者、高等院校教研人员和研究生投稿.省部级以上科研基金项目支持的优秀研究论文，本刊将优先发表.

  2025年09期 v.43;No.322 1405页 [查看摘要][在线阅读][下载 687K]
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