2016年, 第56卷, 第8期　
刊出日期：2016-08-15

  

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土木工程
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  基于Poisson过程的沿海地区飓风灾害评估

  李全旺, 王草, 邹阿鸣, 庞龙, 张龙

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 801-805. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.017

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  对沿海地区进行飓风灾害评估时，考虑到已有方法中往往忽略飓风发生的间歇性特性，导致分析结果不准确，该文提出了飓风灾害评估的新方法。将飓风发生的随机过程描述为平稳Poisson过程，并在此基础上给出了飓风灾害评估公式。选取美国Miami-Dade县1900-2010年的飓风数据进行分析，并应用该文提出的方法对该县未来50年内的飓风灾害进行评估。结果表明：Poisson过程能够准确刻画飓风发生的随机过程。如果忽略飓风的间歇性特性，会高估飓风灾害的均值和标准差，但低估其变异性。在50年的评估期内，如果忽略飓风的间歇性特性，则飓风灾害的均值和方差分别被高估41.4%和20.05%。
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  等效龄期法在大体积混凝土性能预测中的准确性

  张增起, 石梦晓, 王强, 崔强

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 806-810. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.018

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  为了探讨等效龄期法在预测大体积混凝土力学性能中的应用，该文共设计了5组混凝土配合比和2种养护方式。通过绝热温升实验确定了每组配合比的匹配养护温度，对比了温度匹配养护混凝土的力学性能和等效龄期法换算的标准养护的混凝土力学性能，结果表明：通过等效龄期法推算的混凝土力学性能高于温度匹配养护混凝土的力学性能，等效龄期法在大体积混凝土性能预测中有局限性。
  
机械工程
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  小型仿人足球机器人MOS-7的系统设计及局部优化

  张继文, 刘莉, 陈恳

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 811-817. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.22.032

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  小型仿人足球机器人在保持较低的构建成本条件下具有推进人工智能及机器人技术进步的潜力。该文在延续MOS系列先前设计的基础上，从结构、控制和软件方面改进并实现了新一代MOS-7小型平台。通过更改髋部关节自由度配置优化了下肢及躯干的空间布局；髋部驱动器连接方式的改进增强了机械结构的可靠性；依据任务实时性和运行快速性合理安排了决策控制系统的任务；图像采集系统实现了图像分辨率、可处理帧速率、可靠性及复杂度这4个维度的联合优化；通过引入粒子决策实现了智能算法的提升。MOS-7设计结果体现出有限资源合理配置、机电系统综合优化等小型仿人机器人设计特点。
  
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  基于AHRS反馈的仿人机器人步行稳定控制

  张继文, 刘莉, 陈恳

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 818-823. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.23.018

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  以实现仿人机器人步行稳定控制为目的，为克服零力矩点（ZMP）反馈控制算法不能补偿较大冲击干扰以及反射响应方法打断当前步行任务的缺点，以低成本微机电系统（MEMS）传感器及方向余弦矩阵描述的补偿算法构成航姿参考系统。提出了由姿态转角和角速度的线性组合表达的步行稳定性判据，并实现了躯干姿态校正的比例-微分控制器。基于仿人机器人全方位步态规划方法，调整下一步步幅和步频为行为方式，实现了步行稳定控制。样机实验结果表明：在原地踏步和稳定前进等情况下，机器人受到冲击干扰以致倾斜角度达20°时，仍能够不打断全方位步行且有效避免倾覆。
工程物理
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  沸石分子筛的CO₂除杂性能

  龙斌, 李君利, 王群书, 冯淑娟, 周国庆, 冯天成, 张洋, 徐明, 田言杰, 马怀成

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 824-829. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.021

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  放射性氙测量通常采用碳分子筛等吸附剂进行吸附分离以提高探测灵敏度，但空气中CO₂的存在会降低吸附剂的吸附性能，同时增大吸附柱的体积、降低气体回收率，因此在氙吸附前需要去除空气中的CO₂。该文研究了不同的沸石分子筛的CO₂除杂性能，测试分析了不同操作条件对除杂性能的影响。结果表明：13XHP沸石分子筛对CO₂的除杂性能较好，温度和CO₂的体积分数对吸附剂性能的影响最为显著，柱前压力和气体流量分别在103~353 kPa和564~2015 mL/min的范围内对吸附剂性能影响不大。
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  多层级应急救援协同调度模型

  康凯, 陈涛, 袁宏永

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 830-835,843. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.022

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  随着灾害事故发生频次的不断增多、处置难度的不断增大，仅依靠受灾行政区域内有限的应急救援力量根本无法完成任务，特别是在行政区域边缘地带发生灾情时，受灾行政区域内的应急救援力量比邻近行政区域应急救援力量到场慢的情况经常发生。为了改善这一现状，该文提出了一种多层级应急救援力量协同的方法，包括战区、区域和网格3种协同形式，探究了协同调度的原则，构建了协同调度模型和流程。以不同行政区域的消防应急救援力量协同为例，对区域协同调度进行了实例验证。结果表明：该研究可以有效缩短应急救援首战力量的到场时间，有助于优化应急救援调度工作。
建设管理
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  面向最终用户的建筑市场逆向多属性电子招投标博弈分析

  薛彦广, 邓晓梅, 冯珂

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 836-843. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.023

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  建筑市场电子招投标平台的推广，优化了建筑市场的资源配置，增强了企业市场竞争能力，有效防止了不正当竞争行为的发生。但建筑市场电子招投标平台存在着市场响应机制缺乏的短板，其在招投标中并未对最终用户的建筑质量要求等诉求进行全面响应，使得最终用户满意度越来越低。该文结合建筑产品的特点及建筑市场对多属性电子招投标的需求，从建筑市场最终用户的角度，以施工招投标为例，建立了两阶段拍卖模型，即网上逆向多属性拍卖模型和不完全信息条件下无限回合的合同降价谈判模型，扩展了投标者的成本函数，分析了其均衡策略，得到第1阶段模型的Bayes-Nash均衡策略，并推导了第2阶段模型招投标方的期望效用。结果表明：模型的建立响应了最终用户的相关诉求，降低了建筑产业供应链的总成本，从整体上提高了建筑产业供应链的竞争力，具有一定的指导和推广意义。
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  基于语义标注的工程项目组织沟通匹配度研究

  朱恩伟, 廖彬超, 赵宇

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 844-850. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.024

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  为了获取工程项目成员间的真实沟通关系，排除基于问卷调研等传统方法所获取数据中包含的主观判断影响，该文以某工程项目为案例，基于邮件数据通过语义标注来识别成员间的沟通关系。在此基础上，构建并对比不同议题的沟通网络模型，讨论组织沟通匹配度与采购迟延的关系，最后通过专家回访对模型进行验证。结果表明：组织成员决策权力、相关经验和实际沟通表现之间的匹配情况与采购延迟之间具有明显联系；基于语义标注的沟通网络模型较基于传统调研的模型在识别信息丢失问题上具有一定优势。
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  带回购条款的境外企业并购交易价格形成机制

  龙大伟, 黄红选, 王梦月, 杨永森

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 851-859. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.025

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  通过境外企业并购实现资源优化配置，是中国企业积极参与全球竞争的战略选择。该文对带回购条款的境外企业并购交易价格形成机制进行研究，分析了并购过程需要考虑的基本问题和关键环节，包括基于实物期权法、并购双方收益最大化和损失最小化原则，评估目标企业价值和交易价格区间；以并购效用最大化为目标，确定兼顾讨价还价能力和风险态度的交易价格标称值；在存在回购可能时，根据现值等价和效用等价策略，建立并购交易价格与回购概率的关系。此外，也讨论了并购交易均衡价格与讨价还价时间、出价顺序的关系。通过某A股上市公司并购境外生物能量公司的实证分析，验证了带回购条款的境外并购交易价格形成机制的可行性。该机制提供了关于目标企业价值评估及并购讨价还价的系统性定价方案。
环境科学与工程
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  基于中国多区域投入产出方法的物质流问题研究展望

  陈定江, 张霄阳, 周文戟, 朱兵

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 860-864. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.028

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  多区域投入产出（MRIO）方法融合了投入产出模型中最核心的完全投入与区域的概念，应用十分广泛。在生态环境领域，借助MRIO表中的地区、行业信息，可以有效地从需求端出发，研究环境要素等在区域与行业之间的贸易隐含流与足迹，讨论地区间的生态服务公平性问题。该文回顾了基于MRIO方法探讨国家间与国家内资源、环境等问题的应用研究，发现目前应用中国MRIO方法进行物质流问题的研究仍存在空白；分析了使用中国MRIO方法研究物质流问题可能的角度、方法上潜在的问题与解决思路。结果表明：通过研究省域间贸易隐含物质流以及省域资源足迹，可以为中国解决省域间资源和与资源相关的生态环境公平性问题提供政策支持，推进地区资源效率的发展，减少区域间生态包袱转移带来的影响。
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  基于生态评估的新疆玛纳斯县域发展适宜性分析

  杨萍, 彭羽, 刘雪华, 孟鸿雁, 王斌

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 865-870. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.029

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  生态评估可以确定生态保护的重点区域，为城市规划提供科学参考。该文以新疆玛纳斯县为研究区域，首先根据专家知识和层次分析法，建立了生态敏感性和生态风险评价指标体系，然后在ArcGIS 9.3软件平台进行生态敏感性和生态风险综合评估，最后根据生态评估结果进行了县域发展适宜性分析，并划分了禁建区、限建区和适建区。结果表明：应用专家知识、层次分析法和GIS（geographical information system）进行生态评估，具有可操作性和结果的可靠性；高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、低度敏感区和非敏感区分别占研究区域总面积的41.31%、16.17%、16.44%、7.07%和19.01%；高生态风险区主要分布于塔西河乡南部、清水河乡中部和南部，以及广东地乡北部，较高风险区分布于塔西河中下游沿岸、玛纳斯河下游沿岸，其他地区生态风险等级较低；县域发展适宜性较高的区域主要位于玛纳斯镇大部分地区，兰州湾镇及147团场西部地区，北五岔北部，新湖农场，148团场、149团场、150团场东部地区，不适宜发展区域主要位于北部沙漠、南部山区、玛纳斯河和塔西河沿线及湿地区域。
计算机科学与技术
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  分布式Top-k子图匹配技术

  兰超, 张勇, 邢春晓

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 871-877. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.026

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  Top-k子图匹配是一种应用广泛的图搜索技术。相比于单机环境，分布式环境下的Top-k子图匹配问题具有更大的挑战性。该文分析了已有方法在分布式环境下存在的问题，提出了包括查询拆分、查询执行、结果连接3个步骤的算法。算法通过查询拆分，彻底避免了生成中间结果过程中的数据传输，同时通过优化查询执行和结果连接步骤，避免不必要的中间结果生成，降低单个节点的计算量，提升整体效率。在此基础上，该文对分布式环境下Top-k连接策略进行了进一步优化。在真实图数据上进行的实验测试表明：该文提出的算法能够有效解决分布式环境下Top-k子图匹配问题，具有很好的扩展性，而且使用优化连接策略的算法性能较基础算法的效率有明显的提升。
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  嵌入式系统中断服务可靠性评估方法

  崔凯, 王洁, 周宽久, 梁浩然, 潘杰, 李明楚

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 878-884. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.027

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  在资源受限的情况下，嵌入式软件在运行时其性能指标能否满足要求至关重要，在确定的目标前提下，对于已给定的参数配置，嵌入式系统的设计也是至关重要的。针对嵌入式系统内中断服务的随机性、实时性和并发性等特点，该文提出基于排队理论的嵌入式系统中断服务可靠性评估方法，并构建多级中断服务抢占优先权的排队模型，得出中断服务系统的性能评估指标。仿真实验结果表明：基于排队的中断服务方法符合嵌入式系统的动态可靠性评估，同时具有一定的普适性。
热能工程
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  氨水溶液同时吸收烟气中SO₂和CO₂的实验及模拟

  齐国杰, 王淑娟, 高巨宝, 刘今朝, 赵博, 禚玉群, 陈昌和

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 885-892. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.030

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  燃煤电厂排放大量SO₂和CO₂等气态污染物，相应的减排技术研究十分必要。利用湿壁塔实验台对氨水溶液（质量分数为0.2%~7%）同时吸收SO₂和CO₂的传质特性进行了实验研究，并结合Aspen Plus速率模型分析了填料塔的吸收性能，对氨水溶液同时吸收SO₂和CO₂吸收系统的设计做了必要的探讨。实验结果表明：随着CO₂体积分数（5%~20%）的增加，SO₂选择性吸收因子有所降低，SO₂的传质系数变化较小且均高于CO₂的传质速率一个数量级；SO₂质量浓度（0~11428 mg/m³）和反应温度（20~80℃）的增加，对CO₂的吸收产生不利影响，氨水溶液趋向于选择性吸收SO₂。氨水溶液中SO₂负载量（SO₂在氨水溶液中相对NH₃的摩尔浓度）在0.1~0.4之间增加时，CO₂的传质系数大幅降低。氨水溶液质量分数增加对CO₂及SO₂的吸收传质均有利，选择性吸收因子降低，且实验值和模型计算值符合良好。采用同时吸收SO₂和CO₂的填料吸收塔，结合控制氨挥发的氨洗塔及用于SO₂负载控制的离子交换装置的吸收系统，可以实现污染物的有效脱除。
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  龙卷旋涡的真空与能量分离特性研究

  祁海鹰, 黄兴亮, 胡羽, 李科, 孙新玉, 王志鹏

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 893-900,907. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.031

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  为深入认识龙卷旋涡的气动特性，探索旋涡的形成条件，该文基于Ranque-Hilsch效应设计了若干旋射管，并通过流场可视化和参数测量，对龙卷旋涡的真空度和能量分离特性进行了研究。结果表明：龙卷旋涡依靠强旋同时产生真空吸引和离心扩张2种相反的效应，维持了很小的射流张角和良好的气动封闭性；旋涡具有对外的屏蔽效应和与环境气体之间的滑移效应，维持了射流中心的高真空区、真空度“火山口”状非均匀径向分布和指数型式轴向衰减特征；旋涡具有很强的能量分离效应，与当地真空度和气流流动方向密切相关；进气压力和高真空度是形成龙卷旋涡的充要条件，压力能转化为旋转动能的比例随压力增高而加大；优化旋射管结构可提高能量转化效率。研究结果为揭示龙卷旋涡的生成机理以及研究旋涡与燃烧之间的相互作用提供了重要依据。
生物与生物医学
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  近距离双麦克风对多运动声源方向的估计

  宫琴, 刘毅

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 901-907. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.032

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  在基于双麦克风的声学场景分析中，当双麦克风间距变小并且多个声源不断运动时，传统方法对于多个运动声源角度估计的准确性会降低。该文提出了一种适用于近距离双麦克风，对多个运动声源方向进行估计的方法。该方法提出利用改进的Gammatone滤波器对混合声源样本进行时频分析，通过提取与声源方向相对应的过零点时间差（zero-crossing time difference，ZCTD）的特征信息，利用Gauss函数对ZCTD进行统计分析，最终实现多个运动声源方向的确定。对于不同性质、不同速度、不同轨迹的多个运动声源，测试结果表明：该方法对其角度的估计准确性较好。
电子工程
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  基于散射成分一致性参数的极化SAR图像分类

  焦智灏, 杨健, 叶春茂, 宋建社

  清华大学学报（自然科学版）. 2016, 56(8): 908-912. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.25.033

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  散射熵能较好地反映目标散射的随机性，但忽略了相干矩阵特征分解后3个相干散射成分之间的关系。为了更充分地利用极化信息提取更有效的特征，该文提出一种描述目标散射成分一致性的新参数，并利用该参数进行图像分类。新参数融合了相干矩阵的特征值分布信息与各正交散射成分之间的相似性信息，反映了目标的整体散射机制接近于某种单一相干散射的程度。利用该新特征替代散射熵，先对AIRSAR的旧金山L波段数据进行初始分割，然后进行基于Wishart分类器的迭代调整。实验结果表明：利用该特征能够更准确地实现图像分类，展现地物细节，从而证实了该特征的有效性。